Connaissances techniques

Photocatalyse: la force de la lumière

Le problème de la pollution atmosphérique dans les grandes zones urbaines constitue l’un des grands thèmes en matière de protection de l’environnement et de bien-être collectif.

Les substances polluantes sont produites par l’activité humaine (circulation routière, chauffage, production industrielle) et elles s’accumulent dans les parties basses de l’atmosphère en l’absence de vent ou de précipitations. Les instruments à la disposition des pouvoirs publics pour lutter contre ce phénomène ont toujours consisté en actions passives: réduction des heures de chauffage, restrictions de la circulation des véhicules.

La recherche Italcementi-Vimark a abouti ces dernières années, d’abord à la réalisation de substances photo-actives, c’est-à-dire en mesure de réduire le niveau de nombreuses substances polluantes, puis d’une gamme de produits de décoration pour façades, capables de réduire les polluants dangereux pour la santé humaine.

Les matériaux de construction représentent la méthode la plus simple pour distribuer les substances photo-actives sur de très grandes surfaces, avec le maximum d’efficacité et une augmentation minimum des coûts.

Agents polluants

Parmi les nombreuses substances organiques et inorganiques présentes dans l’atmosphère, les principaux responsables de la pollution sont essentiellement trois : oxydes d’azote (NOx), poussières fines (PM10) et COV (Composés Organiques Volatils).
Le dioxyde d’azote se développe dans l’atmosphère à partir de l’oxyde d’azote, produit en premier lieu par l’utilisation de combustibles fossiles comme par exemple dans les moteurs des véhicules automobiles. D’après l’Organisation mondiale de la santé, le dioxyde d’Azote est dangereux pour la santé: une longue exposition peut compromettre les fonctions pulmonaires et augmenter les risques de pathologies respiratoires. Par le terme de « Poussières Fines » , il faut entendre l’ensemble des poussières en suspension dans l’air ayant un diamètre aérodynamique inférieur à 10 millièmes de millimètre. Ce polluant à la capacité de pénétrer dans le système respiratoire au-delà du larynx. En réalité, plus les dimensions des particules sont réduites, plus celles-ci sont dangereuses. La composition des poussières fines est variable car les particules peuvent avoir une origine différente. Elles peuvent contenir des sulfates, des nitrates, des métaux lourds ou des particules carbonées. Le Composé Organique Volatil (COV) se compose d’éléments appartenant à la grande catégorie des composés organiques volatils contenant du carbone, souvent caractérisés par des odeurs fortes, qui compte au moins un millier de substances. Les concentrations urbaines de COV sont presque exclusivement produites par la combustion des véhicules automobiles, par les centrales à charbon, par les polluants dégagés résultant de l’incinération et par l’évaporation de solvants et de combustibles. Du point de vue des effets sur la santé, les hydrocarbures aromatiques sont les plus dangereux ; parmi les hydrocarbures aromatiques simples, le plus important est le benzène. Le benzène peut être ingéré par voie orale ou par inhalation et il peut provoquer des épisodes d’intoxication aiguë du fait de ses propriétés cancérogènes.

Photocatalyse

La photocatalyse est un phénomène naturel dans lequel une substance, appelée photocatalyseur, modifie la vitesse d’une réaction chimique à travers l’action de la lumière. En exploitant l’énergie lumineuse, les photocatalyseurs induisent la formation de réactifs fortement oxydants qui sont en mesure de décomposer par oxydation certaines substances organiques et inorganiques présentes dans l’atmosphère. La photocatalyse est donc un accélérateur des processus d’oxydation qui existent déjà dans la nature. Elle favorise une décomposition plus rapide des polluants en évitant leur accumulation. L’activité photocatalytique est appliquée depuis plus d’une décennie à divers matériaux de construction (verre, céramique, liants à base de ciment) pour obtenir un effet « antisalissure ». L’aggravation du niveau de pollution des zones urbaines a récemment orienté la recherche vers l’utilisation des capacités de réduction des substances toxiques présentes dans l’atmosphère.

Tests de laboratoire

Les tests de laboratoire pour évaluer les caractéristiques anti-polluantes des produits à activité photocatalytique ont été effectués avec des instruments particuliers et des méthodes d’essai tout aussi novatrices. La vérification de l’efficacité contre les oxydes d’azote (NOx) se fait au moyen d’une chambre d’un volume connu, dans laquelle l’on insuffle du NO2 qui, dilué avec l’air présente, atteint une concentration polluante prédéfinie. A l’intérieur se trouvent un analyseur de NO2, un analyseur à chimioluminescence, une lampe UV comme source d’énergie lumineuse et l’échantillon du produit examiné. On met ainsi en place plusieurs tests avec une intensité lumineuse définie dont l’on mesure les concentrations d’agent polluant dans la chambre après la réaction de photocatalyse de l’échantillon. Dans des conditions particulières de laboratoire, l’on a enregistré des réductions pouvant aller jusqu’à 91% de NO2. L’efficacité des produits photocatalytiques sur les poussières fines se manifeste quand ces particules se déposent sur la surface des produits: la partie organique est catalysée tandis que la partie métallique carbonée de support reste inaltérée. D’autres tests de laboratoire ont montré l’efficacité des produits à activité photocatalytique sur les COV également.

Les surfaces exposées à l’atmosphère subissent le dépôt de composés organiques pigmentés, constitués principalement de gaz sortant des pots d’échappement des véhicules automobiles, d’agents polluants provenant d’activités industrielles et ménagères, de moisissures, etc. Ces dépôts sont la principale cause de la détérioration esthétique des bâtiments. La photocatalyse agit en éliminant les molécules organiques mais, indirectement, permet de réduire aussi l’effet négatif de la salissure représenté par de simples poussières. En effet, ces dernières exploitent les molécules organiques pour s’accrocher aux surfaces ; celles-ci venant à manquer, l’accrochage est minimisé en permettant une élimination aisée. Sur la base d’études récentes et de la recherche effectuée ces dernières années sur la photochimie appliquée aux matériaux de construction, Vimark a développé en partenariat avec Italcementi la nouvelle Ligne Ecoaria comprenant des produits photo-actifs en mesure d’abattre les substances organiques et inorganiques responsables de la pollution atmosphérique.

La nouvelle gamme de produits regroupe des finitions minérales pour la protection et la décoration des façades, des mortiers de parement pour la pose de maçonneries apparentes  et des produits pour la protection des sols industriels et du mobilier urbain.

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