Procédé d’épuration de l’air intérieur par photocatalyse, de nouvelles données

La photocatalyse fait partie de l’un des quatre procédés connus, pour éliminer la pollution chimique dans les espaces clos (revoir l’article Appareils purificateurs d’air intérieur, nous prend-on pour des pigeons?).

Principe de la photocatalyse

Les polluants adsorbés réagissent, sous l’influence du rayonnement lumineux, avec le catalyseur, aboutissant à une transformation des polluants. Le catalyseur le plus utilisé, car il est le plus abordable et le plus facile à mettre en oeuvre, est le dioxyde de titane (TiO₂). Toutefois d’autres catalyseurs pourraient être utilisés comme l’oxyde de zinc (ZnO), l’oxyde de tungstène (WO₃)…

En théorie, le polluant adsorbé ne devrait se décomposer qu’en dioxyde de carbone (CO₂) et en eau (H₂O). En réalité, peu de données existent sur le comportement réel des polluants. Jusqu’à présent, les appareils fonctionnant par photocatalyse n’ont jamais été recommandés, car il est possible que le polluant initial se décompose en composés secondaires (ou sous-produits) plus nocifs, comme le formaldéhyde. C’est par exemple le cas du limonène, présent dans de nombreux produits d’entretien et huiles essentielles, qui se décompose, sous l’action de l’ozone, en formaldéhyde. De plus le manque d’information quant à l’entretien du dispositif et à son vieillissement, ne permet pas de savoir si en cas de détérioration, le dispositif lui même, peut devenir une source de pollution.

Nouvelles données

Les deux études présentées ci-après, ont mis en évidence une efficacité, somme toute, limitée de ces dispositifs, aussi bien en conditions de test (en laboratoire) que dans des conditions réelles d’utilisation. En ce qui concerne les émissions de sous-produits dangereux et/ou de particules fines, elles n’ont été détectées qu’en phase d’expérimentation en laboratoire. Les auteurs expliquent que cela est dû aux tests plus astreignants (abrasion plus forte et vieillissement accéléré).

D’après ces dernières informations, il apparaît que :

► les matériaux photocatalytiques sont peu efficaces,

► neufs, ils semblent présenter une certaine innocuité

► avec le temps et l’usure, ils pourraient présenter un risque sanitaire

L’enjeu premier est donc de définir une période d’utilisation, qui garantirait la sécurité du consommateur.

Etude SafePHOTOCAT

En 2015, l’étude SafePHOTOCAT a été menée dans le cadre du programme de recherche CORTEA : «Connaissances, réduction à la source et traitement des émissions de polluants dans l’air», par l’IPREM, unité mixte de recherche (CNRS et Université de Pau) et soutenue par l’ADEME.

Cette étude s’est attachée à évaluer la performance et l’innocuité de 8 épurateurs d’air domestiques, dans des conditions de fonctionnement représentatives des environnements intérieurs. 7 sont actuellement commercialisés. Il s’agit de 4 appareils autonomes, 2 peintures, 1 carrelage et le 8ème est un matériau innovant (développé par ARMINES). Bien que les résultats soient les premiers en conditions réelles, il reste difficile de les extrapoler à l’ensemble des appareils et matériaux existants sur le marché, tant ils sont nombreux et différents.

Deux phases ont été abordées dans cette étude. La première, en laboratoire, a permis de tester chaque appareil, selon deux normes Afnor: XP-B44-013 et XP-B44-200. A la suite de cette première phase, les deux appareils présentant les meilleurs résultats dans l’enceinte de test, ont été évalués en conditions réelles, afin de connaître leur performance (abattement des COV – composés organiques volatils) et leur innocuité (des émissions éventuelles de sous-produits de dégradation et/ou de nano/microparticules).

 Ce qu’il faut retenir de l’étude SafePHOTOCAT

► Sur les 8 appareils testés, seuls 2 sont réellement efficaces en conditions réelles. Ils permettent une réduction significative des COV.

► Les deux en question, sont une peinture et le matériau innovant en développement.

► Les 4 appareils autonomes (appareils sur pied, aspirant l’air), ne démontrent une efficacité que dans l’enceinte de test, où le débit d’air traité plus faible (volume de 1,2 m³), permet d’avoir des résultats significatifs. En conditions réelles, le volume d’air trop important, ne leur permet pas de faire la différence.

► Le vieillissement des matériaux joue un rôle primordial sur leur performance.

► Aucune émission de micro ou nanoparticule n’a été mise en évidence par cette étude, même après un vieillissement accéléré. Ce résultat est encourageant, car le catalyseur utilisé est généralement sous la forme de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO₂), lesquelles sont classées 2A par le CIRC (cancérigène probable, par inhalation).

► Enfin les auteurs de l’étude concluent que tout appareil, souhaitant être vendu dans l’espace européen, devrait d’abord passer en laboratoire, pour être testé selon les deux normes Afnor, afin d’identifier les systèmes et les matériaux photocatalytiques non conformes.

Etude IMP-AIR

Plus récemment, fin 2016, les résultats du deuxième projet nommé IMP-AIR, financé dans le cadre du programme de recherche inter-organisme pour une meilleure qualité de l’air (PRIMEQUAL), a permis d’affiner les données. En effet le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), via un recensement des nanomatériaux revendiquant une action dépolluante, a identifié 12 catégories de matériaux photocatalytiques, ayant comme catalyseur le dioxyde de titane (TiO₂) : un ciment, des revêtements, des enduits, des bétons, du verre, des dalles de plafond, des membranes d’étanchéité, des peintures, des tuiles, des céramiques et un spray de revêtement. Quatre d’entre eux ont été analysés: une peinture, un enduit, une lasure et une céramique.

Le projet IMP-AIR avait pour objectif d’évaluer leurs impacts sur la qualité de l’air intérieur. Contrairement à la première étude, tous les paramètres (ensoleillement, vieillissement…) ont été simulés en laboratoire. Aucune phase en conditions réelles d’utilisation n’a été réalisée.

Ce qu’il faut retenir de l’étude IMP-AIR

► L’effet photocatalytique est relativement faible lorsque l’éclairage est réaliste des environnements intérieurs.

► Les COV sont davantage adsorbés sur le support (fixés sur le matériau) que dégradés. Pour les 4 matériaux, une capacité d’adsorption comprise entre 10 et 20% pour le limonène et le toluène a été observée. Pour le formaldéhyde, elle est comprise entre 10 et 80%.

► Une adsorption ne constitue pas un piégeage définitif des polluants chimiques. Tôt ou tard, ils seront ré-émis dans l’air (phénomène de désorption).

► La formation de composés plus nocifs (ex: formaldéhyde) a été observée pour plusieurs matériaux. Ce phénomène est lié à une réaction chimique incomplète.

► Une émission de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO₂) a été observée. Elle dépend de la nature du matériau et du niveau d’abrasion testé en laboratoire.

Bibliographie

Traitement de l’air intérieur par photocatalyse, Performance et innocuité de systèmes et matériaux photocatalytiques commerciaux, août 2015, Université de Pau et des pays de l’Adour, Armines

Impact of photocatalytic building products on indoor air quality under visible light conditions, Bartholomei V et al., the 14th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Ghent , Belgium, 2016