ICPEES

1 - PRESENTATION GENERALE

L'équipe de Saint-Avold du groupe « photocatalyse et nanostructure » de l'IPCEES est spécialisée dans le traitement de l'eau (colorants, pesticides, polluants organiques, COV et aussi mécanismes de dégradation photochimique) par photocatalyse hétérogène. A ce titre elle étudie des matériaux photocatalytiques de nouvelle génération permettant de remplacer ou d'améliorer les performances des catalyseurs utilisés jusqu'à présent dans le proche UV (UVA), mais aussi et surtout de développer les catalyseurs du futur, actifs dans le visible (semi-conducteurs à base de TiO2 modifié ou non par dopage ou couplage avec d'autres SC...). Elle travaille notamment sur le remplacement de réacteurs basés sur des suspensions de photocatalyseurs en poudre, par des photoréacteurs structurés intégrant des substrats commerciaux (matières cellulosiques, en verre ou en fibres de quartz ...) ou des médias photocatalytiques tridimensionnels à géométrie alvéolaire adaptée et flexible permettant à la fois une bonne transmission de la lumière et un écoulement optimal pour un contact accru entre le revêtement photocatalytique actif et l'eau polluée. C'est le cas des médias/mousses photocatalytiques tridimensionnelles (à base de carbone, de SiC ou de TiC-SiC) développées à l'IPCEES depuis quelques années).
Un autre point important de nos travaux est la conception et l'optimisation de réacteurs de photocatalyse, ainsi que le couplage avec d'autres technologies de traitement de l'eau (par exemple par adsorption ou biotechnologies) à des échelles allant de quelques ml (échelle du laboratoire) au réacteur semi-pilote de quelques litres en utilisant l'irradiation solaire.

2 - PROJETS EN COURS

• Développement de procédés Électro-Photo-Catalytiques Innovants utilisant des Électrodes Nano-structurées pour l'Élimination des Polluants Émergents des Eaux. (2012-2014)

Projet franco-Québécois financé par Ministère du Développement économique, de l'Innovation et de l'Exportation du Canada dans le cadre de l'appel à projet : Soutien à des initiatives internationales de recherche et d'innovation (SIIRI). L'objectif global de ce projet en collaboration avec l'IRS à Quebec, est de développer et tester des procédés Électro-Photo-Catalytiques Innovants à base d'électrodes nanostructurées pour l'élimination des Polluants Émergents des Eaux. Ces unités de traitement Électro-Photo-Catalytiques (EPC) devraient être capables, d'une part, de dégrader les composés réfractaires couramment rencontrés dans les eaux de surface et les effluents industriels et, d'autre part, d'éliminer simultanément les polluants inorganiques et microbiens. Ils devraient être faciles d'automatisation, moins encombrants et pouvant facilement s'intégrer dans les filières actuelles de traitements des eaux et des effluents industriels et urbains. Plus spécifiquement, notre participation à ce projet est accés sur l'élaboration et la caractérisations de revêtements nanostructurés à base de carbone et de dioxyde de titane pour le développement de nouvelles électrodes ainsi que la mise en synergie des techniques électrochimiques ultra-oxydantes et les propriétés photo-catalytiques de ces nouvelles électrodes pour accroître la capacité d'élimination de divers types de micropolluants émergents.

• Remédiation des eaux contaminées par les pesticides des régions rurales Marocaines par photocatalyse hétérogène solaire.

Projet conjoint CNRS et CRNST (Maroc, Université de Rabat) échange de chercheurs.

Ce projet a pour principal objectif de réaliser une étude visant à limiter l'entrée des polluants phytosanitaires dans l'environnement par une méthode d'oxydation avancée photochimique. Le procédé est fondé sur l'usage d'un oxydant puissant et très réactif, le radical hydroxyle (HO•), généré in situ par irradiation d'un semi-conducteur : le dioxyde de titane. Cette technique ne nécessite pas l'ajout de produits chimiques autre que du TiO2, en conséquence, sa mise en œuvre est relativement simple. De plus, elle peut utiliser une énergie propre et renouvelable : le soleil. Les radicaux hydroxyles sont des agents oxydants très performants pour la destruction des polluants organiques les plus résistants présents dans les effluents aqueux. Ils réagissent sur la matière organique en conduisant à la minéralisation totale, sans laisser des intermédiaires réactionnels dans le milieu. Le caractère non sélectif de ces radicaux constitue un avantage important car cela évite de développer une méthode spécifique pour chaque famille de polluant. Le travail a réaliser a pour objectif de se focaliser sur les techniques d'analyse appropriées d'une part et sur la mise en œuvre d'une technique de traitement des eaux des régions rurales contaminées par les produits phytosanitaires par les procédés photochimiques d'autre part. Des polluants modèles parmi les plus utilisés en milieu rural (herbicides, fongicides,...) seront étudiés dans un premier temps afin de déterminer la faisabilité du procédé à l'échelle du laboratoire. La conception et la construction d'un prototype pilote constituera l'étape finale.

• Solar photocatalytic treatment of water contaminated by pesticides from oil palm plantation.

Projet sur trois ans avec l'Université de Jakarta (Indonésie) financé par l'Institut Français d'Indonésie et le Ministère de la recherche indonésien.

The World Bank estimates that five million people die each year from diseases related to consumption of unsafe water, five thousand children every day. Indonesia does not escape this problem. More than in intensive culture areas of oil palm trees, the surface and groundwater is contaminated by pesticides used in plantations. According to the World Bank and the Asian Development Bank, Indonesia is the world's first largest palm oil producer. Palm trees are attacked by a variety of pests and unwanted plants that could reduce the quality and quantity of the palm fruits used to produce palm oil. In this respect, pesticides have played an important role in controlling and preventing these pests and harmful plants and hence, indirectly increasing the palm oil production. In this context, the photocatalytic degradation of organic compounds in water is a clean and promising technology for the treatment of a variety of polluted media.

The aim of the project is to develop advanced sunlight active photocatalytic and integrated systems, in which pollutants can be degraded under environmental conditions for the recovery of polluted media in remote areas.
The project covers all of the following aspects:
i) New supported photocatalytic materials: preparation, characterization and testing (indonésia and France)
ii) Photoreactor and Integrated System design and optimization (France)
iii) Evaluation of photocatalytic materials and integrated photoreactor on-site (indonesia)

3. THESES EN COURS:

• Yvette Prisca AYEKOE CHIA (Encadrement 50% avec Pr. Goné Droh de l'Université d'Abobo-Adjamé Abidjan) «Couplage des procédés photocatalytiques et floculation/décantation pour le traitement des eaux de la rivière Agbô (Côte d'Ivoire) destinées à la consommation humaine » Début novembre 2012.

• Armelle PERARD (Encadrement 50% avec V. KELLER)) « Décontamination et dépollution par photocatalyse : Réalisation d'un dispositif d'élimination d'agents chimiques toxiques et de polluants dans l'air et dans l'eau » Début octobre 2012.

• Hakima AZAARI (Encadrement 50% avec Pr. M. Elazouzzi de l'Université de RABAT) « Remédiation des eaux contaminées par les pesticides des régions rurales Marocaines par photocatalyse hétérogène solaire» Début décembre 2011.

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Contact :

Didier ROBERT

33 (0)3 72 74 98 65

 didier.robert@univ-lorraine.fr