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Détruire des polluants à l'échelle macroscopique

Aurélie Dureuil

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Détruire des polluants à l'échelle macroscopique

Image en coupe d'un photocatalyseur composite : le corps foncé représente un support macroscopique, la couche claire correspond aux produits actifs situés sur la surface.

© Laboratoire de Génie de l'environnement industriel de l'École des Mines d'Alès

Le brevet américain pour les produits composites nanostructurés destinés à des utilisations catalytiques du laboratoire de Génie de l'environnement industriel de l'École des Mines d'Alès a été accepté. Un nouveau pas vers une valorisation industrielle...

Développer des matériaux composites à vocation photocatalytique qui détruisent les polluants organiques avec l'action de la lumière ou d'autres matériaux ayant une action antimicrobienne dans la quasi-obscurité, voilà ce que permet la découverte de l'équipe menée par Alexei Evstratov du laboratoire de Génie de l'environnement industriel de l'École des Mines d'Alès. Si les applications sont très différentes, le principe de fonctionnement de ces matériaux composites nanostructurés est le même. Il repose sur la découverte d'un phénomène physique qui permet de faire apparaître sur la surface du matériau des charges électriques, soit positives, soit négatives. « Actuellement, lors de procédés de photocatalyse, la lumière permet de faire apparaître sur la surface du matériau des électrons, chargés négativement, et des trous électroniques, chargés positivement. La difficulté réside dans l'absence de sélectivité. Ainsi, ces deux charges réagissent entre elles, gênant la réaction de catalyse », détaille Alexei Evstratov. Le phénomène observé avec les matériaux développés par son équipe lui permet de générer sur la surface éclairée soit des électrons, soit des trous électroniques. « En créant une seule population, positive ou négative, nous obtenons un produit sélectif et de ce fait très bien fonctionnalisé », indique le chercheur. Une caractéristique qui permet un changement d'échelle des photocatalyseurs. « Notre produit nous permet de travailler à l'échelle macroscopique, plutôt qu'à l'échelle nano et ainsi d'éviter l'utilisation de nanopoudres qui pourraient alors se diffuser dans l'air. De plus, jusqu'à présent les structures étaient constituées d'un seul composant. Notre produit est un composite qui allie plusieurs matériaux », note Miguel Lopez-Ferber, responsable du laboratoire. La structure présente par ailleurs différentes propriétés intéressantes. Ainsi, les chercheurs travaillent avec un état amorphe et non cristallin. « Nous pouvons utiliser des systèmes amorphes pourvu qu'ils soient placés dans les structures composites appropriées. De plus, le fait de travailler avec cet état nous permet de déposer des couches beaucoup plus fines voire des couches monomoléculaires », détaille Miguel Lopez-Ferber. Le dépôt de couches plus fines permet alors d'économiser du matériau. Cette structure peut être déposée sur une grande variété de surfaces telles que le métal, les plastiques, le verre, les murs, etc. « La surface doit être préparée. Nous y déposons ensuite un "support", puis une ou plusieurs couches "actives" qui vont réagir avec la lumière et ainsi dégrader les polluants organiques », détaille Miguel Lopez-Ferber. Les catalyseurs sont composés de différents oxydes. Néanmoins, Pierre Bois, directeur adjoint de l'École des Mines d'Alès, se montre discret sur « le choix des éléments utilisés et leur forme chimique qui sont le grand secret de la recette ».


 

A gauche, un support plastique non-modifié. A droite, le produit composite germicide à base de polymères développé par le laboratoire.


 

L'importance d'une valorisation industrielle

Si cette structure peut avoir de multiples applications, l'équipe du laboratoire de Génie de l'environnement industriel s'est montrée discrète jusqu'à présent quant aux résultats de ses recherches. « Nous n'avons pas encore publié d'articles scientifiques sur ce sujet, confie le responsable du laboratoire. Nous nous attachons à étudier comment valoriser ces structures au niveau industriel ». Une première étape a été de breveter dès 2004 le système en France, puis en Europe, avant de faire une demande de brevet américain en 2008. L'acceptation est intervenue fin 2010. « Il est souvent difficile d'obtenir l'acceptation d'un brevet aux États-Unis. Dans notre cas, nous n'avons pas rencontré trop de contestations de la part de l'office des brevets américains », indique Miguel Lopez-Ferber qui souligne l'importance de ce brevet pour la valorisation industrielle de ce système. « Si nous protégeons notre découverte uniquement en France, nous restons à la merci de ceux qui voudraient la copier dans de nombreux pays », souligne Miguel Lopez-Ferber. Car les contacts établis par le laboratoire pour des applications industrielles ne se limitent pas à la France, selon le responsable du laboratoire qui refuse de détailler les discussions en cours. Le laboratoire s'est par ailleurs rapproché de la cellule de valorisation du Groupe des écoles des Mines (GEM), Armines, afin « d'évaluer la stratégie la plus appropriée », selon le responsable du laboratoire. Cela pourrait passer par la création d'un spin-off, la cession de licences sur des applications précises, etc.

 

Les applications potentielles touchent à des domaines très divers. D'abord, en améliorant la sélectivité des procédés de photocatalyse tout en évitant l'utilisant de nanopoudres. Une deuxième approche du laboratoire concerne la décontamination biologique. L'équipe d'Alexei Evstratov a développé une autre génération de produits avec des propriétés germicides. Des essais ont par exemple été menés sur la dégradation de bactéries et spores tels que le staphylocoque, la légionelle, etc. « Les capacités germicides de ce type de surfaces permettent d'inactiver des bactéries. Nous avons observé qu'elles ne s'approchent pas du matériau », indique le chercheur. Et, pour ce type d'applications, le matériau mis au point ne nécessite que peu de lumière, rendant possible des applications dans le domaine de l'assainissement des eaux et des systèmes de climatisation, ainsi que pour des emballages alimentaires.

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