Dans les laboratoires du CNRS, les chercheurs étudient un nouveau procédé pour dégrader les molécules organiques. Ce procédé de photochimie pourrait permettre de traiter les eaux contaminées par les pesticides, les rejets industriels et les déchets ménagers. Son efficacité repose sur l'emploi d'un catalyseur à base de titane. Didier Robert, responsable du laboratoire de chimie industrielle (Saint-Avold) de l'université de Metz, explique son principe : « Le dioxyde de titane est un catalyseur, c'est-à-dire qu'il transforme les molécules chimiquement, mais lui-même reste intact. En principe, il peut donc être utilisé à l'infini. Le procédé sur lequel nous travaillons utilise l'énergie du soleil : les rayons ultraviolets créent, à proximité du catalyseur, un milieu oxydant, agressif pour les molécules biologiques. » Ces travaux s'inscrivent dans le cadre d'un programme international qui réunit quatorze pays et qui est piloté par l'Agence internationale de l'énergie (programme SolarPACES).
Dans un premier temps, le dioxyde de titane a été utilisé sous forme de poudre (des particules de 0,5 micromètre) dans des eaux polluées en laboratoire. Une petite quantité d'eau (entre 1 et 100 l) est introduite dans un réacteur avec la poudre de dioxyde de titane. Ensuite, la cuve est exposée à la lumière d'une lampe à xénon qui émet dans la même gamme de rayons ultraviolets que le soleil. Le procédé fonctionne, mais la poudre pose un problème : il faut la séparer de l'eau, ce qui rend le procédé non rentable industriellement.
La réalisation d'un procédé opérationnel passe donc par la fixation du dioxyde de titane sur un support. Des études menées par d'autres chercheurs ont déterminé les qualités du support idéal : il doit être solide, transparent aux radiations UV qui dégradent les molécules. Il doit fixer efficacement le dioxyde de titane sans pour autant l'empêcher de déclencher la réaction de dégradation. Enfin, il ne doit pas réagir avec les molécules contenues dans l'eau !
Plusieurs supports correspondent à ces critères (1). Parmi ceux-ci, la fibre de verre : inerte, elle fixe bien le catalyseur. L'ensemble peut facilement être réutilisé plusieurs fois.
Pour ses essais, le laboratoire utilise comme polluant modèle la benzamide, un pesticide. Cette molécule convient bien aux études de laboratoire car elle se dégrade assez rapidement : une heure pour une solution à 20 mg/l. Mais, pour arriver à une minéralisation complète, c'est-à-dire à la dégradation de toutes les molécules organiques, il faut patienter deux jours.
Toutefois, les choses sont différentes dans une cuve de laboratoire et à l'échelle d'une station d'épuration. En effet, au laboratoire, la profondeur de l'eau est de 10 cm. Des essais ont donc été menés sur les installations semi-pilotes de la plate-forme solaire d'Almeria, en Espagne. Ils ont permis une approche préindustrielle du procédé par utilisation directe de l'énergie solaire dans des réacteurs de 300 l.
« Dans la pratique, ce procédé ne serait pas utilisé seul, mais intégré dans une station d'épuration. Il pourrait intervenir entre le bassin de décantation et le traitement biologique », estime Didier Robert. En effet, 80 % des molécules biologiques sont dégradées en quelques heures. Mais, par effet de dilution, les molécules qui restent demandent beaucoup plus de temps pour disparaître. Il serait alors plus efficace de les dégrader dans un bassin biologique. Un chercheur « thésard » travaille déjà à ce projet depuis novembre 1999 à l'université polonaise de Silésie, dans le cadre d'une collaboration avec le laboratoire de chimie industrielle de l'université de Metz. Les travaux sont centrés sur la dépollution des lixiviats de décharges municipales.
Le traitement des eaux par chimie solaire pourrait être une réalité dans les pays à fort ensoleillement d'ici à une dizaine d'années, selon les prévisions de l'Agence internationale de l'énergie. Mais, jusqu'à présent, les grandes sociétés françaises de traitement des eaux ne se sont pas intéressées aux possibilités de ces technologies.
(1) Silicagel, fibres optiques en quartz, billes en verre, céramique, membranes en cellulose, films de polymère, zéolithe...
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www.lci.iut.univ-metz.fr/lci www.psa.es
