Bilan de l’étude en géométrie simple

Dans cette partie, les quatre matrices gazeuses ont été testées en utilisant le même média photocatalytique que celui de l’épurateur commercial mais dans une configuration plane perpendiculaire à l’écoulement (mode traversant). L’intensité lumineuse et le type d’UV (UVC) ont été gardés identiques ainsi que le débit d’air (50 m3

.h-1). Dans ces conditions, il a pu être observé que quasiment tous les composés peuvent être dégradés au bout de 200 minutes de réaction. L’halothane, présent dans la matrice « Air intérieur hospitalier », est le composé le moins rapidement dégradé puisqu’au bout de 200 minutes, il en reste encore 670 ppb dans la phase gazeuse, soit 42% de la concentration initiale. Cette observation est similaire à celle faite dans le cas du média en configuration cylindrique mais les temps nécessaires à la dégradation des molécules sont beaucoup plus longs en géométrie plane (200 minutes contre 30 minutes). Les taux de minéralisation ont pu être calculés au bout de 200 minutes et sont résumés dans le Tableau 32.

Matrice Taux de minéralisation à 200 minutes (%)

Constante cinétique d’ordre 1 pour le toluène (min-1) et coefficient de

détermination (R²)

Air intérieur standard 95 0,041 (R² = 0,93)

Air intérieur urbain 54 0,031 (R² = 0,97)

Air intérieur hospitalier 55 0,021 (R² = 0,87)

Air intérieur bâtiment bois 63 0,036 (R² = 0,98)

Tableau 32 : Taux de minéralisation et constantes cinétiques d’ordre 1 de dégradation du toluène pour les quatre matrices dans le

cas de la géométrie plane

Les courbes de dégradation du toluène peuvent être, pour cette configuration plane et dans les quatre cas, assez bien modélisées par une loi cinétique d’ordre 1 apparent. Les coefficients de détermination indiquant la qualité de la modélisation par cette loi sont compris entre 0,87 et 0,98 (Tableau 32). Les constantes cinétiques d’ordre 1 apparent calculées pour le toluène au cours des dégradations des quatre matrices sont comprises entre 0,021 et 0,041 min-1). Elles sont de 10 à 20 fois plus faibles que celles calculées au cours des dégradations réalisées en configuration cylindrique. Malgré les écarts entre les valeurs des constantes cinétiques d’ordre de 1 pour le toluène, on ne constate pas d’influence significative de la constitution de la matrice gazeuse sur la dégradation du toluène dans cette configuration (Figure 79).

Figure 79 : Comparaison des cinétiques de dégradation du toluène dans les quatre matrices pour la configuration plane

Pour l’acétaldéhyde et le formaldéhyde, il n’a pas été possible de modéliser les courbes, ni par une cinétique d’ordre 0, ni par une cinétique d’ordre 1. Pour toutes les matrices sauf la matrice « Air intérieur standard », une augmentation des concentrations en formaldéhyde et en acétaldéhyde dans la phase gazeuse a été observée dans les premières minutes de réaction donnant naissance à un pic de concentration pouvant aller jusqu’à 3,5 fois la concentration initiale (cas de

l’acétaldéhyde dans la matrice « air intérieur urbain »). La Figure 80 présente les cinétiques de formation et dégradation de ces deux molécules pour les quatre matrices considérées dans cette étude. En configuration plane, on constate une bonne efficacité de traitement de la matrice « Air intérieur standard » avec néanmoins des temps de dégradation beaucoup plus longs qu’en configuration cylindrique. Cela peut être dû à la surface de média utilisée qui est plus faible en configuration plane qu’en configuration cylindrique. D’autre part, pour toutes les matrices, excepté la matrice « Air intérieur standard », les concentrations en acétaldéhyde et en formaldéhyde augmentent en début de réaction avant d’être dégradés. Pour la matrice « Air intérieur hospitalier », on observe également la formation puis la dégradation d’acétone en phase gazeuse. La configuration cylindrique permettrait donc de réduire la formation d’intermédiaires réactionnels détectés en phase gazeuse. Globalement, la configuration cylindrique présente une meilleure efficacité que la configuration plane en termes de temps de dégradation et de formation de sous-produits. Néanmoins, pour réellement comparer les deux configurations, on doit également tenir compte de la surface de média développée. Dans le cas de la configuration cylindrique, la surface de média mise en œuvre est de 0,63 m². Pour la géométrie plane, la surface de média est 15,75 fois plus petite et vaut 0,04 m². Afin d’effectuer des comparaisons en terme d’efficacité des deux configurations, on regarde les résultats obtenus pour le toluène, composé présent dans les 4 matrices testées et dont la dégradation suit une loi cinétique d’ordre 1 apparent. Le Tableau 33 résume les constantes cinétiques d’ordre 1 apparent de dégradation du toluène pour les 4 matrices dans les deux configurations, brutes (k1) et rapportées à la surface de média mise en œuvre (k1/S). Lorsque les constantes cinétiques sont divisées par la surface de média mise en œuvre dans le module photocatalytique, on se rend compte que la configuration plane offre une efficacité similaire à celle obtenue en configuration cylindrique. Le paramètre à favoriser lors de la conception d’un module photocatalytique est la surface de média photocatalytique développée.

Figure 80 : Cinétiques de dégradation de l’acétaldéhyde (a) et du formaldéhyde (b) pour les quatre matrices dans le cas de la

Lorsque les constantes cinétiques sont divisées par la surface de média mise en œuvre dans le module photocatalytique, on se rend compte que la configuration plane offre une efficacité similaire à celle obtenue en configuration cylindrique. Le paramètre à favoriser lors de la conception d’un module photocatalytique est la surface de média photocatalytique développée.

Matrice

Configuration cylindrique Configuration plane

k1 (min -1 ) k1/S (m -2 .min-1) k1 (min -1 ) k1/S (m -2 .min-1)

Air intérieur standard 0,43 (R² = 0,84) 0,683 0,041 (R² = 0,93) 1,025 Air intérieur urbain 0,43 (R² = 0,95) 0,683 0,031 (R² = 0,97) 0,775 Air intérieur hospitalier 0,46 (R² = 0,97) 0,730 0,021 (R² = 0,87) 0,525 Air intérieur bâtiment bois 0,39 (R² = 0,91) 0,619 0,036 (R² = 0,98) 0,900

Moyenne 0,4275 0,679 0,03225 0,806

Tableau 33 : Constantes cinétiques d’ordre 1 de dégradation du toluène pour les quatre matrices dans le cas de la géométrie plane et cylindrique