Influences de certains paramètres sur l’effet synergique

/ / / / / ( ) TiO UV US TiO UV TiO US TiO UV US k k k k S   (A-II-12),

où k représente la constante de vitesse de dégradation (1^er ordre) avec, en indice, le traitement appliqué. Ici, l’effet est synergique si S est positif et antagoniste s’il est négatif. L’avantage avec cette formule est que les auteurs peuvent alors évaluer l’apport des ultrasons à l’efficacité du procédé photocatalytique en considérant non pas la sonolyse mais la sonocatalyse. Cependant, les auteurs considèrent un ordre 1 de réaction (cf. paragraphe 2.5.3 du présent chapitre) et prennent comme référence (cf. dénominateur) le traitement sonophotocatalytique.

4.3.2. Influences de certains paramètres sur l’effet synergique

Peu d’études sur l’influence de la fréquence ultrasonore sur le traitement sonophotocatalytique ont à ce jour été publiées. Malgré tout, Théron et al. ont pu observer un effet synergique lors de l’étude de la dégradation de la trifluoroacétophénone à 30 kHz alors que ce ne fut pas le cas à 515 kHz (Théron et al., 1999).

La concentration en TiO2 peut également avoir un effet sur le traitement sonophotocatalytique. Lorsque celle-ci augmente, on note parallèlement une augmentation de la vitesse de dégradation des polluants. Cependant, même à très faible concentration (0,01 g.L^-1), le traitement combiné est toujours plus efficace que les procédés individuels et certains auteurs relèvent même un effet synergique meilleur dans ce cas-ci (Torres et al., 2008).

Enfin, la présence de gaz dissous dans le milieu aqueux conduit à une meilleure dégradation en sonochimie puisque le gaz agit en tant que site de nucléation. La conductivité thermique du gaz ainsi que sa solubilité sont deux des facteurs ayant ainsi une influence sur un tel procédé. En ce qui concerne l’effet synergique du traitement combiné, certains auteurs (Berberidou et al., 2007) relèvent que S est supérieure lorsque de l’argon est utilisé plutôt que de l’air (18% vs. 10%) alors qu’il est négatif lorsqu’il s’agit d’oxygène pur (-40%).

Etude Bibliographique (A-II) Traitement des EDC par photocatalyse

Conclusions

Dans ce chapitre bibliographique, il a été mis en évidence que la photocatalyse est une technique que l’on peut appliquer dans le cadre du traitement des eaux de cales. En effet, ce procédé permet l’oxydation des principaux constituants organiques de ce type d’échantillon jusqu’à leur minéralisation. Cependant, le temps de traitement peut être plus ou moins long en fonction notamment du paramètre dont on souhaite diminuer la concentration (DCO, COT, teneur en huile, indice hydrocarbure, …). Ce temps de traitement est également fortement dépendant de la nature des composés organiques présents, la photocatalyse étant davantage efficace dans le cas des composés hydrophiles. Or d’après les spécifications MARPOL, ce sont précisément les composés hydrophobes qui sont visés d’où l’enjeu de la mise au point d’un traitement photocatalytique adapté à ce type d’échantillon. De plus, quelques limites supplémentaires ont déjà été relevées notamment au regard de la nature de la matrice aqueuse : faible concentration en oxygène dissous, présence de nombreux anions et cations, … La diffusion continue d’oxygène pendant le traitement photocatalytique, une étape préliminaire de déminéralisation de l’effluent, etc. sont alors des solutions qui pourraient être apportées. Le recours à un traitement combiné mettant en jeu à la fois un rayonnement UV et ultrasonore en présence du photocatalyseur (sonophotocatalyse), apparaît également comme une optimisation possible du procédé photocatalytique dans le cas du traitement des eaux de cales.

Etude Expérimentale

PARTIE B :

Etude Expérimentale (B-I) Caractérisation du photoréacteur

CHAPITRE B-I

Etude Expérimentale (B-I) Caractérisation du photoréacteur

Introduction

Une première étape clé dans l’étude et la compréhension des mécanismes de dégradation photocatalytique est la conception et la caractérisation du photoréacteur. Ainsi, en fonction du choix du photocatalyseur, de la source lumineuse et enfin de la géométrie du réacteur, différentes orientations peuvent être privilégiées dans le but d’optimiser le traitement. Les résultats seront alors fortement dépendants des choix préalablement définis et des compromis entre les performances visées et celles réellement envisageables seront à faire.

Le choix du photocatalyseur est certainement un des éléments essentiels dans la conception du photoréacteur. Le dioxyde de titane (TiO2) est le semi-conducteur le plus cité dans la littérature, son efficacité n’étant plus à démontrer. En revanche, pour des raisons afférentes au but recherché, l’idée d’utiliser le TiO2 en suspension a été exclue tant il aurait été difficile de le récupérer après réaction. L’option TiO2 supporté a donc été préférée.

Le deuxième élément déterminant dans la conception et la caractérisation du photoréacteur est le choix de la source lumineuse. Fortement dépendant du choix du photocatalyseur, celui-ci s’est porté sur une lampe UV à haute pression de vapeur de mercure (HPK). Bien qu'à l'heure actuelle de nombreuses autres solutions existent, la lampe HPK reste encore aujourd'hui une option intéressante quant à la puissance qu'elle peut délivrer et son large spectre d'émission.

Enfin, le dernier point à considérer, et certainement le plus souvent omis, concerne la géométrie du réacteur. De la géométrie choisie vont dépendre l’homogénéité du milieu réactionnel (agitation mécanique) ainsi que tous les phénomènes de transfert : transfert de matière (externe, interne) vers et/ou depuis le photocatalyseur et transfert de photons de la lampe vers le semi-conducteur. Notre choix s’est finalement porté sur un réacteur fermé (batch) avec une émission des UV depuis le centre du milieu réactionnel.

Il sera abordé dans ce chapitre la description et la caractérisation du photoréacteur utilisé à travers ces trois points : le photocatalyseur, la source lumineuse et la géométrie du réacteur. Les informations alors collectées seront d’une aide précieuse notamment dans l’interprétation et l’extrapolation des résultats de dégradation en vue de la conception d’un futur réacteur pilote.

Etude Expérimentale (B-I) Caractérisation du photoréacteur