Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
1.3. Rayonnement lumineux
L’article présenté a montré la difficulté de comparer les temps de demi-vie obtenus pour un même
micropolluant dans des conditions d’exposition très diverses. Une première approche permettant de
mieux comparer ces paramètres de photodégradation est de définir le plus précisément possible le
rayonnement lumineux utilisé au cours de l’expérience. En effet, l’intensité lumineuse agit sur
l’influence de la photodégradation directe d’un micropolluant et les espèces réactives responsables de
la photodégradation indirecte. En revanche l’influence de la température sur les performances de la
photodégradation est négligeable (Deneer et al., 2010). Dans cette partie nous présentons les différents
rayonnements lumineux utilisés lors des expériences de photodégradation et les variations de l’intensité
de ces rayonnements au cours de ces expériences.
1.3.1.Différentes natures du rayonnement lumineux
1.3.1.1. Rayonnement solaire
Le rayonnement émis par le soleil est constitué d’un spectre continu allant des radiations ultraviolettes
(UV) aux radiations infrarouges avec des intensités maximales observées dans le visible (400-800 nm).
En entrant dans l’atmosphère les rayons solaires passent à travers des molécules d’ozone, d’oxygène, de
dioxyde de carbone et d’eau qui absorbent certaines bandes de l’UV ou de l’IR. Ainsi, les rayons solaires
parvenant jusqu’à la surface de la Terre sont composés à 5% d’UV, 40 % de lumière visible et 55% d’IR
(Gies et al., 2004).
Le processus de photolyse directe dépend de la présence de groupes chromophores sur la structure
chimique d’une molécule. Or, les groupes chromophores ont la capacité d’absorber majoritairement les
rayons UV ; c’est pourquoi seul 5% du rayonnement solaire est intéressant pour la photodégradation.
Ces rayons UV sont subdivisés en trois catégories selon leurs longueurs d’ondes : UVA, UVB et UVC.
Les UVA (315 à 400 nm) représentent 95% du rayonnement UV arrivant à la surface de la Terre, ce
sont les moins énergétiques mais ils s’avèrent être plus pénétrants que les UVB et C dans l’eau, milieu
où ils se propagent.
Les UVB (280 à 315 nm) représentent 5 % du rayonnement UV, ces rayons sont moins pénétrants que
les rayons UVA mais ils sont beaucoup plus énergétiques. Ce sont ces rayons qui sont les principaux
responsables de la photolyse directe des micropolluants.
Les UVC (100 à 280 nm) n’arrivent pas jusqu’à la surface de la Terre car ils sont entièrement filtrés par
la couche d’ozone (Moan, 2001).
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1.3.1.2. Rayonnement simulé
Il est plus difficile d’étudier le processus de photodégradation en milieu naturel sous exposition solaire
qu’en milieu contrôlé au laboratoire. C’est pourquoi de nombreux auteurs utilisent un rayonnement
simulé par l’intermédiaire de lampes UV pour observer la dégradation des micropolluants par voie
photolyse directe. Il existe deux types de lampes les plus couramment utilisées : les lampes au xénon et
au mercure.
La lampe à arc au xénon est utilisée pour l’étude de la photolyse directe car elle offre une bonne
reproduction du spectre solaire naturel (290 à 800 nm). Un filtre à quartz peut être utilisé afin de filtrer
les longueurs d’ondes UV non souhaitées (<290 nm pour simuler au mieux la lumière naturelle).
La lampe à vapeur de mercure existe en basse pression (LP) et en haute pression (HP). Les lampes LP
émettent une lumière quasi monochromatique à une longueur d’onde de 254 nm. Elles sont généralement
utilisées en traitement de désinfection, car cette longueur d’onde correspond à un effet germicide
optimal
.Les lampes HP ont une intensité plus importante et émettent dans des longueurs d’ondes allant
jusqu’au visible. Par leur rayonnement UVC, elles ne simulent pas la lumière naturelle et sont donc
plutôt utilisées pour étudier les mécanismes de formation de produits de dégradation ou bien évaluer
l’efficacité des UVC en traitement de l’eau potable ou des eaux usées.
La base de données que nous avons réalisée a permis de connaitre le type de rayonnement utilisé dans
les expérimentations de photodégradation des micropolluants. Ainsi 58 % des publications ont utilisé
un rayonnement simulé à l’aide de lampes à mercure ou au xénon, contre 42% des publications qui ont
utilisé un rayonnement naturel (solaire). Ainsi, les études en conditions de laboratoire semblent être
privilégiées car moins contraignantes et moins dépendantes des conditions météorologiques. En
revanche, il s’agit d’un réel désavantage concernant la transposition des données récoltées pour la mise
en place d’un traitement complémentaire utilisant la photodégradation. En effet, l’intensité du
rayonnement solaire (λ = 280-800 nm) varie au cours de la journée et selon d’éventuelles perturbations
météorologiques (pluies, nuages, etc.). Or, les lampes utilisées en laboratoire ne balayent pas les mêmes
longueurs d’ondes que la lumière solaire, et émettent souvent une seule longueur d’onde. Certes, il existe
des simulateurs solaires qui balayent une gamme de longueurs d’ondes proche de la lumière solaire,
mais l’intensité est fixe, ce qui ne permet pas de simuler différentes conditions météorologiques, ni de
reproduire les cycles jour/nuit. L’utilisation d’un rayonnement simulé entraîne donc, dans la plupart des
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1.3.2.Variation de l’intensité lumineuse en condition réelle
1.3.2.1. Perturbation du rayonnement solaire reçu au sol
L’intensité des rayonnements UV pénétrant à la surface de la terre est très variable au cours d’une année
et même au cours de la journée. On exprime la densité de flux arrivant sur une surface en W.m
-² ; c’est
l’énergie absorbée en une seconde par mètre carré (Torrents et al., 1997). A titre d’exemple, les
radiations UVA ont une intensité, en été et en Finlande, proche de 42-50 W.m
-2, alors que les radiations
UVB ont une intensité de 1,1-1,6 W.m
-2et le rayonnement solaire maximal est de l’ordre de 1200 W.m
-2