Devant le jury composé de :
– Mikhael BECHELANY, directeur de recherche CNRS, Université de Montpellier – Directeur de thèse
– Antonio-Carlo RAZZOUK, professeur, Université Libanaise – Co-directeur de thèse
– François ZAVISKA, maître de conférence, Université de Montpellier – Co-encadrant
– Geoffroy LESAGE, maître de conférence, Université de Montpellier – Co-encadrant
– Lionel SANTINACCI, chargé de recherche CNRS, Université Aix Marseille – Rapporteur
– Alain ESTEVE, directeur de recherche CNRS, Université de Toulouse – Rapporteur
– Valérie KELLER, directeur de recherche CNRS, Université de Strasbourg – Examinatrice
– Nathanaëlle SCHNEIDER, chargé de recherche CNRS, Chimie Paris Tech – Examinatrice
Résumé :
En raison de la contamination croissante de nos ressources en eau naturelles par une large gamme de micropolluants organiques (MP), il est nécessaire de développer de nouveaux procédés d’oxydation avancés économes en énergie pour le traitement des eaux contaminées par de tels polluants réfractaires. La photocatalyse a attiré beaucoup d’attention, en raison de sa capacité à dégrader les composés organiques toxiques dans les eaux usées en composés non toxiquestels que le CO₂ et l’eau. Parmi les divers matériaux photocatalytiques, le dioxyde de titane (TiO₂) a été largement utilisé en raison de son efficacité photocatalytique élevée, de sa stabilité élevée et de sa faible toxicité. Cependant, la recombinaison de charge rapide et la plage d’absorption étroite dans le spectre UV; limite son efficacité photocatalytique sous irradiation en lumière visible. Dans ce travail, l’élaboration de différentes structures de TiO₂ en combinant deux techniques a été réalisé avecsuccès. L’un des principaux objectifs est d’élaborer un matériau stable à hauteperformance catalytique. Dans la première partie de cette thèse, des nanofibres de TiO2ont été synthétisées par électrofilage. Afin d’améliorer l’activité photocatalytique sous lumière visible, un procédé développé basé sur le dépôt de coucheatomique (ALD) a été utilisé pour déposer dunitrure de bore (BN) et du palladium (Pd) sur ces fibres.Dans la deuxième partie de ce travail, des nanotubes de TiO2ont été élaboré par ALD et leur photoactivité a été comparé avec les nanofibres de TiO2. La structure tubulaire permet une séparation orthogonale des porteurs de charge, ce qui favorise la dégradation. Les propriétés morphologiques, structurelles et optiques de tous les matériaux synthétisés ont été étudiées par plusieurs techniques de caractérisation telles que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie Raman, la diffraction des rayons X (XRD), la microscopie électronique à transmission (MET) et la spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS). De même les propriétés optiques et électrochimiques des matériaux ont été évaluées. L’influence des propriétés chimiques et physiques sur la dégradation photocatalytique de l’acétaminophène a été étudiée. Des résultats prometteurs en termes d’amélioration de la dégradation de l’ACT ont été observés avec le matériau nanocomposite TiO2-BN-Pd par rapport aux fibres de TiO2 vierges. De plus, les
nanotubes de TiO2 ont montré une meilleure photoactivité sous lumière visible que les nanofibres. En parallèle, une meilleure compréhension des voies d’oxydation photocatalytique (basée sur l’analyse des sous-produits) couplée à des tests de toxicité (Vibrio Fisheri, Microtox) ont été étudiée. En vue des résultats prometteurs obtenus dans les 2 premières parties, la récupération de ces catalyseurs en suspension limitent leur utilisation pour le traitement des eaux. Le couplage des procédés de séparation/oxydationavancée (membrane/photocatalyse) apparait comme une solution intéressante afin d’améliorer le contact micropolluant-catalyseur. La première étape de cette troisième partie d’étude a consisté à élaborer des membranes photocalytiques par dépôt ALD de photocatalyseur sur des membranes céramiques conventionnelles. Une fois ces membranes développées, un réacteur photocatalytique a été spécifiquement conçu pour pouvoir tester ces membranes et évaluer leur performance pour la dégradation de micropolluant. De nombreux travaux sont encore nécessaires afin d’améliorer l’hydrodynamique ainsi que le rendement d’irradiation du photocatalyseur.
