En combinaison avec les bons matériaux, les rayons du soleil peuvent faire des merveilles :ils nettoient les façades des bâtiments et décomposent les polluants de l'air ou de l'eau. Le mot magique est photocatalyse. En pratique, bien que, l'efficacité de ce "remède miracle" est très fluctuante, en fonction du matériau utilisé et des facteurs environnementaux. Avec un nouvel appareil de mesure, les chercheurs souhaitent désormais déterminer l'efficacité photocatalytique des surfaces avec plus de précision et de rapidité, augmentant ainsi l'efficacité.

Interdictions de circuler, la modernisation du diesel ou le badge bleu – il y a actuellement beaucoup de discussions sur la façon de réduire les oxydes d'azote et les particules dans les villes. Dans quelle mesure serait-il pratique si les façades et les toits des maisons purifiaient simplement l'air de la ville au passage ? Et si les bâtiments pouvaient se débarrasser de la saleté tout de suite ? La bonne nouvelle est que cela est déjà possible avec la photocatalyse. Lorsque les matériaux de construction sont mélangés à un catalyseur tel que le dioxyde de titane (TiO2), la lumière du soleil en combinaison avec l'oxygène déclenche une réaction chimique. Le dioxyde de titane forme des substances réactives qui diminuent la saleté et les polluants. Qu'il s'agisse de béton, verre ou peinture de façade, presque tous les matériaux peuvent être améliorés avec la technologie photocatalytique.

Il y a plusieurs écueils, cependant :selon le substrat, structure de surface et influences environnementales, l'efficacité photocatalytique varie jusqu'à 100 pour cent ou plus, selon le polluant et le produit. L'efficacité est aussi une question de bon mélange :si seulement la surface est enduite, le catalyseur se lave ou s'érode rapidement. Si vous le mélangez au matériau, une grande partie n'est pas efficace. Le mélange optimal n'a pas encore été trouvé. De plus, le comportement à long terme et la stabilité de ces matériaux de construction sont difficiles à prévoir en dehors du laboratoire.

De plus, il existe un écart important entre les rendements réalisables en laboratoire et ceux obtenus à l'extérieur dans la pratique. Ces questions ont à peine été étudiées encore. Mieux comprendre ces relations était l'objectif des onze partenaires du projet commun PureBau. Leur objectif était d'améliorer l'efficacité des composés de matériaux afin que de meilleurs matériaux de construction photocatalytiquement actifs puissent être développés.

Un nouvel outil pour une recherche efficace

En tant que l'un des partenaires, l'Institut Fraunhofer pour l'ingénierie des surfaces et les couches minces IST à Braunschweig travaille sur une méthode de mesure qui rend cela possible. « La recherche et le développement antérieurs de matériaux de construction photocatalytiquement actifs étaient souvent un processus d'essais et d'erreurs, en raison de l'absence d'une procédure de mesure appropriée. En outre, il n'était tout simplement pas possible d'effectuer des mesures fiables sur le terrain. Bien que les effets puissent être calculés par simulation, ce processus est laborieux et, en plus de ça, ce n'est pas très répandu", dit Frank Neumann, Chef du groupe de travail Photocatalyse au Fraunhofer IST.

Neumann et ses collègues avaient déjà breveté un procédé pour mesurer rapidement et de manière reproductible l'autonettoyage photocatalytique des produits à l'échelle du laboratoire. Cela permet de déterminer à quelle vitesse un matériau avec un certain catalyseur nettoie une surface, comme une façade ou un toit en tuiles. Le principe de base :un colorant luminescent est déposé en phase vapeur sur une surface, puis la vitesse à laquelle il s'estompe sous l'influence de la lumière est mesurée. A partir des paramètres d'intensité lumineuse et d'épaisseur de la couche de colorant, l'efficacité peut être déterminée.

Du laboratoire au terrain

Le défi était maintenant de transférer cette méthode sur un appareil portable qui fonctionne sans conditions de vide, tout en accélérant considérablement la mesure. Grâce à leur collaboration avec l'Institute for High Frequency Technology (IHF) de l'Université technique de Braunschweig, les chercheurs y sont parvenus en deux étapes :puisque la synthèse de colorant qui était utilisée jusque-là en laboratoire présentait trop de réactions chimiques indésirables, ils devaient trouver de nouvelles teintures. Des colorants avec des complexes europium-métal ont été utilisés, comme dans les OLED. En outre, la méthode précédente de dépôt en phase vapeur ne fonctionnait plus pour l'application mobile. "Au lieu, nous avons transféré les colorants en une monocouche sur un support polymère et combinés chimiquement à la fois au moyen de groupes dits d'ancrage, " explique Neumann. Le film de support a l'avantage de bien s'adapter à n'importe quelle surface, minimiser les réactions chimiques avec le matériau et éviter les dommages causés par des mesures effectuées directement sur les façades (par exemple, transfert de colorant). L'enduction d'une seule couche de colorant assure la reproductibilité du procédé.

A l'étape suivante, un démonstrateur d'un pistolet de mesure mobile a été développé en collaboration avec la société Omicron Laserage Laserprodukte GmbH. Dans une serrure à baïonnette, le film y est fixé avec le revêtement de colorant et pressé sur la surface qui doit être testée. L'appareil mesure ensuite la décroissance de la luminescence par l'irradiation UV et détermine l'efficacité photocatalytique - à la fois qualitativement et quantitativement par le degré d'efficacité. Le temps de mesure dans cette procédure a été réduit à environ 15 minutes, par rapport aux tests standard pertinents qui peuvent durer jusqu'à trois heures.

Neumann est convaincu que la technique de mesure pourrait être prête pour le marché dans un à deux ans. Ce serait intéressant pour les fabricants de matériaux de construction, experts en revêtement et prestataires de mesure, ainsi que pour les utilisateurs :« Avant tout, il serait enfin possible de contrôler la qualité des produits actuellement utilisés sur le terrain, mais il serait aussi possible d'accélérer la mise au point de matériaux photocatalytiques performants". A terme, cela pourrait à son tour favoriser l'autonettoyage intensif des façades, toits et voies de circulation et assurer un meilleur climat dans nos villes.