Pour une meilleure connaissance et contrôle des polluants organofluorés persistants dans l'air – PFAS-in-air

Les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) sont largement utilisées, présentes dans de nombreux produits de la vie quotidienne (ustensiles de cuisine antiadhésifs, vêtements hydrofuges, emballages alimentaires, cosmétiques). Ce sont des composés synthétiques constitués de chaînes de carbone fluoré de longueurs variables, portant différents groupes fonctionnels. La liaison C-F les rend extrêmement stables, et résistants à la dégradation. L’utilisation de ces produits conduit à la dispersion des PFAS dans l'environnement (air, sol et eau) où ils s’accumulent à l’échelle mondiale. Dès 2009, les PFAS ont été inscrits sur la liste des Polluants Organiques Persistants, et certains sont classés cancérogènes, mutagènes ou toxiques pour la reproduction. Des réglementations européennes existent pour surveiller et limiter leur présence dans l'eau potable, mais il existe un vide réglementaire concernant leur présence dans l’air. Pourtant, certains PFAS, comme les alcools fluorotélomères (FTOHs), possèdent des pressions de vapeur (PV) suffisantes sous conditions ambiantes pour être volatils. D'autres PFAS à VP plus faible s’adsorbent sur les particules en suspension dans l’air (PM) et sont donc également régulièrement détectés dans l’atmosphère.
L’objectif de PFAS-in-air est de développer des outils permettant de surveiller et d’éliminer les PFAS en suspension dans l’air, afin de limiter les expositions humaines et de réduire les transferts de PFAS vers les autres compartiments environnementaux (sol, eau). Les PFAS sélectionnés pour l’étude ont des chaînes courtes (CnF2n+1R avec n=3, 4 et R=COOH, SO3H, SO2NH2 et C2H4OH). Ce choix est motivé par leur pression de vapeur élevée, ce qui leur permet d'être présents dans l’atmosphère. En raison des concentrations des PFAS dans l’air intérieur (classiquement inférieures à 100 pg.m-³), le consortium propose de développer un procédé couplant adsorption et catalyse hétérogène pour dégrader le PFAS. Le principe est le suivant : un flux de gaz contenant des PFAS traverse une cartouche contenant un adsorbant (zéolithe/silice fonctionnalisée) afin d’adsorber spécifiquement les PFAS. A saturation, les PFAS sont désorbés par traitement thermique et dégradé par un catalyseur hétérogène intégré dans l'adsorbant ou positionné en aval de celui-ci. L'adsorbant pourra également être utilisé pour la surveillance de la qualité de l'air en prélevant les PFAS sur l'adsorbant puis en les désorbant thermiquement (ou avec des solvants) pour ensuite les analyser.
Notre stratégie de projet comprend :
(1) la conception assistée par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) de l’adsorbant/catalyseur et l’étude des mécanismes ;
(2) l’optimisation des adsorbants ;
(3) l’optimisation des catalyseurs hétérogènes pour la minéralisation des PFAS à basse température ;
(4) l’intégration des adsorbants dans des dispositifs de surveillance (métrologie) et le couplage adsorbant-catalyseur dans un dispositif de remédiation de l’air intérieur (dépollution).
Les meilleurs adsorbants et couples adsorbant-catalyseur seront testés en conditions réelles, permettant au projet d’atteindre un niveau de maturité technologique (TRL) de 4-5 en vue d’un futur projet de maturation technologique. En accord avec le programme proposé, le consortium, coordonné par MADIREL-Marseille, regroupe des expertises dans les domaines de la chimie théorique (L2CM-Nancy), de la science des matériaux (IS2M-Mulhouse), de l’adsorption (MADIREL-Marseille), de la catalyse hétérogène (UCEIV-Dunkerque) et de la chimie environnementale (LCE-Marseille).