Ceramic-based nanocomposite materials for indoor air sanitation

Matériaux nanocomposites sur supports céramiques pour l’assainissement de l'air intérieur

Aliénor Dutheil de La Rochère (1, 1)

1 C2MA - Centre des Matériaux des Mines d'Alès

In developed countries, people spend more than 85% of their time in enclosed areas. Yet, air can carry pathogenic microorganisms such as Mycobacterium tuberculosis or Legionella pneumophila. In this context, the microbiologic quality of indoor air is an issue of common interest. Air treatment technologies for the microbial disinfection of indoor air do exist. However, most of them need external energy inputs and some do produce harmful compounds (nanoscale powders, ozone) when used. Therefore, the main goal of this thesis is to develop new antimicrobial materials for the disinfection of indoor air. These materials shall not need any energetic assistance and shall not release harmful compounds. To achieve this goal, this thesis focused on functionalizing the surface of macroscopic alumina beads. Several active compounds have been studied: manganese dioxide for its oxidizing properties, zinc oxide for its crystalline structure allowing the synthesis of nanoscale blades for the mechanical disruption of microorganisms and silver for its well-known antimicrobial ability. To assess the germicidal properties of these new materials, new test units have been designed. In particular, this thesis explored the use of tests units working in dynamic conditions with ambient air to evaluate the germicidal ability of materials in lifelike conditions.

Dans les pays développés, la population passe aujourd’hui plus de 85% de son temps en intérieur. Or l'air peut être vecteur de microorganismes pathogènes pour l'homme pouvant provoquer des maladies comme la tuberculose ou la légionellose. La qualité microbiologique de l'air intérieur est donc un enjeu d'intérêt. Des solutions existent à ce jour pour traiter l'air mais elles présentent des risques de relargage de composés néfastes (poudres nanométriques, ozone) et nécessitent le plus souvent une assistance énergétique importante. C'est pourquoi l'objectif de ces travaux de thèse est de développer des matériaux germicides pour le traitement de l’air intérieur fonctionnant sans assistance énergétique et n'émettant pas de composés nocifs pour la santé humaine. Dans ce but, les travaux se sont focalisés sur la fonctionnalisation de billes macroscopiques d'alumine par dépôt de couches nanostructurées à leur surface. Plusieurs composés actifs ont ainsi été explorés : le dioxyde de manganèse pour ses propriétés oxydantes, l'oxyde de zinc pour sa structure cristalline permettant la formation de composites pouvant endommager mécaniquement les microorganismes et l'argent pour ses propriétés germicides en tant que métal et ion métallique. Pour tester le potentiel germicide de ces matériaux, des unités pilote de test et des protocoles associés ont été créés. En particulier, cette thèse s'est focalisée sur la possibilité d'utiliser des systèmes de test en conditions dynamiques utilisant de l'air ambiant pour déterminer au mieux les capacités germicides des matériaux dans des conditions proches de leur utilisation réelle.

Mots clés: nanocomposite materials; bioaérosols; air quality; germicidal properties of materials; air treatment; indoor air

Mots clés: matériaux nanocomposites; bioaérosols; qualité de l’air; propriétés germicides des matériaux; traitement de l’air; air intérieur

Domaines: Matériaux; Chimie; Matériaux; Microbiologie et Parasitologie

Aliénor Dutheil de La Rochère. Matériaux nanocomposites sur supports céramiques pour l’assainissement de l'air intérieur. Matériaux. IMT - MINES ALES - IMT - Mines Alès Ecole Mines - Télécom, 2019. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02524042v1⟩