Le développement de traitements photo(électro)catalytiques pour l’élimination de polluants organiques requiert la préparation de nano-TiO2 immobilisé sur des supports pour simplifier leur séparation du liquide traité. Deux procédés ont été développés dans le cadre de cette thèse. Le premier consiste à préparer des mousses en TiO2/SiC puis à les intégrer dans un réacteur annulaire entouré de lampes UV-C. Plusieurs paramètres ont été étudiés : le nombre de lampes, la température, la concentration en polluant (paraquat, herbicide) et la stabilité mécanique des mousses. Ensuite, les sous-produits de dégradation ont été identifiés. L’autre procédé développé vise à améliorer la séparation des paires électrons-trous en appliquant une différence de potentiel. Le photocatalyseur doit alors être immobilisé sur une surface conductrice. Dans cette optique, la synthèse par anodisation électrochimique de nanotubes de TiO2/Ti en milieu fluoré est une technique très prometteuse. Plusieurs paramètres ont été étudiés afin de réaliser des électrodes de grande surface et favoriser le passage de l’échelle laboratoire à l’échelle pilote. Les propriétés photoélectrochimiques des nanotubes ont ensuite été optimisées notamment via la détermination de leur longueur optimale. Par la suite, la dégradation photoélectrocatalytique du paraquat a mis en évidence qu’une faible différence de potentiel (0,5 à 1 volt) suffit pour maximiser la séparation des paires électron-trou. La conductivité de l’électrolyte doit également être suffisamment élevée pour maximiser les performances du procédé photoélectrocatalytique. / The development of photo(electro)catalytic methods for the removal of organic pollutants requires the elaboration of supported TiO2 nanomaterials in order to simplify the recovery of the photocatalyst from treated effluents. Two different approaches were developed during this PhD thesis. The first approach consists in producing a thin film of TiO2 onto alveolar SiC foams. The TiO2/SiC assembly was then integrated into a tubular reactor surrounded by UV-C lamps. Many parameters were studied: number of lamps, the temperature, pollutant’s concentration (paraquat, weed killer) and the mechanical stability of TiO2/SiC foams. Then, paraquat’s by-products of degradation were identified. Another approach was then developed in order to improve the electron-hole pair of the photocatalytic process by applying a small electrical bias. For this purpose, the photocatalyst must be coated on a conductive surface. In this field, TiO2 nanotubes grown on titanium substrate by electrochemical synthesis in a fluoride media are very promising. Many parameters were studied in order to produce large electrodes and favor the upscaling. Photoelectrochemical properties of TiO2 nanotubes were studied and optimized especially concerning nanotube’s length. Besides, photoelectrocatalytic degradation of paraquat evidences that a small applied bias (0,5 to 1 volt) is enough to ensure optimal electron-hole separation. It was also demonstrated that the effluent conductivity also has a large influence on the photoelectrochemical performances.

Ce travail de thèse traite de la production d’hydrogène par le procédé de photoélectrocatalyse en utilisant une photoanode à base de nanotubes de TiO2 verticalement alignés. L’utilisation du TiO2 étant limité pour des applications solaires en raison de son large gap, il est nécessaire de le modifier. Deux approches sont proposées pour modifier les nanotubes de TiO2 et leur permettre d’absorber la lumière visible. La première est une modification chimique du TiO2 par co-dopage cationique-anionique (Ta-N) ou (Nb-N). Les cations sont insérés durant la croissance des nanotubes grâce à une approche inédite, et l’azote est inséré durant le traitement thermique. Ceci a pour effet la formation d’orbitales hybrides qui entraîne une réduction du gap et une activité sous lumière visible, tout en permettant une stabilité de la structure. La seconde approche consiste à déposer des nanoparticules d’Ag sur la surface des nanotubes de TiO2. Grâce au contrôle de la morphologie des nanoparticules d’Ag, leur résonnance plasmonique permet de stimuler l’absorption du TiO2 et ainsi d’augmenter son rendement à la fois sous lumière UV et sous lumière visible. / This work is about the production of hydrogen by photoelectrocatalysis using a vertically aligned TiO2 nanotubes based photoanode. Utilization of TiO2 for solar applications is limited due to its large band gap, it has to be modified. Two approaches are proposed for the modification of the TiO2 nanotubes to make them absorb visible light. The first one is the chemical modification of the TiO2 by (Ta-N) or (Nb-N) cationic-anionic co-doping. Cations are inserted during the growth of the nanotubes by a novel approach, and nitrogen is inserted during heat treatment. This leads to the formation of hybrid orbitals resulting in a band gap reduction and of activity under visible light. The second approach consists of the deposition of Ag nanoparticles on the surface of the TiO2 nanotubes. Thanks to the control of the morphology of the Ag nanoparticles, their plasmonic resonance can enhance the absorption of TiO2 and thus increase its activity both under UV and visible light.