Contribution à l’étude de la remise en suspension de particules générée par le pas humain au sein d’une ambiance du bâtiment

Contribution to the study of human-induced particle resuspension in an indoor environment

• Auteur / Autrice : Ahmed Benabed
• Direction : Walter Bosschaerts, Karim Limam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 21/12/2017
• Etablissement(s) : La Rochelle en cotutelle avec École Royale Militaire (Bruxelles)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Luc Rabet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Walter Bosschaerts, Karim Limam, Luc Rabet, Emmanuel Antczak, Rosaria Vetrano, Bart Janssens
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Antczak, Rosaria Vetrano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluides, Dynamique des -- Mesure

Locomotion humaine

Particules (matière)

Air confiné -- Pollution

Mots clés libres

Pollution intérieure

Particule

Polluant

Dépôt

Remise en suspension

Modèle réduit

Effets aérodynamiques

Modèle de remise en suspension

PIV

LDV

HWA

Particle matter

Particule

Pollutant

Deposition

Resuspension

Small scale model

Aerodynamic effects

Resuspension model

PIV

LDV

HWA

Résumé

Ce travail de thèse s'inscrit dans la thématique de la pollution particulaire de l'air intérieur et concerne plus particulièrement les phénomènes de remise en suspension liés à l'impact, au niveau du sol, des pas d'une personne qui marche sur un plancher chargé en particules. La première partie présente un état de l'art des connaissances de la pollution particulaire. Les différents paramètres expérimentaux qui influencent la remise en suspension des particules ainsi que les coefficients utilisés pour la quantification du phénomène sont recensés. Les différentes perturbations mécaniques et aérodynamiques générées lors de l'impact d'un pied avec le sol pendant la marche d'une personne sont présentées et comparées. Nous terminons la première partie par une présentation des différents modèles de remise en suspension des particules émanant d'une surface. La seconde partie est consacrée à la présentation de la maquette qui a été mise au point au laboratoire LaSIE à La Rochelle afin d'étudier le dépôt et la remise en suspension des particules par un simulateur mécanique du pas humain depuis un sol chargé en particules. Cette étude a permis de classer les différents types de surfaces utilisées dans le bâtiment en fonction de leurs émissions en particules après l'impact mécanique d'un solide. La troisième partie du travail consiste à mesurer les vitesses de l'écoulement de l'air généré par un simulateur mécanique automatisé du pas humain en différents emplacements. Les mesures de la vitesse ont été effectuées par trois types de méthodes largement utilisées dans le domaine de la mécanique des fluides : deux méthodes de Vélocimétrie Laser (Vélocimétrie par Image des particules et Vélocimétrie Laser Doppler), mais également une méthode d’Anémométrie à Fil Chaud. Ces mesures nous ont permis de trouver la zone de forte vitesse qui correspond à la zone où nous avons une remise en suspension importante. Nous avons également étudié l'influence de l'état de la surface sur les vitesses de l'écoulement générées à proximité du sol suite au mouvement du simulateur mécanique. Ces mesures ont mis en évidence que l'influence de la rugosité de la surface sur la vitesse de l'écoulement généré par le pas est marginale. Finalement, nous avons étudié analytiquement le détachement des particules en utilisant un modèle basé sur le bilan des moments de forces. Des perspectives à la fois sur l'amélioration des deux maquettes mises en place au LaSIE et à l'ERM, ainsi que le développement d'un code numérique pour simuler le pas humain sont présentées et argumentées en conclusion.

This thesis work is part of indoor air particle pollution theme and more particularly the phenomenon of walking-induced particle resuspension. The first part presents a state of the art knowledge of particulate pollution. The different experimental parameters that influence the particles resuspension, as well as the coefficients used for the phenomenon quantification, are identified. The various mechanical and aerodynamic disturbances generated during person walking are presented and compared. We end the first part with a presentation of the different particles resuspension models. The second part is dedicated to present the experiment made on a small scale model developed at the LaSIE laboratory in La Rochelle to study particles deposition and resuspension by amechanical simulator of the human step from a particle-laden soil. This study classified the different types of surfaces used in the building according to their particulate emissions after the mechanical simulator impact. The third part of the work consists of measuring the airflow velocities generated by an automated mechanical simulator of the human footstep at different locations. The velocity measurements have been done in the Royal Military Academy at Brussels (RMA) by three types of methods widely used in the field of fluid mechanics : two methods of Laser Velocimetry (Particle Image Velocimetry and Laser Doppler Velocimetry), but also a method of Wire Anemometry. These measurements allowed us to find the high-speed zone that corresponds to the area where we have a significant resuspension. We also studied the influence the surface roughness on the flow velocities generated near the ground following the movement of the mechanical simulator. We have shown that the influence of the surface roughness on the speed of the flow generated by the pitch is marginal. Finally, we analytically studied the detachment of particles using a model based on the momentum balance. Perspectives on both the improvement of the two models set up in LaSIE and the RMA, as well as the development of a numerical code to simulate the human step, are presented and argued in conclusion.