Développement, validation et mise en œuvre sur le terrain d’une méthode de caractérisation in-situ des processus de sorption des composés organiques volatils par les matériaux de construction

Development, validation and use on the field of a new method to characterize in-situ sorption processes of volatile organic compounds onto building materials

• Auteur / Autrice : Malak Rizk
• Direction : Nadine Locoge, Stéphane Le Calvé, Marie Verriele-Duncianu, Coralie Schoemaecker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et lasers, Physico-chimie, Atmosphère
• Date : Soutenance le 29/09/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord). Département Sciences de l'Atmosphère et Génie de l'Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction -- Matériaux

Adsorption

Composés organiques volatils

Air confiné -- Pollution

Mots clés libres

Qualité de l'air intérieur

Résumé

La qualité de l’air intérieur QAI constitue une problématique de recherche en plein essor vu son impact sanitaire et environnemental. Outre la diversité des polluants dans les espaces confinés, de nombreux facteurs influencent la QAI. Alors que les modèles de prédiction de la QAI sont restreints aux paramètres d’émissions de polluants et leurs transports aérauliques, la réactivité chimique et les processus de sorption aux surfaces sont peu évalués à l’échelle du terrain. Ainsi, il est particulièrement intéressant de renseigner les paramètres de sorption des Composés Organiques Volatils (COV) à la surface des matériaux de construction selon une démarche plus représentative des conditions réelles afin de mieux prédire leurs concentrations.L’objectif de cette thèse est de développer une nouvelle méthode pour caractériser in-situ les processus de sorption des COV aux surfaces intérieures, par un couplage d’une cellule d’essai d’émission (FLEC) à un spectromètre de masse à transfert de proton (PTR-MS). La méthodologie développée au laboratoire a été validée en comparaison avec la méthode de référence basée sur de grandes chambres d’essai d’émission utilisables uniquement au laboratoire. La nouvelle méthodologie a été déployée sur le terrain lors de deux campagnes de mesures intensives menées dans un collège performant en énergie. Cette étude a porté sur la détermination des paramètres de sorption de nombreux COV pour différentes surfaces et l’évaluation de leurs variabilités spatio-temporelles. Les paramètres de sorption déterminés au moyen de cette méthode transportable, rapide et non destructive, doivent être utilisés en données d’entrée à un modèle de prédiction de la QAI.

Indoor air quality IAQ is a main concern attracting more researches since its impact on environment and human health is becoming obvious. Besides the diversity of pollutants indoors, several processes may affect IAQ. While the major part of IAQ models still limited on the parameters describing the pollutants emissions and their transport by air flow, the reactivity phenomena and the sorption of pollutants on surfaces are still poorly characterized on the field scale. In addition, the representativeness of sorption parameters derived from laboratory experiments to predict indoor air concentrations on the field, is still a source of uncertainties. Therefore, it is particularly interesting to evaluate sorption parameters of Volatile Organic Compounds (VOCs) on the surface of building materials, using a representative method of field conditions, to better predict VOCs concentrations indoors. The main objective of this thesis is to develop a new method to characterize in-situ VOCs sorption processes on indoor surfaces, by coupling a Field and Laboratory Emission Cell (FLEC) with a proton transfer mass spectrometer (PTR-MS). The methodology developed and characterized in the laboratory, was compared to the method used in literature on the laboratory scale and based on larger emission test chambers. The new method was used on the field during two intensive field campaigns conducted in an energy efficient college. Sorption parameters of a large number of VOCS were determined for the main surfaces as well as their spatial and temporal variability. Using this transportable, fast and non-destructive method, derived sorption parameters could be used as data inputs to an indoor air model, to well predict VOCs concentrations indoors.