Le niveau de confort thermique est devenu un important critère à considérer durant la conception des habitations contemporaines. Dans certaines régions du monde, la ventilation naturelle ne permet pas de maintenir un environnement confortable à l'intérieur des habitations. On a recours aux systèmes de climatisation pour créer un microclimat intérieur artificiel confortable. Le microclimat intérieur est une combinaison de la température de l'air, de la vitesse de l'air, de l'humidité de l'air et de la température moyenne de rayonnement. Dans cette thèse, nous développons une instrumentation qui utilise la thermographie infrarouge pour mesurer et visualiser les paramètres du microclimat intérieur. Nous entamons nos investigations par la conception d'un capteur et procédons à la validation théorique de son modèle thermique. Ce capteur est l'élément intermédiaire qui permet de quantifier et de visualiser les paramètres du microclimat intérieur à l'aide d'une caméra infrarouge. La quantification de ces paramètres est possible après qu'un problème de transfert thermique inverse ait été résolu. La visualisation de ces paramètres est possible après que les coordonnées 3D d'un ensemble de capteurs disposés dans le champ de vision de la caméra aient été déterminées. Des outils de traitement d'images sont présentés et permettent la mesure précise de la température des capteurs et la localisation 3D de ces capteurs dans l'espace réel. Une validation expérimentale est finalement effectuée. Il en ressort que le système de mesure développé est précis, fiable, et robuste. Une caméra infrarouge et un ensemble de capteurs judicieusement disposés dans l'espace peuvent permettre de quantifier et de cartographier le microclimat intérieur. / The level of thermal comfort has become an important criterion to consider during the design of contemporary buildings. In some parts of the world, natural ventilation is not adequate to maintain a comfortable indoor environment. Air conditioning systems are used in order to create a comfortable artificial indoor microclimate. The indoor microclimate is a combination of air temperature, air speed, humidity and mean radiant temperature. In this thesis, we develop a measuring system that uses infrared thermography to measure and visualize the parameters of the indoor microclimate. We begin our investigations by designing a sensor and we proceed to the theoretical validation of its thermal model. This sensor is the auxiliary element which allows the quantification and the visualization of the parameters of the indoor microclimate with an infrared camera. The quantification of these parameters is possible after that an inverse heat transfer problem has been solved. The visualization of these parameters is possible after that the 3D coordinates of a set of sensors placed in the field of view of the camera have been determined. Image processing tools are presented and allow the accurate measurement of sensors temperature and the 3D location of the sensors in real space. Finally, an experimental validation is realized. The results show that the system developed is accurate, reliable, and robust. An infrared camera and a set of sensors wisely arranged in space can be used to quantify and map the indoor microclimate.

Dans les hôpitaux, les bioaérosols en suspension dans l’air peuvent contenir des cellules bactériennes ou fongiques provenant des patients, des visiteurs, du personnel et de l’environnement extérieur. Les centrales de traitement de l’air (CTA) sont des unités permettant de filtrer, de conditionner et d’assurer une bonne qualité de l’air aux occupants et sont présentes dans certains hôpitaux. Dans la littérature, il n’y a pas de consensus sur le choix des échantillonneurs d’air et les méthodes d’analyse lorsqu’on désire évaluer la qualité de l’air qui est traité dans ces centrales. Le principal défi consiste à éviter la perturbation des soins aux patients lors de l’échantillonnage de l’air dans les CTA. Le présent projet a permis de développer un protocole permettant l’échantillonnage des bioaérosols dans les CTA en utilisant des cannes d’échantillonnage sans perturber les activités qui se déroulent dans l’hôpital. L’objectif de cette étude longitudinale était d’analyser la qualité microbiologique de l’air lors de dix campagnes s’échelonnant sur une période d’un an. Les résultats de cette étude ont démontré que les saisons affectaient significativement les concentrations de microorganismes cultivables et totaux dans l’air intérieur et extérieur d’un hôpital, mais l’effet saisonnier n’influençait pas les concentrations de particules. Le traitement de l’air réalisé avec plusieurs filtres s’est avéré efficace afin de réduire les charges microbiennes et les particules. L'utilisation des méthodes de séquençage Sanger pour l’identification des colonies isolées et de séquençage à haut débit de gènes universels a permis d'obtenir un aperçu de la diversité des espèces bactériennes et fongiques et de valider l’utilisation de marqueurs d’air biologiques. Ce projet a permis d’élaborer des méthodes d’échantillonnage en air dynamique et à haut débit. Il permettra de proposer une stratégie assurant le suivi à long terme de la qualité de l’air à l'intérieur d’un hôpital sans perturber les activités qui s’y déroulent. / Air contains bioaerosols, which are airborne particles of biological origin, including bacterial or fungal cells. Bioaerosols in hospitals may contain microorganisms from patients, visitors, staff, and the outdoor environment. Air treatment units (ATU) are present in certain hospitals and aim to ensure the best air quality for occupants. The literature is scarce when it comes to the choice of air samplers and the method of analyses to assess the air quality in these ATUs. The main challenge is to avoid disruption of patient care during air sampling. The present project developed a protocol allowing the sampling of bioaerosols in ATU using sampling rods and, therefore, without disturbing the activities taking place in the hospital. The objective of this longitudinal study was to analyze the microbiological quality of the air during ten campaigns over one year. The results of this study demonstrated that the seasons significantly affect the concentrations of culturable and total microorganisms in the indoor and outdoor air of a hospital. Airborne particle concentrations were not affected by these seasonal changes. Air treatment with several filters was proven to be effective in reducing microbial loads and particles. The use of Sanger sequencing to identify isolated colonies and next-generation sequencing methods provided insight into the diversity of bacterial and fungal species. This project developed high-velocity dynamic air sampling methods. The study proposes a strategy ensuring long-term monitoring of air quality inside a hospital without disturbing the activities that are taking place inside and to validate the use of biological markers for contaminants in the air in a normal situation.

La qualité de l’air dans les habitats est un problème majeur en Europe, où les personnes passent une grande partie de leur temps en milieu intérieur. Selon l’OMS, de nombreux habitats sont touchés par l’humidité entraînant le développement de moisissures qui ont des conséquences sanitaires et économiques.Dans ce travail, une approche globale, associant étude de terrain et expérimentations en laboratoire, a été employée pour décrire l’exposition aux bioaérosols dans des habitations dégradées par les moisissures, étudier leurs effets sur la santé des résidents et proposer une démarche diagnostique applicable aux habitats dégradés. Nous avons ainsi mis en évidence la présence récurrente de certaines espèces fongiques, notamment Aspergillus versicolor, Penicillium chrysogenum et P. crustosum, qui pourraient être utilisées comme indicateurs microbiologiques de contamination fongique de l’air intérieur. Par ailleurs les analyses statistiques ont permis de montrer des liens entre les concentrations de certaines espèces de micromycètes dans l’air et les catégories de surface contaminées proposées par l’ANSES. Des relations ont également pu être établies entre l’exposition à ces moisissures et certaines manifestations respiratoires et cutanées mentionnées chez les résidents. L’évaluation du potentiel cytotoxique des bioaérosols collectés dans les habitats dégradés a, quant à elle, permis de mettre en évidence un lien entre les réponses observées sur deux lignées cellulaires testées (pulmonaire A549 et cutanée HaCaT).D’un point de vue méthodologique, la qPCR couplée à la cytométrie en flux semble être une méthode rapide qui peut être corrélée à l’approche culturale et permet ainsi de suivre l’exposition à Aspergillus versicolor dans les habitats dégradés. Huit espèces fongiques récurrentes dans les bioaérosols ont également été sélectionnées pour une étude en enceinte climatique montrant l’impact de la température et de l’humidité relative sur la croissance et la toxinogenèse fongique. / Air quality in houses is a major concern in Europe, as people spend most of their time indoors. According to the WHO, numerous houses are exposed to dampness that can lead to mold growth, causing health and economic damages.In this work, a global approach including both field study and laboratory experimentations was used to characterize the human exposure to bioaerosols in mold-damaged houses, to study their health effects on inhabitants and to propose a diagnostic process that could be applied to mold-damaged houses. We showed the recurrence of several fungal species, specifically Aspergillus versicolor, Penicillium chrysogenum and P. crustosum, which could be used as microbial indicators of airborne fungal contamination. In addition, our statistical analyses showed relations between the concentrations of recurrent molds in air and the levels of surface contamination by molds proposed by ANSES. Statistical link has also been found between mold exposure and respiratory or cutaneous symptoms described by the inhabitants. A cytotoxic potential evaluation of bioaerosols collected in these mold-damaged houses allowed to highlight a relation between the responses observed for the two cell lines (pulmonary A549 and cutaneous HaCaT).From a methodological point of view, qPCR coupled with flow cytometry appears to be a fast and reliable method that can be correlated to cultural approach, allowing to monitor the human exposure to Aspergillus versicolor in mold-damaged buildings. Eight recurrent fungal species identified in bioaerosols were also selected for a study in a climatic chamber that showed the effects of temperature and relative humidity on fungal growth and toxinogenic potential.

De nos jours, les bâtiments sont de plus en plus confinés afin de limiter au maximum les déperditions énergétiques et parallèlement les matériaux de construction, d’ameublement et de décoration sont une source de composés organiques volatils (COV) et de formaldéhyde. La combinaison de ces deux éléments conduit à un air intérieur davantage pollué que l’air extérieur. Au cours de cette thèse, une nouvelle méthode d’analyse simultanée par SPME/GC/MS des COV et du formaldéhyde dans l’air intérieur a été développée. Une nouvelle cellule d’émission a également été mise au point pour évaluer les émissions des matériaux par couplage avec la SPME. L’ensemble de ces méthodes a été appliqué au suivi de la QAI et des émissions de matériaux de deux bâtiments neufs (un collège et un logement) durant les 6 mois suivant leur construction. Enfin, les données collectées au cours de ce suivi ont permis le développement d’un modèle prédictif de la QAI. / Nowadays, buildings are more and more airtight in order to limit heat loss as much as possible. At the same time, building, decorative and furnishing materials are known to be a volatile organic compound (VOC) and formaldehyde source. The result of these two facts is that indoor air is finally more polluted than outdoor air. During this PhD, a new analytical method based on SPME/GC/MS to analyse simultaneously VOCs and formaldehyde in indoor air was developed. A new emission cell was also designed to evaluate materials emission by coupling it with SPME. All these new methods were then applied in two new buildings (a high school and a dwelling) in order to follow indoor air quality and building materials emissions during the six month following their construction. Finally, the data collected during this study were used to develop an indoor air quality modeling.

Concernant la pollution particulaire des ambiances, qu'elles soient habitables ou destinées à accueillir des populations (grand nombre de personnes, telles que les grands halls publics ou les gares souterraines), c'est essentiellement l'étude du dépôt des particules ou de leur migration dans l'air, qui a le plus souvent été traitée dans la bibliographie. <br />Pour l'instant trop peu d'études ont été consacrées aux aspects de la remise en suspension des particules car de façon générale, qu'il s'agisse d'habitations ou de grands volumes ouverts au public, les vitesses de l'air restent relativement faibles et permettent difficilement d'«arracher» les particules déposées. C'est dans cet esprit que nous avons élaboré en cellule test, un protocole expérimental pour mettre en évidence ce phénomène. Nos expérimentations permettront de dégager une tendance visant la modélisation du comportement particulaire en phase de remise en suspension.<br />Nous nous sommes basés sur l'analogie électrique des cycles de charge – décharge d'un self dans une résistance dans un circuit RL pour modéliser le dépôt et la remise en suspension des particules.<br />Les résultats fournis par le modèle reproduisent dans la majorité des cas les résultats expérimentaux sur des intervalles représentatifs de temps.

Les outils d'évaluation des risques liés au transfert des polluants gazeux du sol vers les environnements intérieurs comportent de fortes incertitudes quant à la connaissance de certains paramètres et notamment ceux relatifs à l'interface sol-bâtiment : prise en compte des différentes typologies de soubassement, niveau de perméabilité des planchers bas. Ces incertitudes conduisent à une mauvaise estimation de l'impact de ces polluants gazeux sur la qualité d'air intérieur.Afin de contribuer à l'amélioration des modèles d'évaluation pour la gestion des risques vis-à-vis des pollutions gazeuses venant du sol, cette thèse présente dans une première partie, une méthodologie de développement de modèles analytiques adaptés à la prise en compte de différents soubassements, afin de mieux appréhender le transfert de polluants gazeux entre le sol et le bâtiment. Ces modèles ont été développés sur la base d'une analogie avec le transfert des flux de chaleur entre le sol et le bâtiment. Ils traitent, tout particulièrement, des transferts d'air convectifs au niveau de l'interface sol-bâtiment pour différentes typologies de soubassement. Parla suite, les modèles analytiques développés ont été intégrés dans un modèle aéraulique des bâtiments afin d'étudier l'impact des différentes typologies de soubassement sur l'entrée de polluants du sol et donc sur la qualité d'air intérieur résultante.En parallèle, des travaux expérimentaux ont été entrepris afin de compléter la connaissance actuelle relative à la perméabilité à l'air des bétons fissurés, pour laquelle un manque de données a été constaté. D'autre part, les débits d'air convectifs allant du sol vers le bâtiment ont également été quantifiés de façon expérimentale à l'aide de la maison expérimentale 'MARIA' dont dispose le CSTB. Ce type de quantification constitue une première base de données expérimentale.Enfin, une dernière partie de cette thèse traite de la réalisation d'un suivi expérimental annuel des performances d'un Système de Dépressurisation des Sols naturels, dans le but d'optimiser à terme les solutions de protection des bâtiments vis-à-vis des polluants gazeux du sol..

Problématique : La qualité de l'air intérieur est devenue une préoccupation majeure de santé publique, en raison du temps passé à l'intérieur des locaux et de la diversité des contaminants biologiques et des polluants chimiques présents. Objectifs : Il s'agit de renseigner et de modéliser l'exposition domestique à des polluants chimiques retrouvés dans l'air intérieur et d'en étudier le lien avec la morbidité respiratoire au cours de la première année de vie des nouveau-nés de la cohorte PARIS (Pollution and Asthma Risk : an Infant Study). Méthodes : À 1, 3, 6, 9 et 12 mois, des questionnaires sanitaires sont adressés aux parents pour renseigner la survenue des infections des voies respiratoires et des symptômes évocateurs d'asthme (sifflements, toux sèche nocturne, etc.). Des questionnaires environnementaux sont envoyés en parallèle pour documenter le cadre et le mode de vie des enfants. Pour pallier l'imprécision résultant d'une évaluation de l'exposition aux polluants de l'air intérieur par simple questionnaire, des investigations environnementales complémentaires ont été conduites, à 1, 6, 9 et 12 mois, au domicile d'un échantillon aléatoire de 196 nouveau-nés de la cohorte PARIS et dans des crèches parisiennes fréquentées par ces enfants. Les données issues des mesurages domestiques répétés ont été confrontées aux données recueillies par questionnaires afin d'établir des modèles prédictifs s concentrations domestiques annuelles de polluants. Ces modèles ont ensuite été appliqués à l'ensemble des logements fréquentés par les enfants de la cohorte afin de les classer au regard de leur exposition domestique annuelle pour étudier l'impact sanitaire de cette exposition. Résultats : Les modèles prédictifs des concentrations mesurées ont permis d'identifier les déterminants des niveaux de formaldéhyde, de dioxyde d'azote, de toluène et de tétrachloroéthylène : les sources continues et leur caractère récent (panneaux de particules, parquet vitrifié, stratifié, flottant et peinture), les sources discontinues (combustion et proximité au pressing) et les paramètres d'aération et de ventilation conditionnant l'entrée ou la sortie du polluant selon leur origine dominante. Au cours de la première année de vie, près d'un enfant sur deux présente une infection des voies respiratoires basses, 14,8 % une toux sèche nocturne. Concernant l'impact sanitaire de l'exposition aux polluants chimiques, après ajustement sur l'ensemble des facteurs de risque, seule l'exposition domestique au formaldéhyde majore la survenue des infections et plus particulièrement des infections sifflantes. L'exposition au formaldéhyde est aussi associée à la toux sèche nocturne et plus particulièrement chez les enfants sans antécédents parentaux d'allergie. Conclusion : Une exposition domestique aux polluants chimiques de l'air intérieur, tels que le formaldéhyde, peut être associée à la morbidité respiratoire du jeune enfant. Ces résultats viennent appuyer les mesures prises par les pouvoirs publics concernant les émissions des matériaux

L'impact de l'ozone sur la qualité de l'air intérieur a été étudié par une double approche permettant d'une part, de mieux comprendre les mécanismes réactionnels de disparition de l'ozone au contact des surfaces intérieures et d'identifier les produits de réactions, et d'autre part, d'étudier le transfert de l'ozone depuis l'extérieur vers l'intérieur et son comportement in situ, notamment en période de pics de pollution photochimique.<br />Un banc d'exposition contrôlée a été mis au point pour étudier les interactions entre l'ozone et seize produits de construction et de décoration fréquemment rencontrés dans les environnements intérieurs. Pour tous les matériaux testés, une disparition d'ozone significative, comprise entre 8% pour une peinture glycérophtalique et 89% pour un lambris en pin brut, a été observée. Des vitesses apparentes de dépôt de l'ozone sur les matériaux variant de 0,003 à 0,158 cm•s-1 ont été calculées. Les émissions des matériaux sont modifiées en présence d'ozone. Certains composés sont détectés en concentrations inférieures (styrène, alcènes C12) tandis que d'autres sont retrouvés en concentrations nettement supérieures, notamment des aldéhydes (formaldéhyde, acétaldéhyde, benzaldéhyde, C5 à C10), des cétones et des acides carboxyliques. Lors d'essais conduits sur un lambris en pin, la prédominance des mécanismes hétérogènes dans la disparition d'ozone a été mise en évidence, la contribution des réactions en phase homogène étant estimée entre 5 et 20 %.<br />L'impact de la pollution photochimique sur la qualité de l'air intérieur a été étudié durant les étés 2003 et 2004 dans la maison expérimentale MARIA du CSTB. Il apparaît que la pollution extérieure (NO, NO2 et O3) est complètement transférée dans la pièce par le système de ventilation. Près de 80% à 95% de l'ozone est éliminé à l'intérieur de la pièce, témoignant ainsi de la présence d'importants puits d'ozone. Des sous-produits réactionnels ont été identifiés, en particulier le formaldéhyde, l'hexaldéhyde, le benzaldéhyde et le nonanal. Il apparaît que la réactivité en phase hétérogène prédomine sur les réactions en phase gazeuse, bien que des réactions d'ozonolyse d'alpha-pinène aient été observées dans la pièce. Les variations quotidiennes des concentrations intérieures de l'ozone et de certains composés (formaldéhyde, hexaldéhyde) soulignent le rôle de la réactivité chimique et des paramètres environnementaux (surtout la température) sur les émissions de certains matériaux, et donc sur leurs concentrations dans l'air intérieur.<br />Un modèle simple de prédiction des concentrations intérieures de polluants a été mis au point. Les prévisions sont réalisées d'après les concentrations extérieures des polluants et intègrent la réactivité en phase homogène et en phase hétérogène. Pour NO, les données simulées et réelles sont quasiment identiques tandis que le modèle surestime les concentrations intérieures de NO2, probablement du fait de l'absence de prise en compte du dépôt de NO2 sur les surfaces intérieures. Les prévisions des concentrations intérieures d'ozone sont très satisfaisantes.

L'atmosphère terrestre est un milieu très complexe, perpétuellement en interaction, dont sa composition est fortement influencée par les activités humaines qui émettent de nombreux composés. Peu d'études liées aux émissions de composés organiques volatils (COV) en air intérieur à partir des sources de combustion (différents modes de chauffage, cuisine, ...) ont été conduites à ce jour. En effet, l'utilisation de cheminées ne peut que s'accentuer ces prochaines années compte tenu de l'augmentation importante du coût du pétrole et de la valorisation du bois en tant que source alternative. Une partie de la carence en études dans de domaine est liée au manque de techniques analytiques permettant d'accéder aux composés émis à des niveaux très faibles.Le travail entrepris a pour principal objectif l'évaluation de l'impact des émissions de COV dû à la combustion du bois, plus particulièrement dans les atmosphères intérieures. Afin de mieux appréhender le rôle des composés émis sur la qualité de l'air et la santé, une étude cinétique de photodégradation d'un traceur spécifique de la combustion a été réalisée : le créosol. Ainsi après avoir étudié les possibilités de nouveaux supports analytiques à base de nanostructures de carbone (NSC) nous nous sommes attachés à évaluer les caractéristiques des émissions de différents foyers individuels à bois. Cette étude a montré qu'il était possible d'isoler certains composés « traceurs » en relation avec le type de combustion et l'essence de bois brûlé. Les NSC ont montré des qualités analytiques inégales à ce jour et demande encore des études complémentaires. Un traceur type : le créosol, à été mis en évidence dont son étude cinétique a montré qu'il était très réactif avec une constante très élevée et qu'il était à l'origine de composés secondaires parfois plus toxiques pour la santé humaine (composés oxydés).

Dans l’air intérieur, de nombreux composés organiques volatils sont présents, parmi lesquels le formaldéhyde, composé cancérogène. Sa présence dans l’air intérieur s’explique par son utilisation abondante dans les matériaux d’ameublement et de décoration. L’objectif est de concevoir un procédé d’épuration, propre, sûr et capable d’éliminer le formaldéhyde de l’air intérieur. Le choix s’est tourné vers un épurateur d’air autonome. Afin de protéger les utilisateurs, le dispositif doit piéger et dégrader complètement les polluants de l’air sans émettre de sous-produits. L’absorption a été choisie comme méthode de piégeage et la photocatalyse comme technique de dégradation. L’épurateur pilote couplant absorption et photocatalyse a été testé en laboratoire et un modèle a été construit pour prédire son efficacité à dégrader en continu le formaldéhyde. L’épurateur dimensionné pour une situation réelle se révèle avoir un encombrement réduit, compatible avec son installation dans un bureau / In indoor air, many volatile organic compounds are present, including formaldehyde. The presence of this carcinogenic compound in indoor air is due to its abundant use in furniture and decoration materials. The objective of this work is to design a purification device, clean, safe and capable of removing formaldehyde from indoor air. The choice turned to a stand-alone air purifier. To protect users, the device must trap and completely degrade air pollutants without emitting by-products. Absorption was chosen as trapping method and photocatalysis as degradation technique. The cleaner coupling absorption and photocatalysis has been tested in the laboratory and a model was built to predict its efficiency to continuously degrade formaldehyde. The purifier designed for a real situation appears to have a small volume. An efficient, compact, quiet and attractively designed device is an advantage for this air purification solution is accepted and adopted by users