L'Équateur est le 5ème pays producteur de pétrole en Amérique du Sud. Les étapes d'extraction et de raffinage génèrent des déchets contentant des métaux co-émis avec les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs), connus pour leurs effets cancérogènes et toxiques chez l'homme. Dans ce contexte et dans le cadre du programme ANR MONOIL, le premier objectif de cette thèse était de déterminer la distribution des métaux dans l'environnement sur les provinces d'Orellana et Sucumbíos (zones d'extraction du pétrole en Amazonie, " NAR ") et dans la ville d'Esmeraldas (raffinerie, sur la côte Pacifique," NPC "). Le 2ème objectif était d'étudier le transfert des métaux depuis le sol ou l'air vers les cacaoyers, largement cultivés en Equateur, et d'en déterminer les impacts sur la santé après ingestion. Enfin, le 3ème objectif était de surveiller la qualité de l'air (PM10) afin d'évaluer l'impact des activités anthropiques et le potentiel oxydatif des particules. Des sols et des cultures ont été collectés dans 31 fermes entre 2014 et 2016. Des échantillons d'air ont été prélevés mensuellement sur 3 sites, à proximité des plateformes pétrolières et de la raffinerie. La composition chimique (teneurs en métaux, carbone organique et élémentaire, ions, sucres, polyols, HAPs) a été déterminée dans les PM10. L'évaluation des risques sanitaires a été réalisée via 3 voies d'exposition. Les effets non cancérogènes et cancérogènes ont été quantifiés à l'aide de l'Indice de Risque (HI) et du Risque Total de Cancer (TCR). La bioaccessibilité du Cd par ingestion a été déterminée avec le test BARGE dans les pâtes et fèves de cacao. La formation d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) a été quantifiée par spectrophotométrie en utilisant 3 essais acellulaires: DTT, AA et DCFH. Les résultats montrent que dans 72% des sites, les concentrations en Ba, Co, Cu, Cr, Ni, V et Zn dans les sols dépassent les limites de la législation équatorienne. Pour la plupart des cultures, les concentrations en métaux sont inférieures aux limites de détection, sauf pour le Cd dans le cacao et le Pb dans le manioc, qui dérogent aux normes de qualité alimentaire. Les cacaoyers accumulent le Cd dans les feuilles, les cabosses et les fèves. Comme la teneur en Cd du pétrole est inférieure à la limite de détection, les produits agrochimiques et les intrants organiques peuvent être incriminés. Près de 100% de la teneur totale en Cd dans les pâtes et fèves de cacao est bioaccessible par ingestion. Le risque pour la santé après consommation de chocolat oscille entre faible et élevé, selon la quantité ingérée. Dans les PM10, le Ba et le Mo, traceurs spécifiques des activités pétrolières, ont montré des valeurs beaucoup plus élevées que celles enregistrées dans les sites industriels. Les ratios OC/EC étaient plus élevés en Amazonie, suggérant des émissions biogéniques plus importantes. La teneur en HAPs est plus élevée sur la côte, cependant les niveaux de BaP étaient inférieurs aux limites de l'UE. Les résultats du potentiel oxydatif ont montré que les composés émis par l'industrie pétrolière (HAPs, Ba, Ni, Zn), par la combustion de la biomasse (sucres) dans le NAR ainsi que les traceurs industriels dans le NPC (As, Ba, Ni, NH4+) corrèlent avec la génération de ROS. Les principales voies d'exposition aux métaux sont l'ingestion et l'inhalation et, dans une moindre mesure, le contact dermique avec le sol. Les enfants tout comme les adultes sont vulnérables aux effets toxiques de ces composés. Enfin, d'autres facteurs comme la déforestation, l'agriculture et les émissions naturelles (volcans) dans le NAR mais aussi les industries dans le NPC contribuent également aux dégâts environnementaux constatés et aux effets néfastes sur la santé. / Ecuador is the 5th crude oil producer country in South America. Oil extraction and refining generate toxic waste containing metals co-emitted with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), naturally present in crude oil or added during production, and known for their carcinogenic and toxic effects in humans. In this context and as a part of the ANR MONOIL program, the first aim of this PhD research was to determine the distribution of metal(loid)s in the environment in the provinces of Orellana and Sucumbíos (oil extraction, North Amazon " NAR ") and the city of Esmeraldas (oil refining, North Pacific Coast, " NPC "). The second aim was to determine if there was a transfer of toxic metals, such as Cd, from soil or air to cacao crops, widely cultivated in Ecuador, and if the consumption of cacao-based products could imply risks for human health. Finally, the third aim was to monitor air quality over 2 years in both areas to assess the impact of anthropogenic activities and the oxidative burden of particulate matter (PM10). Soils and local crops were collected in 31 small-scale farms, between 2014 and 2016. Monthly PM10 samples were collected in 3 sites, in the vicinity of oil platforms close to the refinery. PM10 chemical composition (contents in metals, organic and elementary carbon (OC, EC), ions, sugars, polyols, PAHs) was determined. Human health risk assessment was performed taking into account ingestion, inhalation and dermal contact. Non carcinogenic and carcinogenic effects were quantified using the Hazard Index (HI) and the Total Cancer Risk (TCR). Bioaccessibility of Cd after ingestion was determined by the BARGE in vitro test in cacao beans and liquors. In aerosols, reactive oxygen species (ROS) formation was quantified using 3 acellular assays: DTT (dithiothreitol), AA (ascorbic acid) and DCFH (2',7'-dichlorodihydrofluorescein). Ba, Co, Cu, Cr, Ni, V and Zn concentrations in 72% of the study soils exceeded the limits of the Ecuadorian legislation. For most of the crops, elements were below the limits of detection but, Cd in cacao and Pb in manioc were above the international standards for food quality. Cacao trees accumulate Cd in leaves, pod husks and beans. Because Cd contents in crude oil were below the detection limits, agrochemical products and natural inputs may also be important sources. Almost 100% of the total Cd content in cacao beans and liquor was bioaccessible by ingestion. The health risk after chocolate consumption was low to high, depending on the ingestion rate and the cacao liquor percentage. In PM10, As, Cd, Ni and Pb were below the EU thresholds. However, Ba and Mo, specific tracers of oil activities, used as weighting agents or catalyzers during drilling and refining, showed values much higher than those recorded in other urban-industrialized sites. PM10 composition depended on oil activity. OC/EC ratios were higher in the NAR (oil extraction) than in the NPC (oil refining), suggesting that biogenic emissions were more important in the Amazon area. PAHs contents were higher in the NPC, but levels of benzo-a-pyrene were below the EU limits. Oxidative potential results showed that compounds emitted by oil industry (PAHs, Ba, Ni, Zn) and by biomass burning (sugars) in the NAR as well as industrial tracers in the NPC (As, Ba, Ni, NH4+) were correlated with ROS generation. Regarding residential exposure, the main routes of exposure to metal(loid)s were first ingestion, inhalation and in a small extent soil dermal contact, being both children and adults vulnerable. Finally, the oil Ecuadorian environment is not only contaminated by oil activities. Other factors like deforestation, agriculture and natural emissions (volcanos) in the NAR and industries in the NPC also contribute to environmental damages and may lead to adverse health effects.

Pour répondre aux aspects essentiels du développement durable, les nouvelles constructions doivent réduire leur consommation énergétique. Cela se traduit par une meilleure isolation des bâtiments mais aussi par une maitrise et un control du renouvellement de l'air par ventilation mécanique contrôlée. De telles actions participent à l’augmentation des concentrations de polluants en intérieur pouvant avoir des conséquences sanitaires importantes. La technique de dépollution passive de l’air reposant sur des processus photocatalytiques est une solution intéressante pour répondre à cette problématique. L’objectif de cette étude est d’optimiser une peinture pour application intérieure contenant des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) afin de réduire les concentrations de polluants gazeux comme de dioxyde d’azote (NO2) tout en limitant la formation de contaminants tel que l’acide nitreux (HONO). Dans cette optique, durant cette thèse, différents jeux de peintures (photocatalytiques et de référence) ont été étudiés dans des conditions simulées de laboratoire et dans un environnement réel. Les expériences en laboratoire ont montré une efficacité d’élimination du NO2 jusqu’à 4 fois plus importante sur une peinture photocatalytique que sur une peinture standard. Cette étude met également en évidence la formation hétérogène d’acide nitreux pendant la réaction photocatalysée du NO2. Les rendements de formation de HONO sont compris entre 4 et 20 % du NO2 consommé. Lors d’une étude à échelle 1, dans une pièce modèle, des concentrations significatives de HONO ont été mesurées. Ces observations mettent à jour des mécanismes encore non élucidés de formation de cette espèce en air / In order to improve building energy consumption, new constructions reduce air exchange rate by including better insulation and adding controlled ventilation. However, this energetic advantage participates in increasing the concentration of indoor pollutants and can be the cause of adverse effects on the occupants’ health. A possible solution to this issue is to use the photocatalysis principle/theory as an innovating technique for air remediation. The aim of this study is to optimize photocatalytic materials containing titanium dioxide (TiO2) in order to reduce the concentrations of indoor air pollutants such as nitrogen dioxide (NO2) without the generation of emerging contaminants such as nitrous acid HONO. Over the course of this Ph.D., effects of different photocatalytic paints, tested under simulated and real conditions were studied. Laboratory experiments showed an effective elimination of nitrogen dioxide (NO2) up to 4 times higher with a photocatalytic paint than with a standard paint, the most important parameters influencing NO2 elimination being nanoTiO2 quantity built-in the paint, light intensity, and temperature. This study also highlights the heterogeneous formation of nitrous acid (HONO) during the photocatalysis of NO2, reactivity yields range from 4 % to 20 % of used NO2. During a scale one study in a model room, a significant concentration of HONO was measured. Those observations reveal yet not fully elucidated mechanisms for the indoor formation of this compound

La qualité de l'air intérieur est devenue une préoccupation de santé publique du fait notamment de l'augmentation du temps passé dans les environnements intérieurs et les espaces clos. L'objectif de ce travail est de développer des procédés mettant en œuvre la décharge couronne afin de traiter les polluants gazeux chimiques et particulaires dans l'air intérieur. Le premier volet du travail concerne la dégradation des polluants gazeux chimiques présents en très faibles concentrations dans l’air intérieur. Le couplage d’une décharge couronne et d’un catalyseur est mis en œuvre pour dégrader du toluène dans des conditions représentatives de l’air intérieur. Cette étude démontre la très bonne efficacité de la décharge couronne vis-à-vis du toluène avec de faibles densités d’énergie. Elle identifie les conditions opératoires optimales et propose des mécanismes réactionnels suite à l’identification des principaux produits de réaction. Cependant, le plasma génère des espèces indésirables comme l'ozone et les oxydes d'azote qui doivent impérativement être détruits. Nous avons choisi d'adjoindre à la décharge couronne un catalyseur à base d'oxydes de métaux de transition (MnOx/Al2O3). Différents catalyseurs sont synthétisés puis modifiés par greffage d’agents modifiants. Leur efficacité vis-à-vis de l’ozone et des NOx est quantifiée en présence de différentes teneurs en vapeur d’eau. Le deuxième volet concerne la collecte des particules par filtration électrostatique. Trois procédés sont étudiés ; ils associent un étage d’ionisation et un étage de collecte. L’ionisation est assurée soit par un électrofiltre fil-plaque soit par des aiguilles portées à un potentiel de quelques kilovolts. L’efficacité de collecte est mesurée dans la gamme de 10 nm à 20 µm en fonction de différents paramètres opératoires (tension, polarité, vitesse, paramètres géométriques, concentration en particules, humidité, etc.). Les aiguilles ont une efficacité légèrement inférieure à celle de l’électrofiltre mais présentent une très faible production de l'ozone et une consommation énergétique moindre. L’étude paramétrique permet de dimensionner, d'optimiser la géométrie du procédé et de définir les meilleures conditions de fonctionnement / Indoor air quality has become a public health issue because of the increased time spent in indoor environments and confined spaces. The goal of this work is to develop processes using corona discharge to treat chemical gaseous and particulate pollutants in indoor air. The first part of the work concerns the degradation of chemical gaseous pollutants present in very low concentrations in indoor air. The coupling of a corona discharge and a catalyst is implemented to degrade toluene under conditions representative of the indoor air. Tests were carried out under a range of operating and environmental conditions. This study demonstrates the very good efficiency of the corona discharge for toluene with very low specific density. Optimal operating conditions are identified and reaction mechanisms are proposed following the identification of the main reaction products. However, the generations of by-products, ozone and NOx, which can be hazardous compounds, have to be taken into account. The combination of corona discharge with catalysis seems as a promising way to ensure the suitability and the safety of non-thermal plasma as an indoor air cleaner. Different catalysts based on transition metal oxides (MnOx/Al2O3) are synthesized and then modified by grafting modifying agents. Their efficiency for ozone and NOx elimination is quantified in the presence of different water vapor contents. The second part concerns the particle collection by electrostatic precipitation. Three processes are studied; they combine an ionization stage and a collection stage. The ionization is ensured either by a wire-plate electrostatic precipitator (ESP) or by needles brought to a potential of a few kilovolts. The collection efficiency is measured in the range of 10 nm to 20 μm according to different operating parameters (voltage, polarity, velocity, geometrical parameters, particle concentration, humidity, etc.). The needles have a slightly lower efficiency than the ESP but present a very low production of ozone and a lower energy consumption. The parametric study makes it possible to dimension, to optimize the geometry of the process and to define the best operating conditions

Cette thèse développe les connaissances scientifiques sur l’origine et le comportement des polluants intérieurs en phases gazeuse et particulaire. Une description complète des processus physiques contrôlant les concentrations de polluants en air intérieur dans une pièce inoccupée et non meublée a été réalisée. En utilisant des paramètres bien quantifiés (taux de renouvellement d’air, facteur de pénétration et vitesse de dépôt), nous avons pu appliquer un modèle de bilan massique aux particules. Les résultats ont montré que, en l’absence significative de sources intérieures, une caractérisation fine des paramètres ci-dessus permettait de décrire de manière satisfaisante les concentrations intérieures en PM2.5 et PM10 à partir des données extérieures, tandis que les PM1 montrent une variabilité significativement plus marquée due aux transformations physicochimiques. Par la suite, les composés organiques volatils (COV) et la composition chimique des particules submicroniques ont été mesurés en temps réel lors d’une campagne intensive. Un enrichissement important des concentrations en COV a été observé lorsque l’air ambiant pénètre à l’intérieur du bâtiment, en particulier pour les COV oxygénés qui présentent une dépendance significative avec l’humidité relative, tandis que pour les particules les changements observés dépendent de leur composition chimique et de leur diamètre, montrant une diminution de 20% pour les PM1 à 86% pour les plus grosses particules (>5 μm). L’excès d’ammonium observé dans les deux environnements a permis de déconvoluer les nitrates organiques des inorganiques, ceux-ci présentant une dépendance plus forte avec la température, révélant une décomposition thermique plus importante en air intérieur. En résumé, l’environnement intérieur agit principalement comme une source d’émissions continues de COV, alors qu’une tendance inverse est observé pour les particules, du fait de transformations possibles pouvant se produire même dans les conditions les plus simples, sans occupant ni mobilier. / This thesis improves the scientific knowledge on the origin, behavior and fate of gas and particle-phase pollutants indoors under unoccupied unfurnished conditions. A first campaign provided a complete description of the physical processes controlling the indoor concentrations. Using well quantified parameters (air exchange rate, penetration factor and deposition rate), a mass balance model provided insights for the particle budget closure. The results showed that when indoor sources are not significant, a careful characterization of the abovementioned parameters allows to estimate PM2.5 and PM10 in a satisfying manner from outdoor data. However the PM1 fraction shows a significantly higher variability due to physicochemical transformations. Subsequently, a second intensive campaign was performed to investigate volatile organic compounds (VOC) and PM1 chemical composition in real time. A strong increase in VOC concentrations was observed when outdoor air penetrates indoors, especially oxygenated VOC which exhibited a significant dependence on relative humidity, while the changes observed for particles once indoors depend on their chemical composition and diameter, showing a decrease from 20% for submicron particles up to, 86% for large ones (>5. µm). The investigation of ammonium neutralization revealed an excess of ammonium indoors and outdoors, which is attributed to organic- in addition to inorganic-bonded ammonium nitrate. The latter showed a stronger dependency on temperature gradient from outdoors to indoors, revealing stronger thermal decomposition once indoors. In summary, the indoor environment acts mainly as a continuous emission source of VOCs, while the opposite trend is observed the particles due to possible transformations that can occur even under the simplest conditions, with no occupants and no furnishing.

Le relief des vallées modifie la structure et l'évolution de la couche limite atmosphérique (CLA) par comparaison avec le sol plat et ainsi affecte le transport et le mélange de polluants. L'objet de cette étude est alors de comprendre, au moyen de l'observation et de la simulation numérique, l'évolution de la structure de l'atmosphère (en particulier la CLA) dans les vallées. A cette fin, des données issues du programme POVA, relatif à la qualité de l'air dans les vallées alpines, sont analysées. Un modèle de type simulation des grandes échelles est également adapté (et évalué au moyen des données expérimentales). Les processus d'échanges verticaux couplant la CLA convective à l'atmosphère libre (AL) sont ensuite détaillés sur sol plat. Les résultats de cette étude permettent de caractériser et de quantifier les spécificités des écoulements en vallée et les mécanismes d'entraînement à l'interface entre la CLA et l'AL sur sol plat.

L'étude se concentre sur l'analyse de la dynamique de la Couche Limite Atmosphérique stable et hivernale en vallée, notamment dans des situations conduisant à des épisodes de pollution particulaire. L'analyse est effectuée à partir de simulations numériques de type LES et de mesures locales. Dans une première partie, on étudie les vents catabatiques prenant naissance sur les pentes des vallées encaissées. On montre qu'ils sont instationnaires, inhomogènes et turbulents, que leur diffusivité turbulente évolue quadratiquement avec le nombre de Froude et décroît avec la stratification ambiante. On s'intéresse ensuite au champ d'ondes internes généré par ces vents. On trouve que sa fréquence ne dépend que de la stratification et est indépendante des caractéristiques des vents qui lui donnent naissance. Dans une seconde partie, on s'intéresse au système de vents de vallées et aux inversions thermiques dans les vallées Grenobloises. Les conditions météorologiques conduisant aux épisodes de pollution sont étudiées et leur lien avec les mécanismes précédents est explicité. On montre que ces épisodes se déroulent toujours dans un contexte anticyclonique, sont induits par la présence d'une inversion et que leur évolution est liée à celle des régimes de temps. Pendant ces épisodes, le système de vents local est toujours similaire, indépendant du régime synoptique et constitué de vents thermiques, dont l'organisation spatiale est gouvernée par la géométrie du site. Ces courants sont contenus dans la couche d'inversion qui persiste pendant toute la durée de l'épisode et n'est pas détruite si l'énergie solaire est insuffisante. Le seuil énergétique correspondant est mis en évidence.

Les nitrosamines constituent une famille de composés posant un risque pour la santé des gens. Depuis la fin des années cinquante, 90% des nitrosamines ont été prouvées ou suspectées cancérogènes pour l'homme. Ces substances peuvent être retrouvées dans l'air, entre autres dans les milieux de travail. Les concentrations les plus importantes de nitrosamines volatiles ont été retrouvées dans les procédés de fabrication du caoutchouc. La valeur d'exposition admissible (VEA) recommandée par l'Institut national de santé publique du Québec (INSPQ) dans une revue de littérature récente est de 1 μg/m3 de nitrosamines. Les faibles concentrations à analyser demandent donc des outils et des méthodes d'analyse hautement spécifiques et sensibles. Depuis 2007, les laboratoires de l'IRSST ont effectué un important développement qui a permis de mettre au point une méthode d'analyse de huit nitrosamines dans l'air par chromatographie gazeuse avec détecteur azote phosphore (CG-DAP). Cependant, cette méthode peut parfois présenter des limitations quant à sa spécificité. Le spectromètre de masse étant très sélectif et sensible à la fois, une méthode couplant la chromatographie liquide à la spectrométrie de masse (CLHP-MS) a été développée dans le but de doser de basses concentrations de nitrosamines dans l'air. L'échantillonnage s'effectue avec le tube adsorbant développé par l’INRS (France). La méthode de désorption mise au point permet une récupération moyenne de 96,00 ± 0,08 %. Les limites de quantification obtenues lors des validations préliminaires de la méthode d'analyse par CLHP-MS varient de 0,03 μg/m3 à 0,09 μg/m3 selon la nitrosamine. Les valeurs obtenues représentent respectivement 3 % à 9 % de la norme recommandée par l'INSPQ pour 800 L de volume d'air échantillonné (400 minutes d'échantillonnage à 2 L/min). Le domaine d'applicabilité de la méthode est de 0,07 μg/m3 à 1,75 μg/m3 ce qui couvre les concentrations visées par l'INSPQ. Les résultats démontrent une détection spécifique et sensible des nitrosamines. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Nitrosamines, CLHP-MS, Analyse de l'air, Caoutchouc, GC-DAP.

L’objectif principal de cette thèse est de proposer une analyse des spécificités de la transduction microonde dans le cadre d’une application capteur d’ammoniac. Les deux spécificités principales sont la caractérisation large bande (1 et 8 GHz) et les matériaux sensibles (diélectriques). Cette méthode de transduction repose sur l’interaction entre un gaz polluant et un matériau sensible déposé à la surface d’une structure propagative spécifique aux microondes. La réponse du capteur n’est pas directement induite par les propriétés diélectriques de la molécule gazeuse, mais plutôt par celles de l’espèce cible adsorbée à la surface du matériau sensible. Cette adsorption provoque une modification des paramètres du capteur mesurés par un analyseur de réseau vectoriel. Contrairement à des transductions conventionnelles comme la conductimétrie, ce principe fonctionne à température ambiante avec tout type de matériau, y compris les isolants électriques.Les premiers travaux réalisés durant cette thèse ont conduit au développement d’un nouveau banc expérimental. Il est spécifiquement adapté à l’étude de capteurs microondes par mesures des coefficients de réflexion et de transmission. Ce développement comprend la conception de deux nouvelles générations de capteurs, recouverts d’oxydes métalliques (fer ou titane) commerciaux ou synthétisés dans le cadre de l’étude. Le premier capteur comporte des circuits interdigités tandis que le second est un résonateur trapézoïdal. Ce dernier est caractérisé par une série de fréquences d’intérêt distribuées régulièrement entre 1 et 8 GHz. L’association d’un spectromètre de masse au banc de mesure a permis de suivre les adsorptions/désorptions de l’espèce cible qui est l’ammoniac (10-100 ppm), mais également le comportement du gaz vecteur utilisé, l’argon, et de l’eau adsorbée initialement sur le matériau sensible ou volontairement ajoutée en cours de l’expérience. L’objectif est d’étudier le rôle de l’eau comme interférent vis-à-vis de la détection de l’ammoniac. Une troisième molécule d’intérêt, l’éthanol, a été également été utilisée durant les expériences afin d’estimer de potentielles différences de comportement entre les molécules détectées. Les résultats expérimentaux ont été exploités au moyen de protocoles de traitement de données spécifiquement établis durant cette thèse. Des traitements temporels ont été conduits afin d’étudier le comportement cinétique du capteur, tandis que des traitements spectraux ont permis d’appréhender l’aspect large bande de la réponse du capteur en présence de polluants.Le premier résultat majeur est l’augmentation significative de la sensibilité à l’ammoniac, qui a permis d’abaisser le seuil de détection à des concentrations d’ammoniac de l’ordre de 10 ppm. Le dioxyde de titane a été identifié comme un bon candidat pour la détection d’ammoniac, avec des variations de coefficient de réflexion allant jusqu’à 6 dB pour 300 ppm d’ammoniac. Le rôle de l’eau initialement adsorbée sur le matériau sensible a été élucidé, montrant que son influence n’est significative que lors des premières minutes des expérimentations. Ainsi, il est possible de détecter l’ammoniac en présence d’humidité. Les processus liés aux expositions aux flux gazeux et particulièrement au gaz vecteur ont été identifiés et ont confirmé que la réponse du capteur était uniquement due à son interaction avec les molécules cibles. Un autre résultat majeur est la définition des conditions opératoires nécessaires à l’établissement de la sélectivité. Notre analyse théorique a clairement démontré l’intérêt des mesures large bande en termes de discrimination de molécules cibles. Cette analyse a été testée dans le cadre d’expériences multicibles utilisant l’ammoniac, l’eau et l’éthanol. Ces observations ont permis d’établir un cahier des charges d’une nouvelle génération de capteurs microondes, garantissant une discrimination systématique entre ces trois molécules. / The main objective of this thesis is to propose an analysis of the microwave transduction specificities in the framework of ammonia sensing applications. The two main features of this transduction are its broadband characterization (1 to 8 GHz) as well as its sensitive materials (dielectrics). This transduction method is based on the interaction between a polluting gas and a sensitive material deposited on the surface of a microwave-specific propagating structure. The response of the sensor is not directly induced by the dielectric properties of the gaseous target molecule, but rather by those of the target species adsorbed on the surface of the sensitive material. This adsorption causes a modification of the sensor parameters measured by a vector network analyzer. Unlike more conventional transducers such as conductimetry, this principle works at room temperature with any type of material, including electrical insulators.The first work carried out during this thesis led to the development of a new experimental bench adapted specifically for the study of microwave gas sensors by measuring the S-parameters in reflection and transmission modes. This development includes the design of two new generations of sensors, coated with metal oxides (iron or titanium oxides) commercially available or synthesized during the study. The first sensor comprises interdigital circuits while the second sensor is a trapezoidal resonator. The latter is characterized by a series of frequencies of interest regularly distributed between 1 and 8 GHz. The association of a mass spectrometer with the measurement bench allowed to follow the adsorption and desorption behavior of the target species which is ammonia (10-100 ppm), but also the behavior of the vector gas conventionally used, argon, and water initially adsorbed on the sensitive material or intentionally added during the experiment. The objective is to study the role of water as interfering with the detection of ammonia, the main target species. A third molecule of interest, ethanol, was also used during the experiments in order to estimate the possible differences in the detected molecules behaviors. The experimental results were exploited using specific data processing protocols established during this thesis. Temporal treatments were carried out to study the kinetic behavior of the sensor, while spectral treatments allowed to apprehend the broadband aspect of the sensor response in the presence of pollutants.The first major result is the significant increase in sensitivity to ammonia, which significantly lowered the detection threshold to ammonia concentrations in the 10 ppm range. Titanium dioxide has been identified as a good candidate for ammonia detection, with reflection coefficient variations up to 6 dB for 300 ppm. The role of the water initially adsorbed on the sensitive material has been elucidated, showing that its influence is significant only during the first few minutes of the experiments. Thus, it is possible to detect ammonia in the presence of residual moisture. The processes induced by the gaseous exposures and particularly by the carrier gas were identified, and confirmed that the sensor response was solely due to its interaction with the target molecules. Another major result is the definition of the operating conditions that are necessary for the establishment of the selectivity. Our theoretical analysis clearly demonstrated the interest of broadband measurements in terms of discrimination of target molecules. This analysis has been tested in multitarget experiments using ammonia, water and ethanol. These observations allowed to establish the specifications of a new generation of microwave sensors, guaranteeing systematic discrimination between these three molecules.

La ventilation est un secteur clé du bâtiment, dont le rôle est d’assurer un air sain et confortable toute l’année, ce qui est rarement le cas dans les bâtiments scolaires, tout en minimisant les consommations énergétiques. Nos travaux consistent à apporter des éléments de réponses et des pistes d’amélioration pour l’élaboration de stratégies de ventilation appropriées au milieu scolaire, à partir de travaux expérimentaux et numériques. Pour ce faire, quatre modes de ventilation (naturelle et mixte) ont été testés dans des salles de classes de l’Université de La Rochelle, et leurs performances ont été comparées via une évaluation multicritère basée sur les paramètres physiques caractérisant l’environnement intérieur, les indices de confort (subjectif, analytique et adaptatif) et des critères énergétiques. Des méthodes normatives de classification et des estimations de consommations énergétiques nous ont permis de conclure, que le système de ventilation naturelle par ouverture automatisée des fenêtres, contrôlé par la détection de présence et des paramètres thermiques (système SOS), est le meilleur compromis. Nous soumettons toutefois dans ce manuscrit, un certain nombre d’améliorations à apporter à ce système.Notre contribution porte également sur la connaissance des mécanismes du confort humain et en particulier ses réactions adaptatives, en définissant les conditions favorables au confort et en proposant des modèles prédictifs du confort global, de l’ajustement personnel ainsi que du contrôle individuel de l’ambiance par les occupants. Ces résultats ont notamment pour vocation d’améliorer la prise en compte des interactions entre les occupants et leur environnement dans les simulations numériques et pourraient également servir de base au développement d’une stratégie de ventilation optimisée. Au niveau numérique, nous proposons des simulations annuelles de quatre stratégies de ventilation, très proches de celles testées sur site, à l’aide d’un code thermo-aéraulique multizone (couplage Trnsys/Contam), que nous avons validé à partir de certaines séquences de mesures. En tenant compte d’un scénario d’occupation scolaire standard et du fichier météorologique correspondant à la station de La Rochelle, nous avons notamment montré qu’il est primordial de pré-chauffer l’air d’un système de ventilation mécanique, sous peine d’être confronté à des besoins de chauffage insurmontables. En introduisant une puissance de chauffage illimitée, permettant de maintenir une température minimale acceptable et ainsi de simuler des conditions d’enseignement réalistes, il apparaît que la meilleure qualité environnementale intérieure est à nouveau obtenue avec le système SOS. Notre modèle nous donne désormais la possibilité de multiplier les stratégies de ventilation, ainsi que les scénarios d’occupation, les conditions climatiques ou tout autre étude paramétrique, afin d’élaborer les meilleures stratégies de ventilation dans chaque configuration. / Ventilation is a key sector of building, whose role is to ensure healthy and comfortable air all over the year, which is rarely the case in school buildings, while minimizing energy consumption. Our work provides some answers and possible improvements for the development of appropriate ventilation strategies for schools, from experimental and numerical work.To achieve this, four modes of ventilation (natural and mixed ventilation modes) were tested in classrooms of the University of La Rochelle, and their performances were compared via a multicriteria evaluation based on the physical parameters characterizing the indoor environment, comfort indices (subjective, analytical and adaptive) and energy criteria. Normative methods of classification and estimates of energy consumption enabled us to conclude that the natural ventilation system by automated opening windows, controlled by the presence detection and thermal parameters (SOS), is the best compromise. However, we submit in this manuscript, some improvements to this system.Our contribution concerns also the understanding of the human comfort mechanisms and in particular its adaptive reactions, by defining the favorable conditions for a state of comfort and providing predictive models concerning overall comfort, personal adjustments and the individual control of the indoor environment by the occupants. These results aim to improve the consideration of the interactions between occupants and their environment in numerical simulations, and may serve as a basis for developing an optimized ventilation strategy.Numerically, we propose annual simulations of four ventilation strategies, very similar to those tested in situ, by using a combined heat and mass transfer multizone model (coupling Trnsys / CONTAM), that we have validated from selected experimental sequences. Taking into account a standard scenario of occupation and the annual weather conditions for La Rochelle, we have shown the importance to pre-heat the supplied air of a mechanical ventilation system, because of insurmountable heating demand consequences. By introducing an unlimited heating power, in order to maintain a minimum acceptable temperature and thus to simulate realistic learning conditions, it appears that the best indoor environmental quality is again obtained with the SOS system. Our model now gives us the possibility to increase the number of ventilation strategies, as well as the occupation scenarios, the weather conditions or any other parametric study in order to design the best ventilation strategies for each configuration.

La pollution de l'air est l'un des principaux problèmes de santé publique de notre siècle et surtout de l'air intérieur alors que nous passons environ 90% de notre temps dans des environnements fermés. Parmi les polluants les bioaérosols ont été peu étudiés. Cependant des études épidémiologiques ont déjà montré une relation entre les bioaérosols et la santé. Le but de cette thèse est d’étudier les virus respiratoires dans les milieux clos via les systèmes de ventilation. A l’issue d’un état de l’art des polluants de l’air, il est important de définir ceux nécessitant d’être traités, les systèmes de ventilation, les procédés de filtration par médias fibreux et les procédés de traitement pouvant être mis en oeuvre. Les effets des bioaérosols viraux dans les environnements intérieurs sur la santé publique ont été discutés dans une revue bibliographique. Une méthodologie a été mise en oeuvre pour étudier le comportement des virus dans une centrale de traitement de l’air (CTA). Les virus respiratoires, mengovirus (virus nu à ARN de la même famille que les rhinovirus responsables du rhume) et adénovirus (virus respiratoire nu à ADN), ont été choisis et étudiés dans un système expérimental miniature représentatif des systèmes de traitement d’air. La performance de filtration d’un filtre de CTA vis-à-vis des aérosols viraux a été évaluée avec une validation du système expérimental utilisé. Cette étude a montré la capacité des virus de passer à travers le filtre tout en restant infectieux. Peu de littérature existant sur le sujet, ce projet a permis d’ajouter de nouvelles données pertinentes quant à la persistance des virus respiratoires dans l’air intérieur et plus précisément au niveau des filtres dans les centrales de traitement d’air. / Air pollution is one of the major public health problems of our century and especially of indoor air as we spend about 90% of our time in closed environments. Among pollutants bioaerosols have been poorly studied. However, epidemiological studies have already shown a relationship between bioaerosols and human health. The aim of this PhD work is to learn about respiratory viruses in closed environments via ventilation systems in order to study indoor air quality. At the end of state of the art of air pollutants, it is important to define those present in the air that need to be treated, ventilation systems, filtration processes by fibrous media and the processing methods being able to be implemented. The effects of viral bioaerosols on public health in indoor environments were discussed and drafted in a bibliographic review. The methodology of the study was to assess the fate of respiratory viruses, mengoviruses and adenoviruses, in a miniature experimental system similar to air treatment systems used in closed environments. The experimental system used was validated and the filter performance against viral aerosols was investigated. This study presented originality for the characterization and the fate of two non-enveloped respiratory viruses, mengovirus (RNA) and adenovirus (DNA), in indoor environments and their fate on fiber glass filter. This study showed the ability of viruses to pass through the filter and to remain infectious upstream and downstream the filter. There is scarce literature on this subject, and this project allowed us to add new relevant data on the persistence of respiratory viruses in indoor air and more precisely at the level of filters in air handling units.