Ce travail a consisté à analyser et de simuler à l’aide du modèle INCA-Indoor la qualité de l’air intérieur, et de développer une nouvelle méthodologie pour étudier les contributions des différents processus aux concentrations de polluants. Cette nouvelle méthodologie se base sur un nouveau programme de sensibilité INCA-Indoor-D, permet d’identifier rapidement les paramètres les plus sensibles qui peuvent influencer la qualité de l’air intérieur. Le modèle INCA-Indoor a été validé expérimentalement en utilisant les données mesurées lors de la campagne MERMAID (2014-2015). L’application du programme de sensibilité INCA-Indoor-D est pour analyser des sensibilité des concentrations de OH par rapport aux divers paramètres. Une classification de l’importance de ces paramètres en fonction de la sensibilité a ainsi été effectuée. Ce travail de thèse offre une nouvelle analyse de la pollution de l’air ainsi que de nouvelles perspectives d’études possibles dans un bâtiment basse consommation. / This study consisted in the study of indoor air quality with INCA-Indoor model, and especially the development of a fast methodology to identify the most sensitive parameters influencing indoor air quality. The methodology is based on a sensitivity program INCA-Indoor-D, which was built to identify the most important parameters affecting pollutant concentrations. With measurement data from MERMAID (2014-2015), it is intended to continue to evaluate the INCA-Indoor model, which was used to analyze the indoor air quality of a low energy building. The first application of the sensitivity program INCA-Indoor-D is performed to develop a comprehensive sensitivity analysis of indoor [OH] with respect to diverse parameters. Sensitivity has been settled with a classification of the parameters. The results in this study provide useful information about roles of different processes controlling indoor air quality and the effects of different parameters on indoor pollutant concentrations.

Depuis 2001 et la création d'un observatoire de la qualité de l'air intérieur (OQAI), la qualité de l'air intérieur est devenue un enjeu majeur de santé publique et fait l'objet d'un cadre réglementaire qui continue d'évoluer au cours des dernières années. Deux décrets récents, en France, prévoient la mise en œuvre de l'étiquetage des matériaux de construction en fonction de leurs émissions de composés organiques volatils (COV) (décret n° 2011-321, 23/03/2011) et le contrôle de la concentration des polluants (benzène et formaldéhyde) avec un guide des valeurs pour les bâtiments ouverts au public (n ° 2011-1728, 12/02/2012). De nos jours, la méthode analytique utilisée pour mesurer la concentration en formaldéhyde dans l'air consiste en un prélèvement sur cartouche de 2,4-dinitrophénylhydrazine (DNPH), qui est analysée par chromatographie en phase liquide après extraction. Cette méthode nécessite un équipement lourd et une étape en laboratoire est nécessaire. La société Ethera développe et commercialise des capteurs spécifiques pour la détection et la mesure du formaldéhyde avec des échantillonneurs passifs ou actifs. Ce capteur est basé sur des matrices nanoporeuses contenant du Fluoral-P (4-amino-3-pentène-2-one), qui réagit sélectivement avec le formaldéhyde pour produire un composé coloré de la 3,5-diacétyl-1,4-dihydrolutidine (DDL). La DDL est détectée à 420nm par lecture optique et la différence de densité optique mesurée avant et après l'exposition du capteur est directement proportionnelle à la concentration en formaldéhyde dans l'air intérieur. Le but de cette thèse est d'améliorer les performances des échantillonneurs passifs. Les différentes phases du développement des échantillonneurs passifs sont étudiées (conception, évaluation en chambre d’exposition) avec différentes approches et méthodologies. Deux axes d'étude sont considérés: une approche théorique et des essais en laboratoire. Une approche théorique a été mise en œuvre pour optimiser un échantillonneur passif ou dimensionner un nouveau préleveur. Les tests de laboratoire ont permis d'évaluer les paramètres métrologiques des échantillonneurs passifs (limite de détection, sensibilité, répétabilité, linéarité ...) et les effets des facteurs d'exposition (température, humidité relative, concentration). / Since 2001 and the creation of a French Indoor Air Quality Observatory (OQAI), indoor air quality has become a major public health issue. It is the subject of a regulatory framework that continues to evolve in recent years. Two recent decrees, in France, foresee the implementation of the labeling of building materials according to their emissions of volatile organic compounds (VOCs) (decree n°2011-321, 23/03/2011) and the survey of air concentration of two pollutants (benzene and formaldehyde) with guide values in public buildings (n°2011-1728, 2/12/2012). Today, the analytical method used to measure formaldehyde concentration in air consists in a 2,4-dinitrophenylhydrazine (DNPH) sampling cartridge which is analyzed by liquid chromatography after solvent extraction. This method is time consuming, expensive and complicated to perform. The company Ethera develops and markets specific, sensitive sensors for detection and measurement of formaldehyde with passive or active samplers. This sensor is based on a nanoporous matrix containing Fluoral-P (4-amino-3-penten-2-one), which selectively reacts with formaldehyde to produce a colored compound the 3,5-diacetyl-1,4-dihydrolutidine (DDL). DDL is detected at 420nm by optical reading and the difference of the optical density measured before and after exposition of the sensor is directly proportional to the concentration of formaldehyde in air. The purpose of this thesis is to improve the performance of passive samplers. The different phases of the development of passive samplers are studied (design, evaluation in environmental chamber) with different approaches and methodologies. In fact, two axis of study are considered: a theoretical approach and laboratory tests. Theoretical approach will be implemented to optimize a passive sampler or for sizing a new one based on the study of theoretical sampling rates. Laboratory tests will allow to assess metrological parameters of passive samplers (detection limit, sensitivity, repeatability, linearity…) and to estimate effects of exposure factors (temperature, relative humidity, concentration levels …).

Un des enjeux pour améliorer la qualité de l’air intérieur des bâtiments est d’adopter de bonnes pratiques, notamment en matière de sélection des matériaux lors des phases de conception. Pour cela, des outils d’aide à la décision/conception sont indispensables en support à ces bonnes pratiques pour atteindre une maîtrise globale de la qualité de l’air intérieur. Dans le domaine du bâtiment, il n’existe pas à ce jour d’outil opérationnel permettant d’estimer, en amont d’une construction, la qualité de l’air intérieur. Des travaux sont engagés sur ce thème mais ils se heurtent à un manque d’informations sur le comportement des matériaux lorsque ceux-ci sont associés et soumis à des conditions normales d’usage. Ces travaux de thèse avaient donc pour objectif d’évaluer le comportement de matériaux (source ou puits) vis-à-vis de la contamination aux composés organiques volatils (COV) et au formaldéhyde lorsqu’ils sont évalués seuls dans des conditions normalisées retenues pour l’étiquetage sanitaire, mais aussi lorsqu’ils sont mis en œuvre dans des projets de construction (impact du changement d’échelle et effet d'assemblage). La méthodologie développée a donc associé des essais à l’échelle du matériau et à l’échelle d’une pièce dans le but d’acquérir des données d’entrée à un modèle pour la prédiction des concentrations et l’évaluation des contributions respectives des différents processus (émissions primaires, échanges aux interfaces air/surfaces intérieures,…) à la contamination intérieure par les COV. Une première partie de ce travail a consisté à évaluer en laboratoire les échanges de COV et de formaldéhyde à l'interface matériau-air pour une sélection de matériaux de construction et de décoration. Les émissions primaires ont été déterminées selon la méthode normalisée ISO 16000-9 et par une méthode d’échantillonnage passif basée sur un couplage cellule d'émission/micro-extraction sur phase solide (SPME) (dispositif DOSEC-SPME) et l’effet de l’assemblage de matériaux et de composants sur la qualité de l’air intérieur a été étudié. Les constantes d’adsorption/désorption du formaldéhyde sur les matériaux sélectionnés ont ensuite été déterminées par une méthodologie innovante. Ces constantes, ainsi que les données d’émission, ont été rassemblées dans une base données pour servir de critères (ou indicateurs) pour la sélection de matériaux respectueux de la qualité de l’air intérieur (QAI). Dans une deuxième partie, les résultats obtenus en conditions de laboratoire ont été confrontés à ceux obtenus en conditions réelles à l’échelle d’une pièce dans le cadre d’une étude de plusieurs mois dans le but de mettre en évidence l’impact du changement d’échelle. La dernière partie de cette thèse a consisté à développer un modèle de prévision de la QAI intégrant les données d'adsorption/désorption préalablement déterminées. A terme, la base de données et le modèle ont vocation à constituer des outils de gestion pour orienter les choix en matière de matériaux, de configuration et d'usage d’un bâtiment dans l’optique d’une réduction à la source des émissions de COV dans l’air intérieur. / One of the challenges for improving the indoor air quality of buildings is to adopt good practices, especially in the selection of materials during design phases. To this end, decision-making / design tools are essential in support of these good practices to achieve global control of indoor air quality.In the building sector, there is currently no operational tool to estimate the indoor air quality in building. Work is underway on this theme, but they encounter a lack of information on the behavior of materials when they are associated and subject to normal conditions of use.The purpose of this thesis was therefore to evaluate the behavior of materials (source or sink) with respect to contamination with volatile organic compounds (VOCs) and formaldehyde when they are evaluated alone under standardized conditions selected for health labeling, but also when they are implemented in construction projects (impact of the change of scale and the effect of assembly). The developed methodology has therefore combined material-scale and room-scale testing to acquire input data to a model for concentration prediction and assessment of the respective contributions of different processes (primary emissions, exchanges at air / interior surfaces interfaces, ...) to internal contamination by VOCs.A first part of this work consisted of laboratory evaluation of VOC and formaldehyde exchanges at the material-air interface for a selection of construction and decoration materials. The primary emissions were determined according to the ISO 16000-9 standard method and a passive sampling method based on solid-phase emission / micro-extraction (SPME) (DOSEC-SPME device) and the effect of the assembly of materials and components on indoor air quality has been studied. The adsorption / desorption constants of formaldehyde on the selected materials were then determined by an innovative methodology. These constants, as well as emission data, have been collated into a database to serve as criteria (or indicators) for the selection of IAQ-compliant materials.In a second part, the results obtained under laboratory conditions were compared with those obtained under real-world conditions on a scale of a part in a study of several months in order to highlight the impact of the change of scale.The last part of this thesis consisted in developing an IAQ prediction model integrating previously determined adsorption / desorption data. Ultimately, the database and the model are intended to constitute management tools to guide the choice of materials, configuration and use of a building with a view to reducing emissions at the source VOC in the indoor air.

Les aérosols atmosphériques (par exemple les matières particulaires ou PM) sont une source majeure d’incertitude dans les modèles climatiques. Plusieurs études ont démontré que des concentrations élevées de PM réduisent l’espérance de vie. Les aérosols organiques secondaires (Secondary Organic Aerosols en anglais, SOA) sont formés dans l’atmosphère à partir des précurseurs gazeux à travers les réactions chimiques et les SOA représentent des composants majeurs de la masse des PM à l’échelle mondiale. Afin de mieux comprendre les processus chimiques responsables de la formation des SOA, un modèle en 0-D est élaboré pour simuler dynamiquement l’évolution des espèces organiques dans une parcelle d’air qui subit une oxydation photochimique produisant des SOA. Le modèle incorpore des paramètres récemment publiés pour la formation des SOA à partir des composés organiques volatiles (VOCs), ainsi que des composés organiques semi-volatiles et des composés organiques à volatilité intermédiaire (SVOCs et IVOCs). Le modèle est restreint par plusieurs mesures de précurseurs, incluant des mesures récemment développées qui fournissent des contraintes grandement améliorées sur les concentrations des précurseurs, et les prédictions sont comparées par rapport aux mesures des SOA prises au cours de la campagne CalNex. Lorsque les effets des pertes sur les parois des chambres à smog sont considérés pour les rendements des VOCs, la quantité et la vitesse de la formation des SOA dans le modèle sont plus en accord avec les observations. Les résultats de cette étude indiquent que les SVOCs et les IVOCs primaires sont responsables de la majorité (70 à 86 %) de la masse de SOA modélisée, accentuant leur grande contribution en tant que précurseurs des SOA. Cependant, la masse de SOA simulée est sous-estimée à des temps courts d’oxydation lorsque comparée aux données sur le terrain, mais à des temps plus longs, un accord modèle/mesures est observé. Cet écart peut être dû à un ΔIVOC/ΔCO ratio d’émission bas ou une sous-estimation basse des constantes d’oxydations des IVOCs, ce qui met en évidence la nécessité de poursuivre les études sur le terrain et dans les laboratoires de ces composés. / Atmospheric aerosols (i.e. particulate matter or PM) are a major source of uncertainty in climate models. Many studies have also shown that elevated concentrations of PM reduce life expectancies. Secondary organic aerosol (SOA) is formed in the atmosphere from gaseous precursors through chemical reactions and SOA represents a major component of PM mass globally. To better understand the chemical pathways responsible for SOA formation, a box model is designed to simulate dynamically the evolution of organic species in an air parcel as it undergoes photochemical oxidation producing SOA. The model incorporates recently published parameterizations for the formation of SOA from volatile organic compounds (VOCs), as well as from semi-volatile and intermediate-volatility organic compounds (SVOCs and IVOCs). The model is constrained by several measurements of precursors, including recently developed measurements that provide greatly improved constraints on precursor concentrations, and the predications are compared against measurements of SOA taken during the CalNex campaign. When accounting for the effect of chamber wall-losses on VOC yields, the amount and rate of SOA formation in the model is more consistent with observations. The results of this study also indicate that the primary SVOCs and IVOCs are responsible for a majority (70 – 86 %) of the model SOA mass, emphasizing their high contribution as SOA precursors. However, the SOA mass predicted is underestimated at shorter photochemical ages when compared to field measurements, but at longer ages, model/measurement agreement is observed. This bias may be due to low IVOC/CO emissions ratios or low estimated IVOC oxidation rate constants, which highlights the need for further field and laboratory studies of these compounds.

La qualité microbienne de l’air intérieur représente un enjeu sanitaire important, notamment dans le secteur professionnel. Ces travaux de thèse ont permis d’étudier les conditions favorisant le développement des espèces microbiennes collectées sur des médias fibreux utilisés dans des CTA, ainsi que leur réentrainement an aval de la filtration, susceptible de dégrader la qualité de l’air. La première partie de l’étude s’est déroulée en laboratoire à partir de la filtration d’un consortium bactérien – fongique composé de Staphylococcus epidermidis et Penicillium oxalicum. L’influence de trois paramètres a été étudiée sur la croissance microbienne : le taux d’humidité relative (HR) de l’air, la nature du média fibreux, la présence/absence de flux d’air. Les résultats ont révélé notamment que quelles que soient les conditions,S. epidermidis n’arrive pas à croître. En revanche, lorsque l’HR de l’air approche 100%, P. oxalicum se développe sur les filtres et des spores sont relarguées en aval des filtres après une reprise de la filtration. Une seconde partie de l’étude a consisté à travailler avec un aérosol atmosphérique semi urbain. Deux unités de filtration d’air ont fonctionné pendant 5 mois en parallèle. La ventilation d’une des deux unités a été stoppée chaque week-end et redémarrée en début de semaine. Un suivi de la température, de l’humidité de l’air, de la perte de charge des filtres et de la concentration des particules totales dans l’air en amont de la filtration a été assuré tout au long de l’étude. Les concentrations en microorganismes cultivables ont été mesurées chaque semaine en amont et en aval de chaque filtre, notamment au redémarrage de la ventilation. En fonction des variations saisonnières de la concentration des microorganismes, les résultats ont montré en particulier des efficacités de filtration vis-à-vis des particules bactériennes faibles, voire négatives, dans l’unité de filtration fonctionnant en continu. / Microbial indoor air quality is an important issue in particular in the professional sector. This thesis aims to investigate the conditions leading to microbial development on to fibrous filters and to microbial release down stream of filters that could decrease air quality. The first part of the thesis was realized on laboratory and consisted in the filtration of a microbial consortium composed with Staphylococcus epidermidis (bacterium specie) and Penicillium oxalicum (fungi specie). The effects of three parameters on the microbial behavior were studied : the relative humidity (RH) of the air, the filter material, the airflow presence/absence. Whatever conditions, S. epidermidis did not grow up. However, P. oxalicum has demonstrated its ability to develop itself when RH was close to 100% and some P. oxalicumspores were released downstream of filter after growth, when ventilation was restarted. The second part of the thesis consisted in working with a semi-urban outdoor air. Two air handling unit (AHU) have operated during 5 months. The ventilation of one AHU was stopped each week-end and restarted each beginning of week. Temperature and RH of the air, filters pressure drop and total concentration of PM in air before filtration were monitored. Concentration of total cultivable microorganisms upstream and downstream of both filters was also measured each week, in particular at the restart of ventilation for one AHU. According to seasonal variations of microbial concentrations, results have revealed for instance that the filtration efficiency of cultivable bacteria was particularly weak, and sometimes negative, for the AHU operating continuously.

Cette thèse porte sur l’étude de l’évolution de la qualité de l’air en Europe et en France dans les prochaines décennies à l’aide de simulations numériques. Dans les études des impacts de l’évolution du climat sur la qualité de l’air, les modèles de chimie atmosphérique utilisent des sorties de modèles climatiques globaux ou régionaux qui fournissent les « forçages », c’est-à-dire les conditions météorologiques simulées pour les périodes futures. Contrairement aux analyses météorologiques, qui représentent la variabilité jour à jour du temps, les sorties des modèles de climat doivent nécessairement être interprétées de manière statistique : elles ne représentent la météorologie que dans un sens climatologique. Afin de pouvoir commenter utilement les simulations futures de qualité de l’air, il est nécessaire d’évaluer au préalable et pour le climat présent, la qualité des simulations calculées avec des forçages climatiques par rapport aux références que constituent les simulations calculées avec des forçages analysés et, bien entendu, les observations. Trois simulations pluri-annuelles (6 ans) ont été lancées pour la période actuelle (2000-2010) et ont été comparées ; elles différent par l’utilisation d’analyses météorologiques ou de forçages de modèle de climat (pour les paramètres atmosphériques seuls et par ailleurs, pour les paramètres atmosphériques et le calcul des échanges en surface) en entrée du modèle de chimie-transport tridimensionnel de Météo-France, MOCAGE. Nous avons évalué ces différentes simulations par comparaison aux observations de la base de données européenne AirBase. Nous avons ensuite comparé les performances de ces simulations pour un grand nombre de scores quantitatifs, en analysant d’une part les effets liés aux champs météorologiques (température, vent, humidité, etc.) et d’autre part, ceux liés aux échanges en surface (comme les vitesses de dépôts, les émissions biogéniques) qui dépendent également de la météorologie. Nous avons ainsi évalué comment ces changements affectent les distributions horizontales et verticales des polluants. In fine, nous avons caractérisé la fiabilité des simulations de qualité de l’air reposant sur des forçages issus de modèles climatiques pour le climat présent : des indicateurs (biais moyens, biais moyens normalisés, RMSE, déviations standards) et des index de qualité de l’air (comme le dépassement de seuils) se distinguent et peuvent donc servir de base fiable pour l’interprétation des résultats pour les simulations du futur. Enfin dans une troisième partie, ces indicateurs considérés comme pertinents ont été utilisés pour étudier des simulations de qualité de l’air aux horizons 2030 et 2050 (5 ans). Comme attendu, l’évolution des paramètres météorologiques (température, précipitation, vent) modifie les quantités et la dispersion des polluants dans l’atmosphère, mais l’évolution des émissions en Europe et dans le reste du monde joue aussi un rôle important. Ainsi, face à l’évolution du climat et la hausse des émissions dans certains pays du monde, en Asie notamment, les effets des politiques Européennes pour réduire les émissions anthropiques sont mitigés selon les régions et les polluants, dépendant de l’influence relative des phénomènes locaux et du transport de polluant à longue distance. / This thesis aims at predicting how European and French air quality could evolve over the next decades using numerical modeling. In order to study the impacts of climate change up on regional air quality, atmospheric chemistry models rely on global or regional climate models to produce “forcings”, i.e. meteorological conditions for future periods. Unlike meteorological analyses, which can represent specifically each date and hour thanks to the assimilation of observations, climate model outputs need to be averaged and can only be interpreted in a climatological sense. And so are air quality hindcasts relying on them for their forcings. In order to properly interpret air quality simulations in a future climate, it is a pre-requisite to assess how realistic air quality hindcasts are when driven by forcings from climate models for the current period in comparison to the references, which are simulations with the same set-up but relying on meteorological analyses and observations. Three six-year simulations for the current climate (2000-2010) have been run with the three-dimensional chemistry transport model of Météo-France, MOCAGE. These simulations only differ by the meteorological forcings used, either operational meteorological analyses or outputs from climate simulations (for atmospheric parameters only ; for atmospheric parameters as well as surface exchanges, which depend also on the weather). We compared the three simulations and evaluated them against the European air quality database of the European Environment Agency, AirBase. Further, we investigated how statistical skill indicators compare in the different simulations, assessing the effects of meteorology on atmospheric fields (temperature, wind, humidity,...) and on the dependent emissions and deposition processes (such as deposition velocities, volatile organic compound emissions, ...) that depend upon meteorology. We have in particular studied how these factors affect the horizontal and vertical distributions of species. In the end, we have estimated how reliable are skill indicators for the simulations run with “climate” forcings : some indicators (mean bias, mean normalized bias, RMSE, deviation standards, number of exceedance days) are sufficiently close to the ones obtained with the reference configuration (relying on analysed meteorological forcings) to be considered reliable. They can thus be used to interpret simulations for future periods. We have run simulations of European air quality in the 2030s and 2050s (5 years for each period). They are discussed using the indicators previously indentified. As expected, the changes in meteorological parameters (temperature, precipitation, wind, ...) affect the quantities and distributions of pollutants in the atmosphere, but the future evolutions in European and global emissions also play a significant role. Faced with climate change and increased emissions in some countries in the world, as in Asia, the impacts of European policies for reducing anthropogenic emissions are mitigated, depending on the regions and the pollutants due to the respective influence of local emission and of long-range transport of pollutants.

La pollution de l'air est un problème environnemental et social majeur. Parallèlement, c'est un problème complexe qui pose de multiples défis en termes de gestion et d'atténuation des polluants atmosphériques. Ceux-ci sont émis par des sources anthropiques et naturelles. Ils peuvent être soit émis directement (polluants primaires) soit formés dans l'atmosphère (en tant que polluants secondaires). Leurs impacts sur la santé, les écosystèmes, l'environnement, et le climat est avéré. Une action efficace pour réduire les impacts de la pollution de l'air nécessite une bonne compréhension de ses causes, de la manière dont les polluants sont transportés et transformés dans l'atmosphère et de leur impact sur l’Homme, les écosystèmes, le climat, la société, l'économie et le bâti. Aujourd’hui, les politiques et les plans d’aménagements visent à rendre les villes durables. Cela implique la prise en compte des interactions internes qui font de la ville un système complexe. Il est nécessaire de considérer les déterminants de la qualité de l’air. La modélisation s’impose comme un des principaux outils d’aide à la décision. Il existe actuellement peu de travaux de modélisation intégrant plusieurs champs disciplinaires en termes de qualité de l’air. Les travaux de recherche visent à développer une approche innovante de la modélisation de la qualité de l’air en intégrant des composantes sociales, économiques et de logistique de transport / Air pollution is a major environmental and social problem and, at the same time, it is a complex problem that poses multiple challenges in terms of management and mitigation of air pollutants. Air pollutants are emitted by anthropogenic and natural sources. They can be either emitted directly (primary pollutants) or formed in the atmosphere (secondary pollutants). Their impacts on health, ecosystems, the urban texture and the climate are proven. Effective action to reduce the impacts of air pollution requires a good understanding of its causes, how pollutants are transported and transformed in the atmosphere and their impact on humans, ecosystems, climate, society, the economy and buildings. Today, policies and development plans aim to make cities sustainable which involves taking into account the internal interactions that make the city a complex system. It is necessary to consider the determinants of air quality. Modeling is one of the most important tools for decision support. There is currently little modeling work integrating several disciplinary fields in terms of air quality. This research aims to develop an innovative approach to the modeling of air quality by integrating social, economic and transportation logistics

Ce travail de recherche a été réalisé dans le cadre d’une Convention Industrielle de Formation par la Recherche (CIFRE). Il a été financé par l'Association Nationale de la Recherche et de la Technologie (ANRT) et le Groupe Elithis, bureau d’étude spécialisé dans le domaine de l’efficacité énergétique. Le bâtiment représentant à lui seul plus de 40% de la demande énergétique en Europe et plus d’un tiers des émissions de gaz à effet de serre (GES), un effort très important d’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments associé à une réduction drastique de leurs émissions de GES est aujourd’hui nécessaire. En ce sens, l’évolution des réglementations, tant européennes que nationales converge vers le développement à grande échelle de bâtiments neufs ou rénovés à très faible demande énergétique. Dans les stratégies de conditionnement des espaces intérieurs, la gestion optimisée de la ventilation occupe le premier poste. Outre le renouvellement d’air, la ventilation est en effet la plus ancienne et la plus utilisée des stratégies de contrôle de la qualité des environnements intérieurs (QEI). Outre les aspects énergétiques, les travaux internationaux menés par l’Organisation Mondiale de la Santé (WHO, 2000) ou dans le cadre de projets européens coordonnés (European Collaborative Action Urban Air, Indoor Environnement and Human Exposure) (ECA, 2003) permettent d’affirmer aujourd’hui que la qualité de l’air est reconnue comme un enjeu réel de santé publique (ANSES, 2014). Ainsi, pour traiter de la performance d’un système de ventilation, outre les aspects énergétiques et son efficacité à évacuer les polluants ou apporter de l’air neuf dans la zone d’occupation, il convient donc d’aborder le problème complet de la qualité des environnements intérieurs (QEI) intégrant dans sa définition la qualité de l’air intérieur (QAI) mais aussi le confort hygrothermique et visuel des occupants. Nous avons réalisé tout un suivi expérimental de consommation énergétique, de confort thermique et de la qualité de l’air dans un bâtiment de bureaux à faible demande énergétique, la Tour Elithis. Nous avons observé que l’efficacité énergétique n’est pas toujours synonyme de confort et bonne qualité de l’air. Nous avons donc construit un modèle numérique de ce bâtiment qui nous a permis de tester et analyser différentes stratégies de fonctionnement. Nous avons utilisé différents critères de QEI qui nous ont permis de faire une analyse de la performance globale du bâtiment, pour conclure que le confort hygrothermique, visuel et la QAI peuvent être associés à une optimisation de la demande énergétique. / This research work was carried out in conformity with the Industrial Convention of Training by Research (CIFRE). And was financed by the National Association of Research and Technology (ANRT) and the Elithis Group (Groupe Elithis), engineering and consulting firm specializing in the field of energy efficiency. The building represents more than 40 % of the energy demand in Europe and more than a third of greenhouse gas emissions (GHG), an important effort to improve the energy efficiency of buildings associated have a drastic reduction in their green house gas emissions (GHG) is necessary today. In this sense, the evolution of the regulations, so Europeans as nationals converge on the development on a large scale new or renovated building with a very low energy demand. In the strategies of conditioning of the internal spaces, the optimized management of ventilation takes the first step. Besides the renewal of air, the ventilation is indeed the oldest and the most widely used strategies of Indoor Environmental Quality (IEQ). Besides the energy aspects, the international work led by the World Health Organization (WHO, 2000) or within the framework of coordinated European projects (European Collaborative Action Urban Air, Indoor Environment and Human Exposure) (ECA, 2003) claims today that the air quality is recognized as a real stake in public health (ANSES, 2014). So, to deal with the performance of a ventilation system, besides the energy aspects and its efficiency to evacuate pollutants or to provide new air in the occupied zone, it is thus advisable to approach the complete problem of the Indoor Environmental Quality (IEQ) integrating into its definition the Indoor Air Quality (IAQ) but also the hydrothermal and visual comfort of the occupants. We carried out a complete follow-up of energy consumption, thermal comfort and the air quality in an office building with low energy demand, the Tower Elithis. We observed that energy efficiency is not always synonymous with comfort and good air quality. We thus created a digital model of this building, which allowed us to test and to analyze different strategies of function. We used various criteria of IEQ which allowed us to make an analysis of the global performance of the building, to conclude that the hydrothermal, visual comfort and the IAQ can be associated to an optimization of the energy demand.

La qualité de l’air à l’intérieur des bâtiments basse consommation devient une problématique préoccupante dans le contexte actuel de règlementations thermiques de plus en plus exigeantes. Une des solutions envisagées pour concilier qualité de l’air intérieur et performance énergétique dans les bâtiments est l’intégration de systèmes d’épuration dans les réseaux de ventilation. Peu de retour d’expériences in situ permettent d’évaluer l’intérêt de ces systèmes pour répondre à la problématique. La solution envisagée dans ces travaux est l’évaluation par la simulation numérique. Ce choix a nécessité le développement d’un outil numérique capable de représenter de façon couplée les phénomènes thermiques, aérauliques et ceux liés à la qualité de l’air intérieur par une représentation multipolluant, à l’échelle d’un bâtiment ou d’une partie d’un bâtiment. Cet outil a été développé dans l’environnement Dymola sous le langage Modelica. Des expérimentations ont été menées dans ces travaux dans le but de compléter l’outil numérique par des lois empiriques caractérisant, d’une part les phénomènes de sorption des polluants gazeux par les matériaux de revêtement intérieur, d’autre part le comportement, à la fois énergétique et sanitaire, de six solutions d’épuration. Pour illustrer la capacité d’étude acquise grâce aux développements numériques et expérimentaux qui ont été réalisés dans le cadre des travaux de thèse, une zone de bureaux d’un bâtiment tertiaire a été simulée pour deux zones climatiques et pour deux types de pollution extérieure sur une année type complète. Les trois solutions d’épuration ayant montrées des performances tangibles lors de la phase expérimentale ont été simulées sous plusieurs conditions de fonctionnement puis comparées à deux cas de surventilation des locaux (sans épuration de l’air). Un indice global combinant performance sanitaire et énergétique a été ainsi défini dans le but de hiérarchiser les différentes stratégies simulées. Les résultats obtenus permettent de valider la méthodologie employée, notamment en montrant à la fois l’intérêt de contextualiser les solutions envisagées pour les évaluer, et l’importance de travailler, lors des expérimentations, à des conditions représentatives de la réalité des environnements intérieurs. Plusieurs voies d’amélioration de l’outil numérique développé sont également proposées en conclusion, ainsi que différents points de discussion qui méritent l’attention de travaux futurs dans le domaine. / Indoor air quality in low-energy buildings has become these recent years an important topic with the rigorous performance expectations in terms of envelope airtightness and energy consumption set by the RT2012 thermal building code. One possible solution to conciliate indoor air quality and energy performance is to integrate air-cleaning systems in the building ventilation system. Because of the lack of scientific results regarding the suitability of those systems to solve this problematic, an investigation using numerical simulation has been conducted in the present work. This choice led to the development of a numerical tool that resolves in a coupled way, the heat and mass transfers, considering a multi-pollutant representation at the scale of the building/rooms. This tool was developed in the Dymola environment, using the Modelica programming language. Several experiments were also performed in the present work to acquire complementary data about the sorption of gaseous pollutants by indoor covering materials and about the cleaning effectiveness and energy consumption of six air-cleaning systems. To illustrate the capabilities of the numerical tool, simulations have been performed for an office building zone. The building has been located in two climatic zones and submitted to two levels of outdoor pollution, for a whole year. Three of the tested solutions that have shown the best air-cleaning performances in the experimental phase have been simulated under various operating conditions. Two cases of higher amount of fresh air, i.e. without any air-cleaning system, have been also included to the study. One index has then been defined to compare the performance of the different solutions considering both the exposure reduction to eight pollutants and the induced energy consumption. The results obtained in the present study confirm the adequacy of the proposed methodology. In particular, the importance of evaluating the solutions in their real context and not simply relying on their intrinsic performances to judge their performances when applied to indoor environments has been demonstrated. Another important issue is the need to conduct experimental characterizations of sorption processes and air-cleaning system under environmental conditions representative of real indoor spaces, i.e. low pollutant concentration and adequate air temperature, humidity and velocity. Future developments needed to improve the capabilities of the numerical tool are presented in conclusion as well as some important issues that would need a careful attention for further works in the domain.

Les bâtiments longtemps considérés comme des milieux clos protecteurs, font aujourd’hui l’objet d’avancées scientifiques démontrant leurs impacts climatiques, énergétiques et sanitaires. En tentant de réduire certains de ces impacts, le droit s’étoffe : des obligations juridiques sont créées. Or, l’appréhension juridique de la performance énergétique et de la qualité de l’air intérieur impacte la responsabilité des professionnels du bâtiment. Cette dernière s’inscrit dans plusieurs régimes de responsabilité en fonction de la qualité juridique de la personne qui va chercher à l’engager. Il peut s’agir autant de la puissance publique que du cocontractant des professionnels. Ainsi, la responsabilité des professionnels peut découler, de manière unique ou cumulative, de contrôles régaliens comme de la responsabilité civile, et plus particulièrement du droit des contrats. La présente thèse de doctorat vise à rechercher si les nombreux fondements et régimes de responsabilité permettent de sanctionner l’absence de respect des obligations et donc d’améliorer les qualités énergétiques et sanitaires des bâtiments / Buildings have long been considered closed-in self-protected environments. Today, however, numerous scientific innovations show how they affect climate, energy and health related issues. By trying to reduce their impact on these issues, the law is made more complex, new obligations are created. As it happens, the way the law takes into account energy efficiency and indoor air quality affects building professionals liability. This liability covers several levels of responsibility depending on the legal status of the individual looking to institute the proceedings, whether it be the public sphere or a professional cocontractant. Thus professional liablility may be a result, unique, successive, or cumulative, of state control as well as civil responsability, and more specifically of contract law. This doctoral thesis looks to determine whether the numerous foundations and levels of responsibility enable us to sanction unfulfilled obligations, thus improving buildings'energy and sanitary efficiency