Avec le développement des bâtiments basse consommation de plus en plus hermétiques, la nécessité de renouveler l’air intérieur à l’aide de système de ventilation mécanique s’est accrue. Or, les concentrations en polluants dans les environnements urbains augmentent continuellement, favorisant ainsi le transfert de polluants atmosphériques dans l’air intérieur. Ces travaux de thèse porte sur l’étude de procédés pour l’élimination combinée des principaux polluants de l’air extérieur urbain entrant dans les logements individuels via les systèmes de ventilation. A l’issue d’un état de l’art des polluants de l’air, des systèmes de ventilation et des procédés de traitement, les procédés de filtration par médias fibreux et d’adsorption ont été choisis pour traiter l’air urbain caractérisé par les PM₁₀, les PM₂ ₅, les aérosols microbiens, les BTEX et les NOₓ. Une méthodologie a été mise en œuvre pour sélectionner parmi différents matériaux étudiés et selon des critères de performances la solution de traitement la mieux adaptée, à savoir un filtre F7-combiné en fibres de verre et contenant des grains de charbon actif. Après étude, une stratégie de chauffage journalier du filtre à 70°C durant 1h30 a été proposée pour régénérer partiellement l’adsorbant afin de prolonger sa durée de vie et pour limiter la croissance microbienne sur le filtre notamment par dessiccation de ce dernier. Une campagne expérimentale en conditions de génération multi-polluants contrôlées a permis de quantifier les performances de traitement du filtre F7-combiné. Le traitement thermique utilisé a permis de maintenir une efficacité d’adsorption du toluène de 40% et de limiter la prolifération microbienne sur le filtre. Des interactions entre les polluants ont été observées, notamment une augmentation de l’efficacité de filtration des PM₁₀ par la présence de PM₂ ₅ qui permettent rapidement le passage à la phase de filtration en surface. En outre, le mélange toluène/NO₂ entraine une diminution de l’adsorption du NO₂ au profit du toluène. Enfin, une campagne expérimentale en conditions réalistes a été menée pendant 3 mois afin notamment d’étudier les performances du traitement thermique. Les niveaux de concentration des polluants dans la zone péri-urbaine de l’étude étaient faibles. Le traitement thermique appliqué au filtre F7-combiné, pour les conditions opératoires étudiées et après 3 mois de suivi, a permis de limiter significativement la croissance fongique sur le filtre mais pas d’améliorer de façon significative l’adsorption des COV et des NOₓ. / The development of low energy buildings, which are more and more hermetic, leads to the necessity of indoor air renewal with mechanical ventilation system. However, the concentration of pollutants in urban environments increases continually, which promotes the pollutant transfer from the outdoor to the indoor air. This PhD thesis consists in the study of processes for the combined purification of the main urban outdoor air pollutants coming in individual dwellings through the ventilation systems.Out of a state of the art of the air pollutants, the ventilation systems and the treatment processes, filtration with fibrous media and adsorption were the two processes chosen to treat the urban air characterized by PM₁₀, PM₂ ₅, microbialaerosol, BTEX and NOₓ. A methodology was setup to select, through the different studied materials and with some performance criterion, the most suitable treatment solution i.e. a combined-F7 filter with glass fiber and granular activated carbon. A daily heating strategy of the combined-F7 filter at 70°C for 1h30 was proposed to partially regenerate the adsorbent in order to improve its lifetime and to limit the microbial growth on the filter, inparticular by desiccation.An experimental campaign in controlled conditions with multi-pollutant generation permitted to quantify the performances of the combined-F7 filter. The thermal treatment permitted to maintain the adsorption efficiency of the toluene at 40% and to limit the microbial proliferation. Competitions within pollutants were observed, in particular an increase of the filtration efficiency of PM₁₀ with the presence of PM₂ ₅ by promoting the cake filtration stage. Moreover the mix toluene/NO₂ leads to a decrease of the NO₂ adsorption in favor of the toluene.Finally, an experimental campaign in realistic conditions was conducted for 3 months in particular to study the performances of the thermal treatment. Concentration levels of the pollutants in the suburban area of the study were low. The thermal treatment applied to the combined-F7 filter, with the operating conditions studied and after 3month of follow-up, permitted to significantly limit the fungal growth on the filter but it did not permit to improve significantly the VOC and NOₓ adsorption.

Les bâtiments à très basse consommation d’énergie bénéficient d’une isolation thermique performante et d’une bonne étanchéité à l’air, souvent couplées à une conception bioclimatique du bâtiment. L’apport d’énergie nécessaire au chauffage et au rafraîchissement de l’ambiance s’en trouve considérablement réduit. Dans ce contexte, il devient possible d’utiliser l’air comme unique vecteur d’énergie, à des débits suffisamment faibles pour permettre son intégration dans le système de ventilation sanitaire, et avec un écart de température réduit entre l’air soufflé et l’ambiance. Une unité terminale de soufflage, ou diffuseur d’air, a alors pour rôle d’assurer un mélange optimal de l’air neuf avec l’air ambiant, de façon à obtenir une répartition homogène de température et de vitesse dans les pièces d’habitation, et un bon renouvellement de l’air intérieur. Ce travail de thèse propose une étude du confort thermique et de l’efficacité de ventilation dans une cellule climatique à échelle 1 en conditions contrôlées, dans le contexte d’utilisation d’un système combiné de ventilation, chauffage et rafraîchissement. Une stratégie de ventilation par mélange est mise en œuvre à l’aide d’un diffuseur d’air composé de douze buses lobées de géométrie complexe, et l’occupation est prise en compte par des mannequins cylindriques, qui constituent des sources de chaleur sensible et de dioxyde de carbone. La vitesse d’air, la concentration en CO2 ainsi que les températures d’air, de globe noir et des parois de la cellule sont suivies expérimentalement pour différentes conditions de soufflage d’air chaud et froid. Les mesures expérimentales sont complétées par des simulations numériques de mécanique des fluides (CFD), qui visent à caractériser l’écoulement dans la cellule. Cette approche fait intervenir une méthode de modélisation en deux temps afin d’intégrer correctement la géométrie complexe du diffuseur d’air dans les simulations. Des études paramétriques sont ensuite proposées pour des conditions non testées expérimentalement. Celles-ci visent à mettre en évidence l’impact des conditions de soufflage et des charges internes sur l’écoulement et sur le confort, pour les conditions spécifiques aux bâtiments à très basse consommation d’énergie. / Low-energy buildings benefit from a good thermal insulation and air tightness, associated with a smart integration of the building in its environment. Consequently, the required power for heating and cooling of the building is reduced to a great extent. This allows the use of conditioned ventilation air as the only energy vector: the air is supplied into the rooms at a low-velocity and with a low temperature difference with the indoor air. Air terminal devices are used, whose aim is to provide a homogeneous distribution of temperature and velocity inside of the rooms, and an efficient disposal of the indoor air pollutants. In this prospect, the thermal comfort and ventilation effectiveness in a test room (scale 1) resulting from an integrated heating, cooling and ventilation system is assessed both experimentally and numerically. The air is supplied close to the ceiling through a wall-mounted diffuser of complex geometry composed of twelve lobed nozzles, and the occupancy is modeled by two cylindrical manikins releasing sensible heat and carbon dioxide. Experimentally, the air velocity, CO2 concentration, indoor air, wall and black globe temperatures are monitored in order to assess the Predicted Mean Vote and draught rate in the occupied zone as well as the ventilation efficiency. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are then performed in order to provide valuable information on the airflow patterns in the room. The air diffuser’s geometry being too complex for a direct simulation, a two-step modeling approach is adopted in order to take it into account in the simulations and to accurately represent the heat and mass transfers in the room. Furthermore, parametric studies are performed in order to investigate the influence of the supplying conditions and the internal heat gains on the airflow and on the resulting comfort, for particular conditions corresponding to those of low-energy buildings.

Grâce à des études de processus in vitro, on a pu montrer que les effets sanitaires des particules atmosphériques (aérosols) sont principalement attribués à leur potentiel inflammatoire via les espèces oxydantes qu’ils véhiculent : métaux et molécules organiques, principalement. Les maladies déclenchées diffèrent ensuite régionalement selon les mélanges spécifiques des différentes sources de pollution, la durée d’exposition et la susceptibilité des personnes. Les paramètres clefs à quantifier sont donc la bioaccessibilité (fraction potentiellement réactive de l’aérosol) et la capacité oxydante intrinsèque des aérosols afin de prédire leur toxicité. A cette fin, des tests non invasifs, c’est-à-dire effectués sur le mélange de polluants lui-même et non pas sur l’individu, ont été récemment développés (Cho et al. 2005; Sauvain et al. 2009; Denys et al. 2009; Li et al. 2003; Uzu et al. 2011). Peut-on les utiliser en l’état alors que la composition chimique des aérosols diffère drastiquement en fonction de l’environnement? On sait notamment que les bactéries présentes dans l’air sont capables d’abaisser la capacité oxydante des nuages, en est-il de même pour les particules (Vaïtilingom et al. 2012)? Peut-on relier ces tests à certaines espèces caractérisées chimiquement et/ou à des sources spécifiques de PM (Particulate Matter) ? Ce sont des questions préalables au développement d’une évaluation systématique des effets sanitaires des polluants atmosphériques, qui sont l’objet de programmes de recherche très actifs dans de nombreux groupes internationaux, mais encore très peu abordés en France. Elles doivent être prises en compte avant que ne soit développées des campagnes à grande échelle (risque sanitaire, épidémiologie...) qui pourront être mises en oeuvre en partenariat avec les réseaux de mesure de la qualité de l’air dans les années à venir (Kelly and Fussell 2012).Ce projet de thèse vise à mettre en place de nouveaux outils caractérisant la qualité de l’air et son impact biologique, avec les objectifs suivants :-Optimiser et valider un test d’évaluation du potentiel oxydant des aérosols suivant différents types de mélanges ;-Relier ces « proxy » de l’impact sanitaire à la chimie des particules et à la part attribuable des PM selon leurs sources. / In vitro studies have shown that the health effects of airborne particles (aerosols) are mainly attributed to their inflammatory potential due to the oxidative species they carry on: mostly metals and organic molecules. Diseases triggered then, regionally differ depending on the specific mixtures of different sources of pollution, duration of exposure and susceptibility of individuals. Key parameters to investigate are the bioaccessibility (reactive fraction of the aerosol) and the PM (Particulate matter) oxidative potential to predict aerosol toxicity. To this end, non-invasive tests, that is to say made on the mixture of pollutants itself and not on human or cells, have recently been developed (Cho et al 2005, Sauvain et al 2009, Denys et al 2009, Li et al 2003, Uzu et al 2011). Can we use them evenly, since the chemical composition of aerosols differs drastically between regional areas? We know that such bacteria present in the air are able to lower the oxidative capacity of clouds. Is it the same for particles (Vaïtilingom et al. 2012)? Can we connect these tests to some species or specific sources of identified PM? These preliminary questions need to be addressed before developing a systematic assessment of health effects of air pollutants, which are the subject of very active research programs in many international groups, but poorly discussed in France. They must be taken into account before being developed for large-scale campaigns (health risk, epidemiology...) that can be implemented in partnership with the networks of air quality measurment in the coming years (Kelly and Fussell 2012).This PhD project aims to develop new tools characterizing the air quality and its biological impact, with the following objectives:- Optimize and validate a test evaluation of oxidative potential of aerosols following different types of mixtures;- Connect the "proxy" of the health impact of chemicals and particles attributable PM according to their origin.

Les aérosols carbonés, qui incluent les aérosols organiques (AO) et le carbone suie (BC), jouent un rôle majeur sur la qualité de l’air et sur le climat. Il est donc primordial de pouvoir quantifier leurs sources, ainsi que celles de leurs précurseurs gazeux, pour la mise en œuvre de plans d’action appropriés. Les études de tendance sur la composition chimique de l’atmosphère sont également nécessaires afin d’améliorer les connaissances de l’impact des particules sur le réchauffement climatique, actuel et à venir. Ce travail de thèse a permis d’exploiter les mesures automatiques et in situ des aérosols carbonés réalisées au SIRTA (Site de Recherche par Télédétection Atmosphérique) depuis plus de 6 ans. Cet observatoire appartient au programme européen ACTRIS (infrastructure de recherche européenne sur les aérosols, nuages, et espèces gazeuses réactives). Il est situé à 25 km au sud-ouest de Paris et est représentatif de la pollution de fond en région Ile de France. Les principales sources d’AO ont été discriminées à l’aide de l’outil Positive Matrix Factorization appliqué aux données issus d’un Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM). Les propriétés d’absorption de la lumière de BC et du brown carbon (BrC) ont été mesurées à l’aide d’un aethalomètre multi-longueurs d’onde. L’ensemble des résultats obtenus indiquent des cycles saisonniers, hebdomadaires et journaliers spécifiques aux différentes fractions des aérosols primaires et secondaires. Ils ont confirmé que l’AO primaire (AOP), provenant essentiellement de la combustion de biomasse et du transport routier, est prépondérant sur la période froide (de novembre à février), alors que le reste de l’année est dominé par des aérosols organiques oxygénés. Parmi ces derniers, une fraction moins oxydée, provenant probablement de façon majeure de précurseurs biogéniques, est prépondérante en été (60% de l’AO en moyenne estivale). Les études de tendance ont montré une légère diminution des concentrations (de l’ordre de 0.05-0.20 µg/m3 par an) de toutes les fractions d’AO identifiées au cours de la période étudiée, hormis pour cette fraction d’AO moins oxydée qui ne présente pas de tendance significative. Concernant les propriétés optiques, une contribution moyenne globalement équivalente à celle de BC a été observée pour le BrC dans le proche ultraviolet en hiver. Par ailleurs, il a été mis en évidence une augmentation significative des propriétés d’absorption du BC liée à des interactions avec les aérosols secondaires en mélange interne, en particulier en été (avec une valeur moyenne de 1.6 pour le paramètre Eabs). La fraction organique la plus oxydée a pu être identifiée comme principale responsable de ce phénomène, faisant des aérosols organiques secondaires l’une des fractions des particules les plus importants à considérer par les modèles climatiques. / Carbonaceous aerosols, including organic aerosols (OA) and black carbon (BC), are playing important roles on air quality and climate change. Therefore, quantifying contribution of their emission sources, as well as the sources of their gaseous precursors, is needed to implement efficient mitigation measures. Investigating trends in atmospheric composition is also essential to a better knowledge of present and future impacts of airborne particles on global warming. This work aimed at investigating on-line and in situ carbonaceous aerosol measurements performed for more than 6 years at the SIRTA facility (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique). This observatory platform is part of the ACTRIS (Aerosols, Clouds, Trace gases Research InfraStructure). It is located 25 km southwest of Paris city center and is representative of background air quality in the Ile de France region. The main sources of submicron OA were discriminated through Positive Matrix Factorization applied to Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM) data. Light absorption properties of BC and brown carbon (BrC) were obtained from multi-wavelength Aethalometer measurements. Converging results illustrated well-marked seasonal, weekly, and diel cycles of the various primary and secondary carbonaceous aerosol fractions. Primary OA (POA), mainly from wood burning and traffic emissions, were confirmed to dominate submicron OA concentrations during the coldest months (November to February), while Oxygenated OA (OOA) were shown as the major contributors during the rest of the year. Less Oxidized OOA (LO-OOA), possibly with predominant biogenic origins, were found to contribute up to about 60% of total submicron OA on average in summer. Trend analyses indicated slight decreasing features (in the range of 0.05-0.20 µg m-3 yr-1) for every OA fractions over the 6+-year investigated period, except for this LO-OOA factor which showed no significant trend. Regarding absorption properties, BrC - with overwhelming biomass burning origin - was found to have equivalent light absorption impact than BC at near-ultraviolet wavelengths during the winter season. In summer, a mean value of 1.6 was obtained for BC absorption enhancement (Eabs) due to secondary aerosol lensing effect, supporting possible higher BC-related radiative impact than currently expected. Last but not least, More Oxidized OOA (MO-OOA) were shown as the main agent for this Eabs and then appeared as one of the most critical aerosol fraction to be considered within near-future climate models.

La thèse a été réalisée dans le cadre d’un partenariat entre le laboratoire d’accueil (C2MA, IMT Mines d’Alès), l’entreprise Renault et un contrat Cifre. La prise de conscience de la dégradation de la qualité de l’air s’étend à tous les environnements, que ce soit à l’intérieur ou à l’extérieur. En Asie, cette prise de conscience se traduit par de très strictes réglementations de la qualité de l’air dans l’habitacle automobile. Les constructeurs se doivent de respecter ces nouvelles réglementations afin de pouvoir vendre leurs véhicules dans ces pays où le marché automobile est en pleine croissance (principalement en Chine). C’est dans ce contexte que Renault a décidé d’améliorer la prise en compte de la qualité de l’air habitacle dans le développement de ses véhicules. Les contraintes techniques et la numérisation des outils de travail ont orienté le travail de thèse vers la modélisation de cette qualité de l’air habitacle. Afin de pouvoir tendre vers cet objectif, plusieurs points ont été traités. Tout d’abord, l’émission des matériaux d’habitacle a été caractérisée afin de comprendre quels composés organiques volatils et quels matériaux étaient responsables de la dégradation de la qualité de l’air dans le véhicule. Ensuite, une nouvelle approche expérimentale a été développée permettant une caractérisation plus représentative de l’émission des matériaux dans l’habitacle. Ces travaux ont permis de confirmer l’importance de l’impact des conditions environnementales sur l’émission des matériaux qui avait été observé dans la littérature. L’étude de ces paramètres environnementaux a été traitée tant dans l’application de modèles présentées dans la littérature que de détermination de facteurs expérimentaux permettant une extrapolation maitrisée de la mesure de l’émission des matériaux à la qualité de l’air dans l’habitacle du véhicule. Enfin, une première méthodologie de modélisation a pu être proposée et appliquée à des systèmes simplifiés permettant de montrer la cohérence de la démarche empruntée. / The thesis is the result of a partnership between the C2MA (IMT Mines Alès) laboratory and Renault, a car manufacturer, as part of a Cifre contract. The awareness of air quality pollution spread among all indoor or outdoor environments. In Asia, strict regulations about vehicle interior air quality have been released to answer this social realisation. The car manufacturers must fulfil these requirements to be able to market their products in these countries (mainly in China). In these circumstances, Renault decided to improve the way they consider the vehicle interior air quality during the design of the vehicles. The thesis work concerns the modelling of vehicle interior air quality because of the technical obligations and the digitalisation. Different research question came up to follow this objective. First of all, the emission of passenger compartment’s materials has been characterised to understand what Volatile Organic Compounds (VOC) are responsible of the degradation of air quality inside a car and what are the sources. Then, a new characterisation approach of emission has been developed allowing to get a better toughness and representativeness of the results. These studies showed the significance of environmental conditions on the emission ofmaterials that had been studied in the scientific literature. The study of the impact of these environmental factors on the material’s emission was the next step and two different research axes has been explored: the study and development of the modelling available in the literature and the establishment of experimental factors leading to a mastered extrapolation of the characterisation of material’s emission to vehicle interior air quality. Finally, a first methodology has been proposed and applied to simplified systems showing the consistency of the developed process.

L’entrée des polluants gazeux du sol (Radon, COV,…) dans les environnements intérieurs peut occasionner des risques sanitaires significatifs. Or les modèles d’évaluation de risques sanitaires liés à ces polluants gazeux du sol contiennent beaucoup d’incertitudes qui peuvent conduire à une mauvaise appréciation des risques. Dans un premier temps, cette thèse contribue à l’amélioration des modèles d’évaluation des risques. Dans un second temps, elle propose le développement d’un modèle de dimensionnement des Systèmes de Dépressurisation du Sol (SDS) passifs utilisés pour protéger les bâtiments des pollutions gazeuses venant du sol. L’amélioration des modèles a porté sur la prise en compte des principaux phénomènes de convection et diffusion à l’interface entre le sol et le bâtiment, en tenant compte des différentes typologies de soubassement. La première contribution porte sur le développement de modèles analytiques fournissant les débits d’air dus à la convection à travers le sol pour différents types de soubassement : dallage indépendant, dalle portée, vide sanitaire et cave. Les bâtiments avec des murs enterrés et les soubassements avec un lit de gravier sous le plancher bas sont également traités. Une méthodologie permettant la prise en compte de la fissuration et des points singuliers du plancher bas est aussi proposée. La deuxième contribution porte sur la prise en compte du transfert couplé des polluants des sols par convection et diffusion auprès des fondations. Une étude numérique a permis une meilleure compréhension du comportement des polluants à l’interface sol/bâtiment. Sur la base de cette compréhension, des lois semi-empiriques d’estimation des flux d’entrée de polluant dans les bâtiments sont proposées. Les différents modèles développés ont été validés numériquement avec un modèle CFD et expérimentalement avec des données issues de la littérature. La confrontation de ces modèles avec ceux existants a montré les améliorations apportées. L’impact de la typologie du soubassement sur le transfert de polluants gazeux des sols a été constaté. Une première application des modèles est illustrée par leur intégration dans un code de simulation thermo-aéraulique multizone afin de pouvoir étudier l’impact de ces polluants sur la qualité de l’air intérieur. Ce travail se termine par le développement d’un modèle de dimensionnement des Systèmes de Dépression du Sol (SDS) passifs. Ce modèle aéraulique de dimensionnement des SDS a été validé par des mesures effectuées au CSTB dans une maison expérimentale. Les premières applications du modèle de dimensionnement portent notamment sur l’impact de la météorologie (vent et tirage thermique) sur le fonctionnement du SDS passif et sur l’impact des stratégies de ventilation du bâtiment sur le fonctionnement du SDS passif. On voit ainsi l’intérêt de l’utilisation d’un tel modèle pour tester l’aptitude de ce système de protection des bâtiments dans des situations environnementales données. / Transfer of soil gas pollutants (Radon, VOC) into buildings can cause significant health risks. However, analytical models used today to estimate health risks associated with these pollutants contain many uncertainties which can lead to poor risk assessment. Initially, the main objective of this thesis is to contribute to the improvement of these models for risk assessment. Secondly, we propose the development of air flow model for passive Sub slab Depressurization Systems (SDS) design used to protect buildings. The improvement of models focused on the inclusion of the main phenomena of convection and diffusion at building/soil interface, taking into account different types of building substructures. The first improvement concerns the assessment of convection phenomenon through the development of analytical models to quantify air flow rates entering through many kinds of building substructures: floating slab, bearing slab, crawl space and basement. Buildings with buried walls and substructures with a sub slab gravel layer are also treated. A methodology taking into account the presence of cracks, holes and singular leakages of the slab is also proposed. The second improvement of the models is the inclusion of coupled transfer of convection and diffusion near foundations. A numerical study allowed a better understanding of the behavior of pollutants at soil / building interface. Based on this understanding, semi-empirical laws for estimating soil gas pollutants entry rate into buildings are proposed. The various models developed have been validated numerically using a CFD model and experimentally with data from the literature when available. The impact of building substructure on pollutant transfer has been highlighted. A first application of the model is illustrated by their integration into a multizone simulation code to study the impact of these transfers on indoor air quality. Finally, the work ends with the development of a model for designing passive sub slab depressurization systems. The design model developed is validated with in situ experimental data. Preliminary applications using this model focused at first on the impact of meteorological conditions (stack effect, wind) on the sub slab system running. At second, the impact of ventilation strategies on sub slab depressurization performance is studied. Thus, we see the potential interest of this model to test the effective running of passive sub slab depressurization systems in given configuration.

La mauvaise qualité de l'air intérieur a été classée parmi les cinq principaux risques environnementaux sur la santé publique (EPA, 2013). La ventilation est une solution bien connue pour réduire la variété de contaminants qui pourraient être trouvés à l'intérieur de bâtiments résidentiels. Cependant, comme l'air propre est un facteur essentiel pour une vie saine et un bâtiment sain, une faible consommation d'énergie est essentielle pour une planète saine. Pour ces raisons, différentes recherches scientifiques sont menées pour l'amélioration des performances des systèmes de ventilation afin de créer un équilibre entre la distribution de l'air et la qualité de l'air intérieur d’un côté et le confort thermique et l'efficacité énergétique d’un autre côté. Un des systèmes de ventilation existants est la ventilation mécanique par insufflation (VMI). Son principe consiste à introduire mécaniquement de l’air neuf depuis l’extérieur, après l’avoir filtré et préchauffé. Les systèmes existant à ce jour en France introduisent l’air via un ou deux points d’insufflation (situés généralement au centre de l’habitation). Quant à l'évacuation de l’air vicié, celui-ci est véhiculé par les sorties naturelles installées dans chaque pièce de la maison. L’objectif de ce travail est tout d’abord d’étudier les performances de la ventilation par insufflation dans un environnement réel puis de trouver des pistes d’amélioration qui permettront d’atteindre une meilleure qualité de l’air intérieur. En se basant sur deux études préliminaires présentées par le chapitre II, on a installé un système à insufflation répartie (un point d’insufflation/pièce de vie) dans une maison réelle où l’on a mené des expérimentations. Des scénarios d’émission de polluant ont été effectués à l’aide de la technique de gaz traceur. L’étude a montré que, malgré un débit de ventilation global du système VMI inférieur à celui du système de référence (ventilation mécanique par extraction hygroréglable B), la VMI fournit des résultats satisfaisants. En outre, elle aide à lutter contre le confinement des chambres et à réduire à l'intérieur, les concentrations des particules provenant des sources extérieures. Une étude numérique est réalisée en utilisant un modèle aéraulique et de transfert de masse multizone. Les résultats ont montré un bon accord avec l'expérience et sont prometteurs pour l’avenir ; une étude paramétrique permettant d'améliorer la performance de la VMI vient parachever ce travail. / Poor indoor air quality has been ranked among the top five environmental risks on public health (EPA, 2013). The ventilation is a well-recognized solution for reducing the variety of contaminants that could be found inside residential buildings. However, as well as clean air is an essential factor for a healthy life and a healthy building, low energy consumption is significant for a healthy planet. For these reasons, scientific research are conducted to improve the performance of ventilation systems in order to obtain a balance in the controversial relationship between the air distribution and indoor air quality on the one hand and the thermal comfort and energy efficiency on the other hand. One of the existing ventilation systems is the Supply-Only Ventilation (SOV), known also as positive input ventilation (PIV). It functions by mechanically introducing fresh, filtered and preheated air into the center of the building. So far, the existing systems in France introduce air through one or two supply points (usually located in the center of the house). As for the evacuation, steal air goes out through natural vents installed in each room of the house. The aim of this study is to evaluate the performance of this system in terms of indoor air quality in a real environment and to find improvement field that will help in increasing the indoor air quality. Based on preliminary studies and on the airflow path principle required by French regulation, we decided to investigate a Multi Supply-Only Ventilation system (M-SOV). The idea is to have an insufflation point in the bedrooms and living room, while the free air outlets are located in the utility rooms (kitchen, bathroom and toilets). Different emission scenarios are experimentally simulated using tracer gas methods. The study shows that even though the flow rate of this system is lower than the extract only ventilation system (EOV), it provides satisfactory results. In addition, it helps fight against the confinement room and reduce the indoor particles concentrations originated from outdoor sources. A numerical study using a multizone airflow and contaminant transport model is performed. The numerical results show a good agreement with that of the experimental ones. Moreover, they are promising for the future parametric study in order to improve the SOV performance.

L’objectif de cette étude était d’obtenir un capteur à bas coût, fonctionnant à température ambiante, et permettant d’obtenir une information sur la concentration d’ammoniac d’une atmosphère, sans tenir compte de l’humidité. Cela implique une très faible sensibilité à l’humidité et une faible synergie entre l’eau et l’ammoniac.Au terme d’une étude sur la mise en forme de films hybrides hydrophiles, par un procédé « propre » dans l’eau, un capteur a été développé, par un assemblage en couche par couche de polyélectrolytes hydrophiles, la polyaniline et la phtalocyanine tétrasulfonée de cuivre : PANI/TsPcCu. Ce capteur présente une limite de détection d’ammoniac inférieure au ppm et une très faible sensibilité à l’eau, permettant de détecter l’ammoniac sans informations sur l’humidité de l’air.De nouveaux dispositifs, basés sur un mode de transduction breveté, ont été étudiés : les heterojonctions MSDIs (Molecular Semiconductor-Doped Insulator). Ces dispositifs sont formés de deux couches superposées, une sous-couche isolante de type n, F16PcCu ou le PTCDA, et une couche supérieure semi-conductrice de type p, Pc2Lu. L’importance de la jonction entre les deux matériaux, mais aussi de la jonction entre les électrodes et la sous-couche, a été démontrée à l’aide de mesures d’impédances. Les propriétés capteurs des dispositifs MSDI ont été étudiées par exposition à l’ammoniac sur une large gamme d’humidité. Ils présentent une très faible sensibilité à l’eau et permettent de détecter des concentrations d’ammoniac inférieures au ppm. Suite au développement d’un banc de mesures spécifique permettant l’affinage de fromages, celui-ci a pu être suivi par des mesures capteur avec un résistor de PcCo et par GC-MS. Ces mesures ont mis en évidence l’intérêt de tels capteurs pour suivre l’évolution de la maturation des fromages. / The aim of this study was to obtain a low cost sensor, working at room temperature, capable to obtain an information about the ammonia concentration without any information about the humidity. These characteristics imply a very low sensitivity to humidity and a low cross sensitivity between humidity and ammonia.After a study on material processing of hydrophilic films using water as solvent, a sensors has been developed by using layer by layer assembly of polyelectrolytes, such as polyaniline and the tetrasulfonated copper phthalocyanine: PANI/TsCuPc. This sensor is able to detect sub ppm ammonia concentration, with a very low cross sensitivity between ammonia and water which allow ammonia sensing without any information about the humidity.New devices based on a patented transduction method were studied: the MSDIs heterojunctions (Molecular Semiconductor-Doped Insulator). This kind of device is prepared with two different layers, a sub layer of an n-type insulator, F16CuPc or PTCDA, and an upper layer of a p-type semiconductor, LuPc2. The importance of the junction between both materials and between the sub layer and the electrodes were studied by using ammonia exposure on a large humidity range. They exhibit a very low sensitivity to humidity and allow sub ppm ammonia sensing whatever the humidity is.A specific workbench has been developed and tested in the laboratory, to follow cheese ripening by using CoPc gas sensors and gas chromatography. These measurements showed readiness to the use of the kind of gas sensors for the follow up of dairy products.

La combustion de la biomasse est l’une des sources majoritaires de particules atmosphériques en périodes hivernales dans les vallées alpines, et particulièrement en vallée de l’Arve où des dépassements des seuils européens sont très régulièrement observés. Ceci a conduit à la mise en place d’un large programme de remplacement des dispositifs de chauffage au bois les moins performants dans le cadre d’une des actions du Plan de Protection de l’Atmosphère, le Fond Air Bois. Le projet DECOMBIO (DÉconvolution de la contribution de la COMbustion de la BIOmasse aux PM10 dans la vallée de l’Arve) a ainsi été mis en place en octobre 2013 afin de mesurer l’impact de cette politique de rénovation des appareils de chauffage au bois sur la qualité de l’air. C’est dans ce programme que s’inscrivent ces travaux de thèse dont l’objectif principal est de valider les méthodologies mises en place en routine pour permettre une déconvolution rapide de la combustion de la biomasse et mettre en relation les éventuels changements observés avec les avancées des remplacements de dispositifs de chauffage au bois domestiques.Pour mener à bien ce travail, trois sites, représentant les différentes situations de la vallée de l’Arve, ont été instrumentés (Marnaz, Passy et Chamonix) afin de suivre en continu, et tout au long du projet DECOMBIO, l’évolution des concentrations atmosphériques du Black Carbon (BC) et des traceurs moléculaires permettant de distinguer la contribution de la combustion de la biomasse des autres types de combustion. Un important jeu de données a été acquis entre novembre 2013 et octobre 2014 grâce à des prélèvements réguliers sur filtre permettant une caractérisation très fine de la composition chimique des particules atmosphériques. L’utilisation de l’approche statistique « Positive Matrix Factorization » (PMF) a permis de mieux appréhender les différentes sources entrant en jeu dans les émissions de particules au sein de cette vallée avec notamment un intérêt particulier pour les émissions de la combustion de la biomasse. Le développement de cette méthodologie d’attribution et de quantification des sources de particules basé sur l’utilisation de traceurs organiques spécifiques, de contraintes particulières appliquées à ce modèle et de données de déconvolution de la matière carbonée constitue une avancée importante dans la définition des facteurs sources issus de ce modèle.Les méthodologies développées au cours de ce travail, permettant une amélioration des connaissances et des contributions des sources, constituent donc des outils directement utilisables par les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA), notamment pour l’évaluation quantitative des mesures prises pour améliorer la qualité de l’air dans le cadre de Plans de Protection de l’Atmosphère, entre autres celui de la vallée de l’Arve. / Biomass burning is one of the major sources of atmospheric particles during wintertime in Alpine valleys, and more especially in the Arve valley where exceedances of the European regulated limit value are regularly observed. This situation led to the establishment of an important program of replacement of old wood stoves with new ones as part of an action of an Atmospheric Protection Plan (APP), the “Fonds Air Bois”. The research program DECOMBIO (“DÉconvolution de la contribution de la COMbustion de la BIOmasse aux PM10 dans la vallée de l’Arve”) has been set up in October 2013 to estimate the impact of this wood stoves renewal policy on air quality. This thesis works be incorporated within this program and have for main objective to validate methodologies used in routine to enable a fast deconvolution of the biomass burning source and to compare any observed changes with progress of wood stove changeout.To complete this work, three sites, representing the different situations of the Arve valley, were instrumented (Marnaz, Passy and Chamonix) to monitor the continuing evolution of atmospheric concentrations of Black Carbon (BC) and molecular markers enabling to distinguish between the biomass burning contribution and that of other types of combustion. A large dataset was acquired between November 2013 and October 2014 thanks to regular filter samples enabling a vast chemical characterization of PM10. The use of statistical analysis “Positive Matrix Factorization” (PMF) has led to an enhanced appreciation of particle emission sources within this valley with a focus on biomass burning emissions. The development of this methodology of identification and source apportionment based on the use of specific organic markers, specific constraints and data from carbonaceous matter deconvolution is an important progress in definition of factors from this model.The developed methodologies during this work, enabling an improvement of knowledges and source apportionment, are tools directly usable by French Accredited Associations for Air Quality Monitoring, especially for the quantitative assessment of actions introduced to improve air quality as part of Atmospheric Protection Plans, for example the one in the Arve valley.

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