Influence de la pollution extérieure sur la qualité de l'air intérieur : rôle des fissures dans le transfert de particules solides

Relationship between outdoor and indoor air quality : solid particles penetration through buildings cracks

• Auteur / Autrice : Lelia Letitia Olea
• Direction : Karim Limam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil et sciences de l'habitat
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lagrange, Spectre de

Particules (matière)

Air -- Qualité

Air confiné -- Pollution

Résumé

La qualité de l’air dans les ambiances habitables est une préoccupation majeure car elle est en lien direct avec l’exposition des personnes qui passent généralement un grand nombre d’heures dans le bâtiment. Le travail réalisé lors de cette thèse s’est focalisé sur un point bien précis : le rôle des fissures (ou petits orifices) vis-à-vis du transfert de polluants particulaires pouvant être transportés par l’air. L’infiltration de particules solides à travers les fissures existantes dans l’enveloppe du bâtiment est caractérisée à l’aide d’un coefficient de pénétration. Celui relie la pollution extérieure à celle de l’intérieure en donnant la quantité de particules extérieures qui se trouvent effectivement à l’intérieur du bâtiment après avoir franchi les fissures. Suite à une première partie présentant un état de l’art des connaissances de la pollution particulaire à travers des fissures du bâtiment, notre contribution vient proposer deux parties principales : une approche expérimentale mis en œuvre au LEPTIAB, suivie d’une approche numérique via un code commerciale de calcul StarCd. La partie expérimentale a eu comme objectif l’élaboration d’une méthode de mesure qui nous a permis de déterminer le coefficient de pénétration et de classifier les fissures selon ce paramètre. Pour cela, nous avons conçu un dispositif expérimental puis développé un protocole de mesure faisant varier les paramètres qui influencent le coefficient de pénétration d’une manière individuelle afin de séparer leurs effets sur le coefficient de pénétration. Ces paramètres sont divisés en deux catégories: ceux qui sont liés à la fissure, comme ses dimensions et sa position, et les paramètres extérieurs, comme la différence de pression ou le diamètre de la particule. Suite à différents cas d’école, une application concrète ciblée sur de réels composants d’éléments de paroi vient étendre notre contribution expérimentale. La seconde contribution est basée sur du calcul numérique. Les fissures étant de véritables singularités au sein des ambiances, nous avons pour le domaine expérimental étudié précédemment proposé une approche fine de type CFD, afin de prédire le plus précisément possible le comportement au sein de l’ambiance de ces singularités. Lors de cette nouvelle approche nous avons observé que l’entrée de la fissure filtre une importante quantité de particules ayant une grande influence sur le coefficient de pénétration de celle-ci. Les perspectives exposées en conclusion à ce travail montrent à quel point le champ d’investigation lié au transfert de particules par les fissures reste vaste.

Indoor air quality is a major factor as nowadays people spend most of their time in buildings being exposed to the indoor level of pollution. This dissertation explores a well-defined subject, namely, the particle penetration through buildings cracks. The rate of pollutant entry through a leakage can be expressed by means of a penetration factor. Being a function of species, leakage path properties or pressure drop over the crack, the penetration factor states the level of outdoor particles found indoors. After presenting the studies which had evaluated penetration factor for airborne particles based mainly on experimental evidence, we introduced our two research directions: the experimental one developed at LEPTIAB laboratory, followed by a numerical part using a commercial code (StarCd). The objective of the experimental part was to advance a new method capable of determining the cracks’ penetration factor. The research purpose was accomplished using an authors’ built in laboratory device which allowed an independent evaluation of the parameters determining penetration factor variations. The parameters are separated into two groups, those which are related to the crack, as its dimensions or position by respect to the flow direction and the external parameters, as the pressure drop or particle’s diameter. For the experimental studies, the system complexity increased in succeeding phases. We first started with rectangular cracks and after passed to real building envelope elements which allow airborne particles infiltration. The second part of this research proposes a numerical study capable of clarifying some details that are not obvious out of the experimental results. The numerical part conceived using a commercial code type CFD, aims to describe the particles’ trajectories, particles’ deposition positions, or to quantify the crack entrance effect. In the end, we can conclude that the crack entrance strongly influences the particle penetration factor. The conclusions highlight the major findings from this dissertation and outline the potential future research directions based on infiltrations through buildings’ cracks.