Etude de la qualité de l’air intérieur par un système multi-capteurs

Study of indoor air quality by multi-sensor systems

• Auteur / Autrice : Eliane Assy
• Direction : Benjamin Hanoune
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance le 29/01/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère (PC2A)
• Jury : Président / Présidente : Damien Cuny
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Etienne De Vanssay
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marzenna Dudzinska, Lahcen El Maimouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermométrie

Humidité -- Mesure

Indices de la qualité de l'air

Détecteurs de produits chimiques

Mesure

Air confiné -- Pollution

Mots clés libres

Sources de polluants de l’air

Indoor air quality

Low-cost sensors

Performance evaluation

Measurement campaigns

Indoor sources

Real-time IAQ index

Résumé

L'exposition à la pollution de l'air intérieur est considérée comme un enjeu sanitaire majeur pour toute population en général, entraînant des maladies respiratoires et cardiovasculaires voir des décès prématurés. Malgré un nombre croissant d'études au cours des dernières décennies, les données sur la pollution de l'air intérieur sont encore limités. Ce manque est dû notamment aux différents environnements, publics ou privés à étudier, et à la disponibilité des techniques d’analyse qui peuvent être déployées dans ces environnements de manière à ne pas gêner les occupants. Pour ces raisons, les capteurs chimiques à faible coût désormais présents dans le commerce constituent des instruments prometteurs pour l'étude de la QAI, sous réserve qu'ils soient bien caractérisés.Dans ce travail, les systèmes multi-capteurs conçus dans le cadre d'un projet multidisciplinaire au sein de l'Université de Lille, ont été testés dans des conditions semi-contrôlées en laboratoire afin d'évaluer leurs performances métrologiques et leurs limites. Les résultats ont révélé que les capteurs étaient capables de quantifier avec une résolution temporelle élevée (30 secondes), les concentrations de CO2, CO, NOx, O3, VOC et PM, en dépit de certains problèmes de calibration liés aux interférences chimiques et à la dépendance de la réponse des capteurs à l'humidité relative.Ces capteurs ont été déployés dans divers bâtiments résidentiels et non résidentiels de l'agglomération lilloise. Les mesures ont montré que, la plupart du temps, les concentrations de polluants de l'air intérieur sont en dessous des valeurs seuils recommandées par la communauté scientifique. Les mesures ont également permis, lorsqu'elles sont couplées aux registres spatio-temporels d'activité remplis par les occupants, d'identifier et de caractériser les événements conduisant à des concentrations supérieures aux valeurs recommandées. Ces déterminants de la QAI incluent la cuisson, même sur une cuisinière électrique, les processus de combustion tels que la fumée de cigarette ou la brûlure de bougies ou d'encens, la consommation de produits de soins corporels et de nettoyage de la maison, et même la simple présence des occupants.Les mesures des capteurs ont été utilisées afin de calculer un indice de la qualité de l'air intérieur en temps quasi-réel, basé sur l'indice Int’Air®. Cet indice modifié converge rapidement vers l'indice Int’Air® permettant ainsi d'effectuer une évaluation simple et peu coûteuse de la QAI, comme exigé par les autorités réglementaires. Par ailleurs, ce nouvel indice réagit immédiatement aux événements de pollution, ce qui pourrait être utilisé par les gestionnaires de bâtiments pour prendre des mesures visant à améliorer la QAI lorsque cela s'avère nécessaire.

Exposure to indoor air pollution is a major health hazard for the general population, leading to respiratory and cardiovascular diseases and even to premature death. In spite of an increasing number of studies in the last decades, indoor air pollution data are still scarce. This is due in part to the many different environments, public or private, to be investigated, and to the availability of instruments that can be deployed in such environments without disturbing the occupants. For these reasons, the now commercially available low-cost chemical sensors are promising instruments for the study of IAQ, provided they are well characterized.In the present work, sensor nodes developed in a multidisciplinary project within the University of Lille, were tested in laboratory semi-controlled conditions to assess their performances and limitations. They were found adequate to quantify with a high time resolution (30 seconds) the concentrations of CO2, CO, NOx, O3, VOC and PM, in spite of some calibration issues linked to chemical interferences and to the dependence of the sensors response on the relative humidity.These sensors nodes were deployed in various residential and non-residential buildings in the metropolitan area of Lille. These measurements showed that, most of the time, the indoor air pollutants concentrations are below the threshold values recommended by the scientific community. The measurements also allowed, when coupled to space-time-activity logs filled by the occupants, to identify and characterize the events leading to concentrations in excess of the recommended values. Such IAQ determinants include cooking, even on electric stove, combustion processes such as cigarette smoking or burning candles or incense, use of body care and housecleaning products, and even the mere presence of occupants.The sensors data were used to calculate a quasi-real time indoor air quality index, based on the INT’AIR® index. This modified index converges quickly with INT’AIR®, therefore allowing to perform an easy and cheap assessment of IAQ as mandated by regulatory instances. At the same time, the new index also responds immediately to pollution events, which could be used by building managers to take actions to improve IAQ when necessary.