QUALITE DE L AIR INTERIEUR & MATERIAUX

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1 Anne-Lise TIFFONNET Maître de Conférences en énergétique Axe «Efficacité énergétique et transferts thermiques» Laboratoire Universitaire des Sciences Appliquées de Cherbourg (LUSAC) Département «Génie thermique et énergie» IUT Cherbourg Manche - QUALITE DE L AIR INTERIEUR & MATERIAUX

2 Problématique de la QAI Dualité entre performance énergétique et QAI - QAI = Composante marginale des problématiques environnementales - Préoccupation mineure / économies d énergie - Ventilation = Moyen historique de contrôle de la QAI Complexité d analyse de la QAI / 2 approches possibles - qualité physico-chimique, liée à la santé des occupants - qualité olfactive, relative à la notion de confort des occupants Evolution au fil du temps de la nature de la pollution intérieure par exemple par l introduction de polluants atmosphériques et par la transformation de polluants primaires en polluants secondaires Exemple : Ozone issu de la réaction entre un COV COV + NO 2 + hν O 3 et le dioxyde d azote sous l effet du rayonnement solaire

3 Problématique de la QAI Multiplicité des polluants dans l air, de natures différentes, à faible concentration, avec des effets différents sur la santé Fibres Composés non organiques CO, NO, NO 2, O 3, SO 2, Composés organiques semi-volatils Pesticides, PCB, HAP, Phtalates, Particules organiques & minérales Particules inertes Métaux Composés gazeux Composés radioactifs Radon Composés organiques volatils Allergènes Pollens, acariens,... Virus & bactéries Biocontaminants Moisissures Pb, Cu, Se, Cr, As

4 Problématique de la QAI Effets sur la santé Toxicité avec seuil Etablissement de valeurs guides pour l air intérieur (VGAI) par les autorités sanitaires compétentes Les VGAI du formaldéhyde et du benzène sont devenues règlementaires (décret du 2/12/2011) Cancérogénicité sans effet de seuil Classement des substances par le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC) Perturbations du système endocrinien (COSV) Effet cancérogène certain (1), probable (2A), possible (2B) Polluant de l air CIRC Benzène 1 Formaldéhyde 1 Radon Fumée cigarette 1 Particules fines diesel 1 Tétrachloréthylène 2A Trichloréthylène 2A 1,2-Dichloroéthane 2B Acétaldéhyde 2B Ethylbenzène 2B Dichlorométhane 2B Styrène 2B Phtalate DEH 2B Dichlorvos 2B

5 Problématique de la QAI Seuils de détection et Valeurs à Risques Limités de COV Problème : Pour certains COV Valeur à risques < Seuil de détection (cas du formaldéhyde et du benzène) , Seuil de détection Valeur à risques limités * 38 0,37 0,32 Acétaldéhyde Formaldéhyde Benzène Toluène * Concentration maximale (mg/m3 ) à laquelle peuvent être exposés les usagers chaque jour, 5 jours par semaine à raison de 8h par jour

6 Problématique de la QAI Enjeux économiques de la QAI Marché économique Sondage IFOP pour la Fédération Française des Tuiles et Briques (4-6 juin 2008, 1000 personnes) 1 Français sur 3 a déjà ressenti une gêne attribuée à la QAI 80% des Français se déclarent préoccupés par la QAI 90% des Français font un lien entre qualité de l air à leur domicile et santé Les bureaux d étude spécialisés relèvent une augmentation régulière des demandes de conseils dans la conception énergétique et sanitaire des ensembles de bureaux et lieux publics. Corrélation entre conditions d ambiance sur le lieu de travail et productivité / absentéisme au travail (Source : Blondeau, 2012)

7 Cas des matériaux de construction et d aménagement Sources de Composés Organiques Volatils (COV) et semi-volatils (COSV) : - Polluants sanitaires : risques pour la santé des occupants (cancérogènes, toxiques ) - Polluants olfactifs: gêne pour le confort des occupants (odorants, irritants ) Syndrome des bâtiments malsains : maux de tête, irritation des yeux, dessèchement de muqueuses, etc Mise en place d un étiquetage des caractéristiques sanitaires et environnementales

8 Exemples de matériaux sources de COV Constitution de peinture acrylique et de bois aggloméré 22 COV identifiés (analyse par GC/MS) 5 COV identifiés (analyse par GC/MS)

9 Diversité des risques Caractéristiques Toxicologiques Acétaldéhyde Formaldéhyde Benzène Toluène Cancérogène (effets aigus respiratoires) Cancérogène (effets aigus respiratoires) Cancérogène (effets aigus immunologiques) Nocif (effets aigus neurologiques) Peintures x x x Moquettes x x x Colles x x x Sources Papiers peints x x Revêtements de sol plastifiés x x x Panneaux de particules x x Mousses d'isolation x x

10 Etiquetage obligatoire des produits de construction et de décoration (émissions en COV) depuis le 1 er Janvier 2012 (Arrêté du 19 Avril 2011) Etiquette A+, A, B ou C en fonction des facteurs d émission mesurés et des concentrations d exposition calculées pour 10 COV Classes C B A A+ Formaldéhyde >120 <120 <60 <10 Acétaldéhyde >400 <400 <300 <200 Toluène >600 <600 <450 <300 Tétrachloroéthylène >500 <500 <350 <250 Xylène >400 <400 <300 <200 1,2,4-Triméthylbenzène >2000 <2000 <1500 <1000 1,4-Dichlorobenzène >120 <120 <90 <60 Éthylbenzène >1500 <1500 <1000 <750 2-Butoxyéthanol >2000 <2000 <1500 <1000 Styrène >500 <500 <350 <250 COVT >2000 <2000 <1500 <1000

11 Phénomènes physiques Emission Molécules adsorbées Ambiance Effet de puits Matériau 2 1 Diffusion en couche limite 2 Sorption (adsorption/désorption) à la surface du matériau ou à l interface gaz/solide des pores 3 Diffusion dans le matériau Ambiance 1 Couche limite 2 3 Matériau poreux

12 Influence de la température Concentration (mg/m 3 ) Concentration Température Température ( C) Mesure en chambre expérimentale de l émission de TCOV par une peinture, et mise en évidence de l effet de puits Temps (h) Augmentation de la température Diminution de la température Désorption (émission) Adsorption (effet de puits)

13 Influence de la nature des polluants Dépendance de l équilibre de sorption à la nature du polluant K (m 3 air/m 3 matériau) Coefficient de partition de polluants gazeux sur une moquette, à 25 C (Source : He et al, 2005) 4-phénylcyclohexène dodécane limonène styrène tétradécane tridécane

14 Influence des caractéristiques des matériaux Dépendance de la diffusion aux caractéristiques physiques et structurelles des matériaux (densité, porosité, ) D e (10-7 m²/s) ,09 16,04 6,61 4,92 16,63 15,25 8,65 Coefficient de diffusion effectif de l acétone au sein de plusieurs matériaux poreux, à 20 C 0 Aggloméré Plâtre Mortier Béton plein Béton cellulaire Placoplâtre Brique

15 Influence de l humidité 1,0 Mesure de la perte de masse en polluant, au cours du temps, d échantillons de bois aggloméré, et mise en évidence de l influence de l humidité Masse réduite d'acétone dans le matériau 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 30% 60% - Compétition vapeur d eau / COV pour l adsorption - Apparition de condensation capillaire 0,0 modification de l adsorption et de la diffusion de COV possibilité d absorption de COV Temps (h)

16 Apparition du phénomène de condensation interne Volume poreux (ml/kg) Condensation Rayon critique Adsorption monocouche ou multicouche 1,65E-03 3,25E-03 6,45E-03 1,29E-02 2,58E-02 6,44E-02 1,26E-01 2,94E-01 6,43E-01 1,28E+00 2,53E+00 5,08E+00 1,01E+01 2,00E+01 3,91E+01 7,52E+01 1,62E+02 Rayon des pores (µm) Adsorption monocouche Adsorption multicouche Condensation capillaire Concentrations croissantes Répartition en tailles de pores d un échantillon de bois aggloméré

17 Influence du renouvellement de l air Résultats / émission d acétone par du bois aggloméré Taux d'émission (mg/m²/h) 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 1 vol/h 2 vol/h 3 vol/h 4 vol/h 5 vol/h 0,5 vol/h Concentration dans l'ambiance (µg/m 3 ) ,5 vol/h 2 vol/h 5 vol/h 1 vol/h 3 vol/h 4 vol/h Temps (h) Temps (h) Augmentation du taux de renouvellement d air Augmentation du taux d émission Diminution de la concentration dans l ambiance

18 Cas des éco-matériaux Quelques fiches FDES(Fiches de Déclaration Environnementale & Sanitaire) dans la base de données INIES : laines et fibres de bois ; laines de chanvre ; laine de textile recyclé ; ouate de cellulose Principaux risques sanitaires : occasionnés par les produits de traitement (contre les rongeurs, le pourrissement, etc.) et les liants Exemples : fibres de polyester, antifongiques, agents ignifugeants, etc. Produits les plus sains = produits sous une forme brute: bottes de pailles ; lin et chanvre en vrac ; copeaux de bois ; terre

19 Laine d herbe Principales substances polluantes pouvant être émises en situation normale (en conditions et utilisation classiques) Composant(s) du produit à l origine de Substance concernée l émission (peut varier suivant le fabricant) Insecticide, fongicide Retardateur de flamme s.o. Effets sur la santé Risques lors de la mise en œuvre (principaux effets à court terme) Irritation cutanée *Reprotoxique (R2) Facteurs favorisant l émission s.o. Laine de bois Retardateur de flamme Ammonium polyphosphate Irritation des voies respiratoires s.o. Laine de chanvre Fibres végétales Fibres de taille microscopique Irritation des voies respiratoires Déplacement d'air (Source : Pôle Ecoconstruction du Limousin) Humidité et Laine de chanvre et bois Fongicides et/ou insecticides Pyréthrinoïde (COSV) Irritation des voies respiratoires température HBCD (Hexachloro cyclododécane) Humidité et Irritation des voies respiratoires (COSV) température Laine de chanvre et coton Retardateur de flamme PDBE (Diphényléthers polybromés) *Perturbation de l'activité Humidité et (COSV) hormonale température Laine de lin Laine de mouton Retardateur de flamme Silicate de sodium Irritation cutanée s.o. Insecticide, fongicide Insecticide Fongicide Retardateur de flamme s.o. Sulcofuron (Chloro-5 (sulfo-2 chlorophénoxy-4)-2 dichloro-3',4' N,N'- s.o. diphényl urée) (COSV) s.o. Irritation cutanée *Reprotoxique (R2) Irritation cutanée *Reprotoxique (R2) Laine de plumes Insecticide Perméthrine (COSV) Irritation des voies respiratoires s.o. de canards Fongicide COSV Irritation des voies respiratoires s.o. Laine de roche Colle Formaldéhyde (COV) *Cancérognène (C3) s.o. s.o. s.o. Humidité et température Fibre minérale Fibre de taille nanoscopique Irritation des voies respiratoires Déplacement d'air Colle Formaldéhyde (COV) *Cancérogène (C3) Laine de textile recyclé Retardateur de flamme Sel de bore Irritation cutanée *Reprotoxique (R2) Humidité et température Laine de verre Fibre minérale Fibre de taille nanoscopique Irritation des voies respiratoires Déplacement d'air Ouate de cellulose Insecticide, fongicide, retardateur de flamme Sel de bore Irritation cutanée *Reprotoxique (R2) Perlite expansée Poussière minérale Particule Irritation des voies respiratoires Déplacement d'air Vermiculite Poussière minérale Particule Irritation des voies respiratoires Déplacement d'air s.o. s.o.

20 Conclusion La performance énergétique des bâtiments ne doit pas se faire au détriment de la qualité de l air intérieur (QAI) Les connaissances quant aux effets sanitaires des polluants progressent - Les normes évoluent, la réglementation sur la qualité de l air intérieur se met en place - Sans une approche globale, il va devenir difficile de satisfaire à toutes les réglementations en vigueur : RT2012, QAI minimale dans les ERP,. Le contrôle de la QAI passe, hormis par la commande des systèmes de ventilation, par le choix de matériaux adaptés

21 MERCI DE VOTRE ATTENTION