3. Résultats obtenus
3.1. Précampagnes
3.1.2. Analyses des mesures COV
Au total, plus de 150 COVs ont été identifiés et quantifiés. Pour la quantification, les COVs dénommés
« standards », dont le débit d’échantillonnage est recommandé par Radiello®, ont bénéficié d’une calibration. Pour les autres, nous avons utilisé le débit d’échantillonnage du toluène ainsi que le coefficient de réponse du toluène au niveau de l’analyse chromatographique. Un code de quantification pour chaque COV est donné en annexe 1 (6.1.8). L’erreur de mesure de seule une liste restreinte de composés est connue (BTEX, formaldéhyde, acétaldéhyde, composés chlorés et éthers de glycol). Il est important de considérer les concentrations issues du screening plus avancé sur cette étude comme des données semi -quantitatives sur lesquelles il peut exister une erreur de mesure importante, et qui diffère d’un composé à un autre.
Dans le paragraphe suivant, nous présentons tout d’abord la répartition par famille sur les différents bâtiments en conditions d'occupation puis nous présenterons les concentrations médianes pour les polluants les plus couramment mesurés dans les études en air intérieur (dénommés COVs standards) afin de comparer cette étude à d'autres études de la littérature. A partir des rapports de concentration
0 10 20 30 40 50 60
Blanc terrain BBC 1 BBC 2 PEB THPE 1 THPE 2 THPE 3 THPE 4 THPE 5 THPE 6 THPE 7 Mediane
Concentration en µg/m3
PM2,5
0 10 20 30 40 50 60
Blanc terrain BBC 1 BBC 2 PEB THPE 1 THPE 2 THPE 3 THPE 4 THPE 5 THPE 6 THPE 7 Mediane
Concentration en µg/m3
PM10
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
BBC 1 BBC 2 PEB THPE 1 THPE 2 THPE 3 THPE 4 THPE 5 THPE 6 THPE 7
Ratio PM2,5/PM10
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
BBC 1 BBC 2 PEB THPE 1 THPE 2 THPE 3 THPE 4 THPE 5 THPE 6 THPE 7
Ratio PM2,5/PM10
0 5 10 15 20
Blanc terrain BBC 1 BBC 2 PEB THPE 1 THPE 2 THPE 3 THPE 4 THPE 5 THPE 6 THPE 7 Mediane
Concentration en ppb
NO2
Occ_Ext Occ_Int Inno_Ext Inno_Int
intérieur/extérieur et occupé/inoccupé, une analyse des sources potentielles des COV sera présentée. Enf in, les résultats obtenus pour les autres COVs mesurés en concentration significative (supérieure à 1 µg/m3 en équivalent toluène) seront commentés. Pour finir, les analyses individuelles des niveaux de concentrations dans les différents bâtiments sont présentées pour des espèces entrant dans le cadre du futur suivi de la qualité de l'air dans les ERP ou pour des espèces majoritaires dont les concentrations sont très contrastées entre les bâtiments.
La Figure 11 montre, en condition d'occupation, la somme des concentrations (TCOV) pour l’ensemble des espèces identifiées dont la concentration est supérieure à 1 µg/m3 en équivalent toluène pour les différents bâtiments. Elle est comprise entre 100 et 680 µg/m3, ce qui est dans la gamme de celles reportées dans d'autres études similaires ([79] et [80]). Aucune tendance ne semble visible concernant la saison ou la localisation des bâtiments.
La répartition en fonction de leur appartenance à l'une des six familles chimiques suivantes : les aromatiques (incluant les BTEX : benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes, ainsi que les autres alkylbenzènes), les alcanes et alcènes "légers" (de 5 à 7 carbones), les alcanes et alcènes "lourds" (de 8 à 12 carbones), les terpènes, les aldéhydes et les cétones et enfin les autres COV (incluant les COV oxygénés tels que les alcools, les éthers de glycol, les halogénés), est également assez hétérogène, sans corrélation avec le niveau de performance énergétique. La concentration totale maximale observée pour le THPE 5 est liée à un niveau élevé en acétone (de l'ordre de 440 µg/m3). Même si des conditions de confinement ont été identifiées dans ce bâtiment, cela ne peut être la seule explication à ces niveaux élevés car il n'est pas observé pour les autres familles chimiques.
Figure 11 : Somme des concentrations en COV répartis par familles chimiques (conditions occupées)
Les aldéhydes et les cétones sont les familles les plus représentées (entre 40 et 82% de la somme des concentrations). La contribution des alcanes et alcènes est également importante (sauf pour le PEB et THPE4) mais la répartition entre alcanes légers et lourds varie d'un bâtiment à l'autre. Les aromatiques représentent de 8 à 50 µg/m3 et les terpènes sont très minoritaires. Les 15 COV majoritaires de chaque bâtiment (voir Annexe 1) représentent entre 80 et 93 % de la somme des concentrations. Parmi ces COV, l'acétone est quasiment systématiquement l'espèce majoritaire (sauf THPE3 et BBC2). La 2-butanone, le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et l'hexaldéhyde sont également présents en quantité importante dans l'ensemble des bâtiments. Le toluène, l'heptane et le pentanal sont présents dans la liste des 15 espèces majoritaires dans plus de la moitié des bâtiments. La prévalence de composés carbonylés, notamment le formaldéhyde, l'acétone et l'hexanal, a également été reportée dans la littérature, en particulier dans l'étude AIRMEX [2].
Analyse des COVs "standards"
Afin de comparer les résultats de cette étude avec d'autres travaux, 27 COVs ont été sélectionnés sur la base de leur occurrence dans cette étude, dans les précédentes études publiées, dans le suivi OQAI BPE, et dans la hiérarchisation OQAI des polluants qui considère également l'impact sanitaire. Le Tableau 9 reporte la distribution des 27 COVs sélectionnés. Il est à noter que seules 23 espèces ont été détectées au dessus du seuil de détection. Les espèces majoritaires sont essentiellement des espèces oxygénées :
700
600
500 400
300
200
100
0
[COV] (µg.m-3 )
BBC1 BBC2 PEB THPE1 THPE2 THPE3 THPE4 THPE5 THPE6 THPE7
1 2 0 1 2 1 0 4 4 0
Hydrocarbures aromatiques Terpènes
Alcanes - alcènes C5-C7 Alcanes - alcènes C8-C12 Aldéhydes et cétones Autres
Index ICONE
29 l’acétone, la 2-butanone, le formaldéhyde et l’acétaldéhyde. Les concentrations en acétates de glycol et les espèces chlorées sont dans presque tous les bâtiments de notre étude inférieures à cette limite, contrairement à d'autres études [11, 15, 81]. On peut notamment noter des niveaux importants d'acétone (quantifié à partir de prélèvement sur cartouche Radiello 145).
Air extérieur (µg/m3) Air intérieur (µg/m3) Moyenne
arith. Médiane Moyenne géom.
Ecart stand.
géom.
Moyenne
arith. Médiane Moyenne géom.
Ecart stand.
géom.
Formaldéhyde 2,0 1,9 1,9 1,2 15,9 15,6 14,8 1,5
Acetaldéhyde 1,4 1,4 1,4 1,2 6,0 5,2 5,7 1,4
Acroléine nq nq nq nq nq nq nq nq
Propanal 0,5 0,5 0,4 1,5 3,0 2,0 2,4 1,9
Pentanal 0,9 0,9 0,9 1,4 4,4 4,7 4,1 1,5
Hexanal 0,5 0,5 0,5 1,6 9,6 9,8 9,2 1,4
Benzaldéhyde DL DL DL DL 0,4 0,4 0,4 1,6
Acétone 3,6 3,2 3,2 1,6 80,3 53,2 51,3 2,3
2-Butanone 3,4 2,9 2,7 2,0 22,2 15,1 15,3 2,2
Benzène 1,2 0,9 1,1 1,7 1,3 1,1 1,1 1,6
Toluène 1,3 1,0 1,1 1,6 12,9 5,5 6,4 3,1
Ethylbenzène 0,3 0,2 0,2 1,9 2,5 1,3 1,7 2,3
m,p-Xylènes 0,7 0,5 0,5 1,8 5,0 3,0 3,4 2,3
o-Xylène 0,3 0,2 0,2 1,8 1,4 0,8 1,0 2,2
Styrène 0,1 0,1 0,1 1,9 0,8 0,7 0,7 1,4
1,2,4-Triméthylbenzène 0,2 0,1 0,1 2,1 1,2 1,1 1,0 1,8
Décane 0,1 0,1 0,1 1,8 1,1 0,8 0,5 9,0
Undécane 0,2 0,1 0,1 2,7 1,1 0,7 0,9 1,9
2-butoxyéthanol* DL DL DL DL 1,2 0,6 0,5 3,2
1-méthoxypropanol* DL DL DL DL 2,0 1,3 1,2 2,7
2-butoxyéthylacétate* DL DL DL DL DL DL DL DL
1-méthoxypropylacétate* DL DL DL DL DL DL DL DL
α-Pinène* DL DL DL DL 3,9 1,8 2,4 2,7
Limonène* DL DL DL DL 1,8 1,4 1,3 2,3
Trichlorobenzène DL DL DL DL DL DL DL DL
Tétrachlorobenzène DL DL DL DL DL DL DL DL
1,4-Dichlorobenzène DL DL DL DL DL DL DL DL
nq: identifié mais non quantifié ; DL: sous la limite de détection; * µg/m3 équivalent toluène, pour les autres espèces : débit d'échantillonnage Radiello spécifique recommandé pour l'espèce
Tableau 9 : analyse statistique des 27 COVs sélectionnés
L’empreinte chimique des bâtiments de cette étude est assez similaire à celle obtenue lors des campagnes AIRMEX (restreinte aux écoles et crèches) et logements en France [1, 2]. A l’exception du o-xylène, du styrène et du benzène, les autres espèces aromatiques et oxygénées listées dans le programme BPE OQAI sont présentes à des niveaux supérieurs à 1 µg/m3 dans 11 des 20 périodes de mesure. Cependant, afin de pouvoir identifier plus clairement des corrélations entre le type de bâtiment et la répartition chimique des polluants, des études à plus grande échelle (plus de bâtiments, étude selon la saison ...) restent nécessaires.
Figure 12: Empreinte chimique de l’air intérieur des bâtiments (COV BPE OQAI, µg/m3) (* : quantifié en µg/m3 équivalent toluène)
Les ratios Intérieur/Extérieur (rapport des médianes en condition occupée) sont présentés en Figure 13 et comparés à ceux de l’étude AIRMEX pour les bâtiments publics. Les espèces dont la concentration extérieure médiane est inférieure aux limites de détection ne sont pas présentées.
Figure 13: Ratios médians Intérieur/Extérieur, et comparaison avec l'étude AIRMEX
Sauf pour le benzène (ratio proche de 1), ces rapports sont compris entre 4 et 21, avec une majorité de valeurs entre 7 et 10, mettant en évidence les sources intérieures, discuté précédemment. Pour les autres espèces, ces valeurs sont plus élevées que celles obtenues dans l’étude AIRMEX, ce qui s’explique principalement par des concentrations extérieures relativement plus faibles dans notre étude. Ces bas niveaux sont à mettre en relation avec l’environnement principalement suburbain des bâtiments de cette étude alors que dans le cadre d’AIRMEX il s’agissait de grandes métropoles européennes.
-5 0 5 10 15 20 25 30 formaldehyde
acetaldehyde
hexanal
benzene
toluene
et-benzene m,p-xylene o-xylene
styrene 1,2,4-tmb
decane limonène*
a-pinène*
Bâtiment performant en énergie Bâtiment Standard Ecoles européènnes Ces travaux
5 4 3 2 1 0
Médiane [ COV
] int
/
Médiane [ COV ]
ext 25 20 15 10 5Benzene Acetaldehyde Propanal o-Xylene 2-Butanone Pentanal Toluene m,p-Xylenes Ethylbenzene Styrene Formaldehyde Decane Undecane TriMeBenzene Acetone Hexanal
Cette étude
Etude européenne (AIRMEX)
31 Identification des sources - extension de l'analyse à d'autres COV
Par ailleurs, afin d'identifier les polluants standards plutôt liés au bâti de ceux liés aux occupants et leurs activités, l’analyse des ratios de concentration des polluants identifiés comme d'origine a été réalisée entre la période occupée et inoccupée (Figure 14). L'occurrence de ratios supérieurs à 1 a également été considérée. Notons que la ventilation n'étant active que lors de la présence des élèves, ce qui représente environ 30% des 4,5 jours de mesure, les niveaux nettement plus élevés en période d'occupation mettent en évidence une contribution importante des occupants, seulement partiellement contrebalancée par la ventilation.
Sept espèces (acétone, 2-butanone, pentanal, toluène, décane, undécane et 1-methoxypropanol) sont plutôt liées aux activités humaines avec des ratios occupé/innocupé entre 1,2 et 2,5 et une occurrence entre 60% et 90%. Les autres espèces ont des ratios entre 0,9 et 1,2, ce qui suggère des sources principalement liées au bâtiment. Par exemple, dans le THPE 5, le niveau d'acétone en conditions inoccupées est légèrement plus bas que le niveau en conditions occupées, suggérant une source du bâtiment.
Figure 14 : concentrations médianes (µg/m3) (axe de gauche), Ratio ([VOC]occ/[VOC]inocc) (axe de droite) et pourcentage de bâtiments ayant [VOC]occ/[VOC]inocc ratio > 1 (en bleu) pour les COVs standards (nq: lorsque l'occurrence [Occ]/[Unocc]>1 ne peut pas être déterminée car la concentration était sous la limite de détection dans la plupart des bâtiments)
Afin d'identifier d'autres espèces d'intérêt, cette analyse a été étendue à l'ensemble des espèces mesurées.
Parmi les 150 COV détectés (voir liste dans l'article précampagne, Annexe 1), douze espèces supplémentaires (Figure 15) ont été identifiées comme présentes au moins dans la moitié des bâtiments, en condition occupée ou inoccupée. Ces espèces sont principalement des espèces oxygénées (alcools, este rs ou cétones) et des espèces hydrocarbonées aliphatiques, avec des niveaux de concentration entre 1 et 4 µg/m3, donc relativement minoritaires par rapport aux COVs présentés auparavant. Au regard de ces faibles concentrations et de niveaux dans certains bâtiments sous les limites de détection, seules les concentrations médianes ont été considérées.
6 4 2 0 Médiane [COV] (µg/m3) 60 40 20
16 14 12 10 8 6 4 2 0 [COV]occ / [COV]inocc
Acetaldehyde
Propanal
o-Xylene 2-Butanone
Pentanal Toluene
m,p-Xylenes
Ethylbenzene
Styrene FormaldehydeDecane
Undecane TriMeBenzene Acetone
Hexanal
Benzaldehyde 1-methoxypropanol
2-butoxyethanol a-pinene
limonene
30%
50% 90%50% 40%
40% 40% 60% 80% 60%
40% 60% 40%
60%
70%
nq nq nq nq
40%
Conditions occupées Conditions inoccupées xx % Occurence du ratio [Occ]/[Inocc]>1
[Occ]/[Inocc] Médiane, Min, Max
Figure 15 : concentration médiane des COV supplémentaires (µg/m3), en période occupée et inoccupée.
L'acétate de butyle, la méthylisobutylcétone (MIBK), l'heptane et les méthylhexanes sont identifiés comme liés aux occupants, contrairement au méthylpropane. Dans le cas de l'isopentane, l'isopropyltoluène, le 1 -butanol et le 2-méthylpropanol, la différence est moins marquée ou les concentrations sont proches des limites de détection et aucune conclusion peut être tirée quant à leur source.
A partir de l'analyse des différences entre intérieur et extérieur et des conditions occupée et inoccupée, il est possible de tirer quelques conclusions concernant l'identification des sources des polluants mesurés dans ces bâtiments (Tableau 10).
Composés
Occurrence* (%) Médiane [Ext] (µg m-3) Médiane [In]occ (µg m-3) Médiane [In]inocc (µg m-3) Médiane [In]/[Ext] Médiane [In]occ / [In]inocc
Source principale
Signature extérieure
Benzène 0 0,9 1,1 1,3 1,3 0,8 extérieur
Signature intérieure
Formaldéhyde 100 1,9 15,6 13,1 8,1 1,2 bâtiment
Acetaldéhyde 90 1,4 5,2 6,0 3,7 0,9 bâtiment
Acétone 100 3,2 53,2 20,0 16,4 2,7 bâtiment et occupants
Hexanal 100 0,5 9,8 9,1 20,6 1,1 bâtiment
2-Butanone 100 2,9 15,1 9,5 5,2 1,6 bâtiment et occupants
Pentanal 60 0,9 4,7 3,1 5,5 1,5 bâtiment et occupants
Butylacétate 60 nq 3,9 <DL - - occupants
MIBK 20 nq 0,9 <DL - - occupants
Toluène 80 1,0 5,5 3,4 5,5 1,6 bâtiment et occupants
m,p-Xylènes 50 0,5 3,0 2,8 - 1,1 bâtiment
Décane 10 0,1 0,8 0,4 8,8 2,0 bâtiment et occupants
Undécane 10 0,1 0,7 0,4 8,9 1,8 bâtiment et occupants
1-Methoxypropanol 0 <DL 1,3 0,8 - 1,6 bâtiment et occupants
Heptane 60 nq 3,6 <DL - - occupants
* parmi les 15 COV majoritaires
Tableau 10 : résumé des concentrations, occurrence et sources des principaux COV mesurés dans les 10 bâtiments
Les niveaux élevés en aldéhydes peuvent s'expliquer par la présence de mobilier en aggloméré, de revêtements de sols ou de plafond [24]. Le formaldéhyde, identifié comme polluant intérieur majeur [82] est émis par les résines présentes dans les produits en bois pressé ou dans les dalles acoustiques de faux-plafond, courants dans les salles de classes nouvellement équipées. L'air exhalé est une source d'acétone,
5
4
3
2
1
0
Médiane [COV] (µg/m3) Isopentane
Heptane 3-Methyl,hexane Methyl,propane
2-Methyl,hexane 1-butanol 2-Methyl,propanolPentane
Butyl,acetate PentadieneMIBK Isopropyl,toluene
* * * * * * *
Conditions occupées Conditions inoccupées * < LD
33 de méthanol et d'isoprène [83, 84]. Le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et l'acétone peuvent également être produits par des processus photochimiques [85] et pourraient être des traceurs de la réactivité chimique.
Cependant, la présence de ces espèces pouvant être émises (origine primaire) par le bâtiment et par les occupants, ou formées par réactions chimiques (origine secondaire) rend délicate l'identification de leurs sources, probablement multiples, uniquement avec des mesures moyennées.
Concernant les alcanes, seuls les travaux de Massolo [79] dans les écoles et maisons reportent des niveaux aussi importants que ceux observés dans cette étude. Ces auteurs ont mesuré principalement des composés en C8-C12 liés à des activités humaines telles que la peinture ou le ménage. Dans notre étude, des alcanes en C5-C7 sont également observés. Ils sont souvent associés à des émissions extérieures liées au trafic automobile, à des activités industrielles ou à l'évaporation de combustible. L'origine de ces espèces ne peut pas être clairement identifiée dans notre étude car ces espèces n'ont pas été quantifiées à l'extérieur. Les BTEX sont, quant à eux, régulièrement reportés dans la littérature comme reliés à des sources extérieures industrielles, avec des ratios intérieur/extérieur entre 1 et 3, en fonction de la proximité des sources industrielles [2, 79]. Gallego et al. [86] ont également reporté des ratios proches de 10 dans des résidences dans une région rurale d'Espagne avec, dans ce cas, plutôt des sources intérieu res. En effet, le benzène peut provenir de sources telles que les solvants, les encens ou la fumée de cigarette [87].
Le toluène et les xylènes sont émis par des activités de ménage ou de rénovation (solvants, peinture, adhésifs, résines,...) [79, 87]. Notons que les ratios élevés obtenus dans notre étude sont principalement dus à des concentrations extérieures faibles, avec une concentration médiane extérieure inférieure à 3 µg/m3.
Analyse détaillée de chaque bâtiment
L'analyse précédente fait état des tendances obtenues à partir des médianes et des ratios sur l'ensemble des bâtiments. Cependant, comme montré en Figure 11, les niveaux des différents polluants peuvent varier de manière importante d'un bâtiment à l'autre. Les niveaux dans les différents bâtiments de quelques espèces représentatives sont présentés dans ce paragraphe.
Les niveaux en formaldéhyde, espèce pour laquelle une valeur guide de l'air intérieur a été établie par le décret 2011-1727 [88] sont présentés dans la Figure 16 avec ceux du benzène, espèce également prévue dans le suivi des établissements publics. Pour l’ensemble des bâtiments, aussi bien en condition occupée qu’inoccupée, les concentrations en formaldéhyde sont bien en-dessous des valeurs seuil (100 µg/m3) et même en dessous de la valeur cible (30 µg/m3), à l’exception d’un bâtiment où un niveau de 37 µg/m3 en formaldéhyde a été mesuré en condition inoccupée, non représentative des conditions de suivi.
La valeur médiane de formaldéhyde observée dans cette étude (13,3 µg.m-3) est très proche de celle de l’étude européenne AIRMEX [2] pour les écoles et crèches, et environ 2 fois plus basse que celle des études sur les logements français « standard » [1] ou énergétiquement performants [24]. La valeur médiane pour le benzène (1,1 µg.m-3) est 2 fois plus basse que celle mesurée dans les études précédemment citées, ce qui est à mettre en relation avec les concentrations extérieures plus basses également. En effet, les ratios des concentrations intérieur/extérieur (Figure 17) montrent clairement que la source du benzène est principalement extérieure (Intérieur/Extérieur ≈1) alors que pour le formaldéhyde, le ratio se situe entre 3 et 16, mettant en avant l’apport intérieur variable selon le bâtiment. De plus, le ratio occupé/inoccupé proche de 1 (Figure 18) indique que c’est le bâtiment lui-même, plus que les occupants ou leurs activités, qui en est la source principale dans l'ensemble des bâtiments.
Figure 16: Concentrations en formaldéhyde et benzène (µg/m3) dans les 10 bâtiments. (a) (Geiss et al., 2011) (b) Campagne nationale logement, 2007, OQAI, (Billionnet et al., 2011) (c) (Derbez et al., 2014) ; Ligne verte : valeur guide.
Figure 17: ratio intérieur/extérieur pour le formaldéhyde et le benzène
Figure 18: ratio occupé/inoccupé pour le formaldéhyde et le benzène
Pour certaines espèces standards, les niveaux de concentration ont une grande variabilité avec un ou deux bâtiments qui présentent des niveaux de concentration beaucoup plus élevés que les autres. C’est le cas de l’acétone (THPE5), du 2-butanone (BBC2), du toluène (THPE1, THPE3), les xylènes (BBC1, BBC2), l’-pinène (PEB), le limonène (BBC1, THPE2) mais uniquement en conditions occupées, donc peut-être lié aux activités de nettoyage. Pour la plupart des autres espèces, les niveaux de concentration sont assez similaires d’un bâtiment à l’autre. Les résultats sont présentés en Annexe 1.