Caractérisation physique de la pièce étudiée (ventilation, paramètres de confort et lumière)

La pièce étudiée a été caractérisée par des mesures de température et d'humidité, en continu, en différents points de la pièce grâce à des capteurs. L'intensité de la lumière transmise par les fenêtres en fonction de la longueur d'onde (paramètre important pour étudier les phénomènes de photolyse) et de l'endroit de la pièce a également été mesurée. Des sondes de mesure de CO2 étaient également installées dans la pièce, et ont servi notamment pour l’évaluation ponctuelle du taux de ventilation, en complément de la mesure des débits de ventilation par anémométrie.

Mesure des débits de ventilation

Le taux de ventilation a été mesuré par deux méthodes :

- par un anémomètre (Swemaflow), par mesure du débit entrant ou sortant des bouches de soufflage et d'extraction. Ces mesures ont dû être réalisées par portion de bouches (plus grandes que le prélèvement du Swemaflow),

- en suivant la décroissance de concentration de CO2 après son injection.

Les deux techniques ont donné des résultats similaires. Quand la ventilation est active, le débit mesuré par décroissance du CO2 est de 300 m³ h^-1, ce qui donne un taux de renouvellement d’air de 2.1 h^-1. Quand la ventilation est inactive, le débit d’air est de 30 m³ h^-1, cela correspond aux fuites d’étanchéité de la pièce et au débit d’air pompé par les différents instruments. Le taux de ventilation en condition active est inférieur à la réglementation française qui impose 18 m³ h^-1 par adulte et 15 m³ h^-1 par enfant ce qui ferait 560 m³ h^-1 pour une classe de 36 élèves et un professeur (capacité de la salle). Cependant les niveaux de CO2

mesurés durant les précampagnes étaient tout à fait acceptables compte tenu du nombre réel d'occupants dans la salle (au maximum 25 élèves).

La ventilation dans le bâtiment fonctionne, en condition normale d’occupation, pendant les heures de cours et est coupée durant les récréations et la pause du midi, elle est également arrêtée le week-end. Pour les besoins de la campagne et des spécificités de certains instruments, ces horaires de fonctionnement ont été modifiés à certains moments. Ces périodes sont définies dans le programme de gestion de la ventilation.

Afin de suivre en temps réel le fonctionnement ou non de la ventilation, une sonde de mesure de la vitesse de vent a été installée en sortie d'une bouche de soufflage pendant toute la durée de la campagne. La vitesse de vent mesurée était de 1 à 2 m s^-1 en condition de ventilation, mais pouvait baisser ou être instable à certains moments en raison d’ouvertures de portes, du vent à l’extérieur, de perturbations dans les salles avoisinantes ou encore lorsque l’on ouvrait les fenêtres. Dans ces conditions, un apport d’air des pièces voisines est à suspecter. Le Tableau 11 récapitule les horaires de fonctionnement de la ventilation dans la salle sur la période de la première campagne. Les conditions du 21 et 22 avril correspondent aux conditions réelles d'utilisation du bâtiment.

Ventilation 1 Ventilation 2 Ventilation 3 Ventilation 4

début fin début fin début fin début fin

Lundi 21/04/2014 08:10 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 15:25 17:15 Mardi 22/04/2014 08:10 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 15:25 17:15 Mercredi 23/04/2014 08:10 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 15:25 17:15 Jeudi 24/04/2014 08:20 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 15:25 17:15 Vendredi 25/04/2014 08:20 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 15:25 17:15 Samedi 26/04/2014

sans ventilation Dimanche 27/04/2014

Lundi 28/04/2014 08:20 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 15:25 17:15 Mardi 29/04/2014 08:20 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 15:25 17:15 Mercredi 30/04/2014 08:20 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 sans ventilation Jeudi 01/05/2014 07:20 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 sans ventilation Vendredi 02/05/2014 07:20 09:45 10:10 11:45 13:35 15:00 15:25 17:15 Tableau 11 : Récapitulatif des conditions de ventilation lors de la première campagne de mesure

37 Lors de la deuxième campagne, les horaires des cycles de ventilation en utilisation classique du bâtiment ont été conservés les deux premiers jours uniquement (légèrement différentes des conditions de la première campagne) et modifiés ensuite pour des raisons de synchronisation de prélèvements et injections diverses. Ils sont présentés dans le Tableau 12 ci-dessous. Des plages plus longues de ventilation ont été choisies. De plus, des périodes d'ouverture de fenêtres et de la porte du couloir ont été réalisées.

Tableau 12 : Récapitulatif des conditions de ventilation

Nuit Ventilation 1 Ventilation 2 Ventilation 3 Ventilation 4

fin début fin début fin début fin début fin

Lundi 23/02/2015 08:10 09:45 10:10 11:45 13:30 15:00 15:20 17:20 Mardi 24/02/2015 08:10 09:45 10:10 11:45 13:30 15:00 15:20 17:20

Mercredi 25/02/2015 08:10 09:45 10:10 15:00 15:20 17:20

Jeudi 26/02/2015 08:10

Vendredi 27/02/2015 05:10 08:10

ouverture fenêtre 16:15-17:20

20:10

Samedi 28/02/2015 08:10

ouverture fenêtre 16:15-17:15

Dimanche 01/03/2015 08:10 sans ventilation

ouverture fenêtre 17:58-18:57

Lundi 02/03/2015 08:10 09:45 10:10 11:45 13:30 17:20

Mardi 03/03/2015 08:10 09:45 10:10 11:45 13:30 17:20

Mercredi 04/03/2015 08:10 09:45 10:10 11:45 13:30

ouverture porte couloir 17:10-18:40

17:20

Jeudi 05/03/2015 08:10 20:10

Vendredi 06/03/2015 08:10 20:10

Paramètres de confort (T, RH)

La température (T) et l’humidité relative (RH) ont été mesurées en continu sur toute la campagne, leurs profils pour la première campagne sont présentés Figure 20 et Figure 21. On observe pour ces deux paramètres des comportements similaires à l’extérieur et à l’intérieur mais les températures sont plus élevées à l’intérieur (Tableau 13), en lien avec la bonne étanchéité du bâtiment. Les variations à proximité des fenêtres sont plus importantes du fait de l'ensoleillement. L’humidité relative est plus élevée à l’extérieur, liée à des températures plus basses. La concentration absolue en vapeur d'eau est équivalente entre l'intérieur et l'extérieur.

Figure 20 : Niveaux de température à l’extérieur et l’intérieur du 21/04/2014 au 02/05/2014

Figure 21 : Niveaux d’humidité relative à l’extérieur et l’intérieur du 21/04/2014 au 02/05/2014

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Tableau 13 : Paramètres de confort T et RH, 1^ère campagne

Extérieur Intérieur exposé soleil Intérieur près de la porte d’entrée

T (°C) RH (%) T (°C) RH(%) T (°C) RH(%)

Minimum 6,0 33,5 19,0 22,0 19,0 22,0

Maximum 21,5 96,0 26,5 59,0 26,5 59,0

Médiane 13,5 65,5 23,0 36,5 23,0 36,5

Moyenne 13,5 65,0 23,0 36,1 23,0 36,1

Ecart-type 2,8 13,1 1,2 6,1 1,2 6,1

La deuxième campagne s’est déroulée en février et mars 2015, donc en condition hivernale. Les températures et l’humidité relative extérieures sont donc inférieures et supérieures respectivement à celles de la première campagne. En revanche, les paramètres de confort à l’intérieur sont similaires en termes d’humidité relative et légèrement inférieurs en termes de température dans la salle malgré la différence de saison (Tableau 14).

Tableau 14 : Paramètres de confort T et RH, 2^ème campagne

Extérieur Intérieur exposé soleil Intérieur près de la porte d’entrée

T (°C) RH (%) T (°C) RH(%) T (°C) RH(%)

Minimum 2,5 40,5 15,5 22,5 15,5 22,5

Maximum 16,5 97,2 25,5 56,0 25,5 56,0

Médiane 6,5 77,5 21,5 31,5 21,5 31,5

Moyenne 6,7 77,0 21,5 31,8 21,5 31,9

Ecart-type 2,6 9,4 1,3 4,1 1,3 4,1

Caractérisation de la lumière dans la pièce

La transmission de la lumière à l'intérieur, en terme d'intensité et de distribution spectrale, ayant un impact direct sur la photochimie, la chimie intérieure et les concentrations des oxydants, sa caractérisation est nécessaire pour la compréhension des phénomènes observés.

Pendant la première campagne, un LICOR (Li-1800 du laboratoire LISA) a été utilisé pour déterminer la transmission des fenêtres avant la campagne. Les mesures de transmission de l'ensemble des fenêtres sont présentées Figure 22 avec la transmission d'autres types de fenêtres caractérisées dans des BPE.

Ces résultats montrent que la gamme de transmission des fenêtres dépend du type de fenêtre et en particulier des traitements anti-réflexion dans l'IR ou des films de protection antieffraction sur les fenêtres du rez-de-chaussée coupant les radiations en dessous de 400 nm. Dans la pièce étudiée dans les campagnes intensives, la gamme de longueur d'onde disponible à l'intérieur permet la photolyse de NO2 et de HONO.

Figure 22 : Transmission des fenêtres mesurées par le LICOR (Ratio entre rayonnement transmis et rayonnement incident) et spectres d'absorption des espèces présentes à l'intérieur

Les niveaux de transmission sont assez proches de ceux de Drakou [33] et de la campagne SURFin [20].

Ces valeurs sont très supérieures à celles utilisées dans le scénario de base modélisé de Carslaw [41].

Gamme de longueurs d’onde

Carslaw [41]

Nazaroff [34]

Drakou

[33] SURFin [20] MERMAID

UV (300-400 nm) 3% 0,15% 30% 14% 19%

Visible (400-760 nm) 10% 0,7% 80% 42% 56%

Tableau 15 : Comparaison des niveaux de transmission en fonction du domaine spectral de différentes études (en % du rayonnement incident)

Pendant la première campagne intensive, le LICOR a été utilisé pour mesurer la quantité de lumière en fonction de la longueur d'onde à proximité des fenêtres et de l'instrument FAGE mesurant les concentrations en HOx en un point de la pièce. Les voies de formation de ce radical pouvant être liées à des phénomènes de photolyse, il est important de pouvoir quantifier à cet endroit la quantité de lumière.

Cet instrument permet de mesurer l'irradiance spectrale, utilisée pour calculer les fréquences de photolyse J en utilisant :

J = _min ^maxF( ) ( ) ( )

avec F( ) le flux actinique (photons cm^-2 nm^-1 s^-1) donnée par le LICOR, ( ) la section efficace de la molécule à la longueur d'onde (cm²) et ( ) le rendement quantique de photodissociation de la molécule à la longueur d'onde (sans unité).

A titre comparatif, les JHONO mesurés sur les campagnes MERMAID et SURFin (campagne dans un collège de Marseille, projet PRIMEQUAL), sont du même ordre de grandeur avec un maximum de 1.3×10^-4 s^-1 sur MERMAID et 1.4×10^-4 s^-1 sur SURFin.

L'intensité de la lumière varie avec la distance à la fenêtre, le moment de la journée et l'orientation. Pour caractériser la distribution spatiale de la lumière dans la pièce, des détecteurs PAR (Photosynthetically Active Radiation) ont été installés à différents endroits de la pièce et un à l'extérieur. Les détecteurs PAR (SOLEMS) sont des détecteurs quantiques mesurant un rayonnement dans le visible entre 400 et 750 nm.

Ils ont été étalonnés à partir des données de calibrage du LICOR.

41

Figure 23 : Dispositions des capteurs PAR dans la salle de mesure et à l’extérieur sur le rebord de la fenêtre

Figure 24 : Répartition de la lumière dans la pièce mesurée par les capteurs PAR

Les mesures prises à différents endroits de la pièce (Figure 24) montrent bien une forte hétérogénéité et une chute importante (90%) de la quantité de lumière entre la fenêtre (LICOR) et le milieu de la pièce. Ces mesures sont en bon accord avec des travaux de la littérature montrant que l’intensité du rayonnement UV-A diminue de 68 % entre 1 et 2 m et de 87 % entre 1 et 3 m, selon l'étude dans un espace modèle de Lim et al [32].

Lors de la seconde campagne, le LICOR n’a pas fonctionné mais la calibration des capteurs PAR par rapport au LICOR a été réalisée avant la première campagne et la comparaison des profils obtenus dans la pièce lors de la première campagne montre que les capteurs situés aux alentours du LICOR (FAGE gauche et droite et gauche LICOR (Figure 24) répondent de manière similaire au LICOR et au JHONO avec une résolution moindre. Ces capteurs peuvent donc être utilisés comme mesure indicative de la lumière et des JHONO.

3.2.2. Présentation des mesures des COV - comparaison avec la précampagne