Impact des différentes conditions environnementales sur la production des espèces secondaires

Afin de mieux comprendre l'origine de polluants pouvant être issus de sources multiples comme c'est le cas du formaldéhyde et de l'acétaldéhyde, une étude de contribution des voies de production et de consommation a été réalisée et est présentée Tableau 25 pour ces espèces dans le contexte des scénarios décrits dans le paragraphe 3.3.1. Les conditions de taux d'émission et de vitesse de dépôt sont celles de Carslaw (voir 6.2.8).

Scénario

HCHO CH3CHO

OH HO2 HCHO Production

perte% CH3CHO production

perte%

10⁵ cm^-3

ppt ppb Oxydation COV ppb.h^-1

Oxydation COV

%/ Emission% Echange Dépôt Oxydation

ppb Oxydation COV ppb.h^-1

oxydation COV%

Emission

% Echange Dépôt Oxydatio n

1 4,7 11,1 23,6 1,4 2,6 97,4 -74,5 -24,5 -1,0 4,2 1,4 15,4 84,6 -72,9 -25,8 -1,3

2 17,45 19,1 23,7 4,2 7,6 92,4 -71,3 -23,3 -5,4 4,9 4,9 38,3 61,7 -71,1 -24,1 -4,8

3 3,29 10 23,5 1,0 2,0 98,0 -74,9 -24,6 -0,5 4,1 1,0 11,7 88,3 -73,0 -26,1 -0,9

4 4,28 6,3 23,5 1,2 2,3 97,7 -74,6 -24,5 -1,0 4,1 1,3 13,8 86,2 -72,9 -25,9 -1,2

5 4,81 11,8 24,4 1,4 2,7 97,3 -77,8 -21,1 -1,1 5,3 1,5 15,8 84,2 -76,3 -22,3 -1,4

6 4,50 9,4 22,7 1,3 2,5 97,5 -71,5 -27,6 -0,9 4,0 1,4 14,8 85,2 -69,6 -29,2 -1,2

7 0,25 1,4 69,5 0,5 1,0 99,0 -25,5 -73,3 -1,2 11,4 0,6 7,2 92,8 -25,2 -74,5 -0,3

8 2,40 6,5 36 1,1 2,1 97,9 -61,4 -37,5 -1,1 6,2 1,2 13,5 86,5 -60,2 -38,7 -1,0

9 6,5 16,5 13,1 1,3 2,6 97,4 -85,7 -13,6 -0,7 2,4 1,2 13,6 86,4 -83,7 -15,3 -1,1

10 5 21,2 23,6 1,6 3,0 97,0 -74,5 -24,4 -1,1 4,3 1,6 17,2 82,8 -72,9 -25,7 -1,4

11 5,9 9,3 23,6 1,7 3,2 96,8 -74,4 -24,4 -1,2 4,2 1,7 18,1 81,9 -72,7 -25,7 -1,6

12 4,5 10,6 23,7 1,6 3,1 96,9 -74,6 -24,4 -1,0 5,3 1,4 14,9 85,1 -72,9 -25,9 -1,3

13 4,6 10,5 23,6 1,4 2,6 97,4 -74,5 -24,5 -1,0 5,3 1,4 15,1 84,9 -72,9 -25,8 -1,3

14 4,9 10,5 23,9 1,4 2,7 97,3 -74,6 -24,4 -1,0 5,4 1,5 15,8 84,2 -72,9 -25,7 -1,3

15 4,6 10,7 23,6 1,4 2,6 97,4 -74,5 -24,5 -1,0 4,2 1,4 15,2 84,8 -72,9 -25,8 -1,3

16 6,4 15,1 23,6 1,7 3,1 96,9 -74,4 -24,4 -1,2 4,3 1,9 19,1 80,9 -72,7 -25,6 -1,7

17 32,3 32,7 24,7 6,4 11,2 88,8 -72,0 -23,4 -4,6 5,5 8,6 52,2 47,8 -69,5 -22,8 -7,7

18 4,1 53,7 73,2 4,1 7,4 92,6 -25,2 -72,1 -2,7 16,3 7,5 48,7 51,3 -25,0 -71,9 -3,1

19 10,1 5,9 24 2,8 5,3 94,7 -74,3 -24,0 -1,7 4,5 2,9 26,9 73,1 -72,3 -25,1 -2,6

20 11,4 7,1 24,1 2,0 5,8 94,2 -74,2 -23,9 -1,9 4,6 2,0 29,3 70,7 -72,1 -24,9 -3,0

21 matin 8 7 25,4 5,5 9,7 90,3 -74,5 -24,2 -1,2 4,5 2,6 25 74,9 -72,3 -25,7 -2,0

21 soir 4,8 35 24,6 2,8 5,3 94,7 -74,3 -24,0 -1,7 4,4 2,9 26,9 73,1 -72,2 -25,1 -2,6

Tableau 25: concentration en OH, HO2, formaldéhyde et acétaldéhyde et pourcentage de production et de perte pour le formaldéhyde (à gauche) et l'acétaldéhyde (à droite) pour les 21 scénarios étudiés dans le paragraphe 3.3.1 (en rouge : maxima).

87 Dans les scénarios étudiés, on peut noter que la production et les pertes de formaldéhyde sont principalement gouvernées par des processus physiques. L'émission est la source principale de formaldéhyde (entre 88 et 99% de la production totale) et les pertes sont principalement liées à la ventilation (les pertes sont logiquement d’autant plus importantes que le TRA est élevé) et au dépôt (plus important quand le débit de ventilation diminue).

Cela mène à des concentrations de formaldéhyde élevées dans les scénarios caractérisés par de faible s taux de renouvellement d’air. Cependant, dans les scénarios où les niveaux de OH sont élevés, la production de formaldéhyde par oxydation peut atteindre plus de 10%. Par exemple, dans le scénario 2, la production de formaldéhyde par cette voie représente 4.2 ppb/h. Elle est en partie compensée par ses pertes par oxydation, ce qui entraine au final une faible augmentation de la concentration par rapport au cas de base. Dans le cas des scénarios 17 et 18, la part de production par oxydation est également importante.

Dans le scénario 18, la combinaison d'un faible taux de renouvellement d’air combiné à la présence de précurseur de HOx mène à une concentration élevée de formaldéhyde ; la part liée à la réactivité peut être estimée à 3 ppb par comparaison au scénario 7 qui présente le même TRA.

Concernant l'acétaldéhyde, les niveaux de concentration sont également gouvernés par l'émission (85% de la production totale) et le renouvellement de l'air (98% des pertes). La part de la production liée à la chimie est plus importante que pour le formaldéhyde et atteint jusqu'à 15%, représentant cependant 1.5 ppb/h (hors activités). Cela est lié aux taux d'émission internes définis dans les scénarios plus faibles pour l'acétaldéhyde (8 ppb/h) que pour le formaldéhyde (50 ppb/h), rendant le poids (en %) de l'émission plus important pour le formaldéhyde que sa formation par processus chimique qui est liée aux réactions d'oxydation par d'autres espèces.

Dans le cas des scénarios 2 et 17 à 20, dans lesquels les conditions de formation des HOx sont les plus favorables (présence de HONO et de lumière), les voies de production par oxydation des COV sont les plus importantes. Dans le scénario 2, par exemple, cette voie représente 38% et 5 ppb/h.

Dans le cas du scénario 18, alliant un taux de renouvellement d’air faible et la présence d'HOx, la production d'acétaldéhyde par émission (8.0 ppb/h - 51.3%) est quasiment équivalente à celle liée aux processus d'oxydation (7.5 ppb/h - 48.7%) et une concentration supérieure de presque 5 ppb au scénario 7 (même ventilation, sans précurseur de HOx).

Dans le cas des événements de nettoyage, les contributions ont été moyennées sur une heure au démarrage de l'épisode. Les profils du formaldéhyde et du limonène sont présentés Figure 65. Lors du premier événement, la concentration en formaldéhyde augmente de 2 ppb et la production par oxydation représente 9.7%. Lors de l'épisode de l'après-midi, la concentration augmente de 1 ppb (5.3% de la production). Comme l'acétaldéhyde n'est pas produit lors de l'oxydation du d-limonène dans le modèle INCA-Indoor, la présence des HOx ne mène qu'à l'augmentation de son oxydation.

Figure 65 : profils de d-limonène et formaldéhyde pour le scénario 21 (épisodes de nettoyage)

Les scénarios étudiés considèrent tous des sources d'émission de formaldéhyde et d'acétaldéhyde , et la part de la chimie, même si elle n’est pas complètement négligeable, ne représente qu'une faible part de la concentration ambiante résultante prédite (au maximum 3 et 5 ppb, respectivement).

Pour évaluer la limite haute de surplus de concentration en formaldéhyde maximum qui pourrait résulter de la chimie en air intérieur, les conditions de la campagne SURFin ont été considérées et différents paramètres ont été variés pour étudier leur impact sur le niveau de formaldéhyde dans une situation où il n’y a aucune source de formaldéhyde autre que la chimie des HOx. Dans le cas extrême de concentration en COV multipliée par 10 (voir Tableau 24 pour les valeurs de référence), la concentration en formaldéhyde peut atteindre 16 ppb (Figure 66). Cependant, dans ces conditions, les concentrations en acétaldéhyde et en isobutène sont très élevées et non représentatives d'un environnement réel. Afin de tendre vers un scénario plus réaliste, les concentrations des COV autres que l’acétaldéhyde et l’isobutène ont été multipliées par 10. En pareil cas, la concentration en formaldéhyde atteint 6 ppb, ce qui n'est pas négligeable au regard de sa valeur guide en air intérieur.

Figure 66: concentrations maximum de OH, HO2 et HCHO en fonction du coefficient multiplicatif k appliqué séparément aux concentrations mesurées en HONO, NO et COV le 21juillet

L'analyse des différents cas issus de scénarios et de conditions réelles de mesure ont mis en évidence le rôle souvent limité de la chimie sur les niveaux d'espèces comme le formaldéhyde et l’acétaldéhyde.

Cependant, dans certaines conditions, la production de ces espèces liées à la chimie peut augmenter leur niveau de quelques ppb, ce qui pourrait s'avérer important dans des environnements particulièrement pauvre en émission de ces espèces.

Il faut cependant comprendre que la représentation des contributions est très délicate car elles sont calculées à un instant précis et ne tiennent pas compte de l'historique des molécules présentes dans la pièce. Une molécule de formaldéhyde produite à partir de l'émission d'un autre COV dans la pièce est -elle issue de la chimie ou de l'émission? Une molécule de formaldéhyde émise, puis adsorbée, est-elle issue de l'émission ou de la sorption? Une moyenne des contributions calculées sur différents instants semble être une représentation plus intéressante qu'une valeur instantanée. Les outils d’analyse de sensibilité actuellement en cours de développement devraient permettre de tracer la sensibilité des concentrations à un instant à différents processus ayant précédemment opéré. De même, si la répartition en pourcentage permet une représentation simple de la contribution de chaque phénomène, elle ne permet pas d'estimer le point en terme de concentration. C'est le cas par exemple du pourcentage de la contribution de la réactivité sur le formaldéhyde lorsque l'émission directe est très importante.

Afin de se rapprocher le plus possible de conditions représentatives de l'occupation de bâtiments scolaires, des scénarios plus complexes ont été réalisés en considérant cette fois des données d’émission mesurées.

Ces résultats sont présentés dans le paragraphe suivant.