L’étude de la pollution chimique gazeuse de l’air intérieur nécessite des systèmes analytiques performants de détection de gaz afin d’identifier les polluants présents et de suivre l’évolution de leur concentration dans les environnements confinés. Les méthodes utilisées sont pour l’heure très diverses du fait d’un manque de réglementation en terme de mesure des polluants intérieurs et dépendent de l’application visée (diagnostic de la QAI, études de processus rapides, réactivité, détermination des sources et étude d’exposition). Le choix de la méthode de mesures varie selon les besoins en termes de résolution temporelle et de précision et également du polluant à analyser. Les techniques habituelles de mesures sont souvent, pour la plupart, chronophages, onéreuses et nécessitent du personnel qualifié.
La détermination des concentrations en polluants peut s’effectuer de trois façons. La première consiste à des prélèvements ponctuels, soit par récupération d’un volume d’air de l’environnement dans un récipient, soit par passage d’un volume d’air à travers un matériau adsorbant. La seconde méthode concerne des prélèvements accumulés. En effet, il peut être plus adéquat de déterminer une concentration en polluant sur de longues périodes afin de connaître une teneur moyenne sur une échelle de temps donnée, représentative de la qualité de l’air globale du milieu considéré. Ceci permet de mettre en évidence la présence à des teneurs faibles d’un polluant sur le long terme pour des effets chroniques sur la santé mais ne donne aucune indication pour des effets aigus si le composé est toxique à des concentrations élevées sur des temps restreints. La dernière technique se base sur une mesure directe et en continu (mesures on-line) d’un ou plusieurs polluants déterminés, à l’aide d’analyseurs automatiques in-situ.
Concernant les mesures réglementées à effectuer pour la détermination de la qualité de l’air dans les ERP, les méthodes d’échantillonnage et d’analyse sont normalisées selon la norme ISO 16000. Elles concernent les techniques usuelles d’échantillonnage sur le terrain (prélèvement sur adsorbant) et d’analyse en différée au laboratoire (GC-MS et HPLC-UV) qui conviennent à un déploiement facile et aux activités des occupants, même si elles ne permettent pas une résolution temporelle fine et un résultat rapide. Le prélèvement du formaldéhyde et des autres composés carbonylés doit être réalisé sur cartouche DNPH alors que l’échantillonnage des autres COV s’effectue sur le sorbant Tenax TA.
Par ailleurs, les techniques analytiques traditionnelles de laboratoire ou que l’on retrouve dans les stations de surveillance de la pollution extérieur ne sont pas forcément adaptées à la surveillance des environnements intérieurs. En effet, les techniques de mesure doivent répondre à des contraintes spécifiques liées à leur déploiement sur le terrain, aux caractéristiques du bâtiment et aux activités des occupants : nuisances sonores, encombrement, poids (mobilité et portabilité), nécessité d’intervention régulière de personnels qualifiés.
III.1.
Méthodes de mesure de la qualité de l’air intérieur
III.1.1. Les méthodes de mesures on-line
Les analyses en temps réel réalisées à l’aide d’appareils de mesure en continu permettent d’identifier et de quantifier précisément une grande diversité de polluants. Le principe de détection est basé sur une propriété physico-chimique spécifique au polluant considéré. Ces appareils prélèvent l’air ambiant en continu par aspiration, avec éventuellement, une étape de pré concentration de l’échantillon puis de désorption thermique si nécessaire, et délivrent un signal en permanence représentatif de la concentration du polluant analysé. Leur résolution temporelle se situe entre quelques minutes à une heure. Les principaux analyseurs de gaz utilisés pour la l’évaluation de la pollution dans les environnements intérieurs sont répertoriés dans le Tableau I - 19. Ces techniques ne sont pas concernées par les normes actuelles d’évaluation des teneurs en COV dans les environnements intérieurs mais leur précision et finesse temporelle permettent l’étude du comportement de nombreux polluants de l’air intérieur et de leur réactivité chimique. Elles ont été développées et sont habituellement utilisées pour des mesures en air extérieur et en laboratoire. Généralement, les polluants sont mesurés par des analyseurs certifiés qui utilisent le plus souvent les méthodes de référence ou des méthodes équivalentes décrites dans les directives européennes pour la surveillance des polluants extérieurs. Ces méthodes spécifiques pour chaque polluant (Tableau I - 19) sont préconisées par la directive européenne 2008/50/CE et l’Association Française de Normalisation (AFNOR).
Tableau I - 19: Récapitulatif des principaux analyseurs automatiques de gaz.
Gaz cible Détection Gamme de détection Résolution
(d’après environnement-sa.fr)
NOx Chimiluminescence 0,4 ppb - 20 ppm min SO2 Fluorescence UV 0,4 ppb - 10 ppm min CO Infrarouge 50 ppb - 200 ppm min O3 Absorption UV 0,4 ppb - 10 ppm min COV GC-FID / GC-MS qqs ppb - 1000 ppm Heure/ min µ-GC min
PTR-MS / SIFT-MS/ CI-MS sec
La mesure du monoxyde et du dioxyde d’azote est basée sur le principe de chimiluminescence. Le monoxyde d’azote est tout d’abord oxydé par des molécules d’ozone. Cette réaction produit du dioxyde d’azote excité qui va générer un rayonnement lumineux (600 à 1200 nm) lorsqu’il retombe dans un état fondamental stable. Afin de quantifier le dioxyde d’azote présent dans l’air, ce dernier doit avant tout être réduit en monoxyde d’azote par passage dans un four de molybdène à haute température (>300 °C), la concentration en NOx (NO + NO2) peut ainsi être
mesurée par oxydation avec l’ozone. Le principe de mesure du dioxyde de soufre est basé sur la fluorescence UV. Sous l’effet d’un rayonnement UV, les molécules SO2 excitées émettent des
rayonnements fluorescents (320 à 380 nm). Le monoxyde de carbone est quant à lui analysé par absorption infra rouge alors que l’ozone est mesuré à l’aide de son absorption dans l’ultra-violet.
Les analyseurs utilisés pour la détection des COV sont de natures variées. Les méthodes PTR- MS (Proton Transfert reaction Mass Spectrometer), SIFT-MS (Selected Ion Flow Tube Mass Spectrometer) et CI-MS (Chemical ionisation Mass Spectrometry) sont des techniques très performantes avec une résolution temporelle de l’ordre de la seconde, des limites de détection relativement basses (quelques ppt à quelques ppb), permettant l’identification d’une trentaine de COV. Les micro-GC (chromatographie en phase gazeuse) ou GC portables permettent quant à eux une quantification d’un plus grand nombre d’espèces avec une limite de détection de quelques ppb mais une résolution temporelle plus longue (minutes). Les analyseurs GC-online présentent pour leur part une résolution temporelle plus contraignante (heure) mais sont adaptés à l’identification des sources de COV en air intérieur. Ces analyseurs on-line très performants comportent néanmoins des inconvénients majeurs puisqu’ils sont très onéreux (quelques dizaines de milliers d’euros à plusieurs centaines de milliers d’euros), qu’ils nécessitent une maintenance périodique et une calibration régulière qui requiert du personnel qualifié. Par ailleurs, ils sont encombrants et sont une source de nuisances sonores. Leur déploiement sur le terrain est également compliqué puisqu’il y a une nécessité d’alimenter certains de ces instruments (GC) en gaz (hélium, hydrogène, air sec). C’est pour cela qu’elles ne sont utilisées exclusivement que pour des campagnes de mesures intensives dans des locaux, de préférence inoccupés. Il existe également des analyseurs automatiques plus compacts pour la mesure des COV tels que des analyseurs d’hydrocarbures totaux à détection par ionisation de flamme ou encore des analyseurs de BTEX par détection à photoionisation. On retrouve même quelques détecteurs PID portables (ex : Photocheck Tiger) utilisés notamment pour la détection de fuites en milieu industriel.
III.1.2. Les méthodes de mesures off-line