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Evaluation innovante pour systèmes d'épuration d'air intérieur

En décembre 2004, Gaëlle Bulteau, titulaire d'un DEA de chimie et microbiologie de l'Université de Poitiers, soutiendra sa thèse de doctorat* « Définition d'une méthodologie d'évaluation des procédés d'élimination des composés organiques volatils (COV) de l'air intérieur ».

Dans le cadre des plans de réduction des pollutions, l'air intérieur est l'objet de toutes les attentions. Afin d'améliorer sa qualité, deux voies principales sont souvent proposées : limiter les sources d'émission et améliorer les systèmes de ventilation. Toutefois, même si le niveau de concentration en polluants peut être abaissé par un choix judicieux des matériaux, il ne peut être totalement maîtrisé. De plus, perfectionner les systèmes de ventilation ne permet pas de réduire de manière significative ces nuisances sans entraîner un impact important sur le bilan énergétique de l'habitation. Une troisième voie est donc envisagée : elle consiste à traiter l'air in situ par des systèmes d'épuration "passifs". Des méthodologies d'évaluation partielle de ces procédés ont été mises au point au Japon et aux Etats-Unis. En revanche, la nouvelle génération d'épurateurs capables de traiter les composés organiques volatils impose d'élaborer des méthodologies nouvelles et spécifiques. Ainsi, la recherche de Gaëlle Bulteau portait sur l'approfondissement des connaissances sur ces systèmes pour, ensuite, établir une méthodologie d'évaluation basée sur des critères spécifiques et respectant les conditions d'usage et d'exploitation des bâtiments.

Ses premiers travaux ont consisté à concevoir, réaliser et caractériser des bancs expérimentaux. Deux enceintes en verre de volume 0,145 et 1 m3 ont ainsi été réalisées pour étudier les systèmes de traitement d'air intérieur. Gaëlle Bulteau s'est ensuite attachée à la mise au point d'un système de production d'air exempt d'hydrocarbures puis de deux méthodes de génération d'air vicié en COV à faible concentration. La phase de caractérisation aérodynamique a permis de déterminer la distribution des temps de séjour dans les enceintes en verre. Elle a ensuite été complétée par une simulation numérique afin d'estimer les champs de vitesse et de concentration, et de localiser les zones stagnantes. Une fois ces outils réalisés et caractérisés, des expérimentations sur les procédés de traitement d'air, dans des conditions environnementales variées et représentatives de situations réelles, sont venues compléter la démarche.

Trois procédés d'épuration à l'étude

Gaëlle Bulteau a ensuite étudié trois principaux procédés de traitement d'air :

  • Adsorption sur matériaux poreux : Les cinétiques d'élimination des COV sont plus rapides avec les tissus de carbone activé qu'avec les grains de charbon actif. La nature du polluant influe sur l'efficacité en terme de cinétique ou de capacité d'élimination. Compte tenu de la saturation progressive observée après plusieurs injections de polluants, ce procédé pose un problème de régénération pour son usage en habitat
  • Oxydation photo-catalytique : Une dégradation complète du produit est observée, avec une capacité d'épuration maximale atteinte en 5 h. Une compétition eau - polluant vis-à-vis des sites est mise en évidence, de même qu'une augmentation de la dégradation avec la masse de TiO2 mise en jeu. Aucun effet de saturation après plusieurs injections n'a été constaté.
  • Traitement d'air par les plantes d'intérieur : Les résultats indiquent une double influence : pour un même polluant, l'élimination diffère d'une plante à une autre, et une même plante ne dégrade pas différents polluants de façon identique. Le rôle de la terre et des micro-organismes dans le processus de dégradation a également été souligné.

A terme, cette méthodologie permettra de comparer différents procédés de même nature.

Passionnée par sa recherche, qui a fait l'objet de plusieurs communications au niveau international, Gaëlle Bulteau souhaite poursuivre dans cette voie. Son ambition : travailler à la conception d'une nouvelle génération de procédés pour l'épuration des COV et des germes de l'air intérieur, pour des applications dans les immeubles d'habitation ainsi que dans les grands volumes tels que les gares.

Entreprise en 2001 au sein du CSTB, la thèse a été réalisée en collaboration avec l'École des Mines de Nantes et, pour la partie sur les végétaux, avec la Faculté de Pharmacie de Lille et l'Association Plant'Airpur.