Premier pas vers des tests virtuels de qualité d'air intérieur
Jean-Jacques Akoua a choisi d'étudier l'efficacité de la ventilation sur la qualité de l'air intérieur pour répondre aux questions posées par la dégradation de la qualité de l'air à l'intérieur des locaux. Son objectif : trouver des indices pertinents pour évaluer la qualité d'air d'une pièce et, in fine, améliorer les systèmes de ventilation. En effet, la vie moderne pousse les citadins à passer de 70 à 90 % de leur temps dans des lieux clos ou semi clos. D'où l'intérêt de la communauté scientifique pour la qualité de l'intérieur de ces lieux.
La solution pour assurer une bonne qualité d'air consiste, d'une part, à minimiser les sources de pollution et, d'autre part, à assurer un renouvellement d'air suffisant. Cependant, le coût énergétique du renouvellement d'air prenant une part relative de plus en plus importante dans la dépense énergétique du bâtiment. Il apparaît nécessaire d'assurer la meilleure efficacité possible des systèmes de ventilation.
Pour Jean-Jacques, il s'agit de comprendre l'influence de la ventilation sur la qualité de l'air dans les locaux et de trouver des moyens de la qualifier. Parmi ses objectifs : vérifier la pertinence des outils numériques actuels dans des environnements réalistes.
L'invisible pollution capturée par l'image
L'efficacité d'un système de ventilation se mesure à sa capacité d'élimination des polluants et de renouvellement de l'air. Jean-Jacques démontre comment ces phénomènes physiques se comportent dans un local. Grâce à la modélisation à l'aide de logiciel de mécaniques des fluides, il a mis en image le transport de polluants dans l'air et évalué le poids de chaque phénomène physique à travers une analyse dimensionnelle. Une analyse qui indique des situations hétérogènes vis-à-vis du renouvellement d'air et de la présence des polluants. Les paramètres d'intérêt (vitesse de l'air, température, concentration en polluant) sont calculés sur plusieurs centaines de milliers de points, permettant de visualiser les panaches thermiques et les mouvements d'air ainsi que la répartition de polluants.
Tests en chambre et en cuisine
Pour étayer son étude, il a réalisé des expérimentations dans la maison MARIA (Maison Automatisée pour des Recherches Innovantes sur l'Air) au CSTB de Champs-sur-Marne, selon deux scénarios de pollution : l'un dans la cuisine, l'autre dans la chambre. Dans la cuisine, l'expérience avait pour objet d'étudier l'impact d'une source de pollution émise (en un point donné et de manière ponctuelle) sur la qualité de l'air. Pour cela, Jean-Jacques a mis en scène une poêle très spéciale - développée spécifiquement pour le test - et une plaque chauffante représentant une source de vapeur de cuisson. Plusieurs essais comparant l'efficacité d'un système de Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC) et d'une hotte de cuisine ont prouvé que les vapeurs de cuisson étaient plus importantes en partie haute de cuisine, près du plafond. Il s'avère aussi que l'efficacité d'une hotte de cuisine est bien réelle : elle extrait davantage de vapeurs de cuisson que la VMC. Des tests sont en cours pour vérifier cette conclusion lorsque le débit de la hotte est équivalent au débit de la VMC.
Dans la chambre ventilée, il s'agissait de mesurer l'émission de pollution provenant d'une source répartie dans toute la pièce - en l'occurrence un parquet de bois de pin - pour en étudier l'impact sur le renouvellement de l'air et la pollution émise. L'alpha pinène a été pris comme traceur des composés organiques volatils. Un choix qui semble pertinent aux vues des mesures réalisées. Les polluants se stabilisent au niveau du sol et restent relativement homogènes dans le reste du volume ; dans la cuisine, on note des panaches de polluants marqués. Moralité : l'exposition des personnes aux polluants peut varier selon l'endroit où elles se trouvent dans la pièce.
Jean-Jacques Akoua a développé un algorithme permettant de comparer l'efficacité d'élimination de polluants pour des systèmes de ventilation à débit différents. Il a pu ainsi comparer les mesures obtenues in situ dans une vraie maison avec les calculs obtenus par le code commercial FLUENT. Résultat ? La concordance est là mais nécessite une bonne expertise physique et numérique de la part de l'utilisateur de tels codes. Cependant, certaines limites peuvent apparaître dans les résultats obtenus par le calcul dans le cas où la maison serait trop perméable.
