Polluants chimiques caractéristiques

Les contaminants chimiques de l'air intérieur peuvent se présenter sous forme de gaz et de vapeurs (inorganiques et organiques) et de particules. Leur présence dans l'environnement intérieur résulte de l'entrée dans le bâtiment depuis l'environnement extérieur ou de leur génération à l'intérieur du bâtiment. L'importance relative de ces origines intérieures et extérieures diffère selon les polluants et peut varier dans le temps.

Les principaux polluants chimiques couramment retrouvés dans l'air intérieur sont les suivants :

1. dioxyde de carbone (CO₂), qui est un produit métabolique et souvent utilisé comme indicateur du niveau général de pollution de l'air lié à la présence humaine à l'intérieur
2. monoxyde de carbone (CO), oxydes d'azote (NO_x) et de dioxyde de soufre (SO₂), qui sont des gaz de combustion inorganiques formés principalement lors de la combustion de carburants et d'ozone (O₃), qui est un produit de réactions photochimiques dans des atmosphères polluées, mais peut également être rejeté par certaines sources intérieures
3. composés organiques provenant de diverses sources intérieures et extérieures. Des centaines de produits chimiques organiques sont présents dans l'air intérieur, bien que la plupart soient présents à de très faibles concentrations. Ceux-ci peuvent être regroupés en fonction de leurs points d'ébullition et une classification largement utilisée, présentée dans le tableau 1, identifie quatre groupes de composés organiques : (1) composés organiques très volatils (VVOC) ; (2) volatile (COV); (3) semi-volatil (SVOC); et (4) les composés organiques associés aux particules (POM). Les matières organiques en phase particulaire sont dissoutes ou adsorbées sur la matière particulaire. Ils peuvent se produire à la fois en phase vapeur et en phase particulaire en fonction de leur volatilité. Par exemple, les hydrocarbures polyaromatiques (HAP) constitués de deux cycles benzéniques condensés (par exemple, le naphtalène) se trouvent principalement en phase vapeur et ceux constitués de cinq cycles (par exemple, le benz[a]pyrène) se trouvent principalement dans la phase particulaire.

Tableau 1. Classification des polluants organiques intérieurs

Une caractéristique importante des contaminants de l'air intérieur est que leurs concentrations varient à la fois dans l'espace et dans le temps dans une plus grande mesure qu'à l'extérieur. Cela est dû à la grande variété des sources, au fonctionnement intermittent de certaines sources et aux différents puits présents.

Les concentrations de contaminants provenant principalement de sources de combustion sont sujettes à de très grandes variations temporelles et sont intermittentes. Les rejets épisodiques de composés organiques volatils dus aux activités humaines telles que la peinture entraînent également de grandes variations d'émission dans le temps. D'autres émissions, telles que la libération de formaldéhyde des produits à base de bois, peuvent varier en fonction des fluctuations de température et d'humidité dans le bâtiment, mais l'émission est continue. L'émission de produits chimiques organiques provenant d'autres matériaux peut être moins dépendante des conditions de température et d'humidité, mais leurs concentrations dans l'air intérieur seront fortement influencées par les conditions de ventilation.

Les variations spatiales au sein d'une pièce ont tendance à être moins prononcées que les variations temporelles. À l'intérieur d'un bâtiment, il peut y avoir de grandes différences dans le cas de sources localisées, par exemple, des photocopieurs dans un bureau central, des cuisinières à gaz dans la cuisine d'un restaurant et le tabagisme limité à une zone désignée.

Sources dans le bâtiment

Les niveaux élevés de polluants générés par la combustion, en particulier le dioxyde d'azote et le monoxyde de carbone dans les espaces intérieurs, résultent généralement d'appareils de combustion non ventilés, mal ventilés ou mal entretenus et de la consommation de produits du tabac. Les appareils de chauffage au kérosène et au gaz non ventilés émettent des quantités importantes de CO, CO₂, Je n'ai pas_x, SO₂, particules et formaldéhyde. Les cuisinières et les fours à gaz libèrent également ces produits directement dans l'air intérieur. Dans des conditions normales de fonctionnement, les chauffe-eau et les chauffe-eau à air pulsé alimentés au gaz ne devraient pas libérer de produits de combustion dans l'air intérieur. Cependant, un déversement de gaz de combustion et un refoulement peuvent se produire avec des appareils défectueux lorsque la pièce est dépressurisée par des systèmes d'évacuation concurrents et dans certaines conditions météorologiques.

Fumée de tabac ambiante

La contamination de l'air intérieur par la fumée de tabac résulte de la fumée principale secondaire et exhalée, généralement appelée fumée de tabac ambiante (FTA). Plusieurs milliers de composants différents ont été identifiés dans la fumée de tabac et les quantités totales de composants individuels varient en fonction du type de cigarette et des conditions de génération de fumée. Les principaux produits chimiques associés à la FTA sont la nicotine, les nitrosamines, les HAP, le CO, le CO₂, Je n'ai pas_x, acroléine, formaldéhyde et acide cyanhydrique.

Matériaux de construction et mobilier

Les matériaux qui ont reçu le plus d'attention en tant que sources de pollution de l'air intérieur sont les panneaux à base de bois contenant de la résine d'urée formaldéhyde (UF) et l'isolation des murs creux UF (UFFI). L'émission de formaldéhyde de ces produits entraîne des niveaux élevés de formaldéhyde dans les bâtiments, ce qui a été associé à de nombreuses plaintes concernant la mauvaise qualité de l'air intérieur dans les pays développés, en particulier à la fin des années 1970 et au début des années 1980. Le tableau 2 donne des exemples de matériaux qui libèrent du formaldéhyde dans les bâtiments. Celles-ci montrent que les taux d'émission les plus élevés peuvent être associés aux produits à base de bois et aux MIUF, qui sont des produits souvent largement utilisés dans les bâtiments. Les panneaux de particules sont fabriqués à partir de fines particules de bois (environ 1 mm) qui sont mélangées avec des résines UF (6 à 8 % en poids) et pressées en panneaux de bois. Il est largement utilisé pour les revêtements de sol, les panneaux muraux, les étagères et les composants d'armoires et de meubles. Les plis de bois dur sont collés avec de la résine UF et sont couramment utilisés pour les panneaux muraux décoratifs et les composants de meubles. Les panneaux de fibres à densité moyenne (MDF) contiennent des particules de bois plus fines que celles utilisées dans les panneaux de particules et celles-ci sont également liées avec de la résine UF. Le MDF est le plus souvent utilisé pour les meubles. La principale source de formaldéhyde dans tous ces produits est le formaldéhyde résiduel piégé dans la résine du fait de sa présence en excès nécessaire à la réaction avec l'urée lors de la fabrication de la résine. Le rejet est donc le plus élevé lorsque le produit est neuf et diminue à un rythme dépendant de l'épaisseur du produit, de la force d'émission initiale, de la présence d'autres sources de formaldéhyde, du climat local et du comportement des occupants. Le taux initial de déclin des émissions peut être de 50 % au cours des huit à neuf premiers mois, suivi d'un taux de déclin beaucoup plus lent. Une émission secondaire peut se produire en raison de l'hydrolyse de la résine UF et, par conséquent, les taux d'émission augmentent pendant les périodes de température et d'humidité élevées. Des efforts considérables des fabricants ont conduit au développement de matériaux à faibles émissions en utilisant des rapports inférieurs (c'est-à-dire plus proches de 1:1) d'urée au formaldéhyde pour la production de résine et l'utilisation de piégeurs de formaldéhyde. La réglementation et la demande des consommateurs ont entraîné une utilisation généralisée de ces produits dans certains pays.

Tableau 2. Taux d'émission de formaldéhyde provenant d'une variété de matériaux de construction, d'ameublement et de produits de consommation

Les matériaux de construction et l'ameublement libèrent un large éventail d'autres COV qui ont fait l'objet d'une préoccupation croissante au cours des années 1980 et 1990. L'émission peut être un mélange complexe de composés individuels, bien que quelques-uns puissent être dominants. Une étude de 42 matériaux de construction a identifié 62 espèces chimiques différentes. Ces COV étaient principalement des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, leurs dérivés oxygénés et des terpènes. Les composés avec les plus fortes concentrations d'émissions à l'état d'équilibre, par ordre décroissant, étaient le toluène, m-xylène, terpène, n-l'acétate de butyle, n-le butanol, n-hexane, p-xylène, acétate d'éthoxyéthyle, n-heptane et o-xylène. En raison de la complexité des émissions, les émissions et les concentrations dans l'air sont souvent signalées comme la concentration ou le rejet total de composés organiques volatils (COVT). Le tableau 3 donne des exemples de taux d'émission de TVOC pour une gamme de produits de construction. Celles-ci montrent qu'il existe des différences significatives dans les émissions entre les produits, ce qui signifie que si des données adéquates étaient disponibles, les matériaux pourraient être sélectionnés au stade de la planification pour minimiser les émissions de COV dans les bâtiments nouvellement construits.

Tableau 3. Concentrations totales de composés organiques volatils (COVT) et taux d'émission associés à divers revêtements et revêtements de sol et de mur

^a PVC, chlorure de polyvinyle.

Il a été démontré que les produits de préservation du bois sont une source de pentachlorophénol et de lindane dans l'air et dans la poussière des bâtiments. Ils sont principalement utilisés pour la protection du bois en cas d'exposition à l'extérieur et sont également utilisés dans les biocides appliqués pour le traitement de la pourriture sèche et la lutte contre les insectes.

Produits de consommation et autres sources intérieures

La variété et le nombre de produits de consommation et ménagers changent constamment, et leurs émissions chimiques dépendent des modes d'utilisation. Les produits qui peuvent contribuer aux niveaux de COV à l'intérieur comprennent les produits aérosols, les produits d'hygiène personnelle, les solvants, les adhésifs et les peintures. Le tableau 4 illustre les principaux composants chimiques d'une gamme de produits de consommation.

Tableau 4. Composants et émissions des produits de consommation et autres sources de composés organiques volatils (COV)

D'autres COV ont été associés à d'autres sources. Le chloroforme est introduit dans l'air intérieur principalement par la distribution ou le chauffage de l'eau du robinet. Les copieurs à procédé liquide libèrent des isodécanes dans l'air. Les insecticides utilisés pour lutter contre les cafards, les termites, les puces, les mouches, les fourmis et les acariens sont largement utilisés sous forme de sprays, de dispositifs de brumisation, de poudres, de bandes imprégnées, d'appâts et de colliers pour animaux de compagnie. Les composés comprennent le diazinon, le paradichlorobenzène, le pentachlorophénol, le chlordane, le malathion, le naphtalène et l'aldrine.

Les autres sources comprennent les occupants (dioxyde de carbone et odeurs), l'équipement de bureau (COV et ozone), la croissance de moisissures (COV, ammoniac, dioxyde de carbone), les sols contaminés (méthane, COV) et les purificateurs d'air électroniques et les générateurs d'ions négatifs (ozone).

Contribution de l'environnement externe

Le tableau 5 montre les ratios intérieur-extérieur typiques pour les principaux types de polluants présents dans l'air intérieur et les concentrations moyennes mesurées dans l'air extérieur des zones urbaines au Royaume-Uni. Le dioxyde de soufre dans l'air intérieur est normalement d'origine extérieure et provient à la fois de sources naturelles et anthropiques. La combustion de combustibles fossiles contenant du soufre et la fusion de minerais sulfurés sont les principales sources de dioxyde de soufre dans la troposphère. Les niveaux de fond sont très faibles (1 ppb) mais dans les zones urbaines, les concentrations horaires maximales peuvent être de 0.1 à 0.5 ppm. Le dioxyde de soufre peut pénétrer dans un bâtiment dans l'air utilisé pour la ventilation et peut s'infiltrer par de petits interstices dans la structure du bâtiment. Cela dépend de l'étanchéité à l'air du bâtiment, des conditions météorologiques et des températures intérieures. Une fois à l'intérieur, l'air entrant se mélangera et sera dilué par l'air intérieur. Le dioxyde de soufre qui entre en contact avec les matériaux de construction et d'ameublement est adsorbé, ce qui peut réduire considérablement la concentration à l'intérieur par rapport à l'extérieur, en particulier lorsque les niveaux de dioxyde de soufre à l'extérieur sont élevés.

Tableau 5. Principaux types de contaminants chimiques de l'air intérieur et leurs concentrations dans les zones urbaines du Royaume-Uni

^a ETS, fumée de tabac ambiante.

Les oxydes d'azote sont un produit de la combustion et les principales sources comprennent les gaz d'échappement des automobiles, les centrales électriques alimentées par des combustibles fossiles et les radiateurs domestiques. L'oxyde nitrique (NO) est relativement non toxique mais peut être oxydé en dioxyde d'azote (NO₂), notamment lors d'épisodes de pollution photochimique. Les concentrations de fond de dioxyde d'azote sont d'environ 1 ppb mais peuvent atteindre 0.5 ppm dans les zones urbaines. L'extérieur est la principale source de dioxyde d'azote dans les bâtiments sans appareils à combustible non ventilés. Comme pour le dioxyde de soufre, l'adsorption par les surfaces internes réduit la concentration à l'intérieur par rapport à celle à l'extérieur.

L'ozone est produit dans la troposphère par des réactions photochimiques dans des atmosphères polluées, et sa génération est fonction de l'intensité de la lumière solaire et de la concentration d'oxydes d'azote, d'hydrocarbures réactifs et de monoxyde de carbone. Aux sites éloignés, les concentrations de fond d'ozone sont de 10 à 20 ppb et peuvent dépasser 120 ppb dans les zones urbaines pendant les mois d'été. Les concentrations intérieures sont significativement plus faibles en raison de la réaction avec les surfaces intérieures et du manque de sources fortes.

On estime que les rejets de monoxyde de carbone résultant d'activités anthropiques représentent 30 % de ceux présents dans l'atmosphère de l'hémisphère nord. Les niveaux de fond sont d'environ 0.19 ppm et dans les zones urbaines, un schéma diurne des concentrations est lié à l'utilisation du véhicule à moteur avec des niveaux horaires de pointe allant de 3 ppm à 50 à 60 ppm. C'est une substance relativement non réactive et n'est donc pas épuisée par réaction ou adsorption sur les surfaces intérieures. Les sources intérieures telles que les appareils à combustible non ventilés ajoutent donc au niveau de fond autrement dû à l'air extérieur.

La relation intérieur-extérieur des composés organiques est spécifique au composé et peut varier dans le temps. Pour les composés avec de fortes sources intérieures telles que le formaldéhyde, les concentrations intérieures sont généralement dominantes. Pour le formaldéhyde, les concentrations extérieures sont généralement inférieures à 0.005 mg/m³ et les concentrations intérieures sont dix fois supérieures aux valeurs extérieures. D'autres composés tels que le benzène ont de fortes sources extérieures, les véhicules à essence revêtant une importance particulière. Les sources intérieures de benzène comprennent la FTA et celles-ci se traduisent par des concentrations moyennes dans les bâtiments au Royaume-Uni 1.3 fois plus élevées que celles à l'extérieur. L'environnement intérieur ne semble pas être un puits important pour ce composé et il n'est donc pas protecteur contre le benzène provenant de l'extérieur.

Concentrations typiques dans les bâtiments

Les concentrations de monoxyde de carbone dans les environnements intérieurs varient généralement de 1 à 5 ppm. Le tableau 6 résume les résultats rapportés dans 25 études. Les concentrations sont plus élevées en présence de fumée de tabac ambiante, bien qu'il soit exceptionnel que les concentrations dépassent 15 ppm.

Tableau 6. Résumé des mesures sur le terrain des oxydes d'azote (NO^x) et monoxyde de carbone (CO)

^a ND = non détecté.

Les concentrations de dioxyde d'azote à l'intérieur sont généralement de 29 à 46 ppb. Si des sources particulières telles que les cuisinières à gaz sont présentes, les concentrations peuvent être significativement plus élevées et le tabagisme peut avoir un effet mesurable (voir tableau 6).

De nombreux COV sont présents dans l'environnement intérieur à des concentrations allant d'environ 2 à 20 mg/m³. Une base de données américaine contenant 52,000 71 enregistrements sur 3 produits chimiques dans les maisons, les bâtiments publics et les bureaux est résumée à la figure 50. Les environnements où un tabagisme important et/ou une mauvaise ventilation créent des concentrations élevées de FTA peuvent produire des concentrations de COV de 200 à XNUMX mg/m³. Les matériaux de construction contribuent de manière significative aux concentrations intérieures et les nouvelles maisons sont susceptibles d'avoir un plus grand nombre de composés dépassant 100 mg/m³. La rénovation et la peinture contribuent à des niveaux de COV significativement plus élevés. Les concentrations de composés tels que l'acétate d'éthyle, le 1,1,1-trichloroéthane et le limonène peuvent dépasser 20 mg/m³ pendant les activités des occupants et pendant l'absence des résidents, la concentration d'une gamme de COV peut diminuer d'environ 50 %. Des cas spécifiques de concentrations élevées de contaminants dues aux matériaux et à l'ameublement associés aux plaintes des occupants ont été décrits. Il s'agit notamment du white spirit des couches étanches injectées, du naphtalène des produits contenant du goudron de houille, de l'éthylhexanol des revêtements de sol en vinyle et du formaldéhyde des produits à base de bois.

Figure 1. Concentrations intérieures quotidiennes de composés sélectionnés pour les sites intérieurs.

Le grand nombre de COV individuels présents dans les bâtiments rend difficile le détail des concentrations pour plus que des composés sélectionnés. Le concept de TVOC a été utilisé comme mesure du mélange de composés présents. Il n'y a pas de définition largement utilisée quant à la gamme de composés que le TVOC représente, mais certains chercheurs ont proposé que la limitation des concentrations à moins de 300 mg/m³ devrait minimiser les plaintes des occupants concernant la qualité de l'air intérieur.

Les pesticides utilisés à l'intérieur sont relativement peu volatils et les concentrations sont de l'ordre du microgramme par mètre cube. Les composés volatilisés peuvent contaminer la poussière et toutes les surfaces intérieures en raison de leurs faibles pressions de vapeur et de leur tendance à être adsorbés par les matériaux intérieurs. Les concentrations de HAP dans l'air sont également fortement influencées par leur répartition entre les phases gaz et aérosol. Le tabagisme des occupants peut avoir un effet important sur les concentrations dans l'air intérieur. Les concentrations de HAP varient généralement de 0.1 à 99 ng/m³.

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