Un protocole de mesure spécifique pour mesurer la qualité de l’air intérieur
Pour permettre aux acteurs de la construction d’évaluer la qualité de l’air effectivement respiré par les occupants lorsque ces derniers prennent (ou reprennent) possession des lieux, l’Association HQE met à disposition un protocole opérationnel. Soutenu par l’ADEME et produit dans le cadre du projet « HQE Performance », ce protocole est présenté dans une publication dédiée dont l’ANSES signe l’avant-propos : « Règles d’application pour l’évaluation de la qualité de l’air intérieur d’un bâtiment neuf ou rénové à réception ».
Disponible en téléchargement libre sur www.assohqe.org (rubrique HQE Bâtiment/HQE Performance), ce document méthodologique a été élaboré par un groupe de travail multi-acteurs animé par le Docteur Fabien Squinazi, ancien directeur du laboratoire d’hygiène de la ville de Paris, membre du Haut Conseil de la Santé Publique et membre d’honneur de l’Association HQE. Dans une optique d’amélioration continue et de capitalisation des connaissances, l’Association HQE invite les utilisateurs de ce protocole à partager leur expérience ainsi que les résultats de leurs campagnes de mesure via un questionnaire et un tableur en ligne.
La Qualité de l’Air Intérieur, thématique prégnante du développement durable est un enjeu majeur de santé publique : bien connaître et maîtriser la qualité de l’air intérieur d’un bâtiment est un levier essentiel de santé et de confort.
Dans ce contexte, l’Association HQE, dans le cadre de sa mission d’accompagnement des acteurs de la construction et de l’aménagement durables vers la performance mesurée ou calculée, a ainsi élaboré un protocole de mesure spécifique présenté dans le document : « Règles d’application pour l’évaluation de la Qualité de l’Air Intérieur d’un bâtiment neuf ou rénové à réception ».
Un protocole simple et opérationnel ...
Le protocole liste les polluants d’enjeux sanitaires prioritaires pour les bâtiments neufs ou rénovés à réception et fournit également une stratégie d’échantillonnage et détaille pour chaque polluant :
- les méthodes de prélèvement et d’analyse
- et les valeurs de référence sanitaires.
- le dioxyde d’azote :
Les principaux éléments du protocole sont extraits du document publié en 2002 par le Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air : Echantillonneurs passifs pour le dioxyde d’azote.
Le prélèvement est réalisé par diffusion passive axiale sur un support imprégné de triéthanolamine(Tube Passam®) durant cinq jours. Le dioxyde d’azote est chimioabsorbé par la triéthanolamine sous forme de nitrites qui sont ensuite analysés par spectrophotométrie visible.
- le monoxyde de carbone (si source identifiée) :
Les principaux éléments du protocole sont extraits du document publié en mai 2007 par l’Observatoire de la Qualité de l’Air Intérieur (OQAI) : «Campagne nationale Logements – Etat de la qualité de l’air dans les logements français »
Le monoxyde de carbone est mesuré en continu à l’aide d’enregistreurs Dräger PAC III munis de capteurs électrochimiques ou par une sonde Q-Track munie d’un détecteur infra-rouge non dispersif. La mesure se présente sous la forme d’un profil de concentration en CO sur les 5 jours d’étude avec une fréquence d’intégration des mesures de 5 minutes : les valeurs mémorisées toutes les 5 minutes sont des moyennes sur cette période de temps.
- le benzène :
Les principaux éléments du protocole sont extraits du document publié en décembre 2008 par le Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air « Air intérieur : élaboration de protocoles de surveillance du formaldéhyde, du benzène et du dioxyde de carbone dans l’air des lieux clos ouverts au public ».
PRINCIPE
La mesure de longue durée est effectuée à l’aide d’une méthode par prélèvement passif. Le prélèvement des composés organiques volatils s’effectue par diffusion à travers une membrane poreuse (corps diffusif) jusqu’à une surface de piégeage (cartouche d’adsorbant). Ce prélèvement n’implique aucun mouvement actif de l’air. Quand le préleveur passif (tube à diffusion) est exposé, un gradient de concentration
8s’établit entre l’air à l’extérieur du tube (où C = Cair) et l’air en contact avec la surface de l’adsorbant (où C tend vers 0 sous l’effet de l’adsorption du composé sur le matériau adsorbant). Ce différentiel de concentration va entraîner une diffusion du composé à travers la membrane poreuse, de la zone la plus concentrée en COV (air ambiant) vers la surface de l’adsorbant (cartouche) où ils sont captés et accumulés. La symétrie radiale du préleveur lui confère des débits de prélèvement élevés de plusieurs dizaines de cm3.min-1.
Les COV prélevés sont thermodésorbés de la cartouche et transférés par un gaz vecteur inerte via un piège froid/piège à sorbant dans un chromatographe en phase gazeuse équipé d’une colonne capillaire et muni d’un détecteur à ionisation de flamme. Ce principe est décrit dans la norme ISO 16017-2.
MATÉRIEL DE PRÉLÈVEMENT
Le matériel de prélèvement se compose : - d’une cartouche contenant un adsorbant, le carbograph 4, adapté à la thermodésorption et conservée dans un tube à essai en verre hermétiquement fermé par un bouchon en plastique. - d’une membrane poreuse (corps diffusif) de forme cylindrique. - d’une plaque d’appui dotée d’un clip d’attache.
Avant son utilisation, la cartouche doit être conditionnée thermiquement pour éliminer l’essentiel des quantités résiduelles de COV présentes initialement sur le matériau adsorbant, le carbograph 4. Le tube à adsorption est balayé par de l’air zéro sec à un débit de 10 à 30 mL. min-1 et à une température de 300 °C. La durée du conditionnement est d’au moins 24 heures. La quantité résiduelle de benzène doit être aussi faible que possible et ne pas dépasser 15 ng.
Une sonde de température, munie d’un système d’enregistrement des données, est à prévoir a minima pour un suivi en continu durant le prélèvement.
PROCÉDURE DE PRÉLÈVEMENT
Au moment du prélèvement, la cartouche est insérée dans le corps diffusif, le tout est vissé sur la plaque d’appui. L’ensemble est maintenu en hauteur en l’attachant à un support à l’aide du clip. La date et l’heure du début du prélèvement doivent être relevée. Lors des manipulations, ni le corps diffusif, ni la cartouche ne doivent être touchés avec les doigts.
Le système de mesure en continu de la température ainsi que son module d’acquisition au cours de la période d’exposition sont mis en fonctionnement. La pression pouvant avoir un impact sur le débit de prélèvement par diffusion, il peut s’avérer utile de la mesurer au début et à la fin de la période de prélèvement. Il peut également être intéressant d’avoir une mesure de l’humidité relative.
Immédiatement après le prélèvement, on retire la cartouche d’adsorbant du corps diffusif, et on la place dans son tube en verre, hermétiquement fermé. On place ensuite le tube en verre dans le conteneur de transport. On prend note de la date et d’heure de fin d’exposition. On arrête l’acquisition des données de température.
CONSERVATION ET TRANSPORT
La cartouche d’adsorbant préalablement conditionnée est conservée avant le prélèvement à température ambiante dans son tube à essai en verre hermétiquement fermé par un bouchon en plastique. La durée de conservation de la cartouche sera au maximum de trois mois.
Après l’exposition, la cartouche d’adsorbant est replacée dans son tube à essai fermé hermétiquement. Il est recommandé, dans la mesure du possible, de conserver cette cartouche d’adsorbant à 4 °C. La durée de conservation sera au maximum de 4 semaines.
ANALYSE
La quantité de COV piégée sur la cartouche est thermodésorbée à l’aide d’une unité de thermodésorption, puis séparée en chromatographie en phase gazeuse et quantifiée par un détecteur à ionisation de flamme. La Spectrométrie de Masse (SM) ou la double détection SM/FID peuvent être utilisées pour l’analyse de ces échantillons.
L’analyse de la cartouche de Carbograph 4 permet de déterminer la masse en benzène. La limite de quantification de la méthode de prélèvement et d’analyse doit être inférieure à 0,4 μg. m-3.
- les Composés Organiques Volatils totaux :
L’ensemble des composés organiques volatils ne peut être mesuré par un prélèvement passif en raison de leurs vitesses différentes de diffusion. Il est proposé de les mesurer par un prélèvement actif de 1heure, ce prélèvement pouvant être effectué à la fin des prélèvements passifs.
La norme NF ISO 16000-6 (2012) précise les modalités de prélèvement et d’analyse des COV totaux par pompage. Les COV sont piégés, au moyen d’une pompe à un débit de l’ordre de 50 mL/mn, sur un tube rempli d’un adsorbant (Tenax TA). Les composés sont ensuite désorbés thermiquement, séparés par chromatographie en phase gazeuse et détectés par spectrométrie de masse, en mode impact électronique.
La charge organique globale peut être évaluée par le calcul de l’indice COV totaux. Cet indice est calculé en sommant les réponses des composés ayant 6 à 16 atomes de carbone dont l’élution est comprise entre le n-hexane et le n-hexadécane sur la colonne chromatographique. Les teneurs des composés identifiés sont calculées par rapport à la réponse obtenue pour le toluène. Le résultat est exprimé en μg.m-3 équivalent toluène.
Il est également proposé de demander au laboratoire le profil du chromatogramme obtenu.
- le formaldéhyde :
Les principaux éléments du protocole sont extraits du document publié en décembre 2008 par le Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air « Air intérieur : élaboration de protocoles de surveillance du formaldéhyde, du benzène et du dioxyde de carbone dans l’air des lieux clos ouverts au public ».
PRINCIPE
La mesure de longue durée est effectuée avec des échantillonneurs passifs (tubes à diffusion). Le prélèvement du formaldéhyde s’effectue par diffusion à travers une membrane poreuse (corps diffusif) jusqu’à une surface de piégeage (cartouche d’adsorbant). Ce type de prélèvement n’implique aucun mouvement actif de l’air. Quand l’échantillonneur est exposé, un gradient de concentration s’établit entre l’air à l’extérieur du tube et l’air en contact avec la surface de l’adsorbant. Ce différentiel de concentration va entraîner une diffusion du composé à travers la membrane poreuse, de la zone la plus concentrée en formaldéhyde (air ambiant) vers la surface de l’adsorbant (cartouche) où il est capté et accumulé. Le taux de prélèvement dépend du coefficient de diffusion gazeuse du formaldéhyde. Ce taux est appelé débit de prélèvement par diffusion et est déterminé par étalonnage préalable en atmosphère normalisée. Dans le cas de capteurs à symétrie radiale, le prélèvement se fait sur toute la circonférence du tube et sur toute sa longueur ; le débit de prélèvement sont ainsi plus élevés que ceux des capteurs à diffusion axiale.
Le principe de la méthode est fondé sur la réaction spécifique du formaldéhyde avec le DNPH en présence d’acide pour former des dérivés stables. Le formaldéhyde gazeux migre à l’intérieur du préleveur par diffusion moléculaire jusqu’à la surface de piégeage imprégnée de 2,4-dinitrophenylhydrazine (adsorbant) où il est retenu sous forme d’hydrazone stable. L’hydrazone formé est désorbé au moyen d’un volume défini d’acétonitrile ; la solution peut ensuite être analysée par chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) avec détection ultraviolet (UV) ou détecteur à barrettes de diode.
MATÉRIEL DE PRÉLÈVEMENT
Le prélèvement est effectué grâce à un tube à diffusion à symétrie radiale. Il est constitué d’un corps diffusif (membrane poreuse) opaque et d’une cartouche cylindrique contenant l’adsorbant. La membrane munie de sa cartouche d’adsorbant est ensuite vissée sur une plaque d’appui.
Comme préconisé dans la norme NF ISO 16000-4, le débit de prélèvement par diffusion doit être indépendant de la concentration dans l’air. Par ailleurs, le débit de prélèvement doit être influencé le moins possible par un taux d’humidité supérieur ou égal à 80 % d’humidité relative (RH) ainsi que par des vitesses d’air ambiant de l’ordre 0,02 m/s. Il doit, a minima, rester inchangé pour une humidité relative comprise entre 15 et 80 % et une vitesse d’air comprise entre 0,1 et 10 m/s.
Une sonde de température, munie d’un système d’enregistrement des données, est à prévoir a minima pour un suivi en continu durant le prélèvement.
PROCÉDURE DE PRÉLÈVEMENT
Pour débuter le prélèvement, on retire le tube de protection contenant la cartouche d’adsorbant du conteneur de transport. On laisse se réchauffer la cartouche (dans son tube de protection hermétiquement fermé) à température ambiante avant de l’introduire dans le corps diffusif. Lors du prélèvement, ni la membrane poreuse du corps diffusif, ni la cartouche ne doivent être touchées avec les doigts. Toute utilisation par la personne en charge du prélèvement, de stylos feutres ou de marqueurs dont les vapeurs peuvent contaminer les échantillons est à proscrire.
On se conformera aux instructions du fabricant pour l’assemblage de l’échantillonneur par diffusion. On prendra note de la date et de l’heure du début d’exposition. La sonde pour la mesure de la température qui doit se faire en continu pendant le prélèvement ainsi que son module d’acquisition sont mis en fonctionnement.
La pression pouvant avoir un impact sur le débit de prélèvement par diffusion, il peut s’avérer utile de la mesurer au début et à la fin de la période de prélèvement. Il peut également être intéressant d’avoir une mesure de l’humidité relative.
Immédiatement après le prélèvement, on retire la cartouche d’adsorbant du corps diffusif, et on la place dans son tube de protection, hermétiquement fermé. On place ensuite le tube de protection dans le conteneur de transport. Parallèlement, on place le corps diffusif dans son sac de transport hermétique. On prend note de la date et d’heure de fin d’exposition. On arrête l’acquisition des données de température.
CONSERVATION ET TRANSPORT
Avant et après prélèvement, les cartouches, placées séparément dans des tubes de protection adaptés, hermétiquement fermés, sont conservées au réfrigérateur à environ 4 °C, à l’abri de la lumière. Pendant le transport, les cartouches, toujours conservées dans leur tube de protection, sont placées dans un conteneur adapté opaque, hermétiquement fermé et réfrigéré à une température de 4 °C.
Il est conseillé de ne pas utiliser des cartouches absorbantes datant de plus de six mois.
Entre le prélèvement et l’analyse de la cartouche, il convient que la période de réfrigération n’excède pas 30 jours. Si les échantillons doivent être transportés vers un laboratoire central pour analyse, il convient de réduire la période de non- réfrigération au maximum, de préférence à moins de deux jours.
ANALYSE
On effectue la désorption du dérivé DNPH-formaldéhyde dans une atmosphère propre.
Avant de procéder à la désorption, on laisse se réchauffer la cartouche, dans son tube hermétique, à température ambiante.
On réalise ensuite la désorption selon les précisions du fabricant de la cartouche. La désorption est réalisée au moyen d’un volume défini d’acétonitrile introduit dans un tube en verre contenant la cartouche. On agite à plusieurs reprises. Une fois le temps d’extraction recommandé passé, ôter la cartouche du tube en verre à l’aide de pinces. La norme NF ISO 16000-4 recommande de procéder à une démonstration d’efficacité de désorption du DNPH-formaldéhyde si le mode opératoire de désorption venait à être modifié par rapport aux préconisations du fabricant. En effet, si tel est le cas, une efficacité >95% devra être démontrée pour la désorption du DNPH-formaldéhyde.
On introduit au moyen d’une pipette une aliquote du tube dans un flacon à septum téflonisé pour l’analyse par HPLC. Une seconde aliquote peut être prélevée en réserve et conservée par réfrigération jusqu’à l’obtention et la validation des résultats de l’analyse de la première aliquote. Si nécessaire, la première aliquote pourra être utilisée pour confirmer l’analyse. Si l’analyse n’est pas effectuée directement après la désorption, on conservera les solutions au réfrigérateur, à environ 4°C et à l’abri de la lumière. Il convient d’effectuer l’analyse dans les trois jours consécutifs à la désorption.
Il peut être nécessaire de filtrer l’extrait avant de procéder à l’analyse. Dans ce cas, un extrait à blanc filtré doit être analysé avec chaque lot d’échantillons afin de confirmer qu’aucune contamination n’a été introduite par le filtre.
L’analyse doit être réalisée au moyen d’un chromatographe en phase liquide à haute performance (HPLC), comportant une ou deux pompes à haute pression, un régulateur de pompe, un ou plusieurs réservoir(s) à solvant, éventuellement un mélangeur de solvant, une soupape à injection (échantillonneur automatique), une colonne de phase inverse, et un système d’acquisition de données.
La colonne doit être reliée à un détecteur UV ou à un détecteur à barrettes de diodes pouvant mesurer une absorbance à une longueur d’onde de 360 nm.
Les paramètres de fonctionnement type pour l’analyse HPLC sont ceux de la norme NF ISO 16000-3: colonne C18 à polarité de phase inversée, phase mobile:isocratique (60% acétonitrile/40% eau en fraction volumique, volume de la boucle d’injection égal à 25 μL.
Avant chaque analyse, on vérifiera la ligne de base du détecteur pour garantir des conditions stables.
Si l’analyse n’est pas effectuée directement après la désorption, on laissera les solutions sorties du réfrigérateur revenir à température ambiante avant de procéder à l’analyse.
Après l’élution du dérivé DNPH-formaldéhyde, le formaldéhyde de l’échantillon est identifié et quantifié par comparaison de son temps de rétention et de sa hauteur ou aire de pic avec les valeurs obtenues par les solutions étalons. Il est important de vérifier que la concentration de l’analyte est comprise dans la gamme d’étalonnage. Si ce n’est pas le cas, on diluera l’échantillon avec la phase mobile ou on réduira le volume injecté dans la colonne de chromatographie. De même, les étalons et les échantillons doivent être analysés selon le même mode opératoire.
La norme NF ISO 16000-3 recommande d’examiner le chromatogramme afin de mettre en évidence une interférence due à l’ozone. Il conviendra également de vérifier visuellement sur le chromatogramme qu’il reste de la DNPH non dérivée afin de s’assurer que la capacité d’adsorption de l’échantillonneur n’a pas été dépassée.
La limite de quantification de la méthode de mesure intégrant le prélèvement sur cartouche et l’analyse doit être inférieure à 2 μg.m-3.
- les Particules PM 2,5 et PM10 :
Les principaux éléments du protocole sont extraits du document publié en mai 2007 par l’Observatoire de la Qualité de l’Air Intérieur (OQAI) : «Campagne nationale Logements – Etat de la qualité de l’air dans les logements français »
Les particules sont prélevées de manière active par aspiration d’air, filtration et impaction, pendant 5 jours à l’aide d’un appareil type Microvol équipé d’un échantillonneur à deux têtes (PM2,5 et PM10). Les appareils sont calibrés auparavant mais une vérification du débit est faite pour chaque tête de prélèvement sur place au moyen d’un débitmètre à piston (par exemple, DryCal DC-M, Bios).
Les filtres sont ensuite analysés en laboratoire (pesée des filtres avant et après prélèvements) pour déterminer la concentration massique des particules de diamètres inférieur à 2,5 μm (PM2,5) et 10 μm (PM10).
- le radon :
Les principaux éléments du protocole sont extraits du document publié en mai 2007 par l’Observatoire de la Qualité de l’Air Intérieur (OQAI) : «Campagne nationale Logements – Etat de la qualité de l’air dans les logements français »
Les particules sont prélevées de manière active par aspiration d’air, filtration et impaction, pendant 5 jours à l’aide d’un appareil type Microvol équipé d’un échantillonneur à deux têtes (PM2,5 et PM10). Les appareils sont calibrés auparavant mais une vérification du débit est faite pour chaque tête de prélèvement sur place au moyen d’un débitmètre à piston (par exemple, DryCal DC-M, Bios).
Les filtres sont ensuite analysés en laboratoire (pesée des filtres avant et après prélèvements) pour déterminer la concentration massique des particules de diamètres inférieur à 2,5 μm (PM2,5) et 10 μm (PM10).
Un protocole pour tous...
Rédigé par un groupe de travail multi-acteurs animé par le Docteur Fabien Squinazi soutenu par l’ADEME et par l’ANSES qui en signe l’avant-propos, ce protocole de mesure est utilisable pour les bâtiments neufs ou rénovés au moment de leur réception. Il vise ainsi à évaluer la qualité de l’air effectivement respiré par les occupants lorsque ces derniers prennent (ou reprennent) possession des lieux.
Il permet aux différents acteurs intervenants de s’appuyer sur un socle commun pour mesurer et analyser la qualité de l’air intérieur à réception. Il s’adresse ainsi :
- Aux Maîtres d’ouvrages : le protocole leur indique les paramètres importants à mesurer d’un point de vue sanitaire ainsi que les valeurs de référence qu’il est souhaitable d’atteindre ;
- Aux Maîtres d’œuvre : il donne les informations nécessaires à l’intégration de la campagne de mesures au sein du projet (durée des mesures, ...) ;
- Aux acteurs effectuant les mesures : il précise les méthodes d’échantillonnage (dans quels locaux effectuer les mesures), les méthodes de prélèvement (matériel, durée) ainsi qu’un formulaire de collecte d’informations sur le contexte de la mesure pour faciliter à posteriori l’interprétation des résultats (température, hygrométrie ... lors de la mesure);
- Aux laboratoires d’analyse : il leur indique les méthodes d’analyse des prélèvements et les valeurs de références pour aider à l’interprétation.
Un appel à retours d’expérience
Dans un souci d’amélioration continue des outils et de capitalisation des connaissances, l’Association HQE invite tous les utilisateurs de ce protocole de mesure à :
- Faire part de leur expérience de l’utilisation du protocole via un questionnaire en ligne disponible sur le site de l’Association.
- Renvoyer les résultats de mesures réalisées conformément à ce protocole via un tableur également téléchargeable sur le site. Ils permettront d’analyser les facteurs influençant les résultats de mesures pour donner aux professionnels de nouvelles clés de conception et de rénovation pour des bâtiments sains et confortable.