Thèse Echanges d'Air Intérieur - Extérieur et Impact sur l'Exposition Personnelle aux Polluants Émergents en Région Parisienne. H/F - 50

Établissement : École nationale des ponts et chaussées
École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris
Laboratoire de recherche : CEREA
Direction de la thèse : Karine KATA SARTELET ORCID 0000000281652128
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-31T23:59:59

Cette thèse vise à caractériser l'exposition personnelle incluant le temps passé en air intérieur de la population francilienne aux polluants réglementés ainsi qu'aux polluants émergents tels que le carbone suie et les particules ultra-fines. L'approche développée est innovante, en ce qu'elle intègre plusieurs dimensions : i) Le bilan des émissions en lien avec l'air intérieur (cuisson, tabagisme, matériaux de construction) et leurs impacts sur l'air extérieur ii) la concentration de ces polluants dans l'air extérieur jusqu'à l'échelle de la rue ; iii) des activités quotidiennes et les déplacements de la population y compris le temps passé à l'intérieur dans les bâtiments et iv) la concentration des polluants dans l'air intérieur en fonction des caractéristiques des bâtiments (enveloppe, ventilation) et les sources intérieures. Pour représenter ces expositions, des outils de modélisation multi-échelle innovants seront utilisés permettant de caractériser les concentrations des polluants dans l'air extérieur à une échelle < 100m, et notamment à proximité du réseau routier. Pour l'air extérieur, ces outils intègrent des mécanismes chimiques complexes et représentent la dynamique des aérosols de façon détaillée et cohérente parmi les échelles (du continent européen à une résolution de 9 x 9 km2 à l'échelle de la rue). Les nouveaux développements prévus avec le CSTB viendront enrichir ces modèles afin d'y intégrer les sources de pollution intérieures. La simulation des échanges bidirectionnels d'air extérieur/intérieur permettra d'évaluer à la fois l'impact de la pollution extérieure sur la qualité de l'air intérieur et l'impact des sources des bâtiments sur la composition chimique de l'air extérieur.

La pollution atmosphérique est le premier facteur de risque environnemental pour la santé humaine avec un bilan considérable sur la morbidité (World Health Organisation, 2021). A l'aide des réseaux d'observation et des outils de modélisation, nous avons aujourd'hui une connaissance assez précise de la concentration des polluants dans l'air extérieur, notamment en milieu urbain où les réseaux des mesures sont denses et les informations sur les émissions des polluants détaillées. En confrontant données de santé avec concentration des polluants, les modèles épidémiologiques établissent des fonctions dites « dose-réponse » qui nous permettent d'évaluer le risque sanitaire associé à la pollution avec une barre d'erreur plus ou moins large en fonction de la précision des données requises. Or, la plupart des modèles épidémiologiques ne prennent pas en compte les niveaux de concentration dans l'air intérieur, qui pour certains polluants peuvent être plus élevés qu'à l'extérieur. Le risque estimé correspond donc, à une exposition supposée avoir lieu à l'extérieur. Cependant, les populations passent la plus grande partie de leur temps dans des milieux clos (logement, bureaux, écoles, transports...). Ici, nous proposons un calcul de l'exposition de la population qui intègre à la fois l'exposition dans l'air extérieur et en intérieur en fonction du temps passé dans chaque lieu, du transfert des polluants extérieurs dans les bâtiments et des émissions intérieures des logements.

Les travaux de thèse proposés ici tentent une caractérisation de l'exposition personnelle et multi-environnementale de la population francilienne aux polluants réglementés ainsi qu'aux polluants émergeants tels que le carbone suie et les PUF en tenant compte de i) la concentration de ces polluants dans l'air extérieur jusqu'à l'échelle de la rue ; ii) des activités quotidiennes et les déplacements de la population y compris le temps passé à l'intérieur dans les bâtiments et les transports ; iii) la concentration des polluants dans l'air intérieur en tenant compte des caractéristiques des bâtiments (enveloppe, ventilation) et les sources intérieures. Des outils de modélisation multi-échelle innovants seront utilisés pour caractériser les concentrations des polluants dans l'air extérieur et notamment à la proximité du réseau routier. Des nouveaux développements seront effectués afin d'intégrer les sources intérieures de ces polluants et de simuler les échanges bidirectionnels d'air extérieur/intérieur. L'impact de ces sources sur la chimie atmosphérique sera quantifié.

Cette thèse repose sur la méthodologie de la modélisation multi-échelle de la concentration des polluants avec une représentation des gradients urbains jusqu'à l'échelle de la rue telle qu'elle est développée dans Park et al., 2025. Cette approche permet la simulation des plusieurs polluants en tenant compte de la dynamique et les transformation des particules ultra-fines de manière coherente à toutes les échelles. Les simulations seront combinées avec un modèle d'exposition qui permettra de prendre en compte la mobilité des individus ainsi que le temps passé dans les environnements intérieurs, y compris dans les véhicules, afin d'estimer l'exposition personnelle associée aux différentes activités et dépècements quotidiens selon la méthodologie développée dans Valari et al., 2020 adaptée à des déplacements et des concentrations des polluants sur le réseau routier. Les échanges air intérieur/extérieur dans les logements seront représentées en fonction des conditions météorologiques, des concentrations des polluants dans l'air extérieur et des caractéristiques des bâtiments tels que l'enveloppe (perméabilité à l'air) et le système de ventilation d'après Demouge, (2018). Selon la méthodologie développée dans les projets BATENQUE (PRIMEQUAL 2020-2025) et ENTRANS (AQACIA en cours) les échanges air intérieur/extérieur sont caractérisés sur la base de ratios de concentration entre l'air intérieur et extérieur établis pour le parc des logements de la région Ile-de-France. BATENQUE a montré que l'exposition de la population dépend fortement du système de ventilation dans les logements. Les premiers résultats du projet ENTRANS montrent que ces ratios varient considérablement en fonction de la rue du réseau (plus ou moins fréquentée). En plus de ces éléments, des nouveaux développements seront intégrés i) la prise en compte des sources intérieures ; ii) un terme de flux d'émission sortant des bâtiments vers l'extérieur et iii) la simulation des polluants émergeants (carbone suie et PUF).

Enfin, l'impact des émissions issues des bâtiments résidentiels sur la chimie atmosphérique sera quantifié. Ces sources dans les inventaires d'émissions régionaux sont sous-estimées. Par exemple, à l'heure actuelle, l'inventaire de la région parisienne (AIRPARIF) comptabilise uniquement deux sources : i) l'utilisation domestique de solvants (nettoyage) ; et ii) l'utilisation domestique de produits pharmaceutiques. Par ailleurs, l'estimation des émissions associées à ces deux sources est très incertaine et consiste à croiser un facteur d'émission (en g COV/habitant) avec la population. Les émissions liées à l'ameublement ou aux matériaux (formaldéhyde par exemple) ne sont pas prises en compte. Dans ces travaux les données de la campagne nationale « Logements » (CNL) de l'Observatoire de la Qualité des Environnements Intérieurs (OQEI) seront exploitées pour déterminer des flux d'émission plus précis pour ces espèces. En plus, cette campagne informe sur les espèces réelles, contrairement à une valeur agrégée sur toute la famille des COV qui est habituellement utilisée.