Dissertations / Theses on the topic 'Environnements intérieurs de bâtiments'

Les outils d'évaluation des risques liés au transfert des polluants gazeux du sol vers les environnements intérieurs comportent de fortes incertitudes quant à la connaissance de certains paramètres et notamment ceux relatifs à l'interface sol-bâtiment : prise en compte des différentes typologies de soubassement, niveau de perméabilité des planchers bas. Ces incertitudes conduisent à une mauvaise estimation de l'impact de ces polluants gazeux sur la qualité d'air intérieur.Afin de contribuer à l'amélioration des modèles d'évaluation pour la gestion des risques vis-à-vis des pollutions gazeuses venant du sol, cette thèse présente dans une première partie, une méthodologie de développement de modèles analytiques adaptés à la prise en compte de différents soubassements, afin de mieux appréhender le transfert de polluants gazeux entre le sol et le bâtiment. Ces modèles ont été développés sur la base d'une analogie avec le transfert des flux de chaleur entre le sol et le bâtiment. Ils traitent, tout particulièrement, des transferts d'air convectifs au niveau de l'interface sol-bâtiment pour différentes typologies de soubassement. Parla suite, les modèles analytiques développés ont été intégrés dans un modèle aéraulique des bâtiments afin d'étudier l'impact des différentes typologies de soubassement sur l'entrée de polluants du sol et donc sur la qualité d'air intérieur résultante.En parallèle, des travaux expérimentaux ont été entrepris afin de compléter la connaissance actuelle relative à la perméabilité à l'air des bétons fissurés, pour laquelle un manque de données a été constaté. D'autre part, les débits d'air convectifs allant du sol vers le bâtiment ont également été quantifiés de façon expérimentale à l'aide de la maison expérimentale 'MARIA' dont dispose le CSTB. Ce type de quantification constitue une première base de données expérimentale.Enfin, une dernière partie de cette thèse traite de la réalisation d'un suivi expérimental annuel des performances d'un Système de Dépressurisation des Sols naturels, dans le but d'optimiser à terme les solutions de protection des bâtiments vis-à-vis des polluants gazeux du sol..

Les outils d’évaluation des risques liés au transfert des polluants gazeux du sol vers les environnements intérieurs comportent de fortes incertitudes quant à la connaissance de certains paramètres et notamment ceux relatifs à l’interface sol-bâtiment : prise en compte des différentes typologies de soubassement, niveau de perméabilité des planchers bas. Ces incertitudes conduisent à une mauvaise estimation de l’impact de ces polluants gazeux sur la qualité d’air intérieur.Afin de contribuer à l’amélioration des modèles d’évaluation pour la gestion des risques vis-à-vis des pollutions gazeuses venant du sol, cette thèse présente dans une première partie, une méthodologie de développement de modèles analytiques adaptés à la prise en compte de différents soubassements, afin de mieux appréhender le transfert de polluants gazeux entre le sol et le bâtiment. Ces modèles ont été développés sur la base d’une analogie avec le transfert des flux de chaleur entre le sol et le bâtiment. Ils traitent, tout particulièrement, des transferts d’air convectifs au niveau de l’interface sol-bâtiment pour différentes typologies de soubassement. Parla suite, les modèles analytiques développés ont été intégrés dans un modèle aéraulique des bâtiments afin d’étudier l’impact des différentes typologies de soubassement sur l’entrée de polluants du sol et donc sur la qualité d’air intérieur résultante.En parallèle, des travaux expérimentaux ont été entrepris afin de compléter la connaissance actuelle relative à la perméabilité à l’air des bétons fissurés, pour laquelle un manque de données a été constaté. D’autre part, les débits d’air convectifs allant du sol vers le bâtiment ont également été quantifiés de façon expérimentale à l’aide de la maison expérimentale ‘MARIA’ dont dispose le CSTB. Ce type de quantification constitue une première base de données expérimentale.Enfin, une dernière partie de cette thèse traite de la réalisation d’un suivi expérimental annuel des performances d’un Système de Dépressurisation des Sols naturels, dans le but d’optimiser à terme les solutions de protection des bâtiments vis-à-vis des polluants gazeux du sol
Risk assessment tools related to transfers of gaseous pollutant from soil to indoor environments present large uncertainties relative to the knowledge of certain parameters, particularly those relating to the soil-building interface: considering the different basement typology, permeability level of floor. These uncertainties lead to an inaccurate evaluation of the impact of gaseous pollutants on indoor air quality.In order to contribute to the improvement of risk assessment models of gaseous pollutants from the soil, thiswork present in a fist part the development of analytical and numerical models. These models have been adapted to consider the different basement, in order to estimate the transfer of gaseous pollutants from the soil to the building. An analogy with heat transfer phenomena between soil and building is used to develop these models.They predict convective airflow transfers between soils and building, for different soil-building interface.There after, the analytical model has been incorporated into an airflow model. This model enables us to study the impact of different types of basement on the entry of pollutants from soil and the indoor air quality.Besides, experimental works have been made to complete the knowledge of concrete air permeability, because of a lack of data. Furthermore, the convective airflows from soil to building have been quantified experimentally.These airflows have been determined in the experimental house ‘MARIA’ installed in the CSTB. Suchquantification constitutes the first experimental database.Finally, the last part of this work shows a one-year follow-up study about the ability of natural SoilDepressurisation System. This study has been carried out to optimize the solutions of buildings protection from the soil gaseous pollutants

La qualité de l'air intérieur constitue aujourd'hui une composante majeure de la qualité des ambiances intérieures. Elle constitue toutefois une discipline scientifique à la fois jeune et complexe où le champ de connaissances à explorer reste important. Le mémoire synthétise les travaux développés depuis 15 années au LEPTIAB sur cette thématique. Ils ont pour fil conducteur une approche physique des phénomènes qui déterminent les concentrations en polluants dans les environnements intérieurs : transport par les flux d'air, émissions internes, interactions avec les matériaux, réactivité chimique et systèmes d'épuration. Après une description détaillée des méthodes et modèles utilisés, le document présente les différentes applications traitées à l'occasion de projets de recherche nationaux et internationaux ou de collaborations industrielles : influence des matériaux et de la ventilation sur l'exposition des occupants, modélisation des émissions en COV par les matériaux du bâtiment, caractérisation/modélisation dynamique des systèmes d'épuration, étude des transferts à travers l'enveloppe des bâtiments ...

Poussé par des perspectives de conception et gestion plus efficientes et durables, le BIM (Building Information Modelling) tend à se développer à tout le secteur du bâtiment. Cependant, malgré l’avènement des scanners laser pour les levés d’intérieurs, l’adoption du BIM dans l’ancien est freinée par les difficultés de création et de mise à jour des maquettes qui s’avèrent des tâches fastidieuses et chronophages réalisées essentiellement manuellement. C’est dans ce contexte que se positionne cette thèse, dont l’objectif est l’automatisation du processus de modélisation de bâtiments à partir de nuages de points et de la détection de changements géométriques dans des maquettes numériques existantes. Le défi est d’autant plus grand que sont considérées en particulier les données issues de scanners laser dynamiques, plus complexes à priori à manipuler que celles issues de scanners statiques, mais de plus en plus répandues du fait de l’adoption large des capteurs par les professionnels
Driven by the need for more efficient and sustainable design and management, BIM (Building Information Modelling) is expanding across the entire building industry. However, despite the advent of laser scanners for indoor surveys, the adoption of BIM in existing buildings is hampered by the difficulties of creating and updating models, which are tedious and time-consuming tasks performed mainly manually. This is the background to this thesis, which aims to automate the process of modelling buildings using point clouds and detecting geometric changes in existing digital models. The challenge is twofold, in considering in particular the point clouds from dynamic laser scanners, which are reputed more complex to deal with than those from static scanners but are also increasingly common due to the wide adoption of these sensors by professionals

Ce travail de recherche a été réalisé dans le cadre d’une Convention Industrielle de Formation par la Recherche (CIFRE). Il a été financé par l'Association Nationale de la Recherche et de la Technologie (ANRT) et le Groupe Elithis, bureau d’étude spécialisé dans le domaine de l’efficacité énergétique. Le bâtiment représentant à lui seul plus de 40% de la demande énergétique en Europe et plus d’un tiers des émissions de gaz à effet de serre (GES), un effort très important d’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments associé à une réduction drastique de leurs émissions de GES est aujourd’hui nécessaire. En ce sens, l’évolution des réglementations, tant européennes que nationales converge vers le développement à grande échelle de bâtiments neufs ou rénovés à très faible demande énergétique. Dans les stratégies de conditionnement des espaces intérieurs, la gestion optimisée de la ventilation occupe le premier poste. Outre le renouvellement d’air, la ventilation est en effet la plus ancienne et la plus utilisée des stratégies de contrôle de la qualité des environnements intérieurs (QEI). Outre les aspects énergétiques, les travaux internationaux menés par l’Organisation Mondiale de la Santé (WHO, 2000) ou dans le cadre de projets européens coordonnés (European Collaborative Action Urban Air, Indoor Environnement and Human Exposure) (ECA, 2003) permettent d’affirmer aujourd’hui que la qualité de l’air est reconnue comme un enjeu réel de santé publique (ANSES, 2014). Ainsi, pour traiter de la performance d’un système de ventilation, outre les aspects énergétiques et son efficacité à évacuer les polluants ou apporter de l’air neuf dans la zone d’occupation, il convient donc d’aborder le problème complet de la qualité des environnements intérieurs (QEI) intégrant dans sa définition la qualité de l’air intérieur (QAI) mais aussi le confort hygrothermique et visuel des occupants. Nous avons réalisé tout un suivi expérimental de consommation énergétique, de confort thermique et de la qualité de l’air dans un bâtiment de bureaux à faible demande énergétique, la Tour Elithis. Nous avons observé que l’efficacité énergétique n’est pas toujours synonyme de confort et bonne qualité de l’air. Nous avons donc construit un modèle numérique de ce bâtiment qui nous a permis de tester et analyser différentes stratégies de fonctionnement. Nous avons utilisé différents critères de QEI qui nous ont permis de faire une analyse de la performance globale du bâtiment, pour conclure que le confort hygrothermique, visuel et la QAI peuvent être associés à une optimisation de la demande énergétique
This research work was carried out in conformity with the Industrial Convention of Training by Research (CIFRE). And was financed by the National Association of Research and Technology (ANRT) and the Elithis Group (Groupe Elithis), engineering and consulting firm specializing in the field of energy efficiency. The building represents more than 40 % of the energy demand in Europe and more than a third of greenhouse gas emissions (GHG), an important effort to improve the energy efficiency of buildings associated have a drastic reduction in their green house gas emissions (GHG) is necessary today. In this sense, the evolution of the regulations, so Europeans as nationals converge on the development on a large scale new or renovated building with a very low energy demand. In the strategies of conditioning of the internal spaces, the optimized management of ventilation takes the first step. Besides the renewal of air, the ventilation is indeed the oldest and the most widely used strategies of Indoor Environmental Quality (IEQ). Besides the energy aspects, the international work led by the World Health Organization (WHO, 2000) or within the framework of coordinated European projects (European Collaborative Action Urban Air, Indoor Environment and Human Exposure) (ECA, 2003) claims today that the air quality is recognized as a real stake in public health (ANSES, 2014). So, to deal with the performance of a ventilation system, besides the energy aspects and its efficiency to evacuate pollutants or to provide new air in the occupied zone, it is thus advisable to approach the complete problem of the Indoor Environmental Quality (IEQ) integrating into its definition the Indoor Air Quality (IAQ) but also the hydrothermal and visual comfort of the occupants. We carried out a complete follow-up of energy consumption, thermal comfort and the air quality in an office building with low energy demand, the Tower Elithis. We observed that energy efficiency is not always synonymous with comfort and good air quality. We thus created a digital model of this building, which allowed us to test and to analyze different strategies of function. We used various criteria of IEQ which allowed us to make an analysis of the global performance of the building, to conclude that the hydrothermal, visual comfort and the IAQ can be associated to an optimization of the energy demand

Le contrôle de l'aérocontamination fongique est devenu un objectif majeur pour préserver la santé humaine et animale. L'évaluation de l'aérocontamination fongique fait classiquement appel aux techniques de mise en culture ou de dosage de composants fongiques présents dans l'air. Ces techniques présentent des inconvénients. C'est la raison pour laquelle, nous nous sommes fixés comme objectif de mettre au point des méthodes d'analyse alternatives utilisant des outils de biologie moléculaire. Dans un premier temps, nous avons comparé plusieurs techniques de prélèvements d'air dans des environnements intérieurs présentant une contamination plus ou moins élevée. Nous avons, par la suite, optimisé les conditions d'extraction de l'ADN fongique à partir de prélèvements d'air. L'ADN extrait a été amplifié par PCR " semi-nichée " avec des amorces universelles permettant d'amplifier une partie de l'ARNr 18S de champignons. Par la suite, nous avons utilisé la TTGE (Temporal Temperature Gradient Electrophoresis) et la D-HPLC (Denaturing High Performance Liquid Chromatography) pour séparer les amplificats. Chaque produit de PCR a été identifié par séquençage direct après purification. La comparaison des espèces identifiées par ces techniques avec celles qui sont obtenues par la méthode classique (culture) apporte de meilleurs renseignements sur la qualité fongique d'un même prélèvement d'air. L'application de ces techniques dans des environnements à différents niveaux de contamination a permis de déduire que l'étude de l'évaluation de l'aérocontamination fongique se fait par l'association de la culture et des méthodes moléculaires

Le contrôle de l'aérocontamination fongique est devenu un objectif majeur pour préserver la santé humaine et animale. L'évaluation de l'aérocontamination fongique fait classiquement appel aux techniques de mise en culture ou de dosage de composants fongiques présents dans l'air. Ces techniques présentent des inconvénients. C'est la raison pour laquelle, nous nous sommes fixés comme objectif de mettre au point des méthodes d'analyse alternatives utilisant des outils de biologie moléculaire. Dans un premier temps, nous avons comparé plusieurs techniques de prélèvements d'air dans des environnements intérieurs présentant une contamination plus ou moins élevée. Nous avons, par la suite, optimisé les conditions d'extraction de l'ADN fongique à partir de prélèvements d'air. L'ADN extrait a été amplifié par PCR à semi-nichée ? avec des amorces universelles permettant d'amplifier une partie de l'ARNr 18S de champignons. Par la suite, nous avons utilisé la TTGE (Temporal Temperature Gradient Electrophoresis) et la D-HPLC (Denaturing High Performance Liquid Chromatography) pour séparer les amplificats. Chaque produit de PCR a été identifié par séquençage direct après purification. La comparaison des espèces identifiées par ces techniques avec celles qui sont obtenues par la méthode classique (culture) apporte de meilleurs renseignements sur la qualité fongique d'un même prélèvement d'air. L'application de ces techniques dans des environnements à diff'rents niveaux de contamination a permis de déduire que l'étude de l'évaluation de l'aérocontamination fongique se fait par l'association de la culture et des méthodes moléculaires
Fungal spores represent a significant part of the biological contaminants that could be detected in air. Exposure to fungi has been associated with several types of human or animal health problems (mycosis, allergy, mycotoxicosis). To evaluate the relationship between airborne fungi potential and adverse health effect, the fungal types and their relative frequencies in air need to be investigated. Traditional methods for fungal identification (culture and microscopy analysis) are laborious, time-consuming and require expertise. To replace cultivation, several techniques have been proposed. This study showed that molecular techniques (PCR-TTGE or Temporal Temperature Gradient Electrophoresis and PCR-DHPLC or Denaturing High Performance Liquid Chromatography) allowed the separation of amplificons corresponding to distinct fungal species that may be encountered in air. Both methods were proved to be appropriate for analysis of complex fungal communities. The detection and the molecular identification techniques were adapted for the evaluation of indoor airborne fungal contamination. The cultivation method and culture-independent techniques were further compared for the analysis of fungal aerosols from different sites

Cette thèse est consacrée à la modélisation en 3D des intérieurs de bâtiments, basée sur un interfaçage entre la photogrammétrie mono-image, la connaissance de l'objet et le Dessin Assisté par Ordinateur (DAO). Dans ce contexte la photogrammétrie est chargée de fournir la géométrie de la scène photographiée sous forme d'une sélection de points 3D. La connaissance de l'objet sert quant à elle à décrire la topologie et les aspects sémantiques de la scène sous une forme structurée dans une base de données. La géométrie 3D et la connaissance de l'objet sont combinées et interfacées avec le DAO afin d'établir le modèle 3D de la scène. La technique mono-image que nous avons adoptée est basée sur l'utilisation de concepts de la géométrie projective (point de fuite, homographie, coordonnées homogènes et coniques absolues). Dans notre approche, la partie interne à modéliser est constituée de composantes simples et de composantes de référence. Les surfaces d'interconnexion qui relient les composantes permettent la transformation de toutes ces composantes dans un même référentiel géométrique. Nous avons validé notre étude par le développement d'algorithmes et d'outils destinés à l'acquisition de données géométriques, sémantiques et topologiques requises pour la modélisation en utilisant une application appelée Modélisation Mono-Image (MMI). Cette application est intégrée dans le logiciel ARPENTEUR (ARchitectural PhotogrammEtry Network Tool for EdUcation and Research, www. Arpenteur. Net). L'approche proposée pour la modélisation des intérieurs de bâtiments a été testée sur un caravansérail en Egypte et un immeuble à l'ENSAIS. Une autre application à partir de photos de l'ancien hôtel de ville de Zurich a permis d'adapter la méthode sur des scènes externes
This thesis is devoted to 3D indoor modelling based on an interfacing between single image photogrammetry, object knowledge and Computer Aided Design (CAD). In this context the photogrammetry provides the geometry of the imaged scene as a selection of 3D points. Object knowledge is used to describe the topology and the semantic aspects of the scene in a structured form (databases). The 3D geometry and the object knowledge are combined and interfaced with the CAD in order to establish the 3D model of the scene. The single image technique adopted in our prototype is based upon the use of projective geometry concepts (vanishing point, homography, homogeneous co-ordinates and absolute conic). In our approach, the indoor part is structured in simple components and components of reference. Interconnection surfaces, which connect the components, allow transforming these components in the same geometric reference. We validated our study by the development of algorithms and tools intended for geometric, semantic and topologic data acquisition necessary for modelling by using an application called Single Image Modelling (MMI). This application is integrated in the ARPENTEUR (ARchitectural PhotogrammEtry Network Tool for EdUcation and Research, www. Arpenteur. Net) software. The approach suggested for indoor modelling was tested on a caravansary in Egypt and on a building at ENSAIS. Another application, starting from photographs of the old city hall of Zurich, allowed adapting the proposed method to exterior scenes

Les systèmes d'information mobiles et ambiants liés à la localisation et à la navigation évoluent progressivement vers des environnements à petite échelle. La nouvelle frontière scientifique et technologique concernent les applications qui assistent les utilisateurs dans leurs déplacements et activités au sein d'espaces bâtis dits "indoor" (e.g., aéroports, musées, bâtiments). La recherche présentée par cette thèse développe une représentation de données spatiales d'un environnement "indoor" qui tient compte des dimensions contextuelles centrées sur l'utilisateur et aborde les enjeux de gestion de données mobiles. Un modèle de données "indoor" hiérarchique et sensible au contexte est proposé. Ce modèle intègre différentes dimensions du contexte en plus de la localisation des entités concernées, telles que le temps et les profils des utilisateurs. Ce modèle est basé sur une structure arborescente dans laquelle l'information spatiale est représentée à différents niveaux d'abstraction. Cette conception hiérarchique favorise un traitement adaptatif et efficace des Requêtes Dépendantes de la Localisation (RDL) qui sont considérées comme des éléments clés pour le développement des différentes catégories de services de géolocalisation sensibles au contexte. Un langage de requêtes continues est développé et illustré par des exemples de requêtes RDL. Ce langage exploite le concept des granules spatiaux, et permet de représenter les requêtes continues et dépendantes de la localisation en prenant compte des préférences de l'utilisateur au moment de l'exécution. Cette approche de modélisation est complétée par le développement d'une architecture générique pour le traitement continu des requêtes RDL et par la conception et la mise en œuvre de plusieurs algorithmes qui permettent un traitement efficace des requêtes dépendantes de la localisation sur des objets mobiles en "indoor". Plusieurs algorithmes de traitement continu des requêtes de recherche de chemin hiérarchique et des requêtes de zone appliquées à des objets statiques et/ou en mouvement sont présentés. Ces algorithmes utilisent une approche hiérarchique et incrémentale afin d'exécuter efficacement les requêtes RDL continues. Un prototype encapsulant le modèle de données hiérarchique, les opérateurs et les contraintes introduits dans le langage de requête ainsi que les différents algorithmes et méthodes pour la manipulation de requêtes RDL a été développé comme une extension du SGBD Open Source PostgreSQL. Une étude expérimentale des solutions développées a été menée pour étudier la performance et le passage à l'échelle à l'égard des propriétés intrinsèques des solutions proposées.

En passant près de 90% de son temps dans les espaces clos, l'Homme est exposé à des polluants particulaires de diverses natures d'origines exogène et endogène au bâtiment, pour lesquels aucune valeur guide n'est disponible. Parmi ces polluants figurent les particules biologiques et notamment les spores fongiques, particules vivantes les plus nombreuses et les plus diversifiées de l'air que nous respirons (Nolard, 1997). Ubiquitaire et délétère, la pollution particulaire fongique est mise en cause dans la survenue de nombreuses pathologies parmi lesquelles se trouvent les maladies immuno-allergiques. Dans le cadre de la surveillance de la qualité micro-biologique de l'air des espaces clos, cette thèse vise à fournir les premiers éléments de conception d'un outil individuel de diagnostic dédié à l'évaluation de l'exposition des occupants aux aérobiocontaminants allergéniques en s'intéressant plus particulièrement à la pollution fongique aéroportée. Cette recherche repose sur les expertises techniques et scientifiques du CSTB, de l'ESIEE et de l'Université Paris-Est en matière de détection fongique, de miniaturisation d'instruments de mesure via les micro technologies et de physique des aérosols. Se faisant, ces travaux cristallisent autour d'une architecture système reposant sur trois axes : la capture et sélection des particules selon leurs propriétés physico-chimiques de surface, la quantification de la masse des particules et l'identification de la nature des particules à l'aide d'une analyse chimique. Ces axes correspondent à autant de thématiques abordées au cours de ces travaux de thèse. Ainsi, la première a consisté à étudier l'adhérence des conidies aux surfaces afin de mieux cerner les déterminants de ce phénomène physique et évaluer les énergies mises en jeu. Les résultats subséquents ont permis, lors d'une deuxième phase de travail, de dimensionner une microbalance en silicium de type MEMS en replaçant les problématiques liées aux interactions particules-résonateurs au cœur du débat. Par ce biais, l'enjeu a été de lever certains verrous scientifiques constatés dans la littérature, telles des sensibilités non-uniformes sur toute la surface des dispositifs de mesure ou encore des réponses en fréquence non linéaires avec la masse déposée. Une telle approche a en outre permis d'évaluer les performances attendues pour de tels capteurs. Enfin, le dernier aspect de cette recherche a porté sur l'identification des particules aéroportées biologiques par voie chimique en combinant pyrolyse des entités biologiques d'intérêt, chromatographie en phase gazeuse et spectroscopie de masse (Py-CPG/MS). A cette occasion, un travail collaboratif engagé avec le Réseau National de Surveillance Aérobiologique a permis d'éprouver la solution technologique et la méthodologie employées puisqu'une seconde catégorie de particules modèles a alors été considérée : les pollens. L'analyse des composés organiques volatiles issus de l'analyse Py-CPG/MS des micromycètes et des pollens a permis de démontrer l'existence d'une signature chimique spécifique de l'origine biologique des particules. Suite à cela, il a été possible d'établir diverses listes de traceurs chimiques caractéristiques des phyla voire des espèces des différents contaminants étudiés. La pertinence de ces marqueurs a alors été éprouvée lors d'un essai in situ
Nowadays people pass 90% of their time in closed spaces, and in consequence are exposed to indoor and outdoor particulate matter for which no reference value is available. These pollutants include biological particles and in particular fungal spores, the most numerous living particles and most diverse on the air we breathe (Nolard, 1997). Ubiquitous and harmful, fungal particulate pollution is implicated in the occurrence of many diseases including immuno-allergic diseases. In the context of the monitoring of the microbiological quality of air in indoor spaces, this thesis aims to provide first design elements of an individual diagnostic device dedicated to the exposure assessment of allergenic bio-contaminants focusing in particular on airborne fungal pollution. This research relies on the technical and scientific expertise of CSTB, ESIEE Paris and Université Paris-Est for fungal detection, miniaturization of measurement instrumentation and aerosol physics. Thus, this work is built around a system architecture based on three main elements: the capture and selection of particles according to their surface physical and chemical properties, the particles mass quantification and the identification of the nature of the particle using chemical analysis. These elements relate to many topics covered during the thesis work. In this way, the first topic consists in studying the adhesion of conidia to surfaces to better understand the determinants of this physical phenomenon and evaluate the energies involved. Subsequent results were used during a second stage of this work, to design a MEMS-type silicon microbalance considering the particle-resonator interaction. By this mean the issue was to solve some scientific challenges identified in the literature, such non-uniform sensitivity over the entire device surface or nonlinear frequency responses due to the added mass. Such an approach has also allowed evaluating the performance expected for such sensors. The last aspect of this research focused on the identification of biological airborne particles chemically combining pyrolysis of biological entities of interest, and gas chromatography and mass spectrometry (Py-GC/MS). On this occasion, a collaborative work engaged with the "Réseau National de Surveillance Aérobiologique" allowed to experience the technological solution and our methodology since another class of particles was considered: pollens. The analysis of volatile organic compounds obtained from Py-GC/MS characterization of micro-fungi and pollens demonstrated the existence of a specific chemical signature for each biological particle class. Thereafter, it was then possible to establish a variety of chemical markers lists for phyla and different species of the contaminants studied. The relevance of these markers has been further tested in an in-situ assay

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la navigation robotique bio-inspirée en environnement réel et implique la capacité pour un robot mobile à se déplacer de manière autonome dans un monde a priori dynamique et inconnu. Les travaux décrits au cours de ce manuscrit s’attacheront à montrer comment, en partant des travaux académiques réalisés par l’équipe Neurocybernétique du laboratoire ETIS, il a été possible de concevoir le robot mobile Diya One capable de naviguer de manière autonome dans de grands environnements intérieurs. Depuis une vingtaine d’année, l’équipe Neurocybernétique élabore des modèles de navigation bio-inspirée. De précédents travaux ont montré qu’un modèle de cellules de lieu, enregistrées chez le rat, permet à un robot mobile d’apprendre des comportements de navigation robustes, tels qu’une ronde ou un retour au nid, à partir d’associations entre lieu et action. L’apprentissage et la reconnaissance d’un lieu ne reposent alors que sur des informations visuelles. Cependant, trois problèmes critiques ne permettent pas de naviguer dans de grands environnements : 1- l’ambiguïté de certaines situations visuelles (ou alias perceptif), 2- l’apprentissage sur le long terme et 3- la sensibilité aux conditions environnementales. L’ajout d’autres modalités constitue une solution efficace pour augmenter la robustesse de la localisation. L’équipe a développé plusieurs modèles basés sur la proprioception du robot afin desuppléer, dans les cas limites, les modèles purement visuels. La principale limitation des approches proprioceptives est qu’elles sont soumisesà l’accumulation d’erreurs. Il est donc nécessaire de recalibrer périodiquement les modèles. Fusionner des modalités allothétiques et idiothétiques semblent être une bonne stratégie pour obtenir une estimation fiable de la localisation du robot. Les champs de neurones dynamiques (DNF) ou continous attractor neural network (CANN) constituent un puissant candidat pour mettre en œuvre le type de mémoire requis pour la construction de cellules de lieu. Nous présenterons un premier modèle de fusion utilisant les champs de neurones dynamiques pour maintenir l’orientation du robot puis un second généralisant le principe du modèle de fusion pour la construction de cellules de lieux multimodales.Être capable de produire et commercialiser rapidement un produit est un enjeu majeur pour la survie de Partnering. En plus des capacités de navigation et de localisation, un robot commercialisable requiert un ensemble de comportements indispensables à la mobilité, à la sécurité (loi de contrôle, évitement des obstacles et des trous) et à son autonomie (gestion d’énergie et retour à la station de recharge). Pour aboutir à cette première solution, nous avons suivit une démarche ascendante (bottom-up) défendue par la robotique comportementale. Nous avons développé progressivement la complexité du robot au travers de comportements élémentaires intégrés dans une architecture de contrôle régissant à chaque instant l’expression de ces comportements et la sélection des actions à exécuter.Ce mémoire est découpée en deux parties. Une première partie industrielle relevant d’objectifs à court terme, consistant à mettre en place, à partir des modèles existants développés par l’équipe Neurocybernétique, l’architecture comportementale de la première version du robot Diya One. Puis, une seconde partie plus fondamentale dans laquelle nous traiterons de la réalisation demodèles de fusion multimodale. Ces modèles seront ajoutés incrémentalement au robot afin d’améliorer progressivement ses capacités de navigation
This thesis falls into the field of navigation in bio-inspired robotics in real environment and implies the ability for a mobile robot to move autonomously in a world a priori dynamic and unknown. The work described in this manuscript will show how, starting from the academic work carried out by the Neurocybernetics team of the ETIS laboratory, it was possible to design the mobile robot Diya One able to navigate autonomously in large indoor environments. For the past 20 years, the Neurocybernetics team has been developing bio-inspired navigation models. Previous work has shown that a model of place cells, recorded in the rat, allows a mobile robot to learn robust navigation behaviors, such as a round or a homing, from associations between place and action. Learning and the recognition of a place are based only on visual information. However, three critical problems do not allow to navigate in large environments: 1- the ambiguity of certain visual situations (or perceptual alia), 2- long-term learning, and 3-sensitivity to environmental conditions. The addition of other modalities is an effective solution for increasing the robustness of the location. The team has developed several models based on the proprioception of the robot in order to compensate, in limiting cases, for purely visual models. The main limitation of proprioceptive approaches is that, based on the proprioception of the robot, they are subject to the accumulation of errors. It is therefore necessary to periodically recalibrate the models. Merging allothetic and idiothetic modalities seems to be a good strategy for obtaining a reliable estimate of the robot’s location. Dynamic neural network (DNF) or continous attractor neural network (CANN) constitute a powerful candidate to implement the type of memory required for the construction of place cells. We present a first fusion model using dynamic neuron fields to maintain the orientation of the robot and then a second one generalizing the principle of fusion model for the construction of cells of multimodal places. Being able to produce and market quickly a product is a major challenge for Partnering’s survival. In addition to navigation and location capabilities, a marketable robot requires a set of behaviors that are essential to mobility, security (control law, avoidance of obstacles and holes) and its autonomy (energy management and return to the charging station). To arrive at this first solution, we followed a bottom-up approach defended by behavioral robotics. We have progressively developed the complexity of the robot through elementary behaviors integratedin a control architecture governing at each moment the expression of these behaviors and the selection of the actions to be executed. This manuscript is divided into two parts. A first industrial part with short-term objectives, consisting of implementing the behavioral architecture of the first version of the Diya One robot, based on the existing models developed by the Neurocybernetics team. Then, a second more theoretical part in which we will deal with the realization of multimodal fusion models. These models will be added incrementally to the robot in order to gradually improve its navigationcapabilities

En France, à partir de 2012, tous les bâtiments neufs devront répondre aux critères de basse consommation, c'est-à-dire qu'ils devront consommer moins de 50 kW.h/(m².an) en énergie primaire pour le chauffage, le refroidissement, la ventilation, la production d'eau chaude sanitaire et l'éclairage (à moduler selon la région et l'altitude). La simulation numérique a un rôle important à jouer pour atteindre cet objectif.
Les environnements de simulation énergétique existants ont été conçus pour des bâtiments classiques pour lesquels les consommations sont beaucoup plus importantes que celles fixées pour 2012, il faut donc voir si les modèles mais aussi les méthodes de simulations utilisés correspondent toujours aux spécificités de ces nouveaux bâtiments. L'objectif de ce travail est de montrer l'intérêt d'utiliser un environnement de simulation basé sur les systèmes d'équations pour étudier le comportement énergétique des bâtiments basse consommation.
Pour cela, plusieurs modèles ont été implémentés dans l'environnement SIMSPARK. Il s'agit d'un modèle de matériau à changement de phase, d'un modèle de prise en compte du rayonnement de courtes longueurs d'onde par calcul de la tache solaire et d'un modèle d'échangeur air-sol. Ils ont été intégrés dans un modèle global de bâtiment basse consommation ce qui a permis de montrer les avantages de l'environnement de simulation utilisé. Le fait qu'il soit orienté objet permet de valider indépendamment les nouveaux modèles puis de les intégrer facilement à un modèle de niveau hiérarchique supérieur. Le fait qu'il soit basé sur les systèmes d'équations a permis grâce à la non orientation a priori du modèle d'inverser le sens de résolution de plusieurs problèmes dans une simulation dynamique. Enfin, la robustesse des méthodes de résolution utilisées a été éprouvée.

Les recherches autours la localisation d’étiquettes RFID dans des environnements intérieurs (indoor) ont suggéré plusieurs algorithmes et techniques. Identifier des étiquettes RFID dans les environnements intérieurs avec une parfaite précision n’est pas une tâche facile pour de nombreuses applications dans l'industrie, les supermarchés ou encore dans la logistique. Les systèmes de localisation RFID ont évolué en raison de l’augmentation de la popularité des applications qui nécessitent ce type de ressource. En effet, de nombreux procédés ont manifesté le besoin d'identifier et de localiser des étiquettes RFID en mouvement pour des raisons de traçabilité ou d'autres besoins . Entre autres, les supermarchés, les magasins, les hôpitaux, ou lignes de production de l'industrie peuvent bénéficier de ce type de système. Cependant, la plupart des techniques sont théoriques et ne tiennent pas compte de l'influence des problèmes de signalisation de cas réels en intérieur. De plus, bien que le problème de la localisation et identification soit traitée dans de nombreux autres travaux, les solutions proposées restent encore insuffisantes en termes de précision. Dans cette thèse, nous proposons une solution pour identifier des éléments avec des étiquettes RFID qui sont en mouvement, en les séparant des autres tags dits statiques. Notre méthode est basée sur la configuration classique d'un scénario de ligne de production typiquement utilisé dans l'industrie. A la fin du processus d'identification la méthode détermine les étiquettes RFID en mouvement et les étiquettes RFID statiques. Notre méthode d'identification a deux variantes. Dans un premier temps, nous proposons un procédé hybride qui opère au niveau de la couche d'application, ce qui lui permet d'être discret et personnalisable. Dans la seconde variante, la couche physique est associée à la solution initiale afin de limiter et d'optimiser la zone d'identification. Pour la validation de la méthode, nous avons éffectué plusieurs expériences sur des applications réelles de type industriel ou logistique, dans différentes conditions d'environnement intérieur et en utilisant des paramètres par défaut. Les résultats des tests ont montré que notre méthode donne d’excellentes performances lorsqu'elle est appliquée dans les processus industriels
Indoor localization research has generated many of potential techniques and algorithms. Identifying RFID tags in an indoor environment with perfect accuracy is not a trivial task for many applications in industry, a marketplace, or a supply chain. Localization systems have been maturing as the number of applications requiring such capabilities has increased in popularity\cite{29} \cite{20}. In businesses, these applications allow intelligent process manufacturing, increasing productivity and enabling reliable product flows. Based on these systems, many processes need to localize and identify the movement of RFID tags. Marketplaces, shops, hospitals, or simple conveyor belts for supply chains can benefit from these tracking systems. However, most of these techniques do not take into account the influence of the real constraints to which the radio signal of the physical system is subject. Although this localization problem has been addressed in lots of treatments, it remains unsolved for systems that need precision. In this thesis, our solution involves identifying RFID tags in movement from others referred to as RFID static tags. We have based our methodology on the classical configuration supply chains scenario involved in industrial and market warehouse use cases. We completely identify which RFID tags are moving and which tags are placed outside and static by the time the conveyor belt supply chain process has ended. We developed our approach by proposing an identification method with two main variations. In its first variant, the method is hybrid and works directly in the application layer, which allows a non-intrusive, custom made and articulate RFID tag identification and classification. In its second variant, we also associate our solution with a physical layer constraint, to limit and optimize the identification zone.The evaluation of the performance shows an excellent precision in a practical industrial operational zone, validated with lots of experiments conducted in a real indoor application under different conditions and using classical setup devices

Les recherches autours la localisation d’étiquettes RFID dans des environnements intérieurs (indoor) ont suggéré plusieurs algorithmes et techniques. Identifier des étiquettes RFID dans les environnements intérieurs avec une parfaite précision n’est pas une tâche facile pour de nombreuses applications dans l'industrie, les supermarchés ou encore dans la logistique. Les systèmes de localisation RFID ont évolué en raison de l’augmentation de la popularité des applications qui nécessitent ce type de ressource. En effet, de nombreux procédés ont manifesté le besoin d'identifier et de localiser des étiquettes RFID en mouvement pour des raisons de traçabilité ou d'autres besoins . Entre autres, les supermarchés, les magasins, les hôpitaux, ou lignes de production de l'industrie peuvent bénéficier de ce type de système. Cependant, la plupart des techniques sont théoriques et ne tiennent pas compte de l'influence des problèmes de signalisation de cas réels en intérieur. De plus, bien que le problème de la localisation et identification soit traitée dans de nombreux autres travaux, les solutions proposées restent encore insuffisantes en termes de précision. Dans cette thèse, nous proposons une solution pour identifier des éléments avec des étiquettes RFID qui sont en mouvement, en les séparant des autres tags dits statiques. Notre méthode est basée sur la configuration classique d'un scénario de ligne de production typiquement utilisé dans l'industrie. A la fin du processus d'identification la méthode détermine les étiquettes RFID en mouvement et les étiquettes RFID statiques. Notre méthode d'identification a deux variantes. Dans un premier temps, nous proposons un procédé hybride qui opère au niveau de la couche d'application, ce qui lui permet d'être discret et personnalisable. Dans la seconde variante, la couche physique est associée à la solution initiale afin de limiter et d'optimiser la zone d'identification. Pour la validation de la méthode, nous avons éffectué plusieurs expériences sur des applications réelles de type industriel ou logistique, dans différentes conditions d'environnement intérieur et en utilisant des paramètres par défaut. Les résultats des tests ont montré que notre méthode donne d’excellentes performances lorsqu'elle est appliquée dans les processus industriels
Indoor localization research has generated many of potential techniques and algorithms. Identifying RFID tags in an indoor environment with perfect accuracy is not a trivial task for many applications in industry, a marketplace, or a supply chain. Localization systems have been maturing as the number of applications requiring such capabilities has increased in popularity\cite{29} \cite{20}. In businesses, these applications allow intelligent process manufacturing, increasing productivity and enabling reliable product flows. Based on these systems, many processes need to localize and identify the movement of RFID tags. Marketplaces, shops, hospitals, or simple conveyor belts for supply chains can benefit from these tracking systems. However, most of these techniques do not take into account the influence of the real constraints to which the radio signal of the physical system is subject. Although this localization problem has been addressed in lots of treatments, it remains unsolved for systems that need precision. In this thesis, our solution involves identifying RFID tags in movement from others referred to as RFID static tags. We have based our methodology on the classical configuration supply chains scenario involved in industrial and market warehouse use cases. We completely identify which RFID tags are moving and which tags are placed outside and static by the time the conveyor belt supply chain process has ended. We developed our approach by proposing an identification method with two main variations. In its first variant, the method is hybrid and works directly in the application layer, which allows a non-intrusive, custom made and articulate RFID tag identification and classification. In its second variant, we also associate our solution with a physical layer constraint, to limit and optimize the identification zone.The evaluation of the performance shows an excellent precision in a practical industrial operational zone, validated with lots of experiments conducted in a real indoor application under different conditions and using classical setup devices

Cette thèse a pour but de montrer comment la robotique et les sciences du vivant peuvent mutuellement s'enrichir. Nous nous sommes intéressés au problème de la navigation autonome de robots mobiles en environnement d'intérieur et d'extérieur à priori inconnu, en s'inspirant de modèles neurobiologiques de la circuiterie cérébrale. Nous présentons un système de localisation basé sur un modèle de cellules de lieux purement visuelles. Ces cellules de lieux permettent de construire des comportements sensori-moteurs réactifs et de planification. Le système est capable d'apprendre des tâches comportementales en interaction avec un professeur ou de manière autonome par une exploration aléatoire de l'environnement. Nous proposons aussi un système d'orientation utilisant une boussole visuelle et fusionnant des informations allothétiques (boussole visuelle) et idiothétiques (odométrie). Nous débâtons des interactions possibles entre la stratégie sensori-motrice de type lieux-action et la stratégie de planification. Finalement, nous présenterons nos réflexions sur l'autonomie en robotique en proposant une architecture de méta-contrôle permettant au robot de s'auto-évaluer
This thesis aims at highlighting how the interplay between robotics and the sciences of the living can promote both the understanding the cerebral circuitry and the achievment of very robust algorithms for robotics. The problem of the development of a neural achitecture, inspired by neurobiological models of the cerebral circuitry, for autonomous navigation of mobile robots in unknown indoor and outdoor environments, is adressed. A localization system based on a model of purely visual place-cells is presented. The place-cells enable to learn reactive sensory-motor behavior and planning behavior. The system is able to learn behavioral tasks autonomously or by interacting with a human teacher. An orientation system, merging a visual compass and path integration information, will also be proposed. The possible interactions between sensory-motor and planning strategies will be debated. Finally, issues on the autonomy of the learning in robot will be adressed: A metacontrol architecture which gives self-evaluation capabilities by analyzing the learning progress will be presented

La dégradation de la qualité de l'air intérieur peut entraîner de nombreux effets sur la santé, allant de simple maux de tête à des affections respiratoires comme l'asthme. De nos jours, nous passons près de 22 heures sur 24 à l'intérieur de lieux clos où nous sommes exposés à de nombreux polluants. Les composés organiques volatils (COV) réprésentent une part importante de cette contamination, avec plus d'une centaine de substances répertoriées. La présence de nombreuses sources d'émission conduit à une très grande hétérogénéité de la contamination. Ce travail de thèse a permis de proposer une nouvelle approche de classification des émissions basée sur leurs variabilités spatio-temporelles. Le déploiement de cette approche dans différents environnements intérieurs (logements, piscines, milieu hospitalier) a conduit à l'élaboration de stratégies d'échantillonnages, qui pourraient servir de base pour la mise en place de programmmes de surveillance, l'estimation des concentrations de certains COV, et l'évaluation des principaux déterminants de la contamination
The degradation of the indoor air quality can lead to numerous health ranging from headaches to respiratory disorders such as asthma. In our modern lifestyle, we spend approximately 90 % of our time indoors, where we are exposed to many polluants. Volatile organic compounds (VOCs), with more than hundred substances detected, represent a large part of the contamination. In addition, indoor environments contain multiple sources that lead to a heterogeneous contamination. This thesis work proposed a new approach for the classification of emissions, based on their spatial and temporal variability. The implementation of this approach in different indoor environments (homes, swimming-pools, hospitals) led to the development of sampling strategies, which could be used for monitoring programs, the assessment of concentrations levels of few VOCs, and the assessment of the main determinants of the contamination

Depuis 2001 et la création d'un observatoire de la qualité de l'air intérieur (OQAI), la qualité de l'air intérieur est devenue un enjeu majeur de santé publique et fait l'objet d'un cadre réglementaire qui continue d'évoluer au cours des dernières années. Deux décrets récents, en France, prévoient la mise en œuvre de l'étiquetage des matériaux de construction en fonction de leurs émissions de composés organiques volatils (COV) (décret n° 2011-321, 23/03/2011) et le contrôle de la concentration des polluants (benzène et formaldéhyde) avec un guide des valeurs pour les bâtiments ouverts au public (n ° 2011-1728, 12/02/2012). De nos jours, la méthode analytique utilisée pour mesurer la concentration en formaldéhyde dans l'air consiste en un prélèvement sur cartouche de 2,4-dinitrophénylhydrazine (DNPH), qui est analysée par chromatographie en phase liquide après extraction. Cette méthode nécessite un équipement lourd et une étape en laboratoire est nécessaire. La société Ethera développe et commercialise des capteurs spécifiques pour la détection et la mesure du formaldéhyde avec des échantillonneurs passifs ou actifs. Ce capteur est basé sur des matrices nanoporeuses contenant du Fluoral-P (4-amino-3-pentène-2-one), qui réagit sélectivement avec le formaldéhyde pour produire un composé coloré de la 3,5-diacétyl-1,4-dihydrolutidine (DDL). La DDL est détectée à 420nm par lecture optique et la différence de densité optique mesurée avant et après l'exposition du capteur est directement proportionnelle à la concentration en formaldéhyde dans l'air intérieur. Le but de cette thèse est d'améliorer les performances des échantillonneurs passifs. Les différentes phases du développement des échantillonneurs passifs sont étudiées (conception, évaluation en chambre d’exposition) avec différentes approches et méthodologies. Deux axes d'étude sont considérés: une approche théorique et des essais en laboratoire. Une approche théorique a été mise en œuvre pour optimiser un échantillonneur passif ou dimensionner un nouveau préleveur. Les tests de laboratoire ont permis d'évaluer les paramètres métrologiques des échantillonneurs passifs (limite de détection, sensibilité, répétabilité, linéarité ...) et les effets des facteurs d'exposition (température, humidité relative, concentration)
Since 2001 and the creation of a French Indoor Air Quality Observatory (OQAI), indoor air quality has become a major public health issue. It is the subject of a regulatory framework that continues to evolve in recent years. Two recent decrees, in France, foresee the implementation of the labeling of building materials according to their emissions of volatile organic compounds (VOCs) (decree n°2011-321, 23/03/2011) and the survey of air concentration of two pollutants (benzene and formaldehyde) with guide values in public buildings (n°2011-1728, 2/12/2012). Today, the analytical method used to measure formaldehyde concentration in air consists in a 2,4-dinitrophenylhydrazine (DNPH) sampling cartridge which is analyzed by liquid chromatography after solvent extraction. This method is time consuming, expensive and complicated to perform. The company Ethera develops and markets specific, sensitive sensors for detection and measurement of formaldehyde with passive or active samplers. This sensor is based on a nanoporous matrix containing Fluoral-P (4-amino-3-penten-2-one), which selectively reacts with formaldehyde to produce a colored compound the 3,5-diacetyl-1,4-dihydrolutidine (DDL). DDL is detected at 420nm by optical reading and the difference of the optical density measured before and after exposition of the sensor is directly proportional to the concentration of formaldehyde in air. The purpose of this thesis is to improve the performance of passive samplers. The different phases of the development of passive samplers are studied (design, evaluation in environmental chamber) with different approaches and methodologies. In fact, two axis of study are considered: a theoretical approach and laboratory tests. Theoretical approach will be implemented to optimize a passive sampler or for sizing a new one based on the study of theoretical sampling rates. Laboratory tests will allow to assess metrological parameters of passive samplers (detection limit, sensitivity, repeatability, linearity…) and to estimate effects of exposure factors (temperature, relative humidity, concentration levels …)

Les atmosphères intérieures sont particulièrement riches en Composés Organiques Volatils (COV), avec des concentrations 2 à 10 fois supérieures à celles mesurées à l’extérieur. Bien que cette pollution représente un enjeu sanitaire majeur, la grande diversité des sources de COV impliquées et le manque d’outils pour la mesure in-situ des émissions de matériaux de construction rendent la mise en place de stratégies d’amélioration de la qualité de l’air intérieur difficile. L’objectif principal de cette thèse a été de développer, de qualifier et d'utiliser des préleveurs passifs dans différents types de bâtiments afin de démontrer le potentiel de ces outils peu coûteux pour (i) la mesure in-situ des émissions en COV et (ii) l’évaluation de stratégies de réduction de cette pollution. La première partie de ce travail a permis le développement et la qualification de trois préleveurs passifs pour la mesure des émissions d’aldéhydes (formaldéhyde et acétaldéhyde) et de composés aromatiques (BTEX, styrène et 1,2,4-triméthylbenzène). Les performances analytiques sont apparues suffisantes pour une application in-situ. Dans une seconde partie, le déploiement de ces préleveurs au sein de logements et d'établissements scolaires a permis de montrer le potentiel de ces nouveaux outils, ainsi que leurs limites, pour du diagnostic de sources d’émission en air intérieur
Indoor atmospheres are rich in volatile organic compounds (VOC), with indoor concentrations 2 to 10 times higher than outdoor concentrations. Even though indoor pollution is a sanitary topical issue, the wide diversity of VOC sources and the lack of tools for the measurement in-situ of the emissions from materials make difficult the application of strategies of VOC concentration reduction.The main objectives of this thesis were to develop, to qualify and to use passive samplers into different type of buildings in order to demonstrate the potential of these cheap tools for (i) the measurement in-situ of VOC emissions and (ii) the evaluation of strategies of VOC concentration reduction. The first part of this work allowed the development and the qualification of three passives samplers for the measurement of the emissions of aldehydes (formaldehyde and acetaldehyde) and aromatic compounds (BTEX, styrene and 1,2,4-trimethylbenzene). Analytical performances are adequate for a in-situ application. In a second part, the deployment of these samplers in accommodations and schools allowed to show the potential and limits of these tools for emissions sources diagnosis in indoor environments

Les atmosphères intérieures sont particulièrement riches en Composés Organiques Volatils (COV), avec des concentrations 2 à 10 fois supérieures à celles mesurées à l’extérieur. Bien que cette pollution représente un enjeu sanitaire majeur, la grande diversité des sources de COV impliquées et le manque d’outils pour la mesure in-situ des émissions de matériaux de construction rendent la mise en place de stratégies d’amélioration de la qualité de l’air intérieur difficile. L’objectif principal de cette thèse a été de développer, de qualifier et d'utiliser des préleveurs passifs dans différents types de bâtiments afin de démontrer le potentiel de ces outils peu coûteux pour (i) la mesure in-situ des émissions en COV et (ii) l’évaluation de stratégies de réduction de cette pollution. La première partie de ce travail a permis le développement et la qualification de trois préleveurs passifs pour la mesure des émissions d’aldéhydes (formaldéhyde et acétaldéhyde) et de composés aromatiques (BTEX, styrène et 1,2,4-triméthylbenzène). Les performances analytiques sont apparues suffisantes pour une application in-situ. Dans une seconde partie, le déploiement de ces préleveurs au sein de logements et d'établissements scolaires a permis de montrer le potentiel de ces nouveaux outils, ainsi que leurs limites, pour du diagnostic de sources d’émission en air intérieur
Indoor atmospheres are rich in volatile organic compounds (VOC), with indoor concentrations 2 to 10 times higher than outdoor concentrations. Even though indoor pollution is a sanitary topical issue, the wide diversity of VOC sources and the lack of tools for the measurement in-situ of the emissions from materials make difficult the application of strategies of VOC concentration reduction.The main objectives of this thesis were to develop, to qualify and to use passive samplers into different type of buildings in order to demonstrate the potential of these cheap tools for (i) the measurement in-situ of VOC emissions and (ii) the evaluation of strategies of VOC concentration reduction. The first part of this work allowed the development and the qualification of three passives samplers for the measurement of the emissions of aldehydes (formaldehyde and acetaldehyde) and aromatic compounds (BTEX, styrene and 1,2,4-trimethylbenzene). Analytical performances are adequate for a in-situ application. In a second part, the deployment of these samplers in accommodations and schools allowed to show the potential and limits of these tools for emissions sources diagnosis in indoor environments

L’apparition de maladies chez les occupants d’environnements « moisis » a été très largement décrite dans la littérature. Les effets sur la santé des moisissures et métabolites associés sont nombreux : infections, allergies, toxi-infections, irritations. La prévalence et la sévérité des maladies déclarées chez l’enfant et l’adulte semblent corrélées avec une augmentation des surfaces contaminées dans l’habitat. Cependant, la caractérisation de l’exposition des personnes reste méconnue. L’objet du travail de thèse a essentiellement porté sur le développement de méthodes d’analyse de la qualité microbiologique des milieux, la définition et la validation d’indicateurs de surveillance de cette qualité. Ainsi, cette recherche a porté à la fois sur le développement et l'amélioration des techniques de prélèvement mais également sur la mise au point et l'adaptation de méthodes de dosage et de reconnaissance indirecte, basées en particulier sur la recherche des produits du métabolisme (COV spécifiques) ou de constituants cellulaires spécifiques (Ergostérol, mycotoxines). L’étude des COV d’origine fongique a permis de définir une liste de 18 traceurs chimiques pertinents associés à un développement fongique. A partir de l’étude de ces composés, nous avons établi un indice de contamination fongique des locaux. Des prélèvements in situ réalisés dans 12 habitations ont permis la validation de cet indice. Par ailleurs, une méthodologie originale de quantification de l’exposition aux moisissures par l’évaluation de la biomasse et des mycotoxines aéroportées a été proposée. Le taux de transfert matériau-air d’une mycotoxine (la stérigmatocystine) a également été étudié
Disease occurrence in mouldy environments is very widely described in the literature. Health effects of moulds and associated metabolites are numerous: infection, allergy, toxi-infection, irritations. Prevalence and severity of declared diseases in the childs and adults seem correlated with an increase of indoor contaminated surfaces. However, the characterization of occupant exposure remains underestimated. The object of this work is essentially focused on the development of analytical methods to determine microbiological indoor quality, the definition and validation of survey indicators. This research is thus both aimed at the development and improvement of sampling techniques and also on the conception and adaptation of direct and indirect measurements methods of metabolism products ( Specific VOC) or of specific cellular components (Ergosterol, mycotoxins). The study of VOC of fungus origin enabled the definition of relevant chemical tracers associated with fungus development. >From these compounds, we established an index of fungus contamination in the indoor environments. Samplings realized in 12 houses allowed the validation of this index. Besides, an original methodology of quantification of mould exposure was proposed taking into account the evaluation of biomass and airborne mycotoxins. The transfer rate of material-air of a mycotoxin (the sterigmatocystin) was also studied

Biocontaminants courants des locaux, les moisissures sont responsables de maladies et peuvent dégrader les supports colonisés. Notre objectif est d’étudier les phénomènes régissant la colonisation, par les moisissures, des produits de construction, identifiés comme sources majeures de contamination fongique dans les locaux. Pour ce faire, des outils ont été développés pour contaminer les supports par un aérosol fongique et suivre son comportement sur les substrats. Des souches souvent isolées dans les locaux et responsables de maladies ont été utilisées. L’étude de la fixation de ces microorganismes sur des surfaces inertes a montré l’importance de l’hydrophobicité des supports sur le degré d’adhésion des bioaérosols. Concernant la croissance, nous avons montré l’existence d’une relation entre la colonisation et la composition des substrats. In fine, les essais réalisés et les outils développés, ont abouti à une classification des produits selon leur vulnérabilité face aux moisissures
Fungi are common indoors biocontaminants. Many studies have clearly shown that mould growth coincides with the appearance of respiratory tract diseases and can damage a damage of materials. Building materials have been identified as the main source of fungi in doors. In this context, our objective is the characterization of the environmental phenomenon governing the fungal building materials colonization. For this study we developed many tools to contaminate surfaces and evaluate the fungal behavior on substrates. The stud of adhesion of fungal aerosols showed the importance of the surface hydrophobicity on the degree of bioadhesion. About the growth. Ve showed that the colonization degree depends on the substrates composition. In particular flic values of the ratio C/N and pH. In fine. Our tests and the developed tools allowed the creation of an evaluation procedure based on the vulnerability of materials towards fungal contamination

Les moisissures sont des biocontaminants courants des environnements intérieurs causant la biodégradation des matériaux qu'ils colonisent et favorisant l'apparition de diverses pathologies, notamment respiratoires telles que des allergies, des infections ou des toxi-infections.En raison de ces impacts, la maîtrise de la contamination fongique constitue une préoccupation majeure pour des secteurs aussi divers que les industries agro-alimentaires, pharmaceutiques, les hôpitaux ou encore les établissements patrimoniaux. Actuellement, les techniques utilisées pour surveiller ces environnements sensibles reposent sur la mesure de particules biologiques en suspension dans l'air émises après sporulation des moisissures. Afin de prévenir les effets de la prolifération de moisissures, le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) a développé un indice de contamination fongique basé sur la détection de Composés Organiques Volatils (COV) spécifiques émis dès le début de cette croissance microbienne avant même l'émission dans l'air de particules délétères (Moularat, Robine et al. 2008; Moularat, Robine et al. 2008). Cet outil, breveté en 2007 (Moularat 2007), a été employé lors de différentes campagnes de mesures dans l'habitat, les bureaux, les écoles, les crèches, les musées…(Moularat, Derbez et al. 2008; Joblin, Moularat et al. 2010; Moularat, Hulin et al. 2011; Hulin, Moularat et al. 2012). Depuis le CSTB a élaboré un prototype de balise de surveillance intégrant cet indice et constitué de capteurs gaz à base de Polymères Conducteurs Electroniques (PCE), en collaboration avec l'ESIEE Paris (l'Ecole d'Ingénieurs de la Chambre de Commerce et d'Industrie de Paris) (pour la balise) et le Laboratoire de Physico-chimie des Polymères et des Interfaces (LPPI) (pour les PCE). Ainsi des capteurs à base de polypyrrole (PPy) et de Poly-(3,4-éthylènedioxythiophène)-poly(styrènesulfonate) (PEDOT-PSS) ont permis de différencier un environnement contaminé d'un environnement sain. Si ces couches sensibles se sont montrées efficaces pour la détection par l'identification d'une empreinte globale de COV d'origine fongique, elles ne s'avèrent pas encore suffisamment sélectives pour réaliser l'identification de chaque COV, indispensable pour le calcul de l'indice.Dans le cadre de la surveillance de la qualité microbiologique de l'air des environnements intérieurs, cette thèse a pour ambition de prolonger ces travaux en étudiant les mécanismes d'interaction entre COV et PCE en vue de l'application au développement de micro-capteurs chimiques adaptés à la mesure in situ. Cette recherche implique à la fois l'optimisation de la sensibilité et de la sélectivité de ces polymères et le développement d'une matrice de capteurs.Le premier aspect de cette étude a consisté à synthétiser de nouveaux PCE, plus spécifiques sur la base de ceux identifiés comme pertinents lors de la thèse de Joblin en 2011. Ainsi, des polymères, à base de pyrrole fonctionnalisés en position 1 et 3, ont été synthétisés par voie électrochimique. Le PEDOT-PSS, polymère commercial (sous forme de suspension dans l'eau), a, quant-à-lui, été conditionné par différents traitements thermiques.Le second aspect a porté sur l'étude de l'influence de l'exposition des COV à ces PCE sur leurs propriétés physico-chimiques. Ainsi, des caractérisations morphologiques, électrochimiques, optiques ainsi que la variation des propriétés de surface ont permis de mettre en évidence des interactions faibles, en général de type van der Waals ou par liaison hydrogène, entre COV et PCE.Enfin, le dernier aspect a porté sur l'étude expérimentale de la réponse des capteurs en contact avec différents COV issus ou non du métabolisme fongique. Cette dernière étape a permis de vérifier les hypothèses de mécanismes d'interaction. Par ailleurs, la spécificité de la matrice de capteurs vis-à-vis des composés fongiques a été démontrée. Cette matrice de capteurs a également permis d'obtenir des signatures spéci
Conducting polymers can be used as active materials of sensing devices that find application in different areas, such as quality control of products in industries such as food and beverage, cosmetics and solvents, in the monitoring of air quality for environmental and safety purposes, and as an auxiliary tool in the diagnosis of diseases. In spite of this, as a general rule, the details of the prevailing interactions of the volatile compounds and the polymer are not well understood. For this reason, we have focused the work of this thesis on the characterization of the interactions between vapors of volatile organic compounds and thin films of conducting polymers. These films, that were the active components of the sensors, were prepared atop of different geometry of interdigitated electrodes via electropolymerization, where several preparation parameters (such as doping agents nature and concentrations, monomer nature, thermal annealing) were observed to assure an homogeneous growth of the polymeric film. Several characterizations such as electrochemical studies, AFM observations and UV-VIS-NIR spectra studies were used to obtain detailed information about the interaction mechanisms between VOC and conducting polymers. We have also measured the contact angle of water, formamide and diiodomethane deposited on the surface of the polymeric films to evaluate surface free energy (and its acid-base and dispersive components). The selectivity and sensitivity of the polymeric sensors when exposed to different volatile organic compounds (VOCs) have shown to be dependent not only of the properties of the analyzed VOC but also on the nature of the counter-ion used to dope the polypyrrole film. As a final conclusion, we can say that as a result of this work it becomes possible to optimize the design of an arrangement of sensors such that both a better sensitivity and a better selectivity sensitivity to a given chemical environment can be achieved

Étant de plus en plus isolés, les bâtiments très performants sont très sensibles aux apports solaires transmis par les vitrages ainsi qu'aux apports internes. Dans ce contexte, l'inertie thermique peut être utile en stockant l'énergie excédentaire et en réduisant les variations de température, améliorant ainsi le confort thermique.Évaluer la performance énergétique, environnementale et le confort thermique des bâtiments nécessite des outils de simulation thermique dynamique (STD) fiables. Historiquement, les modélisateurs ont essayé de trouver un compromis approprié entre précision et efficacité. Des hypothèses simplificatrices ont alors été intégrées dans les outils STD et ont un lien étroit avec l'inertie thermique. La validité de telles hypothèses, notamment la globalisation des échanges convectifs et radiatifs GLO intérieurs, ou la distribution forfaitaire des apports solaires transmis par les vitrages nécessitent particulièrement d'être remises en questions dans le contexte des bâtiments très isolés.Ainsi, un modèle découplant les échanges convectifs et radiatifs GLO ainsi qu'un modèle de suivi de la tache solaire (modèles détaillés) ont été implémentés dans une plateforme de simulation mettant en œuvre l'analyse modale et une discrétisation par volumes finis.Une première comparaison entre les modèles détaillés et simplifiés a été réalisée sur des cas d'études du "BESTEST", intégrant aussi des résultats d'outils STD de référence au niveau international (EnergyPlus, ESP-r, TRNSYS). Un travail similaire a été réalisé sur le cas d'une maison passive instrumentée (plateforme INCAS à Chambéry) en utilisant des techniques d'analyses d'incertitudes et de sensibilité.Les résultats montrent qu'une tendance à la baisse concernant les besoins de chauffage et de refroidissement existe en ce qui concerne les modèles détaillés considérés ici. D'autre part, il semble que ces modèles détaillés ne contribuent pas à diminuer significativement les écarts entre les simulations et les mesures.

Le Virus Respiratoire Syncytial (VRS) est une des causes les plus fréquentes d'infections respiratoires chez l'enfant. Actuellement les mécanismes de transmission, notamment la part des aérosols, ne sont pas connus. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail a porté sur l'étude de l'aérobiocontamination virale des espaces clos. Ainsi, cette recherche a concerné l'étude en laboratoire de l'infectivité du VRS sous forme d'aérosols, la caractérisation des émissions trachéobronchiques ainsi que la recherche d'aérosols de VRS dans différents environnements intérieurs. L'étude d'un aérosol de Virus Respiratoire Syncytial en laboratoire a montré une baisse notable du pouvoir infectieux dans une ambiance humide. Cependant l’approche cinétique montre que l’impact de l'humidité relative peut se révéler très différent selon l’âge de l’aérosol. L'étude des émissions trachéobronchiques, réalisée sur un panel de 81 volontaires, symptomatiques et asymptomatiques, a mis en évidence la proportion importante de particules fines et ultrafines dans ces émissions. De plus, il a été montré que les asymptomatiques ont tendance à émettre moins de particules que les symptomatiques et qu'il n'existe pas de distribution en taille spécifique d'un groupe ou l'autre. Enfin, la recherche d'aérosols de VRS dans les environnements intérieurs a été effectuée à l'aide d'un préleveur cyclonique à haut débit au sein d'un hôpital et d'établissements recevant des enfants. Au total 14 prélèvements ont été effectués et associés à des analyses PCR. Ces prélèvements n'ont pas mis en évidence la présence de virus respiratoires aéroportés dans ces environnements
Respiratory Syncytial Virus (RSV) is a leading cause of respiratory infections in infants. However, the mechanisms involved in the transmission of the disease are not well known. Therefore, the aim of the present study is to study the viral aerocontamination of indoor environments. This research is thus aimed at the study in laboratory of the survival of RSV aerosol, at the characterization of the particles size of exhaled respiratory aerosols and at the research of these RSV aerosols in various indoor environments. The laboratory study of a RSV aerosol revealed a decrease of its infectivity in a humid atmosphere. However, it appeared that the humidity's impact could be different according to the age of the aerosol. The study of exhaled respiratory aerosol made with 81 volunteers, with or without symptom, showed the important proportion of fine and ultra fine particles. Moreover, it has been shown that volunteers without symptom emit fewer particles than individuals with symptoms. Also, this work highlighted the fact that there is not a specific size distribution considering these emissions. Lastly, the research of RSV aerosols in indoor environments has been done using a high flow cyclone sampler in a hospital and various institutions. Fourteen samplings were done, associated with PCR analyses. These samplings did not permit to detect respiratory airborne viruses

L’exposition aux aérosols microbiologiques présents dans les environnements clos est susceptible de provoquer, chez les occupants, diverses pathologies telles que des infections, des toxi-infections et des allergies. Pour s’en prémunir, diverses stratégies passant notamment par l’emploi de dispositifs épurateurs d’air, ont été développées et commercialisées par les industriels de la ventilation et du traitement de l’air. Cependant, à ce jour, aucune méthodologie d’évaluation y compris normative ne permet d’évaluer la pertinence de ces stratégies. Ce travail de recherche se propose, d’une part, d’appréhender le devenir des aérosols microbiologiques au sein des espaces clos : de la source à l’individu exposé, en explorant le rôle de la ventilation dans ce transport et, d’autre part, d’explorer le gain apporté par les nouvelles technologies de traitement microbiologique de l’air sur l’exposition des occupants. Pour ce dernier point de l’étude, une démarche globale d’évaluation en 3 volets a été adoptée avec l’étude de l’efficacité du ou des principes d’épuration mis en oeuvre, la détermination du rendement intrinsèque en condition dynamique de ces systèmes et l’évaluation du gain apporté par ces derniers sur l’exposition des occupants. Les travaux menés avec les dispositifs épurateurs (filtration et photocatalyse) ont montré que les efficacités intrinsèques des systèmes ne permettent pas de préjuger de leur gain vis-à-vis du niveau de l’exposition des individus lorsqu’ils sont mis en oeuvre en environnement intérieur. Les résultats obtenus ont également mis en évidence que la prise en compte des flux aérauliques et du transport des particules induit par la ventilation et le dispositif épurateur est indispensable à la définition d’une stratégie cohérente de traitement d’air
Exposure to bioaerosols in indoor environments is associated with a wide range of adverse effects on health including infectious diseases, acute toxic effects and allergies. In order to guard against this phenomenon, the ventilation and air treatment industry has developed and marketed many air control strategies. However, at present, there is no methodology adapted to the evaluation of the relevance of these strategies. The aim of this research work was to characterize, in a first time, the progress of microbiological aerosol from the original source, to their eventual inhalation by person exposed, considering their dissemination through the indoor environments. Secondly, the work consisted of determining the efficiency of air cleaner devices applied to control indoor air quality. For this point, a global approach of evaluation in 3 steps was adopted, consisting of studying the efficiency of the epuration principle implemented, determining the intrinsic performance of the systems in dynamic conditions and their impact on the exposure level of the exposed persons. The tests carried out with air cleaner devices (filtration and photocatalysis) have shown that the intrinsic performance wasn’t able to estimate the beneficial impact of these systems on the exposure level of people when there were applied in indoor environments. So the intrinsic performance of devices is not the single impact factor, the airflow promoted by the device is also a factor to consider. Moreover, the characterization of indoor airflows and airborne particles transport is essential to define a coherent strategy of air treatment

Cette recherche étudie la perception de la qualité de vie (QV) et de la qualité de l'environnement intérieur (QEI) du point de vue des occupants d’espaces de travail certifiés « durables » selon le système d'énergie et de conception environnementale (LEED) et des occupants des immeubles de bureaux conventionnels. Dans cette étude, la QV est définie en termes de santé perçue, confort, et productivité. La qualité des environnements intérieurs est importante, car les gens passent la majorité de leur vie à l'intérieur des immeubles et, dans notre société contemporaine, plus de ce temps est passé dans des espaces de travail, tels que les espaces de bureaux. Les préoccupations grandissantes pour la durabilité des espaces de vie et la prise de conscience des effets négatifs que des bâtiments peuvent avoir sur les occupants font émerger les constructions dites ‘vertes’ comme étant des alternatives plus durables. LEED est le système d’accréditation le plus populaire de nos jours en Amérique du Nord qui évalue les bâtiments verts en terme de leur performance environnementale. Toutefois, la revue de littérature indique que des occupants des édifices de bureaux certifiés LEED ne sont pas toujours satisfaits avec la QEI. Les bâtiments certifiés LEED sont en effet uniquement évalués selon des critères techniques de performance. Pourtant, il y peut avoir des écarts entre les performances mesurées et celles perçues par les occupants. Cela soulève la question suivante: à quel point les bâtiments construits selon les critères LEED prennent-ils en compte la qualité de vie (QoL) et les facteurs humains dans l’évaluation des espaces de travail ? Cette recherche a donc pour but de proposer un nouveau cadre qui prend en considération non seulement des facteurs durables, mais aussi humains pour évaluer les environnements de travail. Cette recherche utilise une approche mixte – quantitative et qualitative – en trois phases afin d’étudier de manière approfondie la perception de la qualité de vie des occupants de deux bâtiments certifiés LEED et d’un immeuble de bureaux conventionnel. La phase I est dédiée à l’observation des environnements de travail et la documentation des traces d’interaction entre l’utilisateur et l’espace. La phase II est dédiée aux entrevues permettant aux participants de décrire leur expérience de la QV et les facteurs de la QEI qui façonnent leur expérience. Ils nous aident aussi à identifier les éléments constitutifs d'un environnement humain de travail. Parallèlement, des questionnaires aident à comprendre la relation entre la qualité de vie perçue par les occupants et les facteurs de QEI dérivés de la littérature. À l’aide de groupes de discussion, menés lors de la phase III, nous cherchons à valider les résultats préliminaires. Les données sont ensuite analysées séparément en utilisant la ‘triangulation’ afin d’interpréter et corroborer les résultats. Cette étude compare les expériences des espaces de travail « verts » et « conventionnels » et révèle 32 facteurs (30 facteurs QEI et deux autres) qui peuvent affecter de manière significative l'expérience des édifices de bureaux. De plus, des éléments constitutifs d'un environnement de travail humain du point de vue des occupants ont été identifiés. Ceux-ci nous permettent donc de mettre au point un nouveau cadre global, intégrant des critères humains pour évaluer la QEI dans des environnements de travail durables. Ce cadre met en relation la QEI des environnements de travail et la QV des occupants en tant que système environnement-comportement.
This research studies perceived Quality of Life (QoL) and Indoor Environmental Quality (IEQ) of occupants’ in the work environments of sustainable office buildings certified under the Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) system (green buildings) and in conventional office buildings. QoL is defined in this research in terms of perceived health, comfort, and productivity. The quality of indoor environments is important because people spend most of their time inside buildings, and in contemporary society, much of the time spent in work environments is in office buildings. In this era of growing concerns about sustainability and the increased awareness of buildings’ negative impacts on occupants, green buildings have been promoted as sustainable solutions to these issues. LEED is the most popular rating system for measuring the performance of green buildings in North America. However, the literature review indicates that there are user complaints about the IEQ of LEED-certified office buildings. LEED-certified buildings are assessed based on technical measures of building performance. This assessment way may create a gap between measured and perceived performance from the user perspective. This raises the question of whether buildings certified with the LEED criteria are humane from the QoL experience of occupants in office buildings. Hence, this research is therefore to propose a new framework that takes into account not only sustainable but also humane factors for evaluating work environments. The study uses a mixed-methods approach – using both quantitative and qualitative methods and proceeds in three phases to comprehensively study occupants’ perceived QoL experience in two LEED and one conventional office building. Phase I uses observations to document the physical work environment and users’ behavioral interactions with the environment. Phase II uses interviews to describe the occupants’ QoL experience, explore the possible IEQ factors shaping their QoL, and to define the constructs of a humane work environment. Questionnaires were distributed concurrently to measure the relationship between occupants’ perceived QoL and IEQ factors that are derived from the literature. Phase III uses focus groups to converge and focus the results of the study. The results are analyzed separately and triangulated using an integrative mixed-methods analysis to interpret, corroborate, conclude, and increase the validation of the findings. The study compared occupants’ perceived QoL in «green» and «conventional» office buildings and revealed 32 quality factors (30 IEQ factors and two others) that influence the QoL experience in office work environments. Also the constructs of what composes a humane work environment based on occupants’ viewpoints have been identified. A new comprehensive, sustainable, and humane framework for assessing IEQ in work environments is developed. This framework guides the relationship between IEQ in work environments and occupants’ QoL as an environment-behavior system.