# Niveaux de particules dans les environnements intérieurs en France

## Particle levels in French indoor environments

Olivier RAMALHO, Jean-Paul LUCAS, Corinne MANDIN, Mickael DERBEZ, Séverine KIRCHNER(1)

### Résumé

L'état des connaissances actuelles sur les niveaux de particules dans les différents environnements intérieurs est présenté au niveau de la France. La contribution des sources intérieures et extérieures est variable selon l'environnement et la taille des particules considérés. Il est nécessaire de développer des études pour combler le manque de connaissances sur la pollution particulaire dans les écoles et les bureaux, sur la caractérisation de la phase organique des particules des environnements intérieurs et sur les moyens à mettre en œuvre pour se protéger des particules fines provenant de l'extérieur tout en assurant une ventilation suffisante des locaux.

### Mots-clés

Air intérieur, PM<sub>2.5</sub>, PM<sub>10</sub>, logement, école, bureau.

### Introduction

Nous vivons dans un monde de particules. Il n'est pas un environnement qui en soit dépourvu. L'environnement intérieur pourrait être considéré comme un abri. Mais la présence de sources de particules à l'intérieur, tout comme le transfert de celles provenant de l'extérieur, font que la concentration de matière particulaire en suspension dans l'air y est souvent très élevée.

La synthèse présentée ici cherche à mettre à jour l'état des connaissances sur les niveaux de particules dans les environnements intérieurs en France, initié notamment par Mosqueron et al. [2002], et plus récemment par l'Agence Nationale de Sécurité Sanitaire de l'Alimentation, de l'Environnement et du Travail (ANSES) en 2009.

Pour réaliser cette synthèse, nous nous sommes focalisés sur les études menées en France et qui ont mesuré les particules dans un grand nombre de locaux (40 ou plus). D'autres études de taille plus modeste sont disponibles, mais la disparité des méthodes de prélèvement et des durées d'intégration ne permettent pas de rassembler les données pour en avoir une vision globale. Par ailleurs, les ambiان-

ces de travail (en dehors des bureaux) présentent des situations d'exposition particulières et ne sont par conséquent pas abordées ici.

### Mesure des particules dans les environnements intérieurs

La mesure des particules dans les environnements intérieurs durant l'occupation des locaux reste encore aujourd'hui très difficile à réaliser. En effet, elle nécessite un prélèvement actif à un débit contrôlé quelle que soit la perte de charge. De plus, la mesure doit être des plus silencieuses, la moins encombrante possible pour ne pas perturber l'occupant. Certains compteurs optiques répondent à ces spécifications, mais ils renseignent la concentration en nombre de particules. Il est possible à partir de ces données d'estimer la concentration massique de la fraction PM<sub>2.5</sub> ou PM<sub>10</sub>, mais ce calcul est sujet à controverse, car il peut varier selon le type de compteur utilisé et la nature de l'aérosol étudié. La méthode gravimétrique reste la méthode de référence, bien qu'elle soit plus difficile à mettre en œuvre.

<footnote>(1) Université Paris-Est, Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, division Santé, 84 av. Jean Jaurès BP2, 77447 Marne-la-Vallée Cedex 2, France.</footnote>
PARTICULES

Tableau I.

Niveaux de particules mesurés dans les logements français pendant la campagne nationale sur la qualité de l'air (2003-2005). De P5 à P95 : du 5e au 95e percentile.

Measured particle levels in French dwellings
during the indoor air quality national survey (2003-2005).
P5 to P95: 5th to 95th percentile.

<table><thead><tr><th rowspan="2"></th><th colspan="2">Concentration (µg.m<sup>-3</sup>)</th><th colspan="2">Moyenne horaire (cm<sup>-3</sup>)</th><th colspan="2">Max horaire (cm<sup>-3</sup>)</th></tr><tr><th>PM<sub>10</sub></th><th>PM<sub>2.5</sub></th><th>[0,01 - 1 µm] x1000</th><th>[0,3 - 20 µm] x1000</th><th>[0,01 - 1 µm] x1000</th><th>[0,3 - 20 µm] x1000</th></tr></thead><tbody><tr><td>Moyenne</td><td>53.6</td><td>37.1</td><td>20.3</td><td>116</td><td>45.2</td><td>1414</td></tr><tr><td>Écart type</td><td>64.1</td><td>51.9</td><td>16.7</td><td>125</td><td>42.6</td><td>1645</td></tr><tr><td>N (logements)</td><td>297</td><td>290</td><td>11</td><td>20</td><td>11</td><td>20</td></tr><tr><td>P5</td><td>14.2</td><td>9.5</td><td>5.7</td><td>36</td><td>15.3</td><td>177</td></tr><tr><td>P10</td><td>17.0</td><td>10.7</td><td>5.8</td><td>37</td><td>15.4</td><td>322</td></tr><tr><td>P25</td><td>22.0</td><td>14.0</td><td>10.0</td><td>46</td><td>16.3</td><td>398</td></tr><tr><td>P50 (Médiane)</td><td>31.3</td><td>19.1</td><td>15.3</td><td>62</td><td>23.3</td><td>505</td></tr><tr><td>P75</td><td>56.8</td><td>35.4</td><td>24.4</td><td>115</td><td>63.9</td><td>1845</td></tr><tr><td>P90</td><td>105</td><td>69.0</td><td>29.1</td><td>351</td><td>70.8</td><td>4175</td></tr><tr><td>P95</td><td>182</td><td>134</td><td>46.8</td><td>411</td><td>113</td><td>4366</td></tr></tbody></table>

Niveaux de particules dans les logements en
France

Mis à part les mesures de fumées noires ou de particules totales en suspension, les premières mesures de la fraction massique PM<sub>2.5</sub> ou PM<sub>10</sub> réalisées dans les logements datent de la fin des années 90. De décembre 1999 à septembre 2000, des mesures de la fraction PM<sub>2.5</sub> ont été menées dans le séjour de 55 logements durant le temps de présence des occupants sur une journée [Mosqueron et al., 2001]. Les résultats variaient de 5 à 106 µg/m<sup>3</sup> avec une concentration moyenne de 25 ± 14 µg/m<sup>3</sup> (médiane = 23 µg/m<sup>3</sup>). Entre 1999 et 2001, des mesures de la fraction PM<sub>2.5</sub> ont été menées sur 48 heures dans 44 logements de 5 villes françaises (Paris, Grenoble, Toulouse, Nice, Clermont-Ferrand) dans le cadre de l'étude VESTA [Zmirou et al., 2002]. Le niveau moyen était de 22,5 µg/m<sup>3</sup> (écart-type de 18,2 µg/m<sup>3</sup>).

La principale source de données reste aujourd'hui la campagne nationale logements menée par l'Observatoire de la Qualité de l'Air Intérieur (OQAI) dans 567 logements entre septembre 2003 et décembre 2005 [Kirchner et al., 2007]. Des mesures réalisées dans le séjour des fractions PM<sub>2.5</sub> et PM<sub>10</sub> ont été intégrées sur 7 jours durant les périodes d'occupation (de 17 h à 8 h les jours ouvrés et 24 heures sur 24 le week-end). Des mesures en nombre ont également été réalisées dans un sous-échantillon de logement sur 7 jours pour les particules de 0,3 à 20 µm de diamètre et sur une soirée pour les particules de 0,01 à 1 µm. Les résultats sont présentés dans le Tableau I.

Des données valides ont été obtenues pour près de 300 logements, soit à peine plus de 50 %. Les

principales sources d'invalidité des données étaient liées au contrôle des débits, à la panne des instruments, et au refus de l'occupant. En moyenne, les niveaux observés en considérant uniquement l'occupation des locaux sont supérieurs aux campagnes de mesure précédentes.

Pour pallier l'absence de mesures extérieures, les données des réseaux de surveillance (en sélectionnant les stations de fond les plus proches) ont été utilisées pour calculer le rapport entre la concentration intérieure et extérieure [Letinois & Malherbe, 2010]. Les données extérieures ont été intégrées en fonction des durées d'occupation. Les résultats sont présentés dans le tableau II, en distinguant les logements avec au moins un fumeur présent des autres. Le ratio entre les concentrations intérieures et extérieures (I/E) est plus élevé pour la fraction PM<sub>10</sub> par rapport à la fraction PM<sub>2.5</sub>. Il est également plus important au niveau des logements avec fumeurs.

Tableau II.

Ratios intérieur/extérieur (I/E) des niveaux de particules mesurés dans les logements français en fonction de la présence ou non d'au moins un fumeur.

Indoor/outdoor ratios (I/E) of measured particle levels in French dwellings according to the presence or absence of at least one smoker.

<table><thead><tr><th rowspan="2"></th><th colspan="2">Ratio I/E<br>(sans fumeurs)</th><th colspan="2">Ratio I/E<br>(avec fumeurs)</th></tr><tr><th>PM<sub>10</sub></th><th>PM<sub>2.5</sub></th><th>PM<sub>10</sub></th><th>PM<sub>2.5</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>Moyenne</td><td>2,0</td><td>1,6</td><td>3,2</td><td>3,2</td></tr><tr><td>N (logements)</td><td>183</td><td>141</td><td>282</td><td>221</td></tr><tr><td>P25</td><td>1,1</td><td>0,9</td><td>1,2</td><td>1,1</td></tr><tr><td>P50 (Médiane)</td><td>1,5</td><td>1,3</td><td>1,8</td><td>1,6</td></tr><tr><td>P95</td><td>4,3</td><td>3,3</td><td>11</td><td>13</td></tr></tbody></table>
La présence de fumeurs dans le logement a un impact significatif sur le niveau de particules (autant PM<sub>2.5</sub> que PM<sub>10</sub>). En présence d'un fumeur (figure 1), les niveaux mesurés augmentent en moyenne de 40 à 50 µg/m<sup>3</sup> par rapport aux logements sans aucun fumeur (moyenne de 19 et 33 µg/m<sup>3</sup> respectivement pour PM<sub>2.5</sub> et PM<sub>10</sub>). Sur la population de logements avec fumeurs, les niveaux de particules sont d'ailleurs très corrélés aux niveaux de monoxyde de carbone, d'acétaldéhyde et d'acroléine, de benzène, de styrène, d'éthylbenzène, de toluène et de xylènes (même lorsque ces niveaux sont corrigés du niveau extérieur).

Le niveau de particules ne dépend pas de la zone urbaine, périurbaine ou rurale du logement. Une variation saisonnière est observée (figure 2) avec un maximum à la fin de l'hiver (au mois de mars) et un minimum au cours de l'été (en août particulièrement). En ajustant par rapport à la présence de fumeurs dans le logement, une variation saisonnière est toujours observée, sauf pour la fraction PM₁₀ dans les logements sans fumeurs.

Une régression PLS (Partial Least Squares), enrichie d'une méthode itérative de sélection de variables et réalisée sur l'ensemble de la base de données, a permis de mettre en évidence d'autres facteurs qui contribuent à augmenter le niveau de particules (fractions PM<sub>2.5</sub> et PM<sub>10</sub>). Les facteurs identifiés en plus de la fumée de tabac sont entre autres : l'utilisation de bougies, d'encens ou de sprays durant la semaine d'enquête, l'ouverture de la fenêtre du séjour en période de chauffe, un taux de présence élevé des occupants dans le logement durant la semaine, une

utilisation fréquente de l'aspirateur, l'utilisation d'un chauffage d'appoint, l'utilisation d'un appareil à combustion non raccordé utilisant un combustible liquide, l'utilisation du gaz propane ou butane comme énergie pour la cuisine et la présence d'animaux domestiques autres que chat et chien. À l'inverse, la présence de moquettes au sol (pour la fraction PM₁₀), l'étanchéité du bâtiment et la période hors-chauffe contribuent à faire diminuer le niveau de particules dans le logement.

Enfin, l'enregistrement des particules en nombre a permis de mettre en évidence que les niveaux étaient les plus élevés dans le séjour lorsque le taux d'occupation du séjour était en général élevé et notamment en soirée entre 19 et 21 heures.

## Niveaux de particules dans les écoles

Les écoles ont fait assez peu l'objet d'études de grande envergure. L'étude ISAAC (International Study on Asthma and Allergies in Childhood) a mesuré la fraction PM<sub>2.5</sub> sur 24 heures dans 108 écoles (387 classes) de 6 villes françaises (Strasbourg, Créteil, Reims, Marseille, Bordeaux, Clermont-Ferrand) en 1999-2000 (Annesi-Maesano, 2008 et 2012). En 2010, l'OQAI a mené une étude pilote dans 17 écoles de l'agglomération de Clermont-Ferrand (51 classes) dans laquelle la fraction PM<sub>2.5</sub> a été mesurée du lundi au vendredi (sauf mercredi) durant les heures de présence des enfants (8 h 00-17 h 00) [Kirchner et al., 2011]. Les résultats de ces deux études sont présentés dans le tableau III.

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>Figure 1.</figcaption></figure>

Impact du nombre de fumeurs dans le logement sur le niveau de particules (fraction PM<sub>2.5</sub>) mesuré durant la semaine. (Effectifs de gauche à droite : 171, 25, 64, 26, 4). La valeur médiane est représentée par le trait intermédiaire dans le rectangle défini par le 25<sup>e</sup> et 75<sup>e</sup> percentile. La croix représente la moyenne arithmétique. Une distribution similaire est observée pour la fraction PM<sub>10</sub>.

Impact of the number of smokers in the dwelling on the measured PM<sub>2.5</sub> particle level during the week. (Number of dwellings from left to right: 171, 25, 64, 26, 4).

The median value is represented by the intermediate line in the box defined by the 25<sup>th</sup> and 75<sup>th</sup> percentile. The cross represents the arithmetic mean. A similar distribution is observed for the PM<sub>10</sub> fraction.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 2.</figcaption></figure>

Distribution des niveaux de particules (fraction PM<sub>2.5</sub>) à l'intérieur des logements selon le mois de mesure (janvier = 1). La valeur médiane est représentée par le trait intermédiaire dans le rectangle défini par le 25<sup>e</sup> et 75<sup>e</sup> percentile. La croix représente la moyenne arithmétique. Une distribution similaire est observée pour la fraction PM<sub>10</sub>.

Distribution of particle PM<sub>2.5</sub> concentration (fraction) in dwellings according to the month of measurement.

The median value is represented by the intermediate line in the box defined by the 25<sup>th</sup> and 75<sup>th</sup> percentile.

The cross represents the arithmetic mean. A similar distribution is observed for the PM<sub>10</sub> fraction.
<table><caption>Tableau III.
Niveaux de particules (fraction PM<sub>2.5</sub>) mesurés dans les écoles en France (de P5 à P95 : du 5<sup>e</sup> au 95<sup>e</sup> percentile).
Particle level (PM<sub>2.5</sub> fraction) measured in French schools. (P5 to P95: 5<sup>th</sup> to 95<sup>th</sup> percentile).</caption><thead><tr><th>Étude</th><th>ISAAC</th><th>OQAI / Étude pilote écoles</th></tr></thead><tbody><tr><td>Auteurs</td><td>Annesi-Maesano et al. (2008, 2012)</td><td>Kirchner et al. (2011)</td></tr><tr><td>Période</td><td>1999-2000</td><td>2010</td></tr><tr><td>Lieux</td><td>6 villes en France</td><td>Clermont-Ferrand</td></tr><tr><td>N classes</td><td>387 (108 écoles)</td><td>51 (17 écoles)</td><td>25 (17 écoles)</td></tr><tr><td>Critère</td><td>PM<sub>2.5</sub> (µg.m<sup>-3</sup>)</td><td>PM<sub>2.5</sub> (µg.m<sup>-3</sup>)</td><td>[0,3 – 1 µm]</td><td>[1 – 20 µm]</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td><td>Moyenne (cm<sup>-3</sup>)</td></tr><tr><td>Durée</td><td>24 h</td><td colspan="3">36 h d'occupation sur 4 jours</td></tr><tr><td>Moyenne</td><td>15 (20 durant occupation)</td><td>22</td><td>54</td><td>22</td></tr><tr><td>P5</td><td>8</td><td>13</td><td>23</td><td>1,8</td></tr><tr><td>P25</td><td>11</td><td>16</td><td>35</td><td>2,4</td></tr><tr><td>P50</td><td>16</td><td>20</td><td>41</td><td>3,1</td></tr><tr><td>P75</td><td>19</td><td>27</td><td>62</td><td>6,9</td></tr><tr><td>P95</td><td>28</td><td>35</td><td>117</td><td>86</td></tr></tbody></table>

Les deux études donnent des résultats comparables pour la fraction PM<sub>2.5</sub> en considérant la période d'occupation. Les niveaux mesurés sont également comparables à ceux observés dans les logements sans fumeurs. En l'absence de sources de combustion, la principale source de particules fines dans les écoles est l'air extérieur. Par contre, la concentration en nombre de grosses particules peut être jusqu'à 100 fois plus élevée durant l'occupation de la salle de classe du fait de la remise en suspension des particules [Blondeau et al., 2005]. Cela laisse supposer que le niveau de PM<sub>10</sub> pourrait être plus élevé que dans les logements sans fumeurs. Des récents travaux menés dans 3 écoles du Nord de la France tendent à confirmer cette hypothèse avec des niveaux hebdomadaires en phase d'occupation pour la fraction PM<sub>10</sub> compris entre 73 et 85 µg/m<sup>3</sup> avec des ratios I/E entre 1,7 et 2,5 [Tran et al., 2012]. Cette étude met d'ailleurs en avant que les éléments chimiques des particules proviendraient essentiellement de sources anthropiques extérieures. Néan-

moins, les sources intérieures de matière organique contribuent de manière importante à la concentration de PM<sub>10</sub> [Pegas et al., 2012].

## Niveaux de particules dans les bureaux

Depuis février 2007, il est strictement interdit de fumer sur le lieu de travail, y compris dans les bureaux individuels et collectifs. Les études françaises d'envergure qui couvrent la mesure des particules dans les bureaux sont antérieures à cette date. Les deux premières [Mouillesseaux et al. (1993) et Vincent et al. (1997)] ont mesuré la fraction PM<sub>8</sub> avec des niveaux en moyenne plus élevés que ceux de la fraction PM<sub>10</sub> dans les logements. La dernière [Mosqueron et al., 2001] a mesuré la fraction PM<sub>2.5</sub> durant l'occupation des bureaux sur 24 heures. Les niveaux sont du même ordre que ceux rencontrés dans les logements (incluant les fumeurs).

<caption>Tableau IV. Niveaux de particules mesurés dans les immeubles de bureaux en France (moyenne ± écart type ; VMC : ventilation mécanique contrôlée).</caption>

Particle level measured in French office buildings. (mean ± standard deviation, VMC: Fan assisted balanced ventilation).

<table><thead><tr><th>Étude</th><th>LHVP 1993</th><th>EDF</th><th>Franciliens PM<sub>2.5</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>Auteurs</td><td>Mouillesseaux et al. (1993)</td><td>Vincent et al. (1997)</td><td>Mosqueron et al. (2001)</td></tr><tr><td>Période</td><td>1986 - 1991</td><td>1992</td><td>1999-2000</td></tr><tr><td>Lieux</td><td>Paris</td><td>Paris</td><td>Paris</td></tr><tr><td>N immeubles</td><td>112 (374 bureaux)</td><td>3 (139 bureaux)</td><td>55 bureaux</td></tr><tr><td>Critère</td><td>PM<sub>8</sub> (µg.m<sup>-3</sup>)</td><td>PM<sub>8</sub> (µg.m<sup>-3</sup>)</td><td>PM<sub>2.5</sub> (µg.m<sup>-3</sup>)</td></tr><tr><td>Durée</td><td>Non renseignée</td><td>Non renseignée</td><td>24 h (occupation)</td></tr><tr><td>Moyenne</td><td>178 ± 150 (fumeurs)</td><td>136 ± 118 (sans système)</td><td>35 ± 39</td></tr><tr><td></td><td>81 ± 62 (non fumeurs)</td><td>148 ± 153 (air conditionné)</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>94 ± 113 (VMC)</td><td></td></tr><tr><td>Médiane</td><td>--</td><td>--</td><td>26</td></tr></tbody></table>
De nombreuses études ont fait état de l'émission de particules ultrafines par les imprimantes et photocopieurs [Salthammer et al., 2012], très variable selon le modèle et la vétusté du matériel. Néanmoins, à ce jour, aucune étude d'envergure n'a mesuré les particules ultrafines dans les bureaux en France. La prochaine campagne nationale dans les bureaux [Mandin et al., 2012] qui prévoit des mesures de particules ultrafines devrait combler ce manque.

## Autres environnements intérieurs

Peu d'études sont disponibles sur les locaux recevant du public. Ces études qui portent sur très peu de cas, montrent des niveaux voisins voire légèrement plus faibles par rapport aux logements [ANSES, 2009]. Quelques parkings souterrains couverts ont fait également l'objet de mesures de la fraction PM₁₀ avec des niveaux moyens entre 30 et 75 µg/m³ et des maxima horaires entre 100 et 200 µg/m³ [ANSES, 2007].

La qualité de l'air dans les transports a fait l'objet de plus d'attention notamment au travers d'une revue de synthèse réalisée par le Conseil Supérieur d'Hygiène Publique de France (CSHPF) en 2006 et dernièrement par l'Observatoire régional de santé en Ile-de-France [ORS-IDF, 2012]. Le niveau de la fraction PM₁₀ dans les enceintes souterraines de transport ferroviaire de plusieurs villes françaises se situe entre 18 et 479 µg/m³ en moyenne journalière et entre 188 et 469 µg/m³ en maximum horaire [ORS-IDF, 2012]. À Paris, le réseau de transport ferroviaire francilien fait l'objet d'un suivi de la qualité de l'air depuis 2007 dans trois stations par le réseau SQUALES (Surveillance de la Qualité de l'Air de l'Environnement Souterrain) mis en place par la RATP. En 2010, la fraction PM₁₀ pouvait atteindre selon les stations 202 µg/m³ en moyenne annuelle, 680 µg/m³ en maximale journalière et 1 284 en maximale horaire. Pour la fraction PM₂.₅ mesurée à la station Auber (RER), les niveaux étaient respectivement de 76, 305 et 626 µg/m³ en moyenne annuelle, maximale journalière et horaire.

## Conclusion

Les environnements intérieurs, notamment les écoles et les bureaux, souffrent d'un manque de

données concernant les particules, en particulier la fraction ultrafine. La difficulté de mise en place des instruments et leur coût représentent un frein à la mise en place d'études d'envergure. Une amélioration des moyens de mesure compatibles avec l'occupation pour les environnements intérieurs est nécessaire.

Les enceintes souterraines de transport ferroviaire présentent en moyenne les niveaux de particules les plus élevés. Il est toutefois nécessaire de considérer les temps passés dans chaque environnement pour pouvoir déterminer leur contribution respective.

Au niveau des logements, la fumée de tabac reste l'une des principales sources de particules. En l'absence de source de combustion, les particules fines à l'intérieur des locaux sont principalement d'origine extérieure. Par ailleurs, l'enveloppe du bâtiment tend à diminuer le transfert des grosses particules provenant de l'extérieur. Le niveau de celles-ci est d'ailleurs plus élevé durant les périodes d'occupation dans les logements et les écoles. Dès lors, les grosses particules proviennent essentiellement de l'intérieur par la remise en suspension de poussières préalablement déposées ou transportées par les occupants, ou encore directement de leurs activités.

Il est nécessaire de mieux caractériser la matière organique particulaire intérieure pour pouvoir déterminer la contribution des différentes sources. Et de manière plus générale, il est nécessaire de collecter plus d'informations sur les particules autrement qu'au travers des seules fractions massiques PM₂.₅ et PM₁₀.

La pollution particulaire extérieure jouant un rôle prépondérant à l'intérieur, les futures recherches devraient également être orientées vers les moyens à mettre en œuvre pour éviter d'être exposé chez soi, à l'école ou dans les bureaux, aux particules d'origine extérieure tout en assurant une ventilation suffisante des locaux.

Enfin, avec le besoin croissant d'améliorer les performances énergétiques, une nouvelle génération de bâtiments basse consommation commence à voir le jour avec des spécificités d'étanchéité et d'équipements différentes. Celles-ci pourraient modifier les contributions des sources intérieures de particules au regard de celles extérieures.

## References

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