Thèse Qualité de l'Air Intérieur dans les Bâtiments Bas Carbone dans un Contexte de Changement Climatique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés Laboratoire de recherche : LMDC - Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions de Toulouse Direction de la thèse : Julie HOT ORCID 0000000327806605 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 Le changement climatique n'affecte pas seulement la température et l'humidité, mais aussi la manière dont nous construisons et les matériaux utilisés. Les bâtiments à faible impact environnemental sont définis comme étant économes en énergie, respectueux de l'environnement et sains. Cependant, ce dernier point est souvent associé à la température, à l'humidité et aux taux de ventilation, et rarement aux niveaux de polluants intérieurs. Certains nouveaux matériaux peuvent émettre moins de COV, tandis que d'autres peuvent se comporter différemment sous l'effet de la chaleur ou de l'humidité. L'objectif principal de cette étude est donc d'évaluer comment le changement climatique - notamment la hausse des températures, l'augmentation de l'humidité et l'utilisation de nouveaux matériaux - affecte la qualité de l'air intérieur (QAI), en mettant l'accent sur les émissions de COV.
Pour mener une étude sur l'impact du changement climatique sur la QAI, deux aspects doivent être examinés conjointement : les nouveaux matériaux utilisés et la manière dont ces matériaux réagissent à des températures et humidités plus élevées. C'est ce que nous proposons dans cette thèse.
Cette étude sera menée à l'échelle du laboratoire et du bâtiment. Une analyse bibliographique sera d'abord réalisée sur les effets du changement climatique sur la QAI, sur la corrélation entre les émissions de COV et la température et l'humidité, ainsi que sur les matériaux utilisés dans les bâtiments actuels et (futurs) à faible impact environnemental. Deux bâtiments seront sélectionnés à Cardiff en fonction des matériaux utilisés, de manière à ce qu'ils soient représentatifs d'un bâtiment conventionnel et d'un bâtiment à faible empreinte carbone (à base de matériaux biosourcés) (la sélection dépendra également des relations entre l'université de Cardiff et les propriétaires/gestionnaires).
Les expériences à l'échelle du laboratoire nous aideront à comprendre et à caractériser les émissions de COV provenant des matériaux à différentes températures et humidités. Les matériaux traditionnels (ex. plaques de plâtre, parquets conventionnels) seront comparés à des alternatives plus respectueuses de l'environnement (ex. bois recyclé, isolants d'origine biologique). De plus, en testant des matériaux seuls ou combinés, nous observerons comment ils interagissent et influencent la QAI à des températures et humidités plus élevés. Les essais seront menés à l'échelle d'une cellule (350 ml, ISO 16000-10) et d'une chambre (50 l, ISO 16000-09), contenant des échantillons de matériaux, dans des conditions contrôlées. Les émissions de COV seront mesurées à l'aide de cartouches de prélèvement et/ou de capteurs spécifiques (commerciaux et développés par Materia Nova).
Les études à l'échelle des bâtiments permettront de déterminer comment ces émissions se comportent dans des conditions réelles, en tenant compte de la ventilation et d'autres facteurs. La température intérieure, l'humidité et les niveaux de COV seront mesurés dans diverses conditions météorologiques (ex. saisons). La surface de chaque matériau présent dans les pièces étudiées sera également évaluée afin d'établir des corrélations avec les essais en laboratoire.
Ces travaux de recherche sont innovants et importants pour la société. Alors que les bâtiments deviennent de plus en plus économes en énergie et que le changement climatique entraîne une hausse des températures et de l'humidité, il est essentiel de comprendre comment les nouveaux matériaux affectent la QAI afin de favoriser la santé et le bien-être en intérieur où nous passons entre 80 et 90% de notre temps. Les résultats obtenus pourraient orienter les architectes, ingénieurs et décideurs politiques dans le choix des matériaux et stratégies de ventilation, créant ainsi des environnements intérieurs plus sains. Ils contribueraient également à l'élaboration de nouvelles normes de construction visant à protéger la santé de la population face au changement climatique. The transition to buildings with a low environmental impact is driving the development of new building materials, particularly bio-based materials. However, reducing the carbon footprint of buildings must be considered in conjunction with indoor air quality (IAQ) issues. Indeed, building materials are significant sources of VOCs, whose emissions depend heavily on their nature and composition.
In the context of climate change, the increasing frequency and intensity of heat waves can alter the thermo-hygrometric conditions to which materials are subjected. However, temperature and relative humidity influence the mechanisms of VOC emission, diffusion, and sorption. These effects could be significant for bio-based materials, whose chemical composition and porous structure differ significantly from those of conventional materials.
Adapt a test bench and develop experimental procedures.
Characterize VOC emissions from various materials under varying temperature and humidity conditions at the laboratory and building scales.
Identify the mechanisms that control VOC release.
Correlate results from laboratory-scale and in situ tests.
Evaluate the performance of VOC sensors. The materials to be tested will be identified before the start of the experimental work and selected based on their representativeness with respect to the buildings under study.
The PhD student will develop an experimental procedure to monitor VOC emissions under various temperature and humidity conditions. The LMDC has an experimental set-up capable of evaluating VOC emissions at different relative humidity levels. To control the temperature, a heating element, such as a heating mat or a small ceramic heater, will be added to the system. This experimental development will be part of the thesis work program. Various temperatures and humidity levels, for example, 23°C, 30°C, and 35°C, with both low and high humidity, will be studied.
Cartridges will be used to collect VOCs according to a standard method. They will provide average concentrations over a given sampling period, rather than real-time variations. The kinetics - the speed and pattern of VOC emissions - will be determined using shorter sampling intervals and, for simplicity, real-time commercial VOC sensors and VOC sensors currently under development provided by Materia Nova (Mons, Belgium).
The in situ experimental conditions will be defined. In particular, measurement campaigns will be conducted under various weather conditions. The contribution of each material to the total VOC concentration in the air could be estimated by knowing the surface areas of each material and their emissions rates, which will be determined from laboratory results. A comparison of laboratory and in situ results will allow for a discussion of the validity of laboratory emission predictions, as well as the effect of other sources or building-related factors. Sensors will be used in conjunction with conventional air sampling methods.

Compétences requises dans les domaines suivants : matériaux de construction, matériaux bio-sourcés, qualité de l'air intérieur, émissions de COV, chimie analytique, caractérisation hygrothermique, physique du bâtiment et essais expérimentaux dans des conditions environnementales contrôlées.

Application link : https://edd-projets.utoulouse.fr/

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