Vers une métrologie olfactive de la qualité de l’airintérieur

Vers une métrologie olfactive de la qualité de
l’airintérieur

 Syndrome du Bâtiment Malsain

Toutes les pollutions de l’air intérieur contribuent à développer de manière concurrentielle ou synergique des symptômes divers (irritation des muqueuses, sensation de sécheresse, érythème de la peau, léthargie, maux de têtes, odeurs persistantes,…), rassemblés sous le terme générique de Syndrome des Bâtiments Malsains (SBS pour Sick Building Syndrome). Il ne doit pas être confondu avec les maladies liées aux bâtiments (BRI pour Building Related Illnesses), dont les causes quelquefois multiples sont connues et un diagnostic clinique établi (Berglund et coll., 1992; Sundell, 1994). Quelques travaux ont établi une corrélation significative entre un mélange choisi de 22 composés organiques volatils couramment rencontrés dans l’air intérieur et la fréquence d’apparition des symptômes (Mølhave et coll., 1991; Kjærgaard et coll., 1991). Le choix des composés est discutable étant donné qu’il ne prend pas en compte les espèces réactives difficilement mesurables. D’autres études épidémiologiques ont abouti à des résultats contradictoires et ne permettent pas de conclure à une corrélation entre la concentration en TVOC (composés organiques volatiles totaux) et l’apparition de symptômes (Sundell, 1994). Par contre, la différence de concentration en TVOC, entre l’intérieur de 29 bureaux et l’extérieur, a été associée à une augmentation de l’apparition des symptômes et de formaldéhyde (Sundell et coll., 1993), confirmant les résultats d’une étude effectuée entre deux écoles (Noma et coll., 1988). Les auteurs attribuent cette différence à la présence d’espèces réactives tels qu’aldéhydes et radicaux libres, transparentes aux méthodes analytiques classiques. Le manque de ventilation et la sensation de sécheresse (non attribuée à l’humidité ambiante) sont significativement corrélées avec la fréquence d’apparition des symptômes (Sundell, 1994; Sundell & Lindvall, 1993). Au niveau physiologique, trois hypothèses ont été avancées pour expliquer l’apparition des symptômes : une adaptation extrême des sens conduisant à une confusion dans l’interprétation Chapitre II : Les odeurs dans l’air intérieur 46 des signaux, une augmentation de la sensibilité de la population exposée ou encore la résultante des interactions multimodales entre stimuli subliminaires (Berglund et coll., 1984). L’origine psychogénique du SBS est écartée, mais des effets psychologiques diffus et nonspécifiques sont rapportés parmi les symptômes, non seulement dus à l’environnement physique mais également à la pression sociale (Jaakkola, 1998; Lahtinen et coll., 1998). L’âge, le fait de fumer et surtout le genre, sont également des facteurs déterminants dans l’apparition des symptômes (Mølhave et coll., 1991). La part de chaque cause physique ou sociologique reste encore inconnue et de nombreuses études tentent de déterminer la prédominance de l’une par rapport à l’autre. La tendance actuelle donne l’avantage aux facteurs psychosociologiques, sans pour autant négliger les facteurs physiques (Lahtinen et coll., 1998; Ohman & Eberly, 1998). Les symptômes rapportés dépendent de la nature des causes. Ainsi, des bâtiments présentant des problèmes de ventilation se caractérisent par des sensations de sécheresse et d’atmosphère étouffante et sont associés à des problèmes de fatigue générale, de maux de tête (Figure 12). Les bâtiments à problèmes d’émissions de matériaux sont liés à des odeurs désagréables et des symptômes d’irritation des muqueuses (Andersson, 1998). Figure 12 : Fréquence des plaintes liées aux facteurs environnementaux (en haut) et pourcentage de symptômes rapportés (en bas), dans un bâtiment présentant des problèmes de ventilation (à gauche) et un bâtiment caractérisé par des problèmes d’émissions de matériaux (à droite). Les valeurs de références liées à des bâtiments sans problèmes d’air intérieur sont en grisé. (Andersson, 1998). 

Signification des effets sensoriels

Tout excès représente une pollution potentielle. Un effet sensoriel intense peut-il être considéré comme une pollution ? Dans les bâtiments à problèmes, nombre de stimuli entraînent des effets sensoriels et nombre de symptômes sont rapportés, quelquefois attribués à la forte stimulation de nos sens. Ainsi, les nuisances olfactives ont été considérées comme les causes de différents symptômes, exacerbation, aversion vis-à-vis d’une odeur ou encore maladie due au stress (Cone & Shusterman, 1991; Shusterman, 1992). En fait, l’olfaction présente le temps de réaction le plus court pour une stimulation chimique (Laing & Mac Leod, 1992), ainsi que les limites de détection les plus basses. Cela est illustré dans le cas du sulfure d’hydrogène sur la Figure 13. Figure 13 : Niveaux de détection et de reconnaissance olfactive, de gêne et d’irritation du sulfure d’hydrogène (Shusterman, 1992). Application possible à tous les composés de manière générale. La modalité olfactive représente le seul système de détection et de prévention du danger (Cain & Cometto-Muñiz, 1995; Ziem & Davidoff, 1992; Berglund et coll., 1992). L’apparition de symptômes ne fait qu’accroître les signaux d’alerte. Les sens forment l’interface qui sépare l’homme de l’environnement et l’avertit de tout changement qui pourrait lui nuire ou l’avantager. Il est alors libre d’en tenir compte ou non, auquel cas les signes se multiplieront jusqu’à l’apparition d’effets sur la santé. Certains polluants ne sont pas détectés, tel le monoxyde de carbone. Le système sensoriel n’est pas infaillible, mais il n’est pas non plus figé. Après de nombreuses générations, il développerait les récepteurs nécessaires à les détecter. Au niveau du bâtiment, les sens chimiques, en particulier l’olfaction, renseignent sur la qualité de l’air intérieur et permettront d’établir un critère de décision, conditionné par d’autres paramètres, en particulier les autres modalités sensorielles et les facteurs psychosociologiques. Des odeurs jugées agréables favorisent la diminution de la fréquence d’apparition des symptômes (Knasko, 1992). Le masquage des nuisances olfactives par des odeurs associées au bien-être risque ainsi de diminuer les signes d’alertes et de biaiser la perception de la qualité de l’air. Le premier réflexe des individus est de combattre ces nuisances par d’autres odeurs jugées agréables, de manière à revenir à un niveau de confort acceptable. Ils ne se préoccupent pas des informations reçues du système olfactif par rapport aux risques sanitaires potentiels présents dans l’environnement immédiat. Le confort passe avant la santé. Le caractère hédonique de l’odeur étant conditionnée par l’expérience passée des individus (Knasko, 1992), celle-ci intervient directement dans le jugement de la qualité de l’air. Ainsi, un individu n’ayant jamais expérimenté de bâtiments à problèmes présentera un critère de décision plus strict que celui qui aura vécu dans ces conditions.   Autrement dit, la caractérisation de la qualité de l’air intérieur peut être déterminée par le dénombrement et l’interprétation des effets sensoriels, en particulier l’odeur, laquelle dépend du vécu de chacun. L’expérience pourrait apparaître également au niveau physiologique en considérant l’hypothèse que tous les épisodes d’expositions aux odeurs sont susceptibles d’induire une série de dégénérescences sélectives au niveau des cellules mitrales (Laing, 1984), ou encore par l’induction de la sensibilité des récepteurs olfactifs selon les stimulations vécues lors de la phase de différentiation des cellules (Wang et coll., 1993). Tout comme l’odeur, la perception de la qualité de l’air est propre à un individu. 

Caractérisation des effets sensoriels

Cette démarche est la seule à fournir des renseignements sur l’odeur (modalité étudiée ici) dans l’air intérieur, l’autre s’attachant à prédire les effets sensoriels à partir des données physico-chimiques recueillies. Les interactions au sein des mélanges complexes restent encore mal cernées et ne peuvent permettre la modélisation de l’effet global à partir de données sur les composés individuels. Plus le mélange est complexe, plus les interactions synergiques entre les stimuli s’accumulent, si bien que nombres de stimuli subliminaires peuvent induire des effets perceptibles (Cometto-Muñiz et coll., 1997). D’autres auteurs ont avancé l’hypothèse que l’intensité d’odeur globale peut être prédite à partir du nombre de composés le plus fréquemment perçus comme très odorant (Berglund et coll., 1982). Différentes études ont caractérisé les effets olfactifs soit dans l’air intérieur soit directement à l’émission, au niveau des revêtements de sols et de murs. La première approche s’attache à déterminer la qualité de l’air perçue à un niveau global, tandis que la seconde cherche à différencier les matériaux entre eux, dans le but de réduire l’émission de composés odorants et prévoir leur impact sur la qualité de l’air intérieur.

Caractérisation dans l’air intérieur

Les effets sensoriels sont le plus souvent caractérisés en terme d’acceptabilité par un groupe de personnes entraînées ou non. L’entraînement conditionne les sujets à répondre selon le désir de l’expérimentateur et ne permet donc pas d’obtenir des mesures fiables et représentatives. La perception de la qualité de l’air étant propre à un individu, l’emploi d’un nombre restreint de personnes ne peut représenter l’hétérogénéité de la population. Les enquêtes d’acceptabilité de la qualité de l’air intérieur devraient toutes être réalisées à travers des questionnaires sur une population hétéroclite comprenant au moins plusieurs centaines de personnes non entraînées. Seule une réponse binaire est attendue, la question ne doit donc pas utiliser une échelle avec des degrés d’acceptabilité variables. Le sujet serait alors soumis à une confusion entre l’intensité de la sensation et sa réponse hédonique. Plusieurs types de questionnaires standardisés sont disponibles selon le type d’environnement à caractériser (pour les lieux de travail, Andersson, 1998; pour les immeubles de bureaux, Kirchner et coll., 1997a). De nombreuses études ont déterminé l’intensité d’odeur de l’air intérieur dans différents types d’établissements. Pratiquement toutes les méthodes existantes ont été employées à l’intérieur des bâtiments : l’utilisation d’une échelle de catégories de 0 (pas d’odeur) à 5 (odeur extrêmement forte) (Yaglou et coll., 1936), d’une échelle linéaire de 0 à 20 (Valicenti & Wenger, 1997), équivalence entre deux substances odorantes (Svensson & Lindvall, 1974), appariement multimodal entre l’intensité d’odeur et l’écartement des doigts (Berglund et coll., 1978b), ou encore estimation directe de la grandeur sans coefficient (Berglund & Lindvall, 1979).   Les autres modalités sensorielles peuvent biaiser la mesure, comme par exemple les réponses visuelles chez 200 sujets qui ont induit une surestimation de l’intensité d’odeur perçue de la fumée de tabac (Moschandreas & Relwani, 1992). Certaines études sont initiées en terme d’acceptabilité de l’air, mais la méthodologie employée est propre à une mesure d’intensité. C’est le cas par exemple de l’étude de suivi d’un bâtiment neuf par un panel de 54 sujets naïfs jugeant la qualité de l’air sur une échelle de 0 à 20 (Valicenti & Wenger, 1997). La méthode mêle hédonisme et intensité, mais s’apparente plus à une mesure d’intensité olfactive biaisée par le jugement hédonique des sujets. La qualité de l’air perçue dépend uniquement de ce critère d’acceptabilité, lequel n’est pas uniquement fonction de l’intensité d’odeur. Le vécu de chaque sujet intervient et modifie son critère de réponse. La qualité de l’air ne s’évalue pas, elle est acceptée ou non à partir des évaluations sensorielles qui en auront été faites. L’apparition de nouvelles unités de quantification des sources de pollution, l’olf et le decipol, repose sur le même principe, sujet par conséquent aux critiques précédentes. Un olf représente la vitesse d’émission de bioeffluents par une personne standard, unité permettant d’exprimer l’intensité d’une source de pollution par le nombre équivalent de personnes standards (olfs) requis pour atteindre un même taux d’insatisfaction (Fanger, 1988). Le sujet standard est un travailleur sédentaire en situation de confort thermique et se lavant 0,7 fois par jour. Pour introduire la dilution apportée par la ventilation, une nouvelle unité plus pratique est apparue, le decipol, correspondant à la pollution d’une personne standard (un olf) ventilée par de l’air non pollué à 10 litres/seconde (Fanger, 1988). Une relation logarithmique entre l’échelle decipol et le pourcentage d’insatisfaits a été établi par plus de mille sujets (Fanger et coll., 1988). A partir de là, 265 sujets ont déterminé l’acceptabilité d’une série de concentrations d’acétone, qui a permis d’en déduire une relation linéaire entre l’échelle decipol et la concentration en phase gazeuse d’acétone (Bluyssen, 1990). L’inconfort chimique a même été relié à l’inconfort thermique et auditif. Ainsi, une variation thermique d’un degré Celsius équivaut sur le plan du confort humain à une variation de 2,4 decipol ou une différence de niveau de bruit de 3,9 dB (Clausen et coll., 1993). Cette méthode a été appliquée dans plusieurs programmes de recherche au niveau européen (Bluyssen et coll., 1996; Clausen & de Oliveira Fernandes, 1997). Le niveau moyen de qualité d’air intérieur perçu dans les bureaux, a été estimé à 5,7 decipol (écart-type de 2,2 decipol), équivalent à une concentration d’acétone de 22 ppm. L’air extérieur se caractérisait par un niveau moyen de 1,9 decipol (écart-type de 1,2 decipol), équivalent à 4,8 ppm d’acétone. Cette méthodologie s’apparente à une estimation de l’intensité d’odeur avec plusieurs références, mais se rapproche également de la méthode des équivalences olfactives par l’usage d’une série (non régulière) de concentrations d’acétone servant de gamme d’acceptabilité de référence. La comparaison d’acceptabilité de deux odeurs qualitativement différentes par cette méthode est sujette à caution, en considérant que le caractère hédonique varie avec la nature de l’odeur. En méthode d’évaluation de l’intensité d’odeur, l’échelle de concentrations non linéaire, correspondant à 2, 5, 10 et 20 decipol, soit respectivement 5, 19, 41 et 87 ppm d’acétone, ne peut être utilisée qu’en tant que catégories et ne permet pas la détermination des votes entre échelons et au-delà. La caractérisation des effets irritants de l’air intérieur sur les voies respiratoires a très peu été étudiée dans sa globalité. L’irritation nasale est plutôt déterminée a posteriori à partir des concentrations des différents polluants par comparaison avec des valeurs limites, évaluées par des sujets humains (Cain & Murphy, 1980) ou caractérisées par une chute de la fréquence respiratoire de 50% chez des souris (RD50, multiplié par 0,03, ce qui correspond à la limite d’exposition du travail, Bos et coll., 1992). C’est essentiellement sous forme de questionnaires en relation avec le syndrome des bâtiments malsains que les effets irritants sont rapportés. 

Caractérisation des sources de pollution

Les méthodologies appliquées à la détermination de la qualité de l’air en terme d’intensité d’odeur perçue et d’acceptabilité ont également été employées pour la caractérisation sensorielle des sources de pollution dans les bâtiments, et particulièrement les revêtements de sols et de murs. La méthode des decipol a été utilisée pour estimer l’intensité d’odeur de huit revêtements à différents niveaux de ventilation spécifique par 10 à 14 étudiants entraînés (Knudsen et coll., 1997). Les pentes des relations entre le pourcentage d’insatisfaits et le logarithme de la ventilation spécifique (rapport aire / débit) varient d’un matériau à un autre. La méthode des équivalences olfactives par rapport à une échelle de 8 concentrations de n-butanol a été employée sur différents types de matériaux, moquettes, revêtements de sols plastiques et papiers peints disposés dans une chambre environnementale ventilée en acier inoxydable de 1 m3 (Karpe, 1995). Un panel de 22 personnes sur 37, issues du Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, a été sélectionné et entraîné. Chaque sujet a individuellement comparé l’odeur du matériau issu de la chambre environnementale par l’intermédiaire d’un cône en verre (après stabilisation des émissions) avec la gamme de référence. Les papiers peints à envers en coton présentaient l’intensité d’odeur la plus forte. L’intensité d’odeur et l’acceptabilité de différents matériaux (peintures, moquettes, revêtement PVC, linoléum,…) on été évalués respectivement sur une échelle linéaire de 0 à 5 et de –1 à +1 pour différentes températures et niveaux d’humidité relative (Fang et coll., 1998). Les matériaux étaient disposés dans une chambre environnementale ventilée en verre de 55 litres (CLIMPAQ, Gunnarsen et coll., 1994). Quarante étudiants non entraînés ont participé à l’étude. L’intensité de l’odeur et l’acceptabilité des différents matériaux sont maximales pour une température et une humidité relative élevées (28°C et 70%). Une relation linéaire entre l’acceptabilité et l’enthalpie de l’air (caractérisant l’énergie contenue dans l’air humide) a été établie pour chaque matériau avec des pentes négatives de 0,01-0,03 unités / (kJ/kg). Une échelle linéaire de 0 à 5 a également servi pour le suivi de l’intensité d’odeur de 5 matériaux (revêtement PVC, parquet verni, moquette Nylon, peinture et enduit acrylique) à différents taux de ventilation spécifique (rapport débit sur aire) et de vitesse de flux d’air (Knudsen et coll., accepté). Entre 6 et 12 étudiants non entraînés ont évalué les revêtements à température et humidité constante (23°C, 50%). L’intensité d’odeur décroît faiblement au cours du temps jusqu’à atteindre un palier au bout d’une à deux semaines. Le taux de ventilation spécifique et la vitesse horizontale de flux d’air n’ont pas affecté significativement l’évaluation de l’intensité d’odeur. Par ailleurs, les auteurs ont calculé un indice d’odeur pour les principaux composés odorants émis par les différents revêtements, déterminé par le rapport de la concentration sur le seuil de détection d’odeur standard. Ils montrent ainsi une nette décroissance au cours du temps de l’indice d’odeur des composés organiques volatils d’origine primaire (émis directement par le matériau), mais une stabilisation du décanal d’origine secondaire (émission due à des processus de dégradation oxydative) pour la moquette Nylon et la peinture. Les émissions primaires affectent la qualité de l’air perçue à court terme, tandis que les émissions secondaires provoquent des effets à plus long terme. Le but de la caractérisation sensorielle des revêtements de sols et de murs est de concevoir à terme une méthode qui s’intégrerait aux projets de label actuels et permettrait la sélection et une éventuelle classification pour un même type de matériau.