06.09.2022 - Max-Planck-Institut für Chemie

Repenser la chimie de l'air intérieur

Les gens génèrent leur propre champ d'oxydation et modifient la chimie de l'air intérieur qui les entoure.

Les gens passent généralement 90 % de leur vie à l'intérieur, à la maison, au travail ou dans les transports. Dans ces espaces clos, les occupants sont exposés à une multitude de substances chimiques provenant de diverses sources, notamment les polluants extérieurs qui pénètrent à l'intérieur, les émissions gazeuses des matériaux de construction et de l'ameublement, et les produits de nos propres activités comme la cuisine et le nettoyage. En outre, nous sommes de puissantes sources d'émission mobiles de produits chimiques qui pénètrent dans l'air intérieur par notre respiration et notre peau.

Mais comment les produits chimiques disparaissent-ils à nouveau ? Dans l'atmosphère extérieure, cela se produit dans une certaine mesure de manière naturelle, par lui-même, lorsqu'il pleut et par oxydation chimique. Les radicaux hydroxyles (OH) sont en grande partie responsables de ce nettoyage chimique. Ces molécules très réactives sont également appelées les détergents de l'atmosphère et se forment principalement lorsque les rayons UV du soleil interagissent avec l'ozone et la vapeur d'eau.

À l'intérieur, en revanche, l'air est bien sûr beaucoup moins affecté par la lumière directe du soleil et la pluie. Comme les rayons UV sont largement filtrés par les fenêtres en verre, on suppose généralement que la concentration de radicaux OH est nettement plus faible à l'intérieur qu'à l'extérieur et que l'ozone, qui s'échappe de l'extérieur, est le principal oxydant des polluants chimiques présents dans l'air intérieur.

Les radicaux OH sont formés à partir de l'ozone et des huiles de la peau.

Cependant, il a été découvert que des niveaux élevés de radicaux OH peuvent être générés à l'intérieur, simplement en raison de la présence de personnes et d'ozone. C'est ce qu'a démontré une équipe dirigée par l'Institut Max Planck de chimie, en coopération avec des chercheurs des États-Unis et du Danemark.

"La découverte que nous, les humains, ne sommes pas seulement une source de produits chimiques réactifs, mais que nous sommes également capables de transformer nous-mêmes ces produits chimiques nous a beaucoup surpris", explique Nora Zannoni, premier auteur de l'étude publiée dans la revue de recherche Science, et actuellement à l'Institut des sciences atmosphériques et du climat de Bologne, en Italie. "La force et la forme du champ d'oxydation sont déterminées par la quantité d'ozone présente, l'endroit où il s'infiltre et la configuration de la ventilation de l'espace intérieur", ajoute la scientifique de l'équipe de Jonathan Williams. Les niveaux constatés par les scientifiques étaient même comparables aux niveaux de concentration d'OH en journée à l'extérieur.

Le champ d'oxydation est généré par la réaction de l'ozone avec les huiles et les graisses de notre peau, en particulier le squalène triterpène insaturé, qui constitue environ 10 % des lipides cutanés qui protègent notre peau et la maintiennent souple. La réaction libère une multitude de produits chimiques en phase gazeuse contenant des doubles liaisons qui réagissent ensuite dans l'air avec l'ozone pour générer des niveaux substantiels de radicaux OH. Ces produits de dégradation du squalène ont été caractérisés et quantifiés individuellement à l'aide de la spectrométrie de masse à réaction de transfert de protons et de systèmes de chromatographie en phase gazeuse rapide et de spectrométrie de masse. En outre, la réactivité totale des OH a été déterminée en parallèle, ce qui a permis de quantifier empiriquement les niveaux d'OH.

Les expériences ont été menées à l'Université technique du Danemark (DTU) à Copenhague. Quatre sujets ont séjourné dans une chambre spéciale à climat contrôlé dans des conditions normalisées. De l'ozone a été ajouté à l'entrée d'air de la chambre en quantité non nocive pour l'homme mais représentative de niveaux intérieurs plus élevés. L'équipe a déterminé les valeurs d'OH avant et pendant le séjour des volontaires, avec et sans présence d'ozone.

Afin de comprendre comment le champ d'OH généré par l'homme se présentait dans l'espace et dans le temps pendant les expériences, les résultats d'un modèle cinétique chimique multiphase détaillé de l'Université de Californie à Irvine ont été combinés à un modèle de dynamique des fluides informatique de l'Université d'État de Pennsylvanie, tous deux basés aux États-Unis. Après avoir validé les modèles par rapport aux résultats expérimentaux, l'équipe de modélisation a examiné comment le champ OH généré par l'homme variait dans différentes conditions de ventilation et d'ozone, au-delà de celles testées en laboratoire. Les résultats ont montré clairement que les radicaux OH étaient présents, abondants et qu'ils formaient de forts gradients spatiaux.

"Notre équipe de modélisation est le premier et actuellement le seul groupe capable d'intégrer les processus chimiques entre la peau et l'air intérieur, de l'échelle moléculaire à celle de la pièce", a déclaré Manabu Shiraiwa, professeur à l'UC Irvine, qui a dirigé la partie modélisation de ces nouveaux travaux. "Le modèle donne un sens aux mesures - pourquoi OH est généré à partir de la réaction avec la peau".

Shiraiwa a ajouté qu'il reste des questions sans réponse, comme la façon dont les niveaux d'humidité ont un impact sur les réactions que l'équipe a tracées. "Je pense que cette étude ouvre une nouvelle voie pour la recherche sur l'air intérieur", a-t-il déclaré.

Adapter les méthodes d'essai pour les meubles et les matériaux de construction

"Nous devons repenser la chimie intérieure dans les espaces occupés, car le champ d'oxydation que nous créons va transformer de nombreux produits chimiques dans notre voisinage immédiat. L'OH peut oxyder beaucoup plus d'espèces que l'ozone, créant une multitude de produits directement dans notre zone de respiration avec des impacts sur la santé encore inconnus". Ce champ d'oxydation aura également un impact sur les signaux chimiques que nous émettons et recevons", explique Jonathan Williams, chef du projet, "et contribuera peut-être à expliquer la récente découverte selon laquelle notre odorat est généralement plus sensible aux molécules qui réagissent plus rapidement avec les OH."

Cette nouvelle découverte a également des implications pour notre santé : Actuellement, les émissions chimiques de nombreux matériaux et meubles sont testées de manière isolée avant d'être autorisées à la vente. Or, il serait judicieux de réaliser également des tests en présence de personnes et d'ozone, estime le chimiste atmosphérique Williams. En effet, les processus d'oxydation peuvent entraîner la production d'irritants respiratoires tels que le 4-oxopentanal (4-OPA) et d'autres espèces oxygénées générées par les radicaux OH, ainsi que de petites particules à proximité immédiate des voies respiratoires. Ces substances peuvent avoir des effets néfastes, notamment chez les enfants et les personnes handicapées.

Ces résultats font partie du projet ICHEAR (Indoor Chemical Human Emissions and Reactivity Project) qui a rassemblé un groupe de scientifiques internationaux du Danemark (DTU), des États-Unis (Rutgers University) et d'Allemagne (MPI). La modélisation faisait partie du projet MOCCIE basé à l'Université de Californie Irvine et à l'Université d'État de Pennsylvanie. Les deux projets ont été financés par des subventions de la fondation A. P. Sloan.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Faits, contextes, dossiers
  • peau
  • ozone
  • qualité de l'air intérieur
Plus sur MPI für Chemie
Plus sur Max-Planck-Gesellschaft