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If a number of literature studies point at the positive role of coupling materials with non-thermal plasma, particularly for Volatile Organic Compounds (VOC) removal, most of them focus on the direct plasma-material interaction to understand the coupling. However, a key contribution relies in the VOC–material interaction. Therefore, this study focuses on the adsorption step of targeted VOCs to provide a new insight on plasma–material coupling. The adsorption of acetone, used as probe VOC, is explored on two widespread coupling materials: TiO2 and CeO2. First, their behaviors are compared regarding acetone uptake. This process is reactive and creates other organic species than acetone on both surfaces. Second, the metal oxide behaviors are compared regarding ozone uptake. Interestingly, under typical VOC treatment configuration, i.e., with organics on their surfaces, ozone uptake is driven by the adsorbed organics, not directly by the metal oxides anymore. Finally, the ozonation of both materials, preliminary exposed to acetone, is explored through the evolution of the adsorbed organics and the corresponding mineralization, i.e., CO and CO2 formation. It evidences that the reactive adsorption of VOCs plays a key role in making the surface organics ready for an efficient oxidation and mineralization under post-plasma exposure.

Essential oils, as natural fragances, are frequently used in green marketed housecleaning products and air fresheners. Nonetheless, they contain volatile and reactive chemical species. This thesis investigates the emissions of essential-oil-based household products under real consumer use patterns to assess their impacts on indoor air quality. The experimental approach allows an integrated assessment of the estimation of the terpene emissions from 10 selected essential-oil-based household products in experimental chambers at different scales ; from micro-chamber to the 40m3 experimental room. Regarding essential-oil-based cleaning products, contrasted concentration levels are evidenced for terpenes species related to the application process and use purpose of these products. Morover, long-term increase of formaldehyde concentrations are noticed after the application of these products that might be related to secondary sources. Concerning the indoor diffusion of tea tree oil, contrasted concentration levels and kinetics are evidenced depending on the mechanism of diffusion used. Concentrations can exceed by more than one order of magnitude the recommanded Critical Exposure Level (CEL). It is noticed that the relative contribtions of individual terpenes is the gas phase vary all along the diffusion process, for any investigated diffusion device. Finally, essential-oil-based household products have to be seriously envisaged as versatile anfdsignificant sources of VOCs since they might induce indoor concentrations of terpenes exceeding exposure limits established by the European Union and the United States.; Les huiles essentielles, en tant que parfums naturels, sont fréquemment utilisées dans les produits ménagers et les désodorisants commercialisés comme verts. Cependant, elles contiennent des espèces chimiques volatiles et réactives. Ce travail de synthèse vise à renseigner les émissions de produits ménagers à base d’huiles essentielles à travers des protocoles de mise en œuvre et d’usages réels afin d’évaluer leurs impacts sur la qualité de l’air intérieur. L’approche expérimentale a permis l’étude des émissions en terpènes de 10 produits à base des huiles essentielles au sein des chambres expérimentales de différents volumes : depuis les micro-chambres d’émission jusqu’à une pièce expérimentale de 40 m3.Concernant les produits de nettoyage à base d’huiles essentielles, des niveaux de concentration contrastés sont mis en évidence pour les terpènes émis en fonction du protocole d’application et de l’usage du produit. Par ailleurs, une augmentation des niveaux de formaldéhyde peut être observée après l’application de certains produits, suggérant des sources secondaires pour ce COV. Concernant la diffusion d’huile essentielle d’arbre à thé, des niveaux de concentrations et de cinétiques d’émissions contrastés ont été mis en évidence en fonction du mécanisme de diffusion utilisé. Les concentrations en terpènes peuvent dépasser de plus d’un ordre de grandeur les niveaux critiques d’exposition recommandés. Il est montré que les contributions individuelles des terpènes émis varient tout au long du processus de diffusion quel que soit le mode de diffusion. Les produits ménagers à base d’huiles essentielles doivent donc être envisagés comme des sources significatives et variables de COV puisqu’ils peuvent induire des concentrations en terpènes en air intérieur dépassant les limites d’exposition établies par les Etats-Unis et l’Union Européenne.

This thesis investigates the interactions of volatile organic compounds (VOCs) with natural mineral dust samples. The VOCs used are isopropanol (IPA), isoprene (ISP) and acetic acid (AcA). Five natural mineral dust samples originating from various desert regions all over the world are used in this study.It is evidenced that the origin, I.E. the chemical composition, of the natural dust sample plays a significant role in defining the nature of its interaction with the VOCs. In particular, an increase of uptake is observed with increasing Al/Si and Fe/Si elemental rations. Moreover, the dust-VOC interaction is evidenced as being highly impacted by relative humidity and temperature.Various interactions modes have been evidenced between dust and VOCs such as physisorption, chemisorption and reactive sorption depending on the chemical composition of the dust and the structure of the VOC. Depending on the interaction mode, heterogeneous processes can act as a sink of primary VOCs or even a soure of secondary oxygenated VOCs in the gas phase. This work emphasiez the contribution of heterogeneous processes to the atmosphere., Ce travail de thèse vise à caractériser l’interaction entre composés organiques volatils et poussières minérales atmosphériques. Les COV sélectionnés sont l’isopropanol (IPA), l’isoprène (ISP) et l’acide acétique (AcA). Cinq échantillons naturels de poussières minérales provenant de zones désertiques situées dans plusieurs régions du globe ont été retenus.Il a été mis en évidence que l’origine et donc la composition chimique des poussières naturelles joue un rôle majeur dans la nature de leur interaction avec les COV. Plus particulièrement, les coefficients de capture tendent à croître avec les rapports élémentaires Al/Si et Fe/Si. De plus, il est montré que l’interaction entre COV et poussières est fortement impactée par l’humidité relative et la température.Plusieurs modes d’interaction entre les COV et les poussières étudiés ont été mis en évidence : physisorption, chimisorption ou adsorption réactive. Ils dépendent de la composition chimique des poussières et de la structure des COV. En fonction du mode d’interaction, ces processus hétérogènes peuvent être considérés comme des puits de COV primaires voire des sources de COV secondaires en phase gazeuse. Ce travail met en lumière la contribution des processus hétérogènes dans l’atmosphère.

This thesis investigates the interactions of volatile organic compounds (VOCs) with natural mineral dust samples. The VOCs used are isopropanol (IPA), isoprene (ISP) and acetic acid (AcA). Five natural mineral dust samples originating from various desert regions all over the world are used in this study.It is evidenced that the origin, I.E. the chemical composition, of the natural dust sample plays a significant role in defining the nature of its interaction with the VOCs. In particular, an increase of uptake is observed with increasing Al/Si and Fe/Si elemental rations. Moreover, the dust-VOC interaction is evidenced as being highly impacted by relative humidity and temperature.Various interactions modes have been evidenced between dust and VOCs such as physisorption, chemisorption and reactive sorption depending on the chemical composition of the dust and the structure of the VOC. Depending on the interaction mode, heterogeneous processes can act as a sink of primary VOCs or even a soure of secondary oxygenated VOCs in the gas phase. This work emphasiez the contribution of heterogeneous processes to the atmosphere.; Ce travail de thèse vise à caractériser l’interaction entre composés organiques volatils et poussières minérales atmosphériques. Les COV sélectionnés sont l’isopropanol (IPA), l’isoprène (ISP) et l’acide acétique (AcA). Cinq échantillons naturels de poussières minérales provenant de zones désertiques situées dans plusieurs régions du globe ont été retenus.Il a été mis en évidence que l’origine et donc la composition chimique des poussières naturelles joue un rôle majeur dans la nature de leur interaction avec les COV. Plus particulièrement, les coefficients de capture tendent à croître avec les rapports élémentaires Al/Si et Fe/Si. De plus, il est montré que l’interaction entre COV et poussières est fortement impactée par l’humidité relative et la température.Plusieurs modes d’interaction entre les COV et les poussières étudiés ont été mis en évidence : physisorption, chimisorption ou adsorption réactive. Ils dépendent de la composition chimique des poussières et de la structure des COV. En fonction du mode d’interaction, ces processus hétérogènes peuvent être considérés comme des puits de COV primaires voire des sources de COV secondaires en phase gazeuse. Ce travail met en lumière la contribution des processus hétérogènes dans l’atmosphère.

Autonomous devices presenting a photocatalytic function designed for VOCs treatment in indoor air have conquered a large market in France. The current standard, named XP B 44 013, for testing the performances of such systems provides experimental conditions that are far from realistic conditions of implementation from the point of view of (i) the test chamber volume and (ii) the considered diversity of the VOCs. Thus, the study of devices treatment performances in an experimental room of realistic volume and facing different VOC mixtures that may be encountered in indoor air is crucial to propose a relevant evaluation of the performances of treatment devices and to determine their real influence on indoor air quality.The main objective of this thesis is to evaluate the performance and safety of commercial air treatment devices with a photocatalytic function in typical operating situations, close to actual conditions of use; that is to say, taking into account, on one hand, the diversity of species present in indoor air and, on the other hand, the low concentrations of VOCs. To achieve this objective, an experimental room called IRINA is developed and validated. Then, the performances of the treatment systems are evaluated in IRINA (i) using five artificial specific matrices of different indoor air pollution, (ii) facing a point pollution event due to cleanings and (iii) a source of continuous emission of pollution related to wood materials.Based on the obtained results in this work, recommendations for the evolution of photocatalysis standardizations are formulated.; Les systèmes autonomes de traitement de l’air intérieur présentant une fonction photocatalytique ont conquis un marché important en France. La norme XP B 44 013, norme en vigueur pour tester les performances de ces systèmes, propose des conditions expérimentales éloignées des conditions réelles de mise en œuvre du point de vue (i) du volume de l’enceinte de test et (ii) de la diversité des COV modèles considérés. Ainsi, l’étude des performances des systèmes de traitement dans une pièce expérimentale de volume réaliste et face à différents mélanges de COV qui pourront être rencontrés en air intérieur s’avère crucial pour proposer une évaluation pertinente des performances de systèmes de traitement et déterminer leur influence réelle sur la qualité de l’air intérieur. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer les performances et l’innocuité de systèmes commerciaux de traitement d’air présentant une fonction photocatalytique dans des situations de fonctionnement types, proches des conditions réelles d’utilisation ; c'est-à-dire, prenant en compte de la diversité des espèces présentes dans l’air intérieur et des faibles concentrations de COV. Pour atteindre cet objectif une pièce expérimentale nommée IRINA est développée et validée. Les performances des systèmes de traitements sont évaluées dans IRINA (i) en utilisant cinq matrices spécifiques de différentes pollutions d’air intérieur, (ii) face à un évènement de pollution ponctuel due aux nettoyages et (iii) à une source d’émission continu de pollution liée à des matériaux bois. A partir des résultats obtenus dans ces travaux, des recommandations pour l’évolution des normalisations en photocatalyse sont formulées.

Autonomous devices presenting a photocatalytic function designed for VOCs treatment in indoor air have conquered a large market in France. The current standard, named XP B 44 013, for testing the performances of such systems provides experimental conditions that are far from realistic conditions of implementation from the point of view of (i) the test chamber volume and (ii) the considered diversity of the VOCs. Thus, the study of devices treatment performances in an experimental room of realistic volume and facing different VOC mixtures that may be encountered in indoor air is crucial to propose a relevant evaluation of the performances of treatment devices and to determine their real influence on indoor air quality.The main objective of this thesis is to evaluate the performance and safety of commercial air treatment devices with a photocatalytic function in typical operating situations, close to actual conditions of use; that is to say, taking into account, on one hand, the diversity of species present in indoor air and, on the other hand, the low concentrations of VOCs. To achieve this objective, an experimental room called IRINA is developed and validated. Then, the performances of the treatment systems are evaluated in IRINA (i) using five artificial specific matrices of different indoor air pollution, (ii) facing a point pollution event due to cleanings and (iii) a source of continuous emission of pollution related to wood materials.Based on the obtained results in this work, recommendations for the evolution of photocatalysis standardizations are formulated., Les systèmes autonomes de traitement de l’air intérieur présentant une fonction photocatalytique ont conquis un marché important en France. La norme XP B 44 013, norme en vigueur pour tester les performances de ces systèmes, propose des conditions expérimentales éloignées des conditions réelles de mise en œuvre du point de vue (i) du volume de l’enceinte de test et (ii) de la diversité des COV modèles considérés. Ainsi, l’étude des performances des systèmes de traitement dans une pièce expérimentale de volume réaliste et face à différents mélanges de COV qui pourront être rencontrés en air intérieur s’avère crucial pour proposer une évaluation pertinente des performances de systèmes de traitement et déterminer leur influence réelle sur la qualité de l’air intérieur. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer les performances et l’innocuité de systèmes commerciaux de traitement d’air présentant une fonction photocatalytique dans des situations de fonctionnement types, proches des conditions réelles d’utilisation ; c'est-à-dire, prenant en compte de la diversité des espèces présentes dans l’air intérieur et des faibles concentrations de COV. Pour atteindre cet objectif une pièce expérimentale nommée IRINA est développée et validée. Les performances des systèmes de traitements sont évaluées dans IRINA (i) en utilisant cinq matrices spécifiques de différentes pollutions d’air intérieur, (ii) face à un évènement de pollution ponctuel due aux nettoyages et (iii) à une source d’émission continu de pollution liée à des matériaux bois. A partir des résultats obtenus dans ces travaux, des recommandations pour l’évolution des normalisations en photocatalyse sont formulées.