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International audience

International audience; In the last few years, researches have placed indoor air quality as the 9 th cause of global burden of disease [1]. In indoor environments, a wide range of VOCs are especially abundant such as BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene and Xylenes), aldehydes (acetaldehyde, hexanal) and ketones (acetone, 2-butanone). These VOCs present harmful effects on human health [2] even at low concentrations. ICPEES and In'Air Solutions have recently developed a portable miniaturized GC for real time detection of BTEX ppb levels [3], [4]. A laboratory prototype of this device was tested and validated under controlled conditions in the laboratory [3] and during two field campaigns in schools. In the latter, BTEX concentrations were for the first time measured continuously in different occupational conditions showing that these concentrations were higher in periods of school hours. Other VOCs, more precisely hexanal and 2-butanone, were also detected indicating the necessity of analysis of a wider range of pollutants. For this purpose, our work is focused on the conception and development of a multipollutants analyzer. The operating principle of our current device is described elsewhere [3]. In order to achieve a limit of detection down to few hundreds of ppt, an additional stage of preconcentration, based on thermal desorption, will be added. Portability and low energy consumption are of a great importance for on-site real time monitoring of indoor air quality. Therefore, our aim is to miniaturize the elements which are the bulkiest and require the highest energy supply in analytical devices. More specifically, micro-fabrication techniques were deployed so that different parts of two components, a pre-concentrator and a micro-column, were developed on wafers of small dimensions, 15 x 25 mm and 50 x 50 mm respectively. The combination of these microfabricated elements with integrated heaters and temperature sensors enables the fabrication of sensible analytical devices with very limited power consumption. In this work, heating elements and sensors for both devices were fabricated by means of metal deposition of titanium and silver using e-beam and Joule effect evaporation, respectively. In the microcolumn, the heating system is composed of four resistances of 82 Ω which allow an increase of the temperature from 25 °C to 200 °C in 150 s whereas two other resistances of 430 Ω act as temperature sensors (see Figure 1). In the case of preconcentrator, a faster raise of temperature is critical to achieve a quantitatively desorption of the VOC, thus a final temperature of 250 °C has to be reached in 10s. In order to determine the most suitable configuration to

National audience; La qualité de l'air intérieur est un enjeu de santé publique puisqu'un citadin passe environ 80 à 90% de son temps dans des milieux clos ou semi clos. Le formaldéhyde est l'un des polluants les plus abondants en air intérieur. Ses sources d'émissions sont multiples : matériaux de construction, mobilier, peinture, chauffage au bois, cuisine, bâton d'encens, etc. En 2006, le centre international de recherche sur le cancer (IARC) a classifié ce polluant comme étant cancérogène pour l'homme même à très faible concentration. De la même façon, de nombreuses études ont mis en évidence les effets néfastes que peuvent provoquer les BTEX sur la santé humaine. Etant donné que les concentrations en BTEX dans des milieux clos peuvent être largement supérieures à celles trouvées à l'extérieur, la détection des BTEX en air intérieur est devenue une exigence primordiale. C'est pourquoi, d'ici 2018, les concentrations en formaldéhyde et en benzène seront réglementées dans tous les établissements de la petite enfance (écoles, crèches, etc.), les valeurs limites étant fixées respectivement à 30 et 5 µg.m-3. La méthode d'analyse de référence du formaldéhyde repose sur un échantillonnage actif ou passif sur des cartouches de DNPH, suivi d'une analyse différée au laboratoire par Chromatographie Liquide Haute Performance (HPLC). Cette méthode est particulièrement chronophage, nécessite des équipements lourds et couteux et s'avère assez coûteuse en termes de fonctionnement (cartouches, solvants). Il en est de même pour les BTEX qui sont le plus souvent prélevés sur des cartouches d'adsorbants puis analysés par chromatographie en phase gazeuse. C'est pourquoi deux microanalyseurs portables de formaldéhyde et de BTEX ont été développés permettant de quantifier ces polluants en temps réel directement sur site. Concernant le formaldéhyde, le fonctionnement de ce microanalyseur se décompose en 3 étapes clés : 1) le piégeage du formaldéhyde gazeux à l'aide d'un flux annulaire ; 2) la réaction de dérivation du formaldéhyde avec le fluoral-P à 65°C ; 3) la détection du produit de réaction, la dihydrolutidine (DDL), par spectroscopie de fluorescence [1]. Le temps de réponse de l'instrument est d'environ 10 min, temps nécessaire à l'ensemble des étapes de piégeage, réaction et détection. La résolution temporelle du détecteur peut être fixée de 2 à 120 secondes permettant de mesurer des variations rapides de concentrations du formaldéhyde dans l'air. Cet instrument permet de quantifier précisément des concentrations de quelques µg.m-3 à plusieurs centaines de µg.m-3 , sa limite de détection étant inférieur à 1 µg.m-3. Le nouveau microanalyseur de BTEX est quant à lui capable de réaliser une séparation totale des 6 espèces en une dizaine de minutes selon un mode de fonctionnement basé sur trois étapes consécutives. La première consiste à échantillonner l'air dans une boucle reliée à une vanne 6 voies. La deuxième étape est la séparation durant laquelle le gaz vecteur vient balayer la boucle et emmène la totalité de l’échantillon dans la colonne capillaire. Finalement, la troisième étape est la détection et la quantification des BTEX par un mini-détecteur à photo ionisation. Avec les conditions optimales définies au laboratoire (température du four, débit et nature du gaz vecteur), il s’avère que cet instrument est parfaitement linéaire entre 5 et 200 ppb pour les 6 BTEX et que ses limites de détection sont égales à 1-3 ppb selon les composés [2]. Ces deux instruments développés ont ensuite été utilisés lors de campagnes de mesure menées pendant plusieurs semaines consécutives. Durant des campagnes intensives effectuées dans un collège classé Bâtiment à Haute Performance Energétique (BHPE) situé dans le nord de la France, les microanalyseurs de formaldéhyde et de BTEX ont permis de quantifier cesespèces pendant 2 semaines consécutives avec des pas de temps respectifs de 2s et 10 min. Les concentrations de formaldéhyde et de toluène, qui étaient les deux principaux COVs, étaient fortement influencées par la ventilation. A titre d’exemple, la concentration du toluène augmentait progressivement dès l’arrêt de la VMC en fin de journée pour atteindre un maximum de 15 à 20 ppb durant la nuit, et diminuait rapidement jusqu’à 5 ppb une fois que la ventilation était activée [3].Ces résultats sont en excellent accord avec ceux obtenus avec un analyseur commercial transportable de BTEX de type GC/PID fonctionnant avec un même pas temps de mesure mais consommant environ 15 fois plus de gaz vecteur. Dans le cas du formaldéhyde, les résultats ont été comparés à ceux obtenus avec la méthode ISO 16000-3 de référence (prélèvement actif sur cartouches de DNPH). Les résultats obtenus sont également en parfait accord [4]. Une autre campagne menée en hiver dans plusieurs écoles à La Rochelle pendant 5 semaines consécutives a permis de discriminer les contributions des matériaux présents dans la salle, du mobilier scolaire et des occupants. La mesure en continu a permis de mettre en évidence des pics de pollution liée aux activités des occupants. L’origine des polluants a été précisée en établissant des corrélations avec le CO2 ou entre les COVs détectés.En conclusion, nous avons réussi à mettre au point et valider deux nouveaux microanalyseurs, compacts, rapides, portables ce qui les rend parfaitement adaptés à la mesure sur site du formaldéhyde et des BTEX en temps quasi-réel.

International audience; Industrial version of a novel micro-device was deployed during an indoor field campaign on air quality in the framework of IMPACT'AIR project in order to validate and demonstrate its ability to highlight rapid changes of atmospheric BTEX concentrations. During this campaign, our instruments have been able to measure continuously the BTEX concentrations for five weeks in two schools and record small changes in concentrations of these compounds over time related to children activities or ventilation. This information added to the data obtained for CO2, allowed us to determine the origin of BTEX in different schools, corresponding to an internal source for toluene or an external source for other BTEX. In addition, during this measurement campaign, it was revealed that it was necessary to make a regular weekly calibration to correct the drift of detector response which remains nevertheless moderate in comparison with other techniques. Our micro-device, of about 5 kg and operating with 2.5mL/min carrier gas consumption, appears to be suitable to monitor BTEX concentrations higher than 1 ppb in near real time. PRACTICAL IMPLICATIONS Our study highlights that the temporal variations of indoor BTEX concentrations is highly correlated to the building's ventilation periods and children's activities. The comparison between BTEX and CO2 concentrations allows us to determine the origin of each BTEX in different schools.