29/06/2010

1

État des connaissances sur l’épuration de l’air intérieur par les plantes.État des connaissances sur l’épuration de l’air intérieur par les plantes.

Atelier : épuration de l’air intérieur par les plantes .– 28 juin 2010, CSTB, Paris ‐

Damien CUNY Damien CUNY E.A. 4483, Université Lille Nord de France, Faculté de Pharmacie.E.A. 4483, Université Lille Nord de France, Faculté de Pharmacie.

Laboratoire des Sciences Végétales et Fongiques.Laboratoire des Sciences Végétales et Fongiques.

29/06/2010

2

L’habitat comporte de très nombreuses sources de polluants.

Nous passons plus de 90% de notre temps dans

Pourquoi s’intéresser à la pollution de l’air intérieur ?Pourquoi s’intéresser à la pollution de l’air intérieur ?

Nous passons plus de 90% de notre temps dans des locaux

La pollution extérieure.

Les installations à combustion : chauffagesfixes appareils de production d’eau chaudefixes, appareils de production d eau chaude,cheminées, chauffages d’appoint, appareils decuisson.

Les activités humaines : tabagisme,respiration, bio contamination.

Les produits domestiques : produitsd’entretien, de soin, de bricolage.

Les matériaux de construction etd’aménagement.

Source ADEME Source ADEME -- OQAIOQAI

29/06/2010

3

Principaux impacts sanitaires des polluants Principaux impacts sanitaires des polluants intérieursintérieurs

( l é ) • Irritations (respiratoires, oculaires, cutanées), somnolence, maux de tête, fatigue ;

• Allergies : manifestation respiratoires ++• Infections (bactéries, champignons)Infections (bactéries, champignons)• SBS• Intoxications aiguës (mortelles C0)• Pathologies à long terme (cardiovasculaires,

b i d i i )perturbations endocriniennes, cancer..)

29/06/2010

4

Exemple d’articles scientifiques Exemple d’articles scientifiques récents sur les impacts récents sur les impacts sanitaires de la QAI.sanitaires de la QAI.

In : Revue des Maladies Respiratoires, 2007, 24

29/06/2010

5

Allergies due aux pollens ou à d’autres allergènes (sève, …)

Principaux impacts sanitaires en relation avec les Principaux impacts sanitaires en relation avec les plantes d’intérieurplantes d’intérieur

-plantes arbustives (ficus)

- plantes décoratives empotées (cactées)

- fleurs coupées ou séchées (mimosa, chrysanthème, rose)Spathiphyllum

Augmentation du taux d’humidité

Moisissures et poussières

Entretien : produits phytosanitaires

Spath phyllum

Ficus benjaminaSource : APPA

Dieffenbachia

29/06/2010

6

Les moyens de remédiationLes moyens de remédiationLes moyens de remédiationLes moyens de remédiation

29/06/2010

7

Les moyens de remédiationLes moyens de remédiation

LIMITER LES SOURCES

AVOIR UNE BONNE AERATION (aération aux normes, nonbouchée, entretenue…)

Adopter les gestes de bon sens par rapport aux produitsménagers, aux dégâts des eaux…

· Conserver une température moyenne de 18 à 20°C maximum

Filtration épuration ??

29/06/2010

8

29/06/2010

9

PhytoremédiationUtilisation de plantes (avec ou sans association avec des

i i ) t i l t/ dé d lmicroorganismes) pour extraire, accumuler et/ou dégrader lescontaminants du milieu où elles se développent.

• La phytostabilsation.

• La phytoremédiation :

– La phytodégradation : plantes transforment les polluants en substances moins toxiques.

– La rhyzodégradation : phytodégradation au niveau racinaire.

– La phytovolatilisation : élimination des polluants volatils par évapotranspirationvolatils par évapotranspiration.

– La phytoextraction : les végétaux absorbent les polluants dans leurs tissus.

– La rhyzofiltration : phytoextraction au niveau des racines (lagunage industriel/domestique).

29/06/2010

10

UTILISATION DES VEGETAUX UTILISATION DES VEGETAUX

Mise en évidence des Mise en évidence des polluants et de leurs polluants et de leurs

effetseffetsPHYTOREMEDIATIONPHYTOREMEDIATION

«« BiofiltrationBiofiltration »»Système sol/plantesSystème sol/plantes

Plantes seules.Plantes seules.

--Systèmes WolvertonSystèmes Wolverton--Système DarlingtonSystème Darlington--Système PhytorestoreSystème Phytorestore®®

--Système VgBOXSystème VgBOX--Système ANDREASystème ANDREA--…..…..

APPLICATIONSAPPLICATIONS

29/06/2010

11

Exemples de plantes testées Genres Espèces CultivarAglaonema modestumAloe veraAspidistra elatiorBrassaia arboricolaChamaedorea selfritziiChlorophytum elatumChlorophytum spChlorophytum elatum vittatumChlorophytum comosumCh th ifl

Presque une centaine d’espèces ont été ± testées.

En majorité les polluants étudiés sont des polluants organiques :formaldéhyde, benzène, toluène, TCE…..

Chrysanthemum moriflorumDieffenbachia amoenaDracaena deremensisDracaena marginataDracaena massangeanaDracaena deremensis WarneckeiDracaena deremensis Janet CraigDraceana fragansEpiprmum aureumFicus benjaminaFicus spGerbera jamesonii

Araceae : 36,05% (Spathiphyllum, Scindapsus…)Araliaceae : 13,96%Agavaceae : 13.,96%Arecaceae : 8,13%Moraceae : 6,90%Dracaenaceae : 4,65%M t 3 45%j

Hedera helixHowea forsterianaIpomoea batatasKalanchoe blossfeldianaMagnesia spMusa orianaPelargonium domesticumPeperomia obtusifoliaPhilodendron oxycardiumPhilodendron domesticumPhilodendron selloumPrimula sinesis

Marantaceae : 3,45%Liliaceae : 2,32%Acanthaceae : 2,32%

(Données bibliographiques INH/Plant’Airpur)

C s nt n m j ité :Primula sinesisSansevieria laurentiiSansevieria trifasciataSaxifraga stoloniferaScindapsus aureusSpathiphyllum wallisiiSpathiphyllum Mona LoaSpathiphyllum clevelandiiSyngonium podophyllumTradescantia sillamontanaTradescantia fluminensis

Ce sont en majorité :

Des plantes très utilisées dans les logements.Ces plantes ont souvent une large surface foliaire.

Qui ne présentent pas de risque allergique (appareilrespiratoire).

29/06/2010

12

LesLes évaluationsévaluations desdes performancesperformances épuratricesépuratricesLesLes évaluationsévaluations desdes performancesperformances épuratricesépuratricesenen laboratoirelaboratoire àà l’aidel’aide dede systèmessystèmes plantes/solplantes/sol(hors(hors biobio filtration)filtration)..

29/06/2010

13

Les essais en laboratoire

T é d d i d l• Travaux menés dans des enceintes de volumesvariables : sac en Téflon – plusieurs m3.

• Concentrations élevées sur les pas de temps courts(situations particulières par rapport aux habitats)(situations particulières par rapport aux habitats).

• Circulation de l’air assurée par un ventilateur

C ntrôl d l T° t d l’humidité p r un circuit d• Contrôle de la T° et de l humidité par un circuit derefroidissement.

• Injection unique / en continue.

29/06/2010

14

Exemples de dispositifs expérimentaux (1)

29/06/2010

15

Exemple d’un système d’exposition des végétaux aux polluants en flux continus.(d’après Cornejo et al., 1999)

Exemples de dispositifs é i (2)expérimentaux (2)

29/06/2010

16

Bouteille de COBouteille de CO

Sondes TSondes T°°, H, , H, CO, COCO, CO22

Acquisition des Acquisition des données en données en continucontinu

Enceinte (Enceinte (300L300L) CO et les divers capteurs associés.) CO et les divers capteurs associés.

Exemples de

RefroidisseurRefroidisseur

VentilateurVentilateur

Très fortes concentrationsTrès fortes concentrations

Exemples de dispositifs

expérimentaux (3)

LuxmètreLuxmètre

Enceinte (Enceinte (300L300L) pour les composés organiques.) pour les composés organiques.

Acquisition Acquisition des données des données en continuen continu

29/06/2010

17

Système d’exposition des végétaux en continu et à faibles doses.

Perméamètre : génération du Perméamètre génération du formaldéhyde.

Installation au Laboratoire

INNOVA : mesure du formaldéhyde.Dr. B. Hanoune.

29/06/2010

18

Travaux sur la décontamination de l’air par les plantes.

Ipomoea batatas

Témoin

(Wolverton & Mc Donald, 1982)

Scindapsus aureus

Syngonium podophyllum

Temps (h) max : 24h.

Scindapsus aureus

(Wolverton 1986)

Philodendron domesticum

(Wolverton 1986)

29/06/2010

19

29/06/2010

20

Le principal challenge pour le futur : passer des résultats de Le principal challenge pour le futur : passer des résultats de laboratoire à un dimensionnement à l’habitat.laboratoire à un dimensionnement à l’habitat.

Extrapolation directe des résultats non robuste

??

pExpression d’un nombre de plantes/m3 plutôt que par m2.

29/06/2010

21

CUBE (Containment Unit for Burning Everything) 8 m3

Installation au Laboratoire

Dr. B. Hanoune.

29/06/2010

22

Résultats – entrées d’air non obstruées

ACH = 1

- Pas de différences entre CUBE seul et CUBE avec Scindapsus.

Résultats – entrées d’air obstruées

ACH = 0,25

- Pas de différences entre CUBE seul et CUBE avec Scindapsus.

-La dernière mesure, où il y a une différence entre vide et plantes, est-elle liée à l’activation du substrat ?

29/06/2010

23

Essais en milieux « réels »

• Essais relativement peu nombreux/travaux en laboratoires

• Essentiellement dans le secteur tertiaire, santé : b d bureaux & centre de soins.

• Pas toujours d’évaluation des concentrations de polluants.

• Fréquemment : ressenti du bien être de la perception • Fréquemment : ressenti, du bien être, de la perception de l’environnement de travail, de la productivité. Pas de corrélation établie avec les variations des quantités de polluants.

29/06/2010

24

La La biofiltrationbiofiltration..

L’air pollué passe dans le substrat des plantes pour y être épuré.L’air pollué passe dans le substrat des plantes pour y être épuré.

29/06/2010

25

Les travaux déjà réalisés avec les plantes et les Les travaux déjà réalisés avec les plantes et les polluants intérieurspolluants intérieurs

Les plus célèbres datent des années 80, les recherches de Wolverton, pour laNASA visaient à utiliser les capacités épuratrices de certaines plantes d'intérieur

l tt ti l i i l t ti bit lpour les navettes spatiales ainsi que pour les stations orbitales..

Durant les années 70, la NASA a étudié par GC/MS, l’atmosphère à l’intérieur desvaisseaux spatiaux des missions Skylab III (1973). Ils ont observé 300 COV (107identifiés) différents émis à partir des matériaux d’aménagement intérieur.(Wolverton 1986).

Projet d’une station orbitale équipéed’un module spécialisé dans letraitement de l’air et de l’eau à l’aidetraitement de l air et de l eau à l aidede systèmes associant plantes etmicroorganismes. (Wolverton 1986).

(Source : Wolverton, 1986).

29/06/2010

26

Cinétique d’élimination du benzène et du trichloréthylène par Scindapsus aureus dont le substrat est enrichi avec du charbon actif.

Faibles dosesFaibles doses Fortes dosesFortes doses

(Wolverton et al., 1989)(Wolverton et al., 1989)

29/06/2010

27

Rôle du substrat

• Quels sont les rôles respectifs des Q pdifférentes parties du système ?

• Quelle est l’influence des différents types de substrats ?substrats ?

• Limites « classiques » de la biofiltration : formation de composés secondaires,

è ésaturation du système, flux irréguliers et faiblement concentrés…

29/06/2010

28

Rôle du substratRôle du substrat

FF :: potpot seulseul..

L’injectionL’injection d’uned’une premièrepremière dosedoseinduitinduit uneune phasephase d’acclimatationd’acclimatation..

PasPas ouou peupeu d’effetd’effet dede lala lumièrelumièresursur lesles décroissancesdécroissances desdesconcentrationsconcentrations..

LesLes performancesperformances restentrestent leslesmêmesmêmes sisi lesles plantesplantes sontsont enlevéesenlevées(sauf(sauf pourpour HH.. forsteriana,forsteriana, EE..aureumaureum && DD.. marginatamarginata))..

Orwel Orwel et al.,et al., 2004.2004.

Dose initiale : 25ppm Dose initiale : 25ppm 50 ppm (e)50 ppm (e)..

29/06/2010

29

y = 0,002x + 0,943R2 = 0,939

1 00

1,20

1,40

Rôle du substratRôle du substrat

y = -0,01x + 0,67R2 = 0,93

y = -0,0166x + 0,8127R2 = 0,9611

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

Avec plantes

Sans plantes

Pots stériles

Linéaire (Sans plantes)

Linéaire (Pots stériles)

Linéaire (Avec plantes)

80%

100%

120%% d’abattement en fcθ du nombre de pots (terreau plantes vs terreau vierge)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0%

20%

40%

60%

1 pot 2 pots 3 pots 4 pots 5 pots[CO initiale] = 10ppm

29/06/2010

30

La La biofiltrationbiofiltration : :

Propositions techniques et essais.Propositions techniques et essais.

29/06/2010

31

Libération d’oxygène (photosynthèse)Libération d’oxygène (photosynthèse)++

Système d’épuration combinant une plante et un filtre charbon actif.(Wolverton, 1995).

++Humidité par évapotranspiration.Humidité par évapotranspiration.

Absorption du COAbsorption du CO22 et et des polluants par les feuillesdes polluants par les feuilles

Libération de l’air purifiéLibération de l’air purifié

Stérilisation grâce aux U.V.Stérilisation grâce aux U.V.

Absorption des polluants Absorption des polluants par le substratpar le substrat

Adsorption des polluants Adsorption des polluants sur le sol constitué notamment sur le sol constitué notamment

de charbon actif et de de charbon actif et de zéolithe.zéolithe.

Microorganismes participant Microorganismes participant à la dégradation des polluants.à la dégradation des polluants.

VentilateurVentilateur

Procédé ECOPLANTER issu des systèmes mis au point par Wolverton Procédé ECOPLANTER issu des systèmes mis au point par Wolverton

29/06/2010

32

Exemple d’application de systèmes d’épuration d’air (Wolverton et Mc Donald, 1982)

Exemple d’application de systèmes combinés pourl’épuration de l’air et le traitements de l’eau parles plantes. (Wolverton et Mc Donald, 1982)

A li ti t i té ti d dé h HQEApplications et intégration dans une démarche « HQE ».

(Schémas - source : Wolverton)

29/06/2010

33

Expérience du Biohome

Emissions de COV à partir des matériaux de construction etd’aménagement.

Végétaux en pots accompagnés d’un prototype de biofiltration (équivalant de15 plantes en pot).

Avant disposition des plantes de nombreux COV ont été mis en évidencegrâce à des analyses par GC/MS. Après mis en place des plants :importantes des concentrations.

Tests aussi de traitement des eaux.(http://www.wolvertonenvironmental.com/air.htm).

29/06/2010

34

Système de filtre percolateur(Darlington, Université de Guelph)

Efficacités de 90 à 20 %respectivement pour leformaldéhyde et le benzène : fortedépendance à la solubilité;

Mise en évidence de la limitation desM se en év dence de la l m tat on desphénomènes de transferts.

((Source : M. Source : M. OndartsOndarts, , UnivUniv. Pau. Pau))

(Photos (Photos -- sourcesource : Air Quality Solution) : Air Quality Solution)

29/06/2010

35

Le système PHYTORESTORE®

(Source : PHYTORESTORE).(Source : PHYTORESTORE).

29/06/2010

36

(Source : http://www.vgbox.fr/)

29/06/2010

37

(Source : http://www.andreaair.com/fr/index.html)

29/06/2010

38

29/06/2010

39

18 tonnes3000 plantes dépolluantes31 espècesBiofiltration : système de pompes et passage dans le terreau.pompes et passage dans le terreau.

29/06/2010

40

Synthèse Synthèse -- conclusionconclusion

29/06/2010

41

Quelques remarques sur ces travaux et ces procédés

Près d’une 100aine de plantes ont été testé ;

En majorité les polluants testés sont des polluantsorganiques : formaldéhyde, benzène, toluène…..

Peu de travaux ont comparé l’efficacité de différentssystèmes d’épuration ;

Temps d’exposition relativement courts (heures) ;p p ( ) ;

Pas d’analyse d’émission (COV) ni des contaminations(bactéries et champignons).

29/06/2010

42

Pas toujours d’adéquation entre les concentrations utiliséeset celles observées dans les logements ;

Peu de travaux ont mené des investigations sur le systèmesol/plante (cf. les travaux de Wood et al. ou Orwel et al.) ;

Pas de méthode « standard » définie ;

Quelques solutions pour des applications ;

Pas d’évaluation des systèmes par une méthode normalisée ;

Peu d’évaluation en milieux réels ;Peu d évaluation en milieux réels ;

Pas d’investigation dans le domaine de la bioindication.

29/06/2010

43

Merci de votre attentionMerci de votre attention