Rédigé par Eric Azulay — Ingénieur sites et sols pollués, gérant SARL G.M.E.P · Publié le 3 juillet 2026
Principe du modèle Johnson & Ettinger
Développé initialement par Paul Johnson et Robert Ettinger en 1991 puis formalisé dans le guide de l'US EPA en 2004 (« User's Guide for Evaluating Subsurface Vapor Intrusion into Buildings »), le modèle Johnson & Ettinger est un modèle analytique en régime stationnaire qui simule le transport de composés volatils depuis une source de contamination souterraine (sol contaminé ou nappe contaminée) jusqu'à l'air intérieur d'un bâtiment situé en surface.
Le modèle représente deux mécanismes de transport successifs : la diffusion/advection dans la zone non saturée (entre la source et les fondations), puis le passage à travers les fondations du bâtiment (dalle, fissures, joints), suivi d'une dilution dans le volume d'air intérieur renouvelé par la ventilation.
Le facteur d'atténuation α
Le résultat central du modèle est le facteur d'atténuation α (alpha), défini comme le rapport entre la concentration en air intérieur et la concentration à la source (air du sol ou eau souterraine, selon le point de calcul) :
α = Concentration en air intérieur (Ci) / Concentration à la source (Cs)
Ce facteur, généralement compris entre 10⁻² et 10⁻⁴, dépend de la profondeur de la source, des propriétés du sol traversé (porosité, perméabilité, teneur en eau) et des caractéristiques du bâtiment (surface de fondation en contact avec le sol, taux de renouvellement d'air, débit d'entrée d'air par les fissures). Une fois α déterminé, la concentration en air intérieur est simplement : Ci = α × Cs, valeur ensuite injectée dans le calcul de la dose d'exposition par inhalation pour l'EQRS.
Équation de transport
Le modèle Johnson & Ettinger résout une équation de diffusion-advection unidimensionnelle à travers la zone non saturée, couplée à un bilan de masse dans le volume d'air intérieur du bâtiment. De façon simplifiée, le flux de vapeurs entrant dans le bâtiment (Jf) s'exprime comme :
Jf = Deff × Cs / Lt (flux diffusif à travers la zone non saturée)
Ci = Jf × Ab / (Qbuilding) (bilan de masse dans le volume du bâtiment)
où Deff est le coefficient de diffusion effectif du composé dans le sol, Lt la distance totale de diffusion (profondeur de la source), Ab la surface de fondation en contact avec le sol contaminé, et Qbuilding le débit de renouvellement d'air du bâtiment. Le modèle complet (EPA 2004) intègre en réalité un couplage diffusion/advection à travers les fissures de fondation, via un paramètre de perméabilité au gaz du sol.
Paramètres clés du calcul
Substances concernées
Le modèle Johnson & Ettinger s'applique aux composés suffisamment volatils pour migrer en phase gazeuse à travers la zone non saturée. Les familles de substances les plus fréquemment évaluées sont :
- Solvants chlorés — trichloroéthylène (TCE), tétrachloroéthylène (PCE), chlorure de vinyle, 1,1-dichloroéthylène : substances prioritaires en intrusion de vapeurs en raison de leur toxicité et de leur forte volatilité
- Composés organiques volatils (COV) pétroliers — benzène, toluène, éthylbenzène, xylènes (BTEX)
- Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) légers — naphtalène notamment, pour sa volatilité relativement élevée parmi les HAP
Les métaux et la plupart des HAP lourds, peu ou pas volatils, ne sont en revanche pas pertinents pour cette voie de transfert et relèvent d'autres modélisations (ingestion, contact cutané).
Limites et précautions d'usage
Comme tout modèle analytique simplifié, Johnson & Ettinger repose sur des hypothèses qu'il convient de garder à l'esprit lors de l'interprétation des résultats :
- Régime stationnaire — le modèle ne capture pas les variations saisonnières de la nappe, de la teneur en eau du sol ou de la pression barométrique, qui peuvent pourtant faire varier significativement les concentrations mesurées en air intérieur
- Sol homogène — l'hétérogénéité réelle des sols (lentilles sableuses, fissures, réseaux enterrés) peut créer des voies préférentielles non représentées par le modèle 1D
- Absence de dégradation biologique dans la version conservative du modèle, alors que certains composés (notamment les hydrocarbures pétroliers) peuvent être partiellement biodégradés dans la zone non saturée
- Sensibilité forte aux paramètres d'entrée — de petites variations de perméabilité ou de profondeur de source peuvent modifier le facteur α de plusieurs ordres de grandeur
Comparaison avec les mesures de terrain
En raison de ces limites, la doctrine méthodologique recommande, chaque fois que possible, de confronter les résultats du modèle à des mesures directes : prélèvements de gaz du sol sous dalle (sub-slab), mesures d'air intérieur et d'air ambiant de référence (pour distinguer la contribution du site des sources domestiques), voire mesures de flux surfacique. Cette approche multi-lignes de preuve (modélisation + mesures) est particulièrement recommandée lorsque les résultats du modèle Johnson & Ettinger se situent proches des seuils d'acceptabilité du QD ou de l'ERI, ou lorsque le bâtiment étudié est déjà occupé.
La modélisation reste néanmoins un outil essentiel en phase de diagnostic initial (IEM) et de dimensionnement de campagnes de mesures, ainsi que pour évaluer des scénarios prospectifs (projets de construction sur site pollué) où aucune mesure directe n'est encore possible.
Scénarios types d'application
Le modèle Johnson & Ettinger est mobilisé dans plusieurs contextes opérationnels rencontrés par les bureaux d'études SSP :
Diagnostic d'un bâtiment existant sur site pollué
Lorsqu'un bâtiment est déjà construit sur ou à proximité d'une source de pollution volatile identifiée (nappe ou sol contaminé), le modèle permet une première estimation du risque d'intrusion de vapeurs avant d'engager, si nécessaire, une campagne de mesures d'air intérieur ou de gaz du sol sous dalle.
Projet d'aménagement ou de construction
Dans le cadre d'un projet de construction sur un site présentant une pollution résiduelle des sols ou de la nappe, le modèle permet d'anticiper, dès la conception, le risque d'intrusion de vapeurs dans les futurs bâtiments et de dimensionner des mesures de gestion adaptées (membrane anti-remontée de vapeurs, ventilation de vide sanitaire, drain de dépressurisation sous dalle).
Réévaluation après travaux de dépollution
Le modèle est également utilisé pour vérifier, sur la base des nouvelles concentrations résiduelles mesurées, que le risque d'intrusion de vapeurs reste acceptable après la mise en œuvre de travaux de dépollution ou de confinement, dans le cadre du suivi du plan de gestion.
Intégration dans l'EQRS
La concentration en air intérieur calculée par le modèle Johnson & Ettinger alimente directement le calcul de la dose journalière d'exposition par inhalation, puis le calcul du QD et de l'ERI selon la méthodologie décrite dans notre article sur le calcul QD et ERI en EQRS. Cette articulation permet de couvrir l'ensemble de la chaîne source-transfert-cible, de la source de pollution jusqu'au risque sanitaire pour les occupants du bâtiment.
Modéliser l'intrusion de vapeurs avec EQRS Johnson & Ettinger
L'outil EQRS Johnson & Ettinger (V7) de GMEP calcule automatiquement le facteur d'atténuation α et la concentration en air intérieur, conformément à l'US EPA 2004, et l'intègre directement au calcul du QD et de l'ERI pour l'ensemble des populations cibles.
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FAQ — Modèle Johnson & Ettinger et intrusion de vapeurs
Qu'est-ce que le modèle Johnson & Ettinger ?
Le modèle Johnson & Ettinger (1991, formalisé par l'US EPA en 2004) est un modèle analytique de transport qui simule la migration de composés volatils depuis une source souterraine (sol ou eau souterraine contaminés) vers l'air intérieur d'un bâtiment, via diffusion et advection dans la zone non saturée puis à travers les fondations.
Qu'est-ce que le facteur d'atténuation alpha ?
Le facteur d'atténuation alpha est le rapport entre la concentration en air intérieur et la concentration à la source. Il traduit la dilution et l'atténuation subies par le composé volatil lors de son transfert à travers le sol puis les fondations du bâtiment. Un alpha typique se situe entre 10⁻² et 10⁻⁴.
Quelles substances sont concernées par l'intrusion de vapeurs ?
Les composés organiques volatils (COV), notamment les solvants chlorés comme le trichloroéthylène (TCE) et le tétrachloroéthylène (PCE), le benzène et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) légers, sont les substances les plus couramment évaluées avec le modèle Johnson & Ettinger.
Quelles sont les limites du modèle Johnson & Ettinger ?
Le modèle repose sur des hypothèses simplificatrices (régime stationnaire, sol homogène, absence de dégradation biologique), ce qui peut conduire à sur ou sous-estimer la concentration réelle en air intérieur. Il est recommandé de le compléter, lorsque c'est possible, par des mesures directes de gaz du sol ou d'air intérieur.
Le logiciel GMEP intègre-t-il le modèle Johnson & Ettinger ?
Oui, l'outil EQRS Johnson & Ettinger (V7) de GMEP implémente le modèle conformément à l'US EPA 2004, avec calcul automatique du facteur d'atténuation alpha et intégration directe dans le calcul du QD et de l'ERI par inhalation d'air intérieur.
Références méthodologiques
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