Évaluer la qualité de l’air

Si le taux de ventilation d’un local fortement occupé est insuffisant, l’air y est rapidement vicié par de multiples agents (CO₂, micro-organismes, matières odorantes, émissions des imprimantes et photocopieurs, …) : la respiration est moins active, une fatigue prématurée apparaît, la concentration diminue, le risque de contamination augmente, …

Débits de ventilation

Assurer la qualité de l’air, c’est prévoir une ventilation capable de diluer les polluants émis dans le local jusqu’à une concentration jugée acceptable.

En région wallonne, depuis le 1er mai 2010, tous les bâtiments neufs et assimilés doivent répondre à des exigences particulières. Les bâtiments non résidentiels (hors habitation et appartement) doivent respecter l‘Annexe C3 de la PEB (elle-même basée sur la norme européenne EN 13 779 : Ventilation dans les bâtiments non résidentiels – Spécifications des performances pour les systèmes de ventilation et de climatisation).

Celle-ci impose une qualité d’air au moins égale à la catégorie INT 3 (débit minimum de 22 m³ par heure et par personne) et de plus, elle impose un taux d’occupation minimum (m² par personne) à prendre en compte pour le dimensionnement en fonction de l’usage de la pièce.

Pour déterminer le débit d’air neuf minimal à assurer dans chaque local, il faut donc multiplier le taux d’occupation (de conception ou minimum imposé) par le débit de ventilation (INT 3 minimum).

De plus, on notera l’exigence de débit de conception minimal à respecter pour les sanitaires : 25 m³/h par wc ou urinoir ou 15 m²/h par m² de surface si le nombre de wc n’est pas connu lors du dimensionnement.

Concentration en CO₂

Le dioxyde de carbone (CO₂) ne constitue pas en soi un polluant détériorant la qualité de l’air mais il donne une bonne mesure de la pollution de l’air due aux occupants (odeurs, vapeur d’eau, émanations biologiques,…). Plusieurs normes étrangères posent d’ailleurs des exigences en matière de ventilation en spécifiant le niveau maximal admissible de CO₂. Conformément à l’annexe C3 de la PEB, celui-ci doit être maintenu sous :

CO₂ < 1 000 ppm

Cette valeur équivaut plus ou moins à la limite à partir de laquelle les odeurs corporelles sont perçues par plus de 80 % des occupants d’un local.

Pourcentage de personnes insatisfaites de la qualité de l’air (d’une façon générale et non sur base de l’unique aspect des odeurs corporelles), lorsqu’elles rentrent dans un bureau individuel occupé en fonction de la concentration en CO₂ du bureau au-dessus de la concentration de CO₂ de l’air extérieur (soit environ 350  ppm) (source : Rapport technique du Comité Européen de Normalisation (CEN), CR 1752, 1998)

Notons que la norme européenne NBN EN 13 779 (2007), propose 4 niveaux de taux de CO₂ à respecter dans les locaux :

Norme européenne NBN EN 13 779
Catégorie de qualité d’air	Taux de CO2 maximum	Valeur par défaut
Excellente qualité (INT 1)	< 400 [ppm]	350 [ppm]
Qualité moyenne (INT 2)	400 à 600 [ppm]	500 [ppm]
Qualité modérée (INT 3)	600 à 1 000 [ppm]	800 [ppm]
Faible qualité mais acceptable (INT 4)	> 1 000[ppm]	1 200 [ppm]

Ici aussi l’annexe C3 de la PEB exige une qualité de l’air au minimum “modérée”! La mesure de la concentration en CO₂ permet dès lors d’évaluer la qualité de l’air dans un local. La figure suivante montre à titre d’exemple l’évolution de la concentration en CO₂ dans un bureau équipé d’un système de ventilation à débit constant (le niveau de CO₂ de l’air extérieur est de l’ordre de 350 à 400 ppm).

La dernière version de l’Arrêté royal fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre ne prescrit plus un renouvellement d’air minimum par travailleur mais stipule que la concentration de CO₂ doit resté inférieur à 800 ppm dans des locaux de travail normaux. Ainsi, l’exigence est placée sur le résultat attendu et plus le moyens. Pour atteindre ce résultat, si on considère qu’une personne expire 10 litres de CO₂ par heure cela induit une renouvellement d’air de 43 m³/h.pers pour un air extérieur à 400 ppm de base.

Cas particulier des locaux non prévus pour l’occupation humaine

On entend par ” locaux non prévus pour l’occupation humaine “, les locaux où, pour un usage normal, les personnes séjournent un temps relativement court (circulations, escaliers, toilettes, archives, locaux de stockage, …).

Dans ces locaux, un certain balayage d’air est nécessaire pour évacuer les “polluants” émis (humidité, …), mais il n’est pas obligatoire d’y amener de l’air neuf traité, puisque personne n’y séjourne.

On peut recommander de ventiler ces locaux avec un débit d’air de l’ordre de 1,3 m³/h/m² (ce qui correspond à 0,5 R/h pour une hauteur sous faux-plafond de 2,6 m).

Ce débit sera assuré par de l’air en provenance de locaux à pollution limitée tels que bureaux, salles de réunion, espaces commerciaux, restaurants, magasins, classes, chambres d’hôtel (locaux à pollution d’origine humaine), conformément à l’annexe C3 de la PEB. En présence de polluants comme le CO ou le radon, ces grandeurs ne sont évidemment plus d’application et la détermination du débit d’amenée d’air demande dans ce cas une étude spécifique.

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1^ére analyse : sur les schémas d’installation

Dans un bâtiment équipé d’un système de ventilation, on peut se faire une première idée des débits globaux de ventilation grâce aux spécifications reprises sur les schémas d’installation. On peut ramener ces débits à la surface plancher des locaux ventilés ou/et aux nombres des occupants.

Il faut pour cela clairement identifier toutes les unités de ventilation et les zones qu’elles desservent. Il faut également faire l’hypothèse que les spécifications des schémas d’installation correspondent au mode d’exploitation. Certains ventilateurs peuvent fonctionner en vitesse réduite, des repiquages peuvent avoir été réalisés sur le réseau d’origine, …

2^ème analyse : par mesure

Il est possible de mesurer les débits de pulsion ou d’extraction mécanique au moyen d’un anémomètre ou d’un débitmètre. Ces systèmes ne sont cependant valables que pour la mesure dans les gaines et les bouches d’une ventilation mécanique (simple ou double flux). L’emplacement de la mesure doit tenir compte d’un recyclage éventuel de l’air intérieur (systèmes de climatisation “tout air”).

Mesure de débit dans une gaine et au droit d’une bouche.

Dans le cas d’un système de ventilation naturelle (par exemple, par grilles d’amenée d’air dans les fenêtres), vu la faible vitesse de l’air, on doit recourir à des méthodes plus complexes utilisant des gaz traceurs, si on veut connaître précisément les débits mis en œuvre.

On peut aussi mesurer les concentrations en CO₂ avec un détecteur de CO₂ ou un chromatographe.

On peut également se faire une opinion sur la qualité d’une ventilation simple flux (extraction sanitaire) par une mesure de pression différentielle au droit d’une bouche d’extraction.

On mesure d’abord la pression différentielle au niveau des bouches d’extraction, dans les conditions normales de fonctionnement, c’est-à-dire fenêtres fermées. On ouvre ensuite une fenêtre et on recommence la mesure

• Si la différence de mesure dépasse 50 Pa, alors le bâtiment est trop étanche (amenées d’air inexistantes ou bouchées),

• Si la différence de mesure est nulle, alors l’enveloppe du bâtiment peut être considérée comme une passoire.

3ème analyse : Intuitivement …

Plusieurs pistes permettent de suspecter une carence en ventilation :

Odeurs

La réunion de personnes, dans une ambiance confinée, provoque rapidement des odeurs “désagréables”. Celles-ci ne sont pas perceptibles pour les personnes présentes mais bien pour les personnes qui rentrent dans le local. Ce problème est accentué en présence de fumeurs. Un défaut de ventilation des sanitaires peut aussi être critique au niveau des odeurs.

Humidité

Chaque être humain produit 50 ml d’eau par heure (par la respiration et la transpiration). Un défaut de ventilation peut conduire à l’augmentation du taux d’humidité de l’air. Des condensations risquent d’apparaître sur les surfaces froides (vitrages simple, ponts thermiques, …). Des moisissures peuvent en résulter.

Absence de système

Une ventilation correcte n’est possible qu’avec des systèmes spécifiques, soit mécaniques (simple ou double flux), soit naturels (grilles). Miser sur les inétanchéités du bâtiment n’est pas réaliste. En effet, pour qu’un réel apport d’air neuf soit possible, il faut que certaines zones du bâtiment soient en dépression et d’autres en surpression. Ce sera éventuellement le cas si on dispose de fenêtres sur des façades opposées. Et encore, faut-il que la circulation de l’air ne soit pas entravée par une succession de portes plus ou moins étanches. Il faut en outre disposer d’anciennes menuiseries non étanches. L’amélioration de celles-ci rend les entrées d’air très difficiles.

Exemple. Supposons un bureau individuel de 12 m², muni d’une fenêtre de 1,2 [m] x 1 [m]. On estime le débit d’air au travers des joints (pour une différence moyenne de pression de 2 Pa) à 0,2 m³/h par mètre de joint (châssis peu étanche). On obtient donc un débit d’amenée d’air de 4,4 m x 0,2 m³/h.m = 0,88 m³/h. Or la norme recommande un débit d’air neuf de 2,9 m³/h.m² x 12 m² =  34,8 m³/h.

De plus, se baser sur les inétanchéités du bâtiment, c’est aussi :

• Ne pas contrôler les débits d’air entrant et donc ne pas contrôler les consommations liées au chauffage ou au refroidissement de cet air. On arrive ainsi à la situation absurde où le taux de renouvellement d’air est d’autant plus grand qu’il fait froid à l’extérieur ou qu’il y a du vent. De plus, dans les bâtiments très bien isolés, les pertes de chaleur par ventilation deviennent plus importantes que les pertes par transmission et leur contrôle en est d’autant plus important.

• Risquer des inconforts liés aux courants d’air froid.

• Risquer l’introduction de bruits et de polluants supplémentaires si le bâtiment se situe en zone urbaine.

• Risquer un assèchement excessif de l’air en hiver. En effet, l’introduction d’une trop grande quantité d’air froid dans l’ambiance chauffée risque de faire chuter le taux d’humidité sous le seuil tolérable de confort.

Système mal dimensionné

En ventilation naturelle, on peut évaluer si la taille des ouvertures est suffisante par cette règle simple :

Approximativement, une ouverture d’environ 10 cm² est nécessaire par m² de surface plancher du local.

En effet, si on considère que la vitesse de l’air dans une ouverture avoisine 1 m/s (100 cm/s), une ouverture de 10 cm² (0,001 m²) est nécessaire pour faire passer un débit de 0,001 m³/s ou 3,6 m³/h, ce qui correspond au débit recommandé par m² de plancher dans le résidentiel.

Système incomplet

On a beau souffler dans un ballon gonflé, aucun air frais n’y rentre. Ceci signifie que si l’air neuf n’a pas la possibilité de sortir du local, il n’y entrera pas et vice-versa. Ainsi, le débit d’air neuf prévu ne sera pas obtenu :

• en l’absence de possibilité de transfert entre amenées et évacuations d’air (grilles de transfert, “détalonnage” des portes, …);

• si une pulsion mécanique est prévue sans évacuation ou vice-versa;

• si une trop grande différence existe entre les débits prévus en pulsion et les débits prévus en extraction.

Système mal conçu

Un système de ventilation peut être présent, mais ne pas donner satisfaction. En ventilation “double flux“, une mauvaise disposition des bouches peut entraîner un brassage de l’air insuffisant, la présence de zones “mortes” et donc une inefficacité dans l’évacuation des polluants.

	Légende
	Pulsion	Extraction
Grande vitesse
Petite vitesse

Bonne diffusion de l’air	Diffusion de l’air médiocre
Bon : soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en bas sur le même mur.	Médiocre : soufflage horizontal en haut à faible vitesse et faible portée, reprise en bas sur le même mur (création d’une zone morte).
Bon : soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en haut sur le même mur.	Médiocre : soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en haut sur le mur opposé (by-pass d’une partie du débit).
Bon : soufflage horizontal en haut à faible vitesse, reprise en bas sur le mur opposé.	Médiocre : soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en bas sur le mur opposé (création d’une zone morte).
Bon : soufflage sous plafond sous angle moyen, reprises hautes symétriques.	Médiocre : soufflage sous plafond sous angle moyen, reprises basses symétriques (création de zones mortes au plafond).
Bon : soufflage sous plafond sous 180°, reprises basses symétriques.	Médiocre : soufflage sous plafond sous 180°, reprises hautes symétriques (by-pass d’une partie du débit).
Bon : soufflage sous plafond sous 180°, reprise concentrique.	Médiocre : soufflage sous plafond sous 180° à faible débit, reprises hautes symétriques (by-pass d’une partie du débit).

En ventilation “simple flux“, le débit d’air brassant les locaux (par exemple des bureaux) est dépendant de la présence de fenêtres ouvertes ou d’autres entrées d’air parasites.

Exemple. Dans un immeuble de bureaux de plusieurs étages, les bureaux sont disposés de part et d’autre des couloirs. Ceux-ci communiquent avec la cage d’escalier via des portes. Le système de ventilation “simple flux” est composé de grilles dans les menuiseries extérieures des bureaux et d’extractions mécaniques dans les sanitaires. Il n’y a pas de grilles dans les différentes portes des bureaux. En principe la dépression créée dans les sanitaires doit provoquer une entrée d’air neuf par les grilles des bureaux. Cependant, les portes entre couloirs et escalier sont pratiquement en permanence ouvertes. Dans ce cas, l’air extrait, choisissant toujours le chemin le plus facile, sera tiré de la cage d’escalier ou du hall d’entrée, plutôt que des bureaux, ceci d’autant plus si les portes des bureaux sont fermées.

Dans cet exemple, on croit que les bureaux sont ventilés, puisqu’un système existe. Ce n’est cependant pas le cas, puisque l’air neuf ne circule pas par ces locaux. Un système de ventilation “simple flux” ne sera pas efficace :

• s’il n’y a pas de possibilité de transfert de l’air entre les bureaux et les sanitaires : grilles non obturables dans les portes ou les murs, détalonnage des portes de minimum 2 cm;

• s’il y a des grandes entrées d’air parasites (fenêtres ouvertes, ouverture vers un hall d’entrée, vers une cage d’escalier, …).

Prise d’air extérieure incorrecte

Lorsqu’il existe un système de ventilation, la prise d’air extérieur doit aspirer de l’air de bonne qualité. Elle ne peut donc être trop près :

• de la bouche d’évacuation de l’air vicié,
• de parking, de garages,
• d’une cheminée de chauffage,
• d’un stockage de déchets,
• du niveau de la rue.

L’encrassement des grilles d’amenée d’air (neige, feuilles mortes, papiers, poussières ou encore nids d’oiseaux) risque de faire chuter les débits de ventilation sous les minima requis.

Filtration défaillante

Un défaut de filtration peut être à l’origine d’une mauvaise qualité de l’air intérieur. Lors de la conception, le filtre choisi peut ne pas avoir la qualité requise. Un filtre F7 est généralement recommandé en amont du caisson de traitement d’air afin de protéger également les batteries. Le filtre peut également être sous-dimensionné (nombre de poches insuffisant, par exemple). Dans ce cas la différence de pression mesurée au niveau du filtre propre sera supérieure à la valeur indiquée par le fabricant. Un manque de débit peut aussi avoir comme origine un défaut de maintenance des filtres. On repère celui-ci en mesurant la différence de pression au niveau du filtre sale et en la comparant à la valeur maximum recommandée par le fabricant. Des odeurs peuvent aussi se développer dans un filtre. Dans ce cas, il doit être changé. Un filtre trop sale peut aussi se repérer par les sifflements qu’il peut produire. Ces différents défauts des filtres auront souvent aussi comme conséquence la prolifération de poussières dans les conduits de distribution.

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La présence d’un système de ventilation double flux ne garantit pas que les débits recommandés alimentent effectivement tous les locaux. Des mesures sur différents bâtiments existants ont montré qu’il n’est pas rare de rencontrer des débits de ventilation inférieurs de plus de 50 % aux débits pris en compte lors de la conception.

Si lors de la réception de l’installation, ou en cours d’exploitation, des mesures de débit au niveau des bouches et du réseau de distribution indiquent des débits incorrects par rapport aux recommandations ou par rapport aux données de dimensionnement, voici des pistes de réflexion :

Débit insuffisant dans le réseau de pulsion
Le ventilateur ne tourne pas assez vite	Gérer	Modifier le diamètre des poulies d’entraînement
	Gérer	Vérifier la tension des courroies d’entraînement
La taille et le type de ventilateur ne sont pas adaptés au réseau	Concevoir	Choisir un nouveau ventilateur
Un conduit ou une batterie est obstrué	Gérer	Inspecter le réseau de distribution, son état de propreté, le bon positionnement de l’isolant éventuel, la position des clapets coupe-feu et l’état de leur fusible de protection
Un filtre est colmaté	Gérer	Remplacer le filtre sale et éventuellement envisager le choix d’un nouveau mode de filtration
Le ventilateur est encrassé	Gérer	Nettoyer le ventilateur et vérifier la présence des filtres
Des fuites importantes sont présentes dans le réseau de distribution	Améliorer	Vérifier l’étanchéité des conduits et les colmater
	Techniques	Vérifier la continuité des conduits au passage d’obstacles.
La roue du ventilateur est montée à l’envers	Techniques	Vérifier le sens de montage de la roue
Le ventilateur tourne à l’envers	Techniques	Vérifier le câblage du moteur et inverser deux phases dans le cas d’un moteur triphasé
Le ventilateur d’extraction n’est pas en service	Gérer	Vérifier le fonctionnement normal du réseau d’extraction
Le débit est trop élevé dans certains locaux et insuffisant dans d’autres	Améliorer	Équilibrer l’installation
Le ventilateur tourne à l’envers ? Si le débit mesuré sur un ventilateur est nettement inférieur à celui qui était prévu, il faut vérifier son sens de rotation avant d’envisager de changer le rapport des poulies. Un ventilateur hélicoïde qui tourne à l’envers peut provoquer un débit en sens opposé. Un ventilateur centrifuge qui tourne à l’envers entraîne un débit dans le bon sens mais avec une perte importante de rendement. Pour constater un sens de circulation de l’air, il faut utiliser un petit générateur de fumée ou des rubans légers, la sensation de circulation d’air sur la peau ne permettant pas toujours de discerner le sens, tandis que les anémomètres donnent souvent une indication indépendante du sens de rotation.
Débit insuffisant dans le réseau d’extraction
Le ventilateur de pulsion n’est pas en service	Gérer	Vérifier le fonctionnement normal du réseau de pulsion
Les bouches de reprises sont fermées	Techniques	Vérifier l’ouverture correcte des bouche
Les bouches de reprises sont sous-dimensionnées	Concevoir	Choisir de nouvelles bouches
Débit irrégulier (pompage)
La roue du ventilateur est décentrée sur l’arbre	Techniques	Repositionner correctement la roue du ventilateur
Le ventilateur fonctionne au maximum de sa courbe caractéristique	Concevoir	Changer le type ou le modèle de ventilateur
Une ou plusieurs lamelles d’un clapet d’air sont mal fixées sur leur support	Techniques	Vérifier et réparer les fixations des lamelles sur chaque clapet d’air ou registre de réglage
Turbulences excessives au droit d’un coude ou d’un changement de section	Concevoir	Installer des lamelles de stabilisation guidant les filets d’air
Manque de rigidité de certaines sections de conduit rectangulaire	Concevoir	Améliorer la fixation et la rigidité des conduits rectangulaires
Débit trop important
Le ventilateur tourne trop vite	Améliorer	Modifier la taille des poulies d’entraînement
	Gérer	Modifier la vitesse du moteur électrique
Le ventilateur n’est pas adapté à l’installation	Concevoir	Choisir un nouveau ventilateur
Les pertes de charge du réseau sont inférieures aux prévisions	Concevoir	Choisir un nouveau ventilateur
	Améliorer	Modifier la taille des poulies d’entraînement
Une partie du débit court-circuite les filtres (filtres à enroulement automatique)	Concevoir	Améliorer l’étanchéité latérale des filtres
Extraction par les bouches de soufflage
La vitesse de l’air dans les conduites est trop importante et crée une dépression au niveau de la bouche	Concevoir	Installer des ailettes de guidage au niveau de chaque bouche

On rencontre deux causes de contamination par micro-organismes :

• les occupants eux-mêmes qui libèrent en permanence des micro-organismes et des supports nutritifs (squames cutanées) qui favorisent leur développement,

• l’eau stagnante en certains points qui offre un bouillon de culture idéal aux bactéries notamment du type de la Legionella, qui vont se développer rapidement et former une sorte de film visqueux, le biofilm.

Conception correcte du recyclage

Le premier risque est lié au recyclage de l’air dans les systèmes de climatisation “tout air” comme le VAV. En effet, le recyclage renvoie dans les locaux de l’air vicié plus chargé en polluants que l’air extérieur.

On sera donc attentif à la filtration correcte de cet air. Mais malgré cette filtration, certains contaminants ne seront pas totalement arrêtés (odeurs de tabac, ozone et autres solvant de photocopieurs, micro-organismes, …). Il faut donc éviter de mélanger par le recyclage des ambiances à pollution spécifique et les ambiances à pollution “humaine”.

Éviter l’eau stagnante

Dans un réseau de traitement d’air, on retrouve trois principales sources d’eau stagnante :

• la prise d’air neuf par où la pluie risque de pénétrer
• l’humidificateur
• la condensation de l’eau dans le réseau

Dans le cas de la prise d’air neuf, une surveillance régulière et un nettoyage si nécessaire est suffisant pour éviter les risques de développement bactérien.

Dans les installations de climatisation normales, la quantité de germes contenue dans l’eau qui alimente les humidificateurs ne peut dépasser 1000 germes/ml (100 germes/ml pour les salles informatiques et 10 germes/ml pour les locaux stériles).

Dans le cas des humidificateurs, la conception du système, sa gestion et sa maintenance peuvent être mis en cause.

Tous les systèmes à recyclage (humidificateurs à pulvérisation, humidificateurs à évaporation) c’est-à-dire récoltant l’eau non entraînée dans l’air dans un bac et la réutilisant, peuvent être source d’un développement bactérien. Ils doivent donc faire l’objet d’une maintenance rigoureuse.

Bac de recyclage d’un humidificateur …

Il faut particulièrement faire attention aux périodes d’arrêt de l’installation (la nuit, les week-ends). C’est durant ces périodes que prolifèrent les germes qui seront pulvérisés dans l’air à la relance.

Si l’arrêt de l’humidificateur et sa vidange automatique chaque nuit est la solution idéale à recommander, au minimum une vidange et une désinfection complète de l’installation s’imposent, au moins deux fois par an (au début de la mi-saison, impérativement, et au milieu de l’hiver) et de préférence une fois par mois.

Il faudra aussi être attentif à la présence d’eau qui pourrait être entraînée au-delà du séparateur de gouttelettes, du fait du vitesse trop élevée de l’air dans le caisson de traitement d’air.

Gérer

Pour en savoir plus sur les prescriptions de maintenance des humidificateurs.

Outre un contrôle visuel, une analyse micro-biologique des dépôts (eau, poussières dans les conduits, …) rencontrés dans une installation de traitement d’air (par l’Institut d’hygiène et d’épidémiologie) est utile de temps en temps pour faire un diagnostic de la qualité hygiénique de l’installation (types de micro-organismes, quantité, …).

Éviter les matériaux fibreux, corrodés ou entartrés

Les matériaux avec aspérités offrent des possibilités d’accrochage et donc de développement de microorganismes.

Des biofilms peuvent ainsi rapidement se développer sur les surfaces corrodées ou entartrées. L’utilisation d’eau adoucie est donc souvent défavorable à la prolifération bactérienne.

La présence d’isolant sous forme de fibres sans protection dans un réseau de distribution est également à proscrire.

Biofilm (vu au microscope) accroché sur une surface corrodée.