Cet article est, pour une large part, basé sur un document réalisé par la NAV (Netwerk ArchitectenVlaanderen) , l’organisation flamande des architectes, dans le cadre du projet d’amélioration de la qualité de l’air intérieur, en particulier dans les bâtiments scolaires initié par le département flamand de l’environnement en collaboration avec le VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek), l’institut flamand de recherche technologique. Cet ouvrage n’existe qu’en néerlandais et peut intégralement être téléchargé via ce lien.
Afin de concevoir un système de ventilation performant, il convient d’éviter ou de limiter drastiquement la présence d’agents tels que le CO2 et l’humidité émis par les personnes présentes, les polluants qui viennent de l’extérieur, les virus et les bactéries. Nous allons voir quelles sont les étapes et les aspects selon lesquels le type de ventilation est choisi.
1. Approche générale
Les professionnels du secteur de la construction doivent tout d’abord faire un état de la situation actuelle et/ou future du bâtiment à construire.
L’utilisateur
Le client doit être rencontré afin :
- de l’informer de l’intérêt d’une ventilation efficace en faisant bien la distinction entre ventilation et système de refroidissement de l’air (climatisation, ventilateur, etc.) ;
- de lui demander son niveau d’exigence en terme non seulement de confort, mais aussi de facilité de prise en main, d’utilisation et de maintenance du (des) système(s) de ventilation proposé(s) ;
- de s’accorder sur un budget basé sur le coût de l’appareil, son installation, son entretien, ses réparations, maintenances et sa consommation en énergie ;
- de déterminer le type d’activités prévues selon les pièces et leur taille ainsi que le type d’utilisateurs .
La situation existante
Pour évaluer le système de ventilation adéquat pour évacuer et remplacer l’air « vicié », il faudra calculer le débit d’évacuation de l’air impropre, de renouvellement et d’amélioration de la qualité d’air sain par personne. Pour ce faire, le responsable du bâtiment (responsable énergie ou technicien) devra prendre en compte l’environnement extérieur, l’environnement intérieur ainsi que la ventilation existante.
L’environnement extérieur
Il fera un état des lieux des sources et densité d’agents extérieurs polluants tels que :
- Les gaz d’échappement liés à un trafic lourd et fréquent de véhicules à proximité,
- l’activité agricole ou industrielle à proximité,
- la pollution sonore et olfactive.
Certains types de ventilation tels que des grilles d’aération ne constituent pas une solution au renouvellement de l’air sain si la densité de ces agents extérieurs est trop élevée. Par exemple, l’aération des chambres d’un internat qui surplombe une autoroute, fait face à une forêt ou un littoral sera adapté à l’environnement extérieur.
L’environnement intérieur
Selon la densité moyenne d’occupants et le type d’activités, le responsable du bâtiment doit analyser les types d’agents émis en interne :
- Des polluants émis par les futurs matériaux de construction,
- des polluants émis par les matières utilisées pour la décoration et le parachèvement,
- des bactéries, virus ou émissions de CO2 émis par les occupants,
- l’humidité de source humaine, végétale ou liée aux installations existantes.
La ventilation existante
L’analyse de ces mêmes circonstances est incontournable en cas de rénovation du système de ventilation. Y seront ajoutées des questions concernant le bâtiment dans son ensemble, le système de ventilation et l’ampleur de la rénovation.
Le bâtiment
- Quel est l’état de son enveloppe actuelle ? (fissures et fentes impliquant tantôt une perte d’énergie tantôt de la condensation, de l’humidité et de la moisissure) ;
- Quels sont les matériaux de construction déjà présents ?
Le système de ventilation existant
La rénovation ou l’extension du système de ventilation déjà en place fera l’objet d’une analyse globale.
L’ampleur de la rénovation
Le responsable du bâtiment devra faire une série d’inspections de la ventilation existante afin d’y apporter des améliorations plus ou moins radicales selon l’ampleur de la rénovation prévue par l’institution concernée.
Cela passera inévitablement par un calcul des débits et flux déjà présents. Selon les superficies et les volumes, quelle quantité d’air se renouvelle chaque heure ? Quelle est la complexité du bâtiment existant ?
Pour connaître tous ces détails, il est primordial d’avoir fait le point sur les questions liées aux utilisateurs du bâtiment déjà existant. On en revient alors aux mêmes questions que celles abordées précédemment sur les futurs utilisateurs. La question est d’autant plus simple que l’usager et ses habitudes sont déjà connus. D’autres aspects tels que la possible utilisation du bâtiment pendant les travaux doivent être mis sur la table.
Enfin, une modernisation importante de la ventilation peut s’avérer coûteuse en cas de bâtiments complexes. Cela peut impliquer une décentralisation des systèmes de ventilation pour augmenter le rythme et l’efficacité du renouvellement de l’air, en diminuer le volume sonore ou disperser des odeurs indésirables. Dans ce cas, il faut repasser par la case budget afin d’être le plus en accord possible avec l’institution concernée.
Les matériaux de construction
Que ce soit pour une rénovation ou une nouvelle construction, les matériaux doivent faire l’objet d’une analyse minutieuse avant de choisir un système de ventilation adéquat.
L’amiante
Des isolants en amiante non friable sont parfois encore présentes, notamment, pour protéger canalisations et tuyauteries. Elles dégagent ses fibres dans l’air et contaminent y compris les locaux qui n’étaient pas directement parachevés ou isolés à l’amiante.
Le retrait de l’amiante doit se faire dans de strictes conditions de sécurité pour les ouvriers, décrites par l’AGW du 17 juillet 2003 .
Les nouveaux matériaux de construction
Bien que les matériaux d’aujourd’hui soient le fruit de progrès en termes d’écologie, d’isolation et de durabilité, il subsiste encore de nombreux revêtements volatiles dont les évaporations sont tantôt minimales, tantôt significatives. Ces émissions peuvent persister jusqu’à plusieurs mois voire plusieurs années après les travaux. C’est pourquoi un choix de matériaux à faibles émissions ou un délai préalable à l’emménagement dans ces locaux sont à prévoir.
Citons deux exemples :
- L’augmentation temporaire de concentration de polluants issus de certaines peintures va retomber à un seuil sain peu de temps après son application à condition de bien ventiler les pièces concernées.
- Certaines résines utilisées contre l’humidité émettent des hydrocarbures qui polluent encore plusieurs années après leur installation.
Voici 2 liens utiles à consulter si vous souhaitez approfondir votre connaissance sur le sujet :
-> Les recommandations en matière de qualité et de renouvellement de l’air intérieur : comment limiter les polluants intérieurs ?
2. Concevoir le système de ventilation
Un système de renouvellement de l’air efficace doit garantir un air sain et confortable dans chaque classe, quelles que soient son utilisation, sa dimension et son occupation. Le gestionnaire du projet va calculer quels sont les débits prescrits en fonction des superficies, volumes et le type d’occupation prévu.
Il va croiser ses calculs afin de concevoir une construction à la fois étanche ET ventilée ! C’est pourquoi, pour des raisons sanitaires évidentes, il est important de passer par des experts en la matière pour contribuer à l’amélioration de la qualité de l’air dans les classes.
Vous trouverez les infos générales sur le dimensionnement des systèmes de ventilation sur la page suivante.
Examinons ici la situation spécifique des salles de classe.
Voici un tableau récapitulatif provenant du décret flamand sur l’énergie qui prescrit les débits d’air par heure et par personne selon le volume de chaque type de pièce. Les exigences sont identiques à celles d’application en Wallonie.
Ces exigences doivent être combinées avec les prescriptions :
- Du Code du Bien-être au travail, dont l’article 3 stipule que « L’employeur prend les mesures techniques et/ou organisationnelles nécessaires pour veiller à ce que la concentration de CO2 dans les locaux de travail soit généralement inférieure à 900 ppm ou qu’un débit minimal de ventilation de 40 m3/h par personne présente soit respecté ».
- De la directive fédérale sur la qualité de l’air intérieur sur les lieux de travail , qui indique un débit de conception de minimum 25 m³/h par personne dans un local à pollution limitée.
De l’analyse au système de ventilation adapté
Une grille de lecture reprenant les étapes d’inspection de l’état actuel de la ventilation et des mesures à prendre en cas de besoins. Cette grille de lecture divise le processus en trois temps :
- La détermination du type de bâtiment – ancien ou neuf,
- une analyse des risques
- et enfin, la détermination de l’humidité de l’air idéale.
Ancien ou nouveau bâtiment
Construire un nouveau bâtiment permettra de ne pas passer par une étude de l’analyse des risques existants. Une fois les volumes, surfaces et occupations connus, on conçoit les systèmes de ventilation en parallèle.
Pour les rénovations ou les extensions, l’analyse se subdivise par zone :
- Zones humides ;
- espaces de circulation ;
- zones spéciales ;
- locales pour déchets ménagers ;
- salles techniques ;
- cuisine ;
- salles de classe avec fonction spéciale.
Pour chacun de ces locaux, des valeurs sont prescrites et l’audit pourra justifier deux types de mesures à mettre en place par le pouvoir organisateur :
- Des actions techniques (rénovation, entretien, maintenance, réparation, etc.).
- Des actions organisationnelles permanentes ou l’occupation limitée d’un lieu dans le temps.
Une analyse des risques
Une première analyse de risques doit se faire sur base des sources citées plus haut : occupation, situation existante, environnement intérieur et extérieur afin de bien définir quel(s) type(s) de ventilation est de mise selon :
- L’occupation de personnes,
- les matériaux existants,
- la ventilation et traitement de l’air actuels,
- l’entretien des ventilations,
- le système de chauffage.
La détermination de l’humidité de l’air idéale
La stabilité d’un air ni trop humide ni trop sec dépend de l’occupation de chaque local.
On distingue :
- L’occupation humaine : où les personnes passent le plus de temps,
- l’occupation non humaine : où les personnes n’effectuent qu’un court passage,
- les zones spéciales : cages d’ascenseurs, locaux techniques ou laboratoires.
Selon le Code du bien-être au travail, les valeurs usuellement retenues entre 40 et 60 % d’humidité peuvent être revues entre 35 et 70 % si le pouvoir organisateur sait justifier qu’aucun agent chimique ou biologique ne viendra atteindre la santé de ses occupants.
Par exemple, pour les locaux sanitaires, la ventilation doit prévoir un renouvellement de l’air de 25 m³/h par personne pour des urinoirs, 50 m³/h par personne pour des WC ou encore 75 m³/h par personne pour des douches.
Ces plages sont suffisamment larges pour ne pas justifier l’installation de déshumidification dans les salles de classe. A priori, il n’est pas nécessaire non plus de prévoir d’humidification. Cependant, si le groupe de ventilation n’est pas conçu pour ajuster son débit en cas, par exemple, de sous occupation des locaux, le risque d’un assèchement inconfortable est réel. Il pourrait alors être prudent de disposer, dans l’école, de quelques humidificateurs mobiles pour corriger des problèmes ponctuels.
Des mesures face aux contaminants
Suite à l’analyse des risques, des mesures doivent être prises par les instances dirigeantes ou le pouvoir organisateur dans le cas d’une école afin de démontrer que les locaux garantissent une faible émission. Pour éradiquer ou diminuer drastiquement les contaminants (virus, CO2 et bactéries) ces mesures sont prises en concertation avec le personnel compétent en matière de sécurité .
Prévoir un plan d’action
Si l’analyse des risques le justifie, un plan d’action doit être mis en place par les instances dirigeantes ou le pouvoir organisateur afin de contribuer à l’amélioration de la qualité de l’air des différentes pièces et plus généralement du bâtiment public dans son ensemble en termes de :
- Répartition de l’air,
- fluctuation des températures,
- nuisances sonores ,
- vibrations,
- entretien des installations de ventilation.
Une fois les actions définies, le type de ventilation pourra alors être choisi parmi 4 systèmes différents :A, B, C ou D :
- Les ventilations A et B sont naturelles, mais le contrôle limité sur leur fonctionnement engendre des pertes énergétiques.
- La ventilation C se base sur un renouvellement naturel de l’air combiné à une ventilation mécanique. Il est généralement conseillé pour les bâtiments scolaires.
- La ventilation D réutilise la chaleur de l’air pollué avant de le rejeter vers l’extérieur. C’est un système qui correspond aux maisons dites « passives ».
Selon nous, l’expérience montre à suffisance que seuls les systèmes de ventilation mécanique avec récupération de chaleur sont en mesure d’assurer une qualité d’air adéquate sans générer d’inconfort thermique majeur. Ils sont donc à privilégier.
3. La ventilation : son installation et son exécution
Une fois le type de ventilation défini en fonction de tous les facteurs cités plus haut, viennent les phases d’installation et d’exécution.
L’emplacement des systèmes de ventilation
Indiqué sur le plan de rénovation ou de construction, le système de ventilation doit se situer dans un endroit accessible à l’installation et à l’entretien. Son emplacement doit être choisi aussi en fonction des nuisances sonores possibles ou thermiques .
L’emplacement des entrées et sorties d’air
Les entrées et sorties d’air peuvent se faire par différents moyens :
- Grilles d’aspiration et d’extraction de l’air vers l’extérieur,
- ouvertures qui permettent le passage de l’air entre une pièce sèche et une pièce humide,
- conduits en gaines galvanisées à placer dans des puits, plafonds suspendus ou apparents dans des locaux occupés ou pas. Le dimensionnement des ouvertures naturelles ou mécaniques doit être conçu afin de ne pas gêner les occupants des locaux concernés.
Aussi, un plan en 3D permettra d’estimer les conséquences du poids de l’appareillage sur la résistance structurelle du bâtiment et autres installations :
- Plafonds, planchers et poutres,
- canalisations,
- murs extérieurs et porteurs,
- installations électriques.
Le but est d’éviter l’influence des systèmes de chauffage et refroidissement sur la ventilation. Afin d’optimiser l’équilibre entre, d’une part, les extractions ou les entrées d’air et, d’autre part, les changements thermiques qui en résultent, toute l’installation doit être pensée pour compenser ou compléter le système thermique choisi.
4. Le suivi et la maintenance
Tel que nous venons de le voir, l’installation d’un système de ventilation visant à améliorer l’air dans les différentes pièces ne peut se faire qu’en passant par une série d’étapes qui impliquent des aspects aussi bien quantitatifs que qualitatifs. C’est pourquoi tous les acteurs de ce processus se doivent de connaître tous les détails de l’installation une fois terminée.
Installé dans les faux plafonds, occultés derrière des parois ou accessibles via des locaux techniques, le système de ventilation n’est pas toujours accessible à des personnes non compétentes. Parfois, le but est d’éviter aux utilisateurs de modifier l’équilibre savamment calculé par les professionnels du secteur. Ils risqueraient de provoquer des effets indésirables sur le confort, le bien-être et la santé des occupants.
Le concepteur doit donc donner à son client les éléments nécessaires afin qu’il comprenne, surveille, nettoie et entretienne convenablement son installation . Parmi eux, citons entre autres les plans d’exécution, les fiches techniques des matériaux, les rapports d’inspection, de démarrage et les schémas électriques de la ventilation. Une fiche reprenant les coordonnées des entreprises et des responsables doit également être fournie à l’utilisateur final.
Si vous souhaitez aller plus loin dans la gestion de la ventilation afin de prévenir la dispersion d’agents pathogènes , n’hésitez à consulter l’article réalisé en juillet 2020 durant la pandémie du COVID-19.
Deltour., N. Heijmans (2020). Du Nearly Zero Energy Building à la neutralité carbone.
