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Renouvellement de l’air : comment le contrôler en fonction du taux de CO2?

ACR CO2 TRA

Le taux de renouvellement de l’air (TRA) a toujours été une notion centrale de la gestion des systèmes aérauliques des bâtiments. Aujourd’hui, cette mesure est encore plus cruciale, car directement impliquée dans la lutte contre la COVID, et plus largement contre tout type de virus et de bactéries.

Si le TRA (ou ACR pour Air Change Rate en anglais) est l’un des piliers de la qualité de l’air intérieur (QAI), c’est parce que le meilleur moyen de maintenir un air sain consiste à le remplacer en totalité à une fréquence suffisamment élevée. Il s’agit de la méthode la plus simple et efficace pour s’assurer que les polluants, gaz, particules, bactéries et virus ne s’accumulent pas dans une atmosphère confinée. En clair, le TRA, c’est le nombre de renouvellements de la totalité du volume d’air d’une pièce en une heure.

Le CO2 comme témoin du confinement d’une pièce

Jusqu’à présent, le TRA était fixé de manière réglementaire à l’aide d’un tableau recommandant des valeurs génériques en fonction du lieu concerné et de son activité. Aujourd’hui, nous observons un changement de paradigme : les professionnels s’accordent désormais à désigner le taux de CO2 comme une cible prioritaire à atteindre, pour ainsi déterminer le TRA nécessaire à appliquer. En effet, la mesure du taux de CO2 (en ppm) est le témoin le plus fiable et efficace de la qualité de l’air intérieur.

KCC TrackLog CO2

Ce taux de CO2 a l’avantage de réagir très vite à la fréquence de renouvellement de l’air intérieur, et surtout de prendre en compte la présence d’occupants dans une pièce. Ces derniers expirent constamment du CO2, c’est pourquoi la mesure de ce gaz permet d’adapter le TRA d’une pièce directement en fonction de la densité de sa fréquentation, et donc des risques de contamination.

Globalement dans le monde, les taux de CO2 recommandés se situent en moyenne entre 800 et 1000 ppm, avec une tolérance à 1300 ou 1500 ppm selon les environnements. Il est généralement admis qu’un taux de CO2 supérieur à 2500 ppm commence à être problématique lors d’une exposition prolongée.

Pour en savoir plus lire nos articles de blog :
Plus que jamais, la QAI est devenue une question de santé
Taux de renouvellement de l’air intérieur : une mesure critique contre la COVID

L’indice de confinement français

En France par exemple, l’État a mis en place un « indice de confinement » appelé ICONE, qui montre toute l’importance du taux de CO2 : il est basé sur la concentration moyenne de CO2 dans le temps. Le matériel utilisé pour effectuer les mesures de CO2 doit répondre à certaines exigences :

- Spectre de mesure de 0 à 5000 ppm
- Incertitude inférieure à 50 ppm + 5 % de la valeur lue
- Résolution de mesure inférieure à 2 ppm
- Fréquence de mesurage minimum : toutes les 10 min
- Capacité d’enregistrement des résultats de mesure de 8 jours minimum

Par ailleurs, pour le calcul de l’indice de confinement ICONE, les mesures doivent avoir lieu en semaine lorsque la pièce est à son taux d’occupation normal. L’échelle ICONE se situe entre 0 et 5, deux limites extrêmes :

- 0 : confinement nul = CO2 inférieur à 1000 ppm durant 100 % du temps
5 : confinement extrême = CO2 supérieur à 1700 ppm durant 100 % du temps

La formule de calcul est le résultat d’une longue recherche du CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment) :

ICONE indice confinement

f1 : proportion de valeurs comprises entre 1000 et 1700 ppm
f2 : proportion de valeurs supérieures à 1700 ppm
n0 : nombre de valeurs inférieures ou égales à 1000 ppm
n1 : nombre de valeurs comprises entre 1000 et 1700 ppm
n2 : nombre de valeurs supérieures à 1700 ppm

Valeur ICONE

Valeur finale de l’indice

Signification

ICONE < 0,5

0

Confinement nul

0,5 ≤ ICONE < 1,5

1

Confinement faible

1,5 ≤ ICONE < 2,5

2

Confinement moyen

2,5 ≤ ICONE < 3,5

3

Confinement élevé

3,5 ≤ ICONE < 4,5

4

Confinement très élevé

ICONE ≥ 4,5

5

Confinement extrême

Comment contrôler le TRA en 4 étapes

Pour s’assurer que l’air est correctement renouvelé dans une pièce, il faut effectuer plusieurs contrôles avec différents instruments.

Notez que ces recommandations ne sont valables que pour les bâtiments climatisés des secteurs tertiaires et industriels, et particulièrement dans les zones à atmosphère contrôlée. Elles ne concernent pas le secteur domestique, les bureaux sans air conditionné, ni les pièces équipées d’un simple split (climatiseur individuel classique).

  • Mesure du débit d’air entrant dans la pièce
    Tout commence par cette mesure, la plus importante de la procédure : il faut d’abord s’assurer que le système aéraulique pousse suffisamment d’air au sein de la pièce, car c’est ici que s’opère la partie active de la ventilation. L’instrument le plus fiable pour ce type de mesure est un balomètre comme le DBM 620, qui peut s’adapter à tout type de bouche de ventilation.

    Grâce à son application mobile SmartKap, le DBM 620 peut calculer automatiquement le TRA d’une pièce en fonction de ses mesures de débit sur bouche et des dimensions volumiques de l’espace en question. Il est aussi possible d’utiliser un anémomètre à hélice ou à fil chaud et de procéder par balayage ou zonage sur les grilles, mais cette méthode est plus fastidieuse et ne peux pas s’appliquer aux diffuseurs, un type de bouche que seul un balomètre peut gérer.

DBM 620 Sauermann
  • Mesure du débit d’air en extraction
    Pour bien s’assurer que l’air circule correctement, il ne faut pas oublier de mesurer aussi les débits d’air sur les bouches d’extraction. Ces grilles de reprise sont généralement passives : l’air n’y est pas ventilé, mais poussé par surpression. Pour ces grilles, l’utilisation d’un anémomètre à hélice ou fil chaud accompagné d’un cône aux dimensions adaptées est la meilleure solution. Pour les grosses grilles de reprise (600 x 600 mm), le DBM 620 pouvant détecter automatiquement le sens du flux d’air, il sera évidemment capable de mesurer aussi les débits d’air en sortie !

Pour en savoir plus, lire notre blog et voir notre webinaire sur la mesure sur bouche.

  • Mesure de surpression au sein de la pièce
    Dans les zones à atmosphère contrôlée, il faut aller plus loin pour s’assurer du bon fonctionnement de la ventilation. Il est possible d’utiliser un capteur de pression différentielle pour comparer la pression de la pièce à celle hors de la pièce. Il faut idéalement que cette pièce soit en très légère surpression, mais pas trop non plus : pas plus de 20 Pa d’écart. Au-delà, cela veut dire que les sorties d’air sont trop petites ou trop encrassées, ou tout simplement que le débit d’air soufflé est trop élevé (et consomme alors trop d’énergie).

  • Installation ou consultation du capteur de CO2
    Évidemment, pour commencer ou terminer son inspection, un capteur de CO2 comme l’AQ 110, le CO2 Stats ou le KCC 320 permet de mesurer si l’air intérieur est suffisamment renouvelé, afin de confirmer ou d’infirmer les précédentes mesures. A l’aide de ces instruments, il faudrait idéalement installer une surveillance permanente de ce paramètre. Si les résultats des précédentes mesures sont satisfaisants, mais que le taux de CO2 reste trop élevé, il est possible d’identifier d’autres problèmes :

    Première cause possible : une mauvaise qualité de l’air entrant dans la pièce (une quantité trop importante d’air repris au niveau de la centrale de traitement de l’air, ou éventuellement un problème de filtration, ou encore une prise d’air extérieure placée dans un environnement trop pollué).
    Autre cause probable : certaines parties de la pièce se retrouvent dans un « angle mort » du renouvellement de l’air, à cause de l’absence ou de la mauvaise position d’une sortie d’air, qui provoque une mauvaise circulation de l’air. Voilà pourquoi il est parfois nécessaire d’effectuer une mesure cartographique du taux de CO2 à plusieurs endroits de la pièce à l’aide de plusieurs enregistreurs.

AMI 310 Sauermann

Quelles autres vérifications effectuer en cas de problème ?

  • Vérifier que les sorties d’air ne sont pas encrassées
    Première chose à faire dans la pièce : vérifier que les sorties d’air ne sont pas encrassées (graisse, poussière, etc.) que ce soit en surface ou même en profondeur. Dans certains cas, un filtre peut être présent et encrassé (hôte d’aspiration).

  • Vérifier la propreté des filtres à air
    En amont, il faut aussi vérifier que les filtres à air ne sont pas encrassés au niveau des conduits d’entrée ou au niveau de la centrale de traitement de l’air (CTA).

  • Vérifier le bon fonctionnement du ventilateur de la CTA
    Si le débit d’air est trop faible en entrée, le problème peut aussi venir du système de propulsion de l’air de la CTA. Le moteur du ventilateur peut être usée ou en panne, le ventilateur lui-même peut aussi être trop encrassé, même s’il est protégé par les filtres à poussière placés en amont.

  • Procéder à un rééquilibrage
    Le problème peut aussi venir d’un mauvais équilibrage du système aéraulique du bâtiment, ou à un déséquilibrage progressif. Il faudra alors faire appel à des professionnels pour régler la ventilation, rétablir les cascades de pression dans le secteur industriel et optimiser la consommation énergétique du système aéraulique.

Comment calculer le TRA à atteindre pour obtenir un taux cible de CO2

Pour calculer le TRA nécessaire en fonction d’un taux cible de CO2 à atteindre, il faut articuler plusieurs paramètres pour prendre en compte l’ensemble de l’environnement :

Objectif de taux de CO2

Le taux idéal est de 800 ppm en intérieur (évidemment, le moins est le meilleur). Les tolérances montent à 1000, 1300, 1500, voire 2000 ppm en fonction des lieux intérieurs concernés et des politiques QAI de chaque pays.

Taux de CO2 extérieur

Ne pas oublier que l’air soufflé à l’intérieur est déjà chargé en CO2. La concentration de CO2 est de 400 ppm en campagne et plutôt de 700 ppm en ville.

Volume de la pièce

Un paramètre évidemment majeur : faire un rapport longueur-largeur-hauteur et arrondir au volume supérieur si nécessaire, pour assurer un TRA suffisant si la pièce a une forme complexe.

Nombre d’occupants

Chaque expiration humaine contient environ 45 000 ppm de CO2, une forte concentration qui va forcément faire varier le taux de CO2 de la pièce occupée, surtout si la densité d’occupants est élevée.

Activité des occupants

L’activité des occupants détermine le volume d’air expiré par chaque personne, et donc la quantité de CO2. Ce paramètre peut énormément varier et sera donc déterminant : environ 8 fois plus de volume d’air expiré entre une activité normale et sportive.


Grâce à ces éléments, il est possible de calculer précisément l’ATR à atteindre dans la pièce, en nombre de renouvellements de la totalité du volume d’air de la pièce en l’espace d’une heure. Ce chiffre va donc aussi déterminer directement le débit d’air à injecter dans la pièce via les bouches de ventilation.

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