Qualité de l'air intérieur : concilier renouvellement d'air et performance énergétique

Les effets nocifs de la pollution de l’air intérieur sur la santé des occupants ne sont plus à démontrer. Le renouvellement d’air et la ventilation sont donc fondamentaux afin de satisfaire les exigences de confort et de santé des occupants.

Afin d'atteindre les objectifs ambitieux en matière d'économie d'énergie et de lutte contre le réchauffement climatique, l’enjeu majeur est de maintenir un environnement intérieur de qualité (confort thermique, qualité d'air intérieur - QAI, confort acoustique) tout en réduisant les consommations énergétiques du bâtiment.

La nécessité d’une bonne qualité de l’air et du renouvellement d’air

Nous passons aujourd'hui 90% de notre temps en milieux clos (logements, entreprises, crèches, écoles, transports…) où l'air intérieur peut révéler un taux de pollution jusqu’à dix fois plus élevé que l’air extérieur. Les effets nocifs de la pollution de l’air intérieur sur la santé des occupants ne sont plus à démontrer : syndrome du bâtiment malsain, asthme, effets cocktails, effets sur les performances du travail. On estime aujourd’hui le coût des effets socio-économiques d’une mauvaise qualité de l’air intérieur en France à 19 milliards d’euros par an pour 6 polluants seulement (voir sources 1). Véritable problématique sociétale car liée à la santé publique, l’amélioration de la qualité de l’air intérieur (QAI) passe par une ventilation performante avec des systèmes qui doivent répondre à un double défi : celui d’assurer un renouvellement de l’air suffisant tout en limitant au maximum l’impact énergétique.

Pour ce faire, il faut travailler sur la réduction des consommations énergétiques directes liées à la consommation des auxiliaires et celles indirectes liées au renouvellement d'air (besoins de chauffage et de refroidissement).

Les leviers d’action sont au nombre de trois :

• Agir sur la consommation électrique des ventilateurs avec l’utilisation de moteurs à commutation électronique (EC), dont la vitesse régulée permet de réduire sa consommation, et l'optimisation des rendements des ventilateurs.
• Optimiser le renouvellement d’air. Cela s’effectue de deux façons principalement : via la notion de balayage (amenée d'air dans les pièces de vie et extraction dans les locaux pollués), très présente en France, et via la modulation des débits en habitat et en tertiaire. Cette modulation permet d’adapter les débits d'air au besoin réel.
• Récupérer l’énergie sur l’air extrait en utilisant des échangeurs de chaleur (à plaque ou à roue) entre l'air extrait et l'air neuf et en utilisant l’air extrait comme source pour les appareils multifonctions (pompe à chaleur ou chauffe-eau thermodynamiques).

Quels sont les enjeux du renouvellement de l’air ?

Le premier enjeu est de satisfaire les exigences de santé et de confort des occupants en amenant l’air neuf de l’extérieur, en évacuant l’air vicié et en diluant les polluants. Le deuxième enjeu est de contribuer à la préservation du bâtiment en évitant les risques de condensation et donc le développement de moisissures.

Le renouvellement d’air peut se faire de trois façons :

• les infiltrations d’air résultant de la perméabilité du bâtiment. Non maîtrisables, elles sont aujourd’hui incompatibles avec les exigences d'étanchéité à l'air des bâtiments.
• l’ouverture des fenêtres qui permet d'amener de façon ponctuelle un débit d'air élevé, notamment après un pic d’activité. Cependant, cette méthode reste étroitement liée à l’usager et aux contraintes extérieurs (climatique, acoustique, effraction…). Il n'est donc pas possible de s’en remettre à cette seule solution pour assurer une bonne QAI.
• un système de ventilation pour assurer le renouvellement d’air des bâtiments. Grâce à un apport d'air localisé, une maîtrise des débits et un traitement complet du bâtiment, cette solution est la plus probante et la plus efficiente. Ces systèmes de ventilation doivent satisfaire à des exigences portant notamment sur la performance énergétique, la sécurité incendie, le confort acoustique, le développement durable. Le cas échéant, ils doivent également être compatibles avec le bon fonctionnement des appareils à combustion, afin d'éviter les inversions de tirage.

Il existe plusieurs leviers d'action afin d'améliorer l'efficacité du système de ventilation pour préserver une bonne QAI tout en réduisant les consommations énergétiques.

Épurer l’air, un levier d’amélioration de la QAI bien connu

Une première solution consiste à épurer l'air, soit avec différents types de média filtrant (fibres de verre, fibres, filtres avec traitement électrets…), soit par d'autres technologies (ionisation, photocatalyse, etc.). Cela va ainsi permettre de réduire le niveau de particules de l'air venant de l'extérieur, les pollens, les micro-organismes, les germes ou autres bactéries pénétrants dans les locaux (épuration intégrée à la ventilation) ou présents dans l'air ambiant (épurateur d'air autonome).

Toutefois, à l'inverse d'un système de ventilation qui extrait tous les polluants de l'air sans distinction, l'épuration d'air ne traite qu'une famille cible de polluants (chimiques, bactériens ou particulaires). Il faut donc associer plusieurs techniques d'épuration si l'on veut traiter tout le panel des polluants. De plus, certains polluants ne sont pas traités par l'épuration (CO2 par exemple). L'épuration ne peut donc pas être à elle seule la solution. Elle doit être associée à une ventilation performante.

La ventilation intelligente, un levier d'avenir

La définition donnée par l'AIVC (sources 2) pour la ventilation intelligente des bâtiments est la suivante : "La ventilation intelligente est un processus d'ajustement permanent du système de ventilation au cours du temps, et éventuellement selon l'emplacement, pour fournir la qualité d'air intérieur (QAI) souhaitée tout en minimisant la consommation d'énergie et la facture énergétique, ainsi que d'autres inconvénients non liés à la QAI, comme par exemple l'inconfort thermique ou le bruit".

Un système de ventilation intelligente réagit notamment à la présence d’occupants, à des critères de QAI, des besoins du réseau électrique, de température ou d’humidité relative extérieure, à de la pollution intérieure ou au fonctionnement d’autres systèmes.

D’après une étude du CETIAT concernant les bâtiments tertiaires (sources 3), le taux d’occupation moyen d’un bureau est de 40 % et de 10 % pour une salle de réunion, ce qui tend à prouver l’intérêt de recourir à la modulation des débits. Cette modulation va être liée à des capteurs d’humidité (ce qu’on connaît surtout dans le secteur résidentiel avec les systèmes hygroréglables), de détection de présence (dans les toilettes et dans les bureaux dans le tertiaire), un comptage optique et des capteurs de CO2. La modulation de débit peut se faire soit par zone, au niveau des terminaux ou d'une branche complète du réseau aéraulique, soit à l'échelle complète du bâtiment en agissant directement sur le ventilateur.

Afin de vérifier et de valoriser l'efficacité des systèmes de modulation de débit, différentes certifications existent tant au niveau français (NF, QB) qu'européen (Eurovent, Passivhaus). Les performances des produits et les valeurs annoncées par les fabricants sont ainsi contrôlées par un organisme tiers indépendant.

Les équipements de ventilation, une fois installés, doivent être vérifiés. Dans le résidentiel neuf, la réglementation environnementale RE2020 a inscrit dans ses textes l’obligation de vérification des systèmes de ventilation par un professionnel indépendant. Un indicateur de conformité sera inscrit dans l’attestation RE2020, l’usager pourra donc avoir une information précise sur la conformité de son installation.

La QAI est l’affaire de tous lors de la construction d’un bâtiment : de la programmation à la phase d’exploitation et au fonctionnement, tous les corps de métiers liés à la construction des bâtiments sont acteurs de cette qualité d'air intérieur. On perçoit depuis quelques temps que l'impact des bâtiments sur la santé et le bien-être des occupants prennent une place de plus en plus importante au sein de l'opinion publique, au même titre que la performance énergétique.

1 : Rapport ANSES-CSTB, avril 2014 - https://www.oqai.fr/fr/campagnes/cout-socio-economique-de-la-pollution-de-l-air-interieur - Polluants étudiés : benzène, radon, trichloroéthylène, CO, particules, fumée de tabac environnementale

2 : F. DURIER, R. CARRIÉ et M. SHERMAN. "Qu'est-ce que la ventilation intelligente (smart ventilation) ?". Ventilation Information Paper n° 38, mai 2018 - https://www.aivc.org/sites/default/files/VIP38_french.pdf

3 : Note Technique CETIAT NTV 2000/071, "Modulation de débit", 176 pages, Septembre 2000

Tribune de Benoît Golaz, chargé d'affaires Systèmes Aérauliques Ventilation au CETIAT (Linkedin)