La ventilation, le « poumon » du bâtiment pour allier qualité de l’air et performances énergétiques

Source: The Conversation – France in French (3) – By Gaëlle Guyot, Chercheure en physique du bâtiment, Cerema

Désormais, la performance globale des bâtiments doit intégrer économie d’énergie et qualité de l’air intérieur (qui doit être exempte de polluants, comme de microorganismes pathogènes, type virus). Les systèmes de ventilation jouent un rôle clé. Au-delà des réglementations anciennes qui s’appuient sur les débits d’air qui caractérisent ces dispositifs, il convient de développer davantage d’indicateurs pour mesurer leur efficacité (qu’ils soient fondés sur le dioxyde de carbone CO₂, sur l’humidité ou sur les polluants, notamment).

Le secteur du bâtiment fait face à de multiples enjeux liés à la consommation énergétique comme à la qualité de l’air intérieur, ce qui nécessite une vision globale pour le bâti comme pour les nouvelles constructions.

Une condition essentielle pour construire ou rénover des bâtiments efficaces énergétiquement est de le faire en maintenant un environnement intérieur sain et confortable, aussi en gardant à l’esprit les changements et l’utilisation futurs.

Allier confort et performance énergétique permettrait par ailleurs d’éviter les conflits qui obligent, par exemple, à arbitrer entre des économies d’énergie par rapport au risque de développement de moisissures.

La ventilation pour répondre aux enjeux de performance globale des bâtiments

Face à ces enjeux de performance globale, le rôle des systèmes de ventilation est essentiel. En effet, quand ils sont efficaces, les systèmes de ventilation remplacent l’air intérieur vicié avec l’air extérieur frais. Ils contribuent ainsi à améliorer la qualité des environnements intérieurs, à éviter l’accumulation de polluants, l’excès d’humidité ainsi que la présence de pathogènes tels que les virus, le tout en contrôlant les pertes d’énergie liées au chauffage et au refroidissement de l’air entrant.

C’est quoi, la ventilation ?

Ventilation : processus par lequel de l’air « pur » (généralement de l’air extérieur) est introduit de manière contrôlée dans un espace et l’air vicié en est évacué. Cela peut se faire par des moyens naturels (ventilation naturelle) ou mécaniques (ventilation mécanique contrôlée ou VMC).
Ventilation intelligente : ventilation avec ajustement permanent des débits au cours du temps et, éventuellement, selon l’emplacement, pour fournir la qualité d’air intérieur souhaitée, tout en minimisant les consommations d’énergie.
Ventilation hygroréglable : ventilation intelligente qui ajuste les débits au cours du temps selon l’humidité et selon l’emplacement.

Entre l’air extérieur qu’il s’agit de réchauffer (ou de refroidir) et la consommation des ventilateurs, le renouvellement d’air représente 30 à 50 % des consommations d’énergie dans les bâtiments et encore davantage dans les bâtiments à haute efficacité énergétique.

Les bâtiments, gros consommateurs d’énergie

Il convient de prendre la mesure de l’enjeu autour de la consommation énergétique des bâtiments. L’objectif étant de réduire l’empreinte du secteur bâtiment sur les émissions de (CO₂) dans l’atmosphère.

En effet, le secteur du bâtiment représente 44 % de la consommation énergétique française et près de 42 % des émissions annuelles mondiales de dioxyde de carbone (CO₂). Les bâtiments sont les plus gros consommateurs d’énergie en Europe (au sein de l’Union européenne, cela correspond à 40 % de l’énergie utilisée en 2021 et environ un tiers des émissions de gaz à effet de serre liées à l’énergie).

Pollution de l’air intérieur et effets sur la santé

Le second enjeu majeur auquel fait face le secteur du bâtiment est donc la qualité de l’air intérieur. En Europe, nous passons entre 60 et 90 % de notre temps dans les environnements intérieurs (maisons, bureaux, écoles). Selon l’Organisation mondiale de la santé, à l’échelle globale, la pollution de l’air à l’intérieur des habitations était responsable de 2,9 millions de décès par an, en 2021, dont plus de 309 000 décès d’enfants de moins de 5 ans.

En France, la pollution de l’air intérieur est responsable de presque 20 000 décès chaque année et d’un coût total de 19,5 milliards d’euros pour une année.

Une étude s’est intéressée aux dommages, en termes de santé publique, attribuables à la qualité de l’air intérieur. L’équipe de recherche a utilisé une échelle qui mesure les années de vie en bonne santé perdues du fait de l’incapacité provoquée par la qualité de l’air (mesurée en μDALY par personne et par an).

Ses résultats montrent que l’impact sur la santé d’une mauvaise qualité de l’air se situe quelque part entre les effets sur la santé des accidents de la route (4 000 μDALY par personne et par an) et les maladies cardiaques toutes causes confondues (11 000 μDALY par pers. et par an). À noter que ces estimations prennent en compte toutes les sources de dégradation de la qualité de l’air intérieur, à l’exception du tabagisme passif et du radon.

Concilier qualité de l’air intérieur et énergie

À la suite du projet Hub Air Énergie qui a réuni des acteurs concernés par la qualité de l’air intérieur des bâtiments, une base de réflexion innovante qui vise à concilier énergie et qualité de l’air intérieur dans les bâtiments peut être proposée, dans l’ordre suivant :

Privilégier la sobriété : le meilleur débit d’air est celui dont nous n’avons pas besoin quand les sources de pollution ont été réduites et sont strictement limitées.
Le juste débit d’air est celui qui est renouvelé au meilleur moment et au meilleur endroit, par exemple via une ventilation intelligente (on parle d’efficacité aéraulique).
Purifier et filtrer l’air : si les deux premières étapes ne permettent pas d’atteindre les objectifs en matière de qualité de l’air intérieur, il est nécessaire de procéder à la filtration de l’air entrant et/ou à la purification de l’air. (Mais ce n’est pas la première étape !)

Les limites d’une réglementation ancienne sur la ventilation

Dans le domaine de la ventilation des bâtiments, les réglementations à travers le monde sont encore principalement basées sur des prescriptions, et notamment des exigences de débits d’air minimaux. De plus, elles sont généralement anciennes et parfois inadaptées aux situations actuelles.

Ainsi, en France, la réglementation sur la ventilation des bâtiments date du début des années 80 (JO, 1982, modifiée 1983. Elle exige une ventilation générale et continue et décrit les dispositions générales obligatoires de l’installation de ventilation. Elle fixe les débits d’air extraits dans chaque pièce humide, en fonction du nombre total de pièces dans le logement.

Mais en pratique, en suivant cette réglementation, avec le même niveau de débit d’air de ventilation, il est possible d’atteindre un large éventail d’indicateurs de performance de la qualité de l’air intérieur ; ces derniers donneront donc des indications différentes et donc se révéleront plus ou moins fiables concernant l’efficacité des systèmes de ventilation.

Des travaux de recherche basés sur des modélisations démontrent ainsi, qu’au cours d’une saison de chauffage, avec les mêmes débits d’air de ventilation, il est possible d’obtenir une différence de 40 % dans la concentration moyenne de formaldéhyde (un polluant reconnu comme cancérogène au niveau européen,ndlr) à l’intérieur de certaines chambres à coucher. Il suffit de modifier les hypothèses relatives à la répartition des fuites d’air.

Le seul critère du débit d’air n’apparaît donc pas pertinent pour évaluer l’efficacité des systèmes de ventilation afin de limiter la présence de formaldéhyde, un constat qui pourrait s’étendre à d’autres polluants, voire à des pathogènes types virus.

Objectif : évaluer la performance globale des systèmes de ventilation

Cette approche basée sur des prescriptions s’oppose à une autre méthode qui consiste à évaluer les performances des systèmes de ventilation. Mais l’adoption d’une approche fondée sur les performances, plutôt que sur des prescriptions de débits d’air, nécessite l’utilisation d’indicateurs de performance basés sur la qualité de l’air intérieur. C’est là un verrou majeur, car il n’est pas facile de trouver un indicateur de qualité de l’air intérieur garant de la santé aussi simple que ce qui a cours pour la consommation d’énergie.

Dans certains pays (France, Belgique), des approches qui s’appuient sur les performances ont été développées et utilisées afin de valoriser les économies d’énergie dans le calcul, tout en garantissant certains indicateurs (certes imparfaits) de bonne qualité de l’air intérieur basés sur l’humidité et/ou le dioxyde de carbone. C’est le cas, entre autres, de la ventilation intelligente qui a montrédes résultats pour améliorer la qualité de l’air intérieur tout en réalisant des économies d’énergie, en ayant recours à un débit d’air moyen plus faible.

Mais l’accès au marché pour l’ensemble de ces stratégies innovantes est actuellement entravé par des contraintes réglementaires normatives qui varient d’un pays à l’autre.

La ventilation, véritable « poumon » du bâtiment

« Les bâtiments bénéficient, dans des conditions normales d’occupation et d’usage et, le cas échéant, compte tenu de l’environnement dans lequel ils se situent, d’un renouvellement de l’air et d’une évacuation des émanations de sorte que la pollution de l’air intérieur du local ne mette pas en danger la santé et la sécurité des personnes et que puissent être évitées, sauf de façon passagère, les condensations. »

Cette déclaration est issue de la récente révision du Code de la construction et de l’habitation. Ce concept va être étendu à tous les types de ventilation. À noter qu’en France, une méthode basée sur les performances est déjà utilisée depuis les années 80 pour la ventilation hygroréglable – qui adaptent le flux d’air en fonction du niveau d’humidité à l’intérieur. Ce type de ventilation équipe déjà plus de 90 % des nouveaux bâtiments résidentiels.

Six indicateurs de performance identifiés grâce à un consortium d’experts à l’échelle internationale pourraient être utilisés dans cette future approche basée sur la performance :

quatre qualifiant la qualité de l’air intérieur : basés sur l’exposition au dioxyde de carbone (CO₂), aux particules fines (PM_2,5), au formaldéhyde et à l’humidité ;
deux qualifiant la performance énergétique : les pertes thermiques par renouvellement d’air et la consommation électrique des moteurs de ventilation.

La ventilation doit être perçue non seulement comme un moyen d’économiser de l’énergie mais surtout comme le véritable « poumons » d’un bâtiment, même si nos normes et réglementations peinent encore à l’intégrer.

Les auteurs remercient l’Ademe – numéro de subvention 2262D0108 – pour le financement de la contribution du Cerema au projet SmartAIR ainsi que le groupe d’experts de l’Annexe 86 de l’Agence internationale de l’énergie (Programme IEA-EBC).

Gaelle Guyot a reçu des financements de l’ADEME et de l’ANR via différents projets de recherche. Elle est lauréate d’appels à projets de type BATRESP ou AQACIA.

Valérie Leprince a reçu des financements de l’ADEME pour plusieurs projets de recherche.

Baptiste Poirier ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

– ref. La ventilation, le « poumon » du bâtiment pour allier qualité de l’air et performances énergétiques – https://theconversation.com/la-ventilation-le-poumon-du-batiment-pour-allier-qualite-de-lair-et-performances-energetiques-277983