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Faut-il ouvrir les fenêtres, installer un système de ventilation ou un purificateur d’air ?

- Environnement de travail sain | Agents biologiques | Agents chimiques | Hygiène du travail | Infrastructure | Environnement | Recherche scientifique

Expert Jan Van Bouwel

Responsable de la discipline Hygiène du travail

L’étude d’IDEWE menée dans des salles de classe compare la ventilation (naturelle) et la purification de l’air

Des chercheurs d’IDEWE ont réalisé une étude sur les effets de la ventilation naturelle, de la ventilation mécanique et de la purification de l’air. Nous passons en revue quelques résultats provisoires avec Jan Van Bouwel, responsable de la discipline hygiène du travail chez IDEWE. « L’objectif principal de notre étude, , qui a été menée sur un échantillon limité, était d’identifier certaines tendances et de démontrer dans quelle mesure les différentes solutions peuvent influencer la qualité de l’air intérieur. »

Le cadre

Pour l’étude, nous avons sélectionné 3 salles de classe identiques avec approximativement la même occupation ; des enfants d’âge similaire. L’une des classes comptait 16 enfants et leur instituteur, les deux autres chacune 17 élèves et leur instituteur. Les leçons et les activités se sont également déroulées presque en parallèle. Les classes se trouvaient les unes à côté des autres au même étage et, en plus d’avoir les mêmes dimensions et le même volume, elles avaient également le même nombre et le même type de fenêtres donnant sur la même façade. Les fenêtres pouvaient être ouvertes en oscillo-battant ou complètement.

Les 3 classes étaient équipées d’un Airmaster 800. Il s’agit d’une unité de ventilation décentralisée (système D) qui aspire l’air frais et renvoie l’air vicié à l’extérieur par des ouvertures dans le mur extérieur. Dans 2 des classes, l’Airmaster a été coupé et une ventilation naturelle ou un purificateur d’air a été installé dans le cadre des mesures.

Les paramètres

« Les concentrations de CO2 et de particules ont été mesurées en continu au fond de chaque classe pendant le test », explique Jan Van Bouwel. « Nous avons choisi comme paramètre biologique l’échantillonnage de l’air avec détermination de la numération bactérienne par culture à 37 °C, la température corporelle. Ce dernier paramètre a toujours été déterminé par des mesures ponctuelles au début et à la fin de chaque bloc de cours. En effet, dans une salle de classe où de nombreuses personnes sont présentes pendant de longues périodes à des niveaux d’occupation élevés, on peut supposer que ces bactéries sont d’origine humaine et arrivent en grande partie dans l’air intérieur via l’air expiré. Nous n’avons pas cherché la présence de virus dans l’air, car notre temps de recherche était trop court. Les différents paramètres ont également été mesurés dans l’air l’extérieur afin d’exclure une influence extérieure éventuelle. »

L’étude

Une situation différente a été créée dans chacune des 3 classes. 

  1. Dans la classe 1, l’Airmaster a été coupé, mais un purificateur d’air doté d’un filtre absolu et d’une désinfection au plasma a été installé au milieu de la classe. Le premier jour, le purificateur d’air a été réglé au plus bas (CADR 200 m³/heure) et le deuxième jour, au plus haut (CADR 400 m³/heure). L’appareil élimine la poussière, les bactéries et les virus de l’air par le biais du filtre HEPA et du plasma, et tue les micro-organismes. Selon les informations du fabricant, le filtre à plasma détruit également les substances organiques et élimine les odeurs. 
    « Nous sommes partis du pire des scénarios et n’avons mis en marche le purificateur d’air que lorsque la concentration de CO2 atteignait le niveau d’évacuation de 1 200 ppm. Après la mise en marche, l’appareil a fonctionné toute la journée selon le réglage choisi, y compris pendant les pauses. Les fenêtres sont restées fermées tout le temps. La porte du couloir n’a été ouverte que pour entrer et sortir de la classe. »
  2. Dans la classe 2, l'Airmaster a fonctionné avec un contrôle CO2 à 900 ppm, le débit passant à 725 m3/heure. Là encore, l’appareil n’a été mis en marche que lorsque la concentration de CO2 atteignait le niveau d’évacuation de 1 200 ppm. Les fenêtres sont toujours restées fermées et la porte du couloir n’a été ouverte que pour entrer et sortir de la classe.
  3. Dans la classe 3, l’Airmaster a été complètement coupé, mais la ventilation a été assurée en continu par trois fenêtres ouvertes en oscillo-battant dès que la concentration de CO2 atteignait 1 200 ppm. La porte du couloir est restée fermée. Dès qu’un niveau de 900 ppm de CO2 était atteint, la porte et les fenêtres étaient ouvertes complètement, toutes les demi-heures environ.
     

Figure 1 - numération bactérienne jour 1

Ce graphique présente l’évolution de la numération bactérienne le jour où le purificateur d’air a été mis en marche à un faible débit. « Si l’on compare la classe avec l’Airmaster et celle avec la ventilation naturelle, la numération bactérienne dans la classe avec le purificateur d’air et un élève en moins est beaucoup plus élevée », indique Jan Van Bouwel. « C’est logique, puisque l’appareil n’était réglé que sur un CADR de 200 m³/heure, alors que l’Airmaster amenait 725 m³/heure d’air frais et que la pièce avec ventilation naturelle était aérée de manière intensive. Le purificateur d’air a incontestablement réduit la concentration de germes par rapport à une pièce sans ventilation, mais cette concentration reste élevée par rapport aux pièces ventilées. »

« La légère augmentation du résultat observée dans l’après-midi dans la classe avec Airmaster (ligne orange) s’explique par un changement d’activité dans la pièce. Les enfants ont dû travailler en groupe, ce qui signifie qu’ils ont beaucoup parlé à haute voix et circulé dans la classe. La courbe grise, qui correspond à la classe avec la ventilation naturelle, ne montre aucune augmentation, car il n’y avait pas de travail de groupe à cet endroit. Le niveau d’activité est aussi visible dans les mesures de la classe équipée du purificateur d’air. »

« La classe qui a été ventilée de manière naturelle a également obtenu de bons résultats. Il est important de noter que la ventilation intensive, comme c’est le cas ici, n’est pas une option viable en période hivernale, du point de vue du confort thermique, mais aussi en raison des pertes d’énergie. Elle montre cependant son efficacité comme solution d’urgence en cas de pandémie pour réduire le risque de contamination. »


Figure 2 – numération bactérienne jour 1 par rapport au jour 2

Ce graphique compare la situation dans la classe équipée du purificateur d’air le premier jour (courbe bleue) et le deuxième jour (courbe orange). 

« Le deuxième jour, la concentration de germes est restée nettement plus faible à tout moment de la journée que le premier jour, lorsque le réglage était inférieur. Cela montre que le purificateur d’air élimine les bactéries de l’air et permet de réduire les risques liés aux agents biologiques présents dans l’air. Cependant, la concentration de germes est encore bien plus élevée dans les locaux équipés du purificateur d’air que dans les locaux ventilés par un système D décentralisé suffisamment puissant ou par une aération naturelle intensive. Je tiens à souligner que dans notre configuration, la pièce où se trouvait le purificateur d’air ne bénéficiait d’aucune forme d’aération, à l’exception d’éventuels flux d’air passifs via l’unité de ventilation Airmaster, qui avait été désactivée. Dans le cadre de ce projet pilote limité, nous n’avons pas évalué la possibilité de combiner un purificateur d’air avec une ventilation de base. »

« Nous observons que le purificateur d’air influence la quantité de bactéries dans l’air, mais également que dans une salle de classe avec une capacité d’occupation de 17 personnes, le CADR est insuffisant pour abaisser la concentration de germes aussi efficacement que dans les locaux bien ventilés. Par conséquent, le débit de l’installation doit être assez élevé pour avoir un effet suffisant dans une salle de classe. Notre étude montre que deux purificateurs d’air de ce type devraient être installés pour obtenir le même résultat en termes de numération des germes qu’avec le système de ventilation décentralisé. »  


Figure 3 – mesure du CO2 

Dans le cadre de la lutte contre le coronavirus, la mesure du CO2 sert à indiquer le risque d’infection dans un espace intérieur. Par ailleurs, une concentration élevée en CO2 peut en soi également donner lieu à des troubles, tels qu’une perte de concentration et des maux de tête. 

« Il s’agit là d’un point d’attention important », déclare Jan Van Bouwel. « Un purificateur d’air, à plasma dans ce cas-ci, détruit les composants biologiques de l’air et éventuellement certaines odeurs et composés organiques volatils, mais n’a absolument aucun effet sur le CO2. La diminution de la concentration de CO2 dans la classe équipée du purificateur d’air n’était due qu’aux pauses, lorsque les enfants étaient à l’extérieur. Le détecteur a néanmoins continué d’indiquer une concentration minimale de 1 500 ppm, alors que la limite maximale est fixée à 900 ppm, conformément au code du bien-être au travail. Cette limite peut être portée à 1 200 ppm uniquement dans les bâtiments à faibles émissions. La Task Force Ventilation, qui a élaboré un plan de mise en œuvre de la ventilation dans le cadre de la crise du coronavirus, a suivi le raisonnement du code, en y ajoutant toutefois qu’au-delà de 900 ppm, un purificateur d’air doit être installé pour compenser le manque de ventilation. »


Figure 4 – particules fines

« Dans notre configuration, les résultats pour les particules fines PM1 et PM2,5 dans la classe équipée du système de ventilation mécanique décentralisé étaient considérablement inférieurs à ceux des classes avec purificateur d’air ou ventilation naturelle. Le purificateur d’air réduit la concentration de particules fines, mais dans une moindre mesure par rapport au système de ventilation décentralisé. C’est logique, étant donné que le débit d’air frais provenant de la ventilation mécanique est beaucoup plus important que le CADR maximal du purificateur d’air. »

« La classe avec ventilation naturelle obtient les moins bons résultats pour ce qui est des particules fines et les courbes évoluent de manière très erratique. C’est logique également, étant donné que les fenêtres sont ouvertes en permanence en oscillo-battant et que le local est entièrement aéré pendant une courte période lorsque le taux de CO2 atteint 900 ppm. L’air frais non filtré de l’extérieur amène également des particules fines dans le local. »

Conclusion

« Il reste nécessaire de mener une étude plus approfondie pour obtenir suffisamment de données pour un traitement statistique et tirer des conclusions définitives », explique Jan van Bouwel. « En outre, un seul type de purificateur d’air et un seul type de ventilation décentralisée ont été utilisés. Plusieurs tendances semblent tout de même émerger clairement en ce qui concerne la qualité de l’air intérieur au vu de l’évolution des courbes pour les différents paramètres. »

Qualité de l’air intérieur

« Les données limitées de cette étude indiquent qu’un purificateur d’air ne peut pas, à lui seul, assurer une qualité de l’air intérieur répondant aux exigences pour tous les paramètres, à savoir les particules fines, le CO2, les composés organiques volatils, les bactéries et les virus. Il est dès lors toujours nécessaire d’avoir une ventilation de base avec un débit suffisant pour ramener tous les paramètres qui affectent le bien-être des utilisateurs à un niveau acceptable. » Le système de purification de l’air peut contribuer à l’élimination des risques biologiques lorsque la ventilation n’est pas suffisante à cet égard, notamment parce qu’il fournit une solution supplémentaire dans les bâtiments où la ventilation n’est pas suffisante dans le contexte d’une pandémie, par exemple. À l’avenir, un tel système offrira également des possibilités sur le plan énergétique. »

Énergie

Pour autant qu’une aération active soit régulièrement assurée en plus de la ventilation de base, la ventilation naturelle peut également donner des résultats favorables en termes de numération bactérienne, comparables à ceux d’une ventilation mécanique. 

« Cependant, sur le plan de l’énergie et du confort thermique, la ventilation naturelle reste une solution d’urgence », affirme Jan van Bouwel. « L’air entre en outre dans les locaux sans être filtré et il introduit dès lors des particules fines de l’extérieur dans l’air intérieur. » 

« C’est toujours la ventilation mécanique active qui offre les meilleures garanties d’une qualité de l’air suffisante pour tous les paramètres, mais elle peut générer un coût énergétique important. À long terme, la solution idéale tant sur le plan économique qu’énergétique est une combinaison intelligente des deux systèmes. »

Visionnez à nouveau le webinaire sur la ventilation dans les classes.

En savoir plus sur la ventilation sur le lieu de travail.

 

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