ventilation naturelle dans l`habitat

ventilation naturelle dans l`habitat
VENTILATION
NATURELLE
DANS
L’HABITAT
Mémoire présenté par
Mario Mulé dans le cadre de la
formation "Rénovation
Écologique" délivrée par l’École
Nationale Supérieure
d’Architecture de Lyon
Hêtres aux formes sculptés par le vent - Ile de Ré. (Photo prise sans vent)
Décembre 2011
REMERCIEMENTS.
Mes remerciements vont tout particulièrement à mon directeur de stage, Pierre Levy – co-fondateur de la formation RENEC - avec qui je partage de
nombreuses convictions concernant les valeurs "écologiques" dont il serait opportun que tous les architectes s'approprient, pour élever la qualité
générale de nos habitats.
Mes amis, mes parents, ma femme, mon fils, mon chien, ont déjà été remerciés ….
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SOMMAIRE
REMERCIEMENTS. ............................................................................................................................................................................................................................. 2
SOMMAIRE ........................................................................................................................................................................................................................................ 3
PREAMBULE....................................................................................................................................................................................................................................... 4
PRINCIPAUX FACTEURS IMPACTANT LA QUALITE DE L'AIR INTERIEUR ............................................................................................................................................ 5
MAITRISE NECESSAIRE DU RENOUVELLEMENT DE L’AIR INTERIEUR .............................................................................................................................................. 20
HISTORIQUE DES LEGISLATIONS ...................................................................................................................................................................................................... 24
LES DIVERS SYSTEMES DE VENTILATION ......................................................................................................................................................................................... 26
VENTILATION NATURELLE MODERNE ............................................................................................................................................................................................. 34
LES AMÉLIORATIONS ....................................................................................................................................................................................................................... 67
LA RÉNOVATION .............................................................................................................................................................................................................................. 72
EXEMPLES DE RÉALISATION ............................................................................................................................................................................................................ 74
CONCLUSION ................................................................................................................................................................................................................................... 96
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PREAMBULE.
Aération :
Action de renouveler l'air dans le milieu considéré, donner accès à
l'air dans un milieu clos.
Ventilation :
Action de produire une circulation ou un courant d'air et assurer sa
répartition dans le milieu considéré.
La problématique de la qualité de l'air intérieur dans l'habitat prend
ainsi en compte les deux critères : Renouvellement et répartition.
L'habitat vernaculaire, dans sa grande simplicité, faisait appel, de
façon cohérente, à des solutions naturelles de renouvellement
d'air. Les besoins étaient plus simples à satisfaire car l'habitat ne
représentait qu'une protection, un lieu de repos et de repas,
occupé le tiers du temps de ce qu'il est à l'heure actuelle. Les
activités y étaient plus limitées car l’essentiel de l’existence se
déroulait à l’extérieur.
La cuisine, comportait une cheminée ou un poêle à bois, qui servait
conjointement de système de chauffage et de support pour la
préparation des repas. Elle est devenue aujourd'hui une source
d'odeur et de vapeur d'eau qu'il convient d'évacuer.
Les matériaux synthétiques, les produits exotiques, les niveaux
d'hygiène plus exigeants, les diverses crises de l'énergie, ont
conduit à reconsidérer les systèmes de renouvellement de l’air de
nos habitats.
Toutes les solutions modernes font appel, ce qui est cohérent au
premier abord, à des outils essentiellement technologiques.
Le "contrôle" fait semble, de façon évidente, être l'apanage de la
seule technologie. Pourtant, l’utilisation exclusive de cette
ressource, fait émerger des dérives d'ordre culturel, social, et en
définitive technologique, préjudiciables à une utilisation
confortable de l'habitat.
Après avoir été longtemps vouée au pilori, la ventilation naturelle,
revisitée et mise en compatibilité avec les nouveaux besoins, offre
l'avantage de s'appuyer essentiellement sur des solutions dans
lesquelles la passivité, la finalité et la cohérence des structures
architecturales avec l'environnement, sont primordiales.
L'utilisation de ce concept de renouvellement de l'air, place
l'architecte au cœur de la conception de l’habitat, en réintégrant ce
problème actuellement résolu par toujours plus de technicité, dans
la culture de la qualité architecturale, au même titre que
l'esthétique, la durabilité, l'originalité.
Le vocable "ventilation" est intentionnellement choisi pour le
restant du développement, car il reprend dans son acception la
notion de répartition de flux, celui d'aération" portant d'une façon
historique et intrinsèque, principalement sur la notion d'ouverture
des ouvrants et de grande quantité d'air pendant une faible durée.
Ces nouvelles contraintes ont un temps disqualifié le concept utilisé
jusqu'alors, de renouvellement naturel de l'air dont la réponse
apportée semblait insuffisante à satisfaire les nouvelles attentes.
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PRINCIPAUX FACTEURS IMPACTANT LA QUALITE DE L'AIR INTERIEUR
L'air intérieur de nos habitats est le siège de nombreuses sollicitations.
Certaines sont extérieures et impactent à priori la qualité de l'air intérieur car elles en modifient la source même.
Certaines sont intérieures et ont pour siège notre propre habitat.
VAPEUR D'EAU
SU I G É N É R I S
Le corps humain rejette de la vapeur d'eau, de façon variable en fonction de facteurs externes comme le climat ainsi qu'intrinsèques comme la qualité
de son métabolisme, niveau d'activité et état de santé.
Quantités moyennes journalières pour un individu
Une valeur journalière approximative pour une personne active pendant
12 h00, peut se chiffrer ainsi :
2,5/2 + 0,3/2 + 0,6/2 + 0,5 + 0,3 = 2,5 l d'eau sous forme de vapeur et
d'eau nébulisé (gouttelettes microscopiques rejetées par les voies
respiratoires)
Perte d'eau
Par l'épiderme
Par voies respiratoires
Par sudation corps au repos
Par sudation corps en Activité
Quantité
600 ml au repos
300 ml
~ 300 ml (50g/h/personne)
2500 ml
(Source : Université de Rennes 2)
AUTRES
S OU R CE S
Les activités de cuisson des aliments, d'entretien (repassage, nettoyage à
la vapeur, …), et d'activités sanitaires (cuisson, douches, lessives etc …)
génèrent de grande quantité de vapeur d’eau.
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Ordre de grandeur de vapeur d’eau générée par les activités humaines.
(Source : Acthys)
FA CT E U R S I NT R I NS È QU E S
La concentration en vapeur d'eau de l'air intérieur peut être intrinsèque au climat. Lorsque l'humidité relative de l'air entrant dépasse 100% et que la
température atteint le point de rosée, la moindre surface provoquera la condensation de la vapeur d'eau.
Les climats équatoriaux (Amazonie, Guyane, Vietnam, Afrique de l'Ouest, etc ) ou océaniques froids (Hébrides, Norvège, Ecosse … ) sont le siège de
telles conditions.
I M P A CT
D I R E CT D E L A V A P E U R D ' E A U SU R LA P H Y SI O LO G I E D E L ' Ê T R E H U M AI N
Le corps humain contrôle en partie sa température interne grâce à l'évaporation de la transpiration qui entraîne un refroidissement de la peau.
L'humidité relative de l'air ambiant est un facteur agissant sur l'évaporation de la sueur, et par conséquent sur la régulation de température.
Un taux d'humidité trop important ne permettra pas d'atteindre le confort optimum.
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Les autres conséquences d'un trop fort taux d'humidité seront la
prolifération des acariens, des bactéries et des moisissures, sources
de fortes toxicités.
Un trop faible taux d'humidité provoquera une évaporation
insuffisante à assurer rafraîchissement et régulation de la
température interne du corps.
Le confort optimum ne sera pas non plus atteint.
S'ajoute à cela, le desséchement des muqueuses, l'augmentation
des symptômes des maladies respiratoires (Asthme), la contribution
aux éruptions cutanées.
Les taux d’humidité déterminant un confort optimum sont
controversés :
 Selon l’association de professionnels américains en chauffage
et climatisation (ASHRAE), il est recommandé de maintenir un
taux d'humidité relative entre 30% et 60% (en dessous de 50%
si on veut limiter la prolifération des acariens).
 Et selon le centre canadien d'hygiène et de sécurité au
travail, un taux d'humidité inférieur à 50 % peut occasionner
un inconfort …
 À noter enfin que les limites d’humidité imposées en Suisse par
la SIA V382/1 sont beaucoup moins exigeantes : on admet une
humidité située en permanence entre 30 et 65 % HR, avec des
pointes entre 20 et 75 % HR durant quelques jours par an. De
tels taux momentanés sont supportables physiologiquement,
sans qu’il ne soit nécessaire de recourir à une humidification
artificielle.
Plus précisément, il est possible de déterminer une plage de confort
hygrothermique dans le diagramme suivant :
(Source R. Fauconnier. "Revue
Conditionnement n° 10/1992")
Chauffage
Ventilation
1
 Zone à éviter vis-à-vis des problèmes de sécheresse.
2 et 3  Zones à éviter vis-à-vis des développements de bactéries
et de micro champignons.
3
 à éviter vis-à-vis des développements d'acariens.
4
 Polygone de confort hygrothermique
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Remarque :
1
De nombreux appareils de mesure affichent les valeurs directes du taux d'hygrométrie , et permettent de choisir les solutions à apporter pour
assurer le meilleur confort hygrométrique.
MOISISSURES
Inhaler des spores de moisissures peut affecter et mettre en danger les
occupants d'un habitat.
Les moisissures peuvent apparaître sur le bois, les cloisons sèches
(Placoplatre), les meubles rembourrés, le tissu, les carreaux de plafond, le
tapis et autres surfaces, ou encore dans les systèmes de ventilation.
l'intérieur par nature confiné, rend les moisissures plus nuisibles, même si
elles existent également à l'extérieur.
Moisissures sur un
mur en briques
Une moisissure en phase de croissance active a une texture laineuse ou
visqueuse. De couleur rouge, brune, verte, noire ou blanche, les moisissures
ont besoin d’humidité pour croître. Si l’humidité ambiante est insuffisante,
elles deviennent inactives et adoptent une apparence poudreuse ou
croûteuse.
Si l’air en mouvement ou le contact d’un objet agite une moisissure inactive,
ses spores sont envoyées dans l’air, et les occupants les respirent.
Moisissures sur le cadre d’un ouvrant à
simple vitrage
1 Le taux d'hygrométrie est le ratio, humidité absolue (vapeur d'eau réellement présente dans l'air) sur humidité saturante (vapeur d'eau maximum que peut
absorber la masse d'air à une température donnée), il est aussi appelé taux d'humidité relative
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Moisissures sur un citron – (Source Chantal Chosserie )
Une moisissure peut demeurer inactive pendant de nombreuses années, puis reprendre sa croissance lorsque l’humidité est suffisante.
IL existe plus de 100 000 espèces de moisissures, dont environ un millier sont assez répandues.
De nombreuses moisissures produisent des mycotoxines, sous-produit toxique pour les humains.
Ces dernières peuvent causer des réactions allergiques, des maladies respiratoires et même endommager le système immunitaire.
Un taux d’humidité élevé combiné avec un entretien inadéquat des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) contribue à la
croissance des moisissures.
Chez les personnes qui souffrent d’asthme, les moisissures peuvent aggraver les symptômes.
Celles qui souffrent de maladies pulmonaires chroniques peuvent développer des infections après avoir été exposés à certaines moisissures.
L’aflatoxine est une mycotoxine, un sous-produit toxique des moisissures, produit par Aspergillus flavus et Aspergillus parasiticus.
L’aflatoxine est associée aux cancers du foie et du poumon. Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) juge que l’aflatoxine est un
cancérogène du groupe 2B, ce qui signifie qu'elle peut provoquer la maladie chez les humains.
Aspergillus flavus et Aspergillus fumigatus sont également réputés pour causer l’aspergillose, une infection des poumons qui cause une toux sévère,
des douleurs thoraciques, des difficultés respiratoires, de la fièvre, de la douleur aux sinus et une enflure du visage.
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Les principaux symptômes d’une exposition aux moisissures sont les suivants :
 Irritation des yeux, du nez et de la gorge;
 Aggravation des réactions asthmatiques et allergiques;
 Écoulements du nez, congestion et toux;
 Fatigue, nausée et fièvre;
 Maux de tête et difficulté à se concentrer;
 Saignements de nez et essoufflement;
 Infections oculaires, auriculaires et pulmonaires;
 Affaiblissement du système immunitaire;
 Cancers du poumon et du foie causés par une exposition à l’aflatoxine.
ACCARIENS
Les acariens sont présents dans tous les milieux, mers, eaux douces,
déserts, pôles et sources thermales. De nombreuses espèces parasitent
l'Homme et les animaux domestiques, affaiblissent les végétaux,
dévorent les plantes ou la nourriture stockée.
Les acariens sont inoffensifs, mais leurs excréments sont allergènes pour
l'homme prédisposé ces maladies.
A
c
Eria anthocoptes - responsable de la gale de l’humain
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Les acariens microscopiques des poussières et des literies sont bien connus :
Dermatophagoides Pteronyssinus.
Découverts en 1897. Ils vivent dans les habitations et plus particulièrement dans les matelas, les oreillers, les vêtements. C'est l’espèce la plus
2
répandue sur terre mais on la trouve en surabondance en Europe. Taille adulte : 350 µm pour la femelle et 285 pour le mâle.
Dermatophagoides Microceras.
Découverts en 1971, leur territoire de prédilection est l’habitat humain. Ils sont répandus en Europe, en Afrique du Sud et en Amérique du Nord.
Taille adulte : 360 à 400 µm pour la femelle et 260 à 360 µm pour le mâle.
Pidoglyphus Destructor.
Découvert en 1871. Ils vivent dans des lieux de stockage mais aussi dans des habitations. Répandus essentiellement dans des climats tempérés, leurs
tailles adultes est de 350 à 500 µm pour le mâle et 420 à 560µm pour la femelle.
Euroglyphus maynei
Découvert en 1950, il vie très fréquents dans des domiciles.
C’est la troisième espèce la plus abondante sur la planète, malgré une taille adulte de 280 µm pour la femelle et 200 pour le mâle.
Les acariens appartiennent à la Classe des Arachnidae, celle des araignées et des scorpions.


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

Espèces différentes : 50 000.
Durée de vie : Entre 2 et 3 mois (conditions optimales), entre 4 et 11
jours (hydrométrie < 50 % ou température < 25°C.)
Densité : pour 1g de poussière jusqu’à 1500 acariens.
prolifération : Température entre 26 et 30° C.
et Hygrométrie = 75 %.
Nourriture : 1,5 g de peau nourrit 1 million d’acariens.
Seuil d’allergie : 100 acariens pour 1 g de poussière.
Altitude : au-dessus
de 1 500 mètres, il n’y a pas d’acariens
Dermatophagoides Pteronyssinus
2 1µm = 1/1000 mm
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CO2
Produit du métabolisme cellulaire, le CO2 est naturellement émis par la
respiration des êtres vivants et l'homme au repos en exhale un volume
moyen de 200 ml par minute.
Dans l'organisme, le CO2 est, avec l'oxygène, le gaz le plus finement
régulé et la pression artérielle partielle de CO2 reste constante en
situation normale.
Facteur multiplicatif moyen des paramètres respiratoires en fonction
de la concentration de CO2 inhalée par 20 jeunes femmes volontaires
3
Le taux actuel moyen de CO2 dans l'air oscille autour de 380 ppm , soit
0,038 %, avec quelques variations jour-nuit, saisonnières (pour parties
anthropiques) et des pics de pollution localisés.
Dès les plus petites concentrations inhalées (inférieures à celles
produisant les premiers symptômes fonctionnels), la pression
expiratoire de CO2 augmente.
Les premiers effets apparents traduisent les mécanismes
physiologiques de régulation du pH du sang, en particulier
l'augmentation du débit cardiaque et hyperventilation, utilisés par le
système cardio-pulmonaire pour aider à compenser une production
accrue de CO2 endogène.
L'intensité de la réponse ventilatoire est reproductible et fonction de la
dose inhalée.
(Source HAYWOOD C., BLOETE M.E. - Respiratory responses of
healthy young women to carbon dioxide inhalation. Journal of
Applied Physiology, 1969)
4
(IRSN , Documents pour le médecin du travail)
3 Partie par millions
4 Autorité de sûreté nucléaire : Au nom de l'État, elle assure le contrôle de la sûreté nucléaire et de la radioprotection en France pour protéger les travailleurs, les
patients, le public et l'environnement des risques liés à l'utilisation du nucléaire, elle contribue à l’information des citoyens.
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 A partir de 0,1 %, (1 000 ppm), le CO2 devient un des facteurs du syndrome des bâtiments. Cette concentration constitue la valeur maximale
admise pour le dimensionnement des systèmes de conditionnement de l’air, à l’intérieur des bâtiments et maisons d’habitation.
 Au-dessus de 0,5 % (5 000 ppm), la valeur maximale d’exposition professionnelle retenue dans la plupart des pays, et la valeur maximale admise
pour le dimensionnement des appareillages d'air conditionné dans les avions sont dépassées.
La concentration de 1,5 % ou 15 000 ppm est la valeur maximale d’exposition professionnelle sur une durée maximale de 10 minutes.
 À partir de 4 % (40 000 ppm) le seuil des effets irréversibles sur la santé est atteint (c'est le seuil qui justifie une évacuation immédiate de locaux).
 A partir de 7% (70 000 ppm) apparition d'abattement, faiblesse des membres, céphalées, anxiété, sensation de fatigue intense, paresthésies,
vertiges, dyspnée, inattention, jambes tremblantes, troubles visuels, palpitations, impression d’être confus, bouffées de chaleur, douleur
thoracique.
A de plus fortes concentrations, la victime peut être atteinte d'un effet de sidération des centres nerveux avec syncope rapide.
 À partir de 10 % et d'une exposition dépassant 10 minutes, et sans une action médicale de réanimation, la victime sombrera dans le coma
irréversible.
5
Les études réalisées en normoxie , ont mis en évidence une toxicité propre du CO2, indépendante de sa nature de gaz asphyxiant physique.
En milieu confiné, le CO2 s'accumule en parties basses, provoquant un appauvrissement conséquent en O2. En pareille situation, cette accumulation
se fait sous forme d'une nappe homogène avec de très fortes concentrations.
L'utilisateur d'un habitat trop confiné (Maison très étanche sans ventilation, ou un habitat dont les ouvertures ont été calfeutrées pour économiser
l’énergie …) peut être victimes des désagréments cités ci-dessus.
Ces cas extrêmes ne se rencontrent pas dans l’habitat particulier ou tertiaire mais en milieux industriels spécifiques (cuves, cave vinicoles , silos, etc ).
Ils permettent néanmoins d'appréhender la gravité d'une concentration de CO2 au-delà de la limite de 0,5% (normalement 0,1% dans l'air non vicié).
Ce problème non négligeable devient encore plus sensible dans l'habitat passif devenu très étanche, en cas d'arrêt non volontaire du système de
ventilation.
5 Normoxie : état du corps pour lequel la concentration d'oxygène dans le sang permet une activité normale.
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Remarque :
 Il n’existe pas de moyen simple pour détecter la présence de gaz carbonique qui est inodore et incolore. Le test de la bougie, encore trop
souvent utilisé, est à proscrire ! Lorsque la bougie s’éteint, le taux de CO2 avoisine les 14 %, valeur très largement supérieure à la valeur
limite (A partir d'une concentration de 7 %, des effets perturbateurs sur les fonctions nerveuses apparaissent déjà).
 Il faut impérativement utiliser un appareil de mesure spécifique de détection du CO2, car l’estimation du risque CO2 à partir d’un appareil
mesurant l’oxygène est trop imprécise (A une forte variation du taux de CO2 ne correspond qu’une faible variation du taux d’oxygène).
AUTRES POLLUANTS DE L'AIR INTÉRIEUR
L E S COV
Les composés organiques volatils, ou COV sont des molécules organiques, construites à l’aide d’atomes de
carbone et d’hydrogène, se trouvant sous forme gazeuse dans l'atmosphère.
Ils sont d'origine anthropique (provenant du raffinage, de l'évaporation de solvants organiques, imbrûlés, etc.)
ou naturelle (émissions par les plantes ou certaines fermentations). Ils sont, selon les cas, plus ou moins
biodégradables par les bactéries et champignons, voire par les plantes, ou par les UV ou l'ozone.
Les COV sont des précurseurs, avec les oxydes d'azote, de l'ozone troposphérique. Ce sont des gaz à effet de
serre. Leur caractère volatil leur permet de se propager plus ou moins loin de leur lieu d'émission avec des
impacts directs et indirects.
Les COV participent à des réactions photochimiques dans la basse atmosphère, causant l’augmentation de la
concentration en ozone dans la troposphère, avec des effets indirects sur la santé. Les radicaux générés par les
COV accentue la présence d’ozone dans l’atmosphère, impactant les jeunes et personnes âgées sujet à
l’asthme. Certains des COV sont également nocifs pour les espèces animales et végétales.
L’ozone a également un effet sur les arbres feuillus, les plantes, les légumes et les fruits.
Le climat est également modifié par la présence des gaz à effet de serre.
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Les COV sont également adsorbés sur différents solides (argiles et limons) ou transférés dans l’eau - potable - par aération, altérant ainsi sa qualité.
Il existe une quantité aussi innombrable de COV que les produits chimiques mis sur le marché : hydrocarbures, alcools, aldéhydes, éthers, etc.
Utilisés dans la fabrication de nombreux produits dont on se sert à
la maison (peinture, vernis, colle, bois aggloméré, moquette, etc.),
les COV sont libérés en continu sous forme gazeuse dans l’air
intérieur. Ils peuvent également être émis lors de travaux de
bricolage ou de la combustion de bougies et d’encens.
Les COV ont un impact direct sur la santé.
 le Trichloréthylène nuit au cœur et provoque
également des cancers,
6
 les éthers de glycol à courte chaîne sont tératogènes
et possèdent une toxicité spécifique pour la moelle
osseuse et les testicules.
 L’exposition à des vapeurs de benzène provoque le
développement de la leucémie, et celle du 1-3Butadiène provoque des cancers avérés.
 le tétrahydrofurane s’attaque au foie et aux nerfs,
 Le perchloroéthylène, utilisé pour le nettoyage à sec,
figure sur la liste des cancérogènes du groupe 2A du
CIRC.
 l'exposition au formaldéhyde induit des irritations des
yeux, du nez et de la gorge.
COV souvent rencontré dans l’air intérieur
alpha pinène
1,4 dichlorobenzène
1,1,1-trichloroéthane
1,2,4-triméthylbenzène
1-méthoxy-2-propanol
2-butoxyéthanol
2-éthoxyéthanol
2-éthoxyéthyl acétate
2-éthyl-1-hexanol
Benzène
Butyl-acétate
Cyclohexane
Décane
Ethylbenzène
Isopropyl-acétate
Limonène
m/p-xylène et o-xylène
Styrène
Tétrachloroéthylène
Toluène
Trichloroéthylène
Undécane
Désodorisant, parfum d'intérieur, produit d'entretien
Anti-mite, désodorisant
colle
carburants, goudrons, vernis
Laques, peintures, vernis, savons, cosmétiques
Peintures, vernis, fongicides, traitement du bois,
Peintures, laques, vernis
Sources non connues
Solvants aqueux
Carburants, fumée de cigarette, produits de bricolage,
ameublement, construction et décoration
Parquet, solvants
Peintures, vernis, colles
White-spirit, colles pour sol, cires, vernis à bois, sol,
moquettes, tapis
Carburant, cires
Sources non connues
Désodorisant, parfum d'intérieur, cires, nettoyants pour sol
Peintures, vernis, colles, insecticide
Matières plastiques, matériaux isolants, carburants, fumée
de cigarette
Nettoyage à sec, moquettes, tapis
Peintures, vernis, colles, encres, moquettes, tapis, calfatage
siliconé, vapeurs d'essence
Peintures, vernis, colles, dégraissant pour métaux
White-spirit, colles pour sol, cires, vernis à bois, nettoyants
sol
(Souce : Observatoire de la qualité de l'air intérieur)
7
6 Qui provoque des monstruosités ou des malformations sur l'embryon
7 Missionné par les Pouvoirs Publics, l'Observatoire de la qualité de l'air intérieur a pour enjeu de mieux connaître la pollution intérieure, ses origines et ses
dangers.
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Remarque :
Les prélèvements pour quantifier les COV sont toujours "délicats" à cause de l’hétérogénéité du milieu.
La synergie de plusieurs composés présents dans l’air peut influencer la qualité de l’extraction et d’isolation des COV et perturber l’analyse.
La présence de particules et de poussières adsorbe les COV et change ainsi leurs propriétés physico-chimiques. L’eau est également un interférent,
car sa condensation entraîne certains produits (formes polaires). La réglementation impose qu’à partir du 1er janvier 2012, tout produit mis
nouvellement sur le marché devra porter un étiquetage informatif sur les COV émis par le produit après 28 jours de test.
R AD O N
Le radon est issu de la désintégration de l'uranium naturellement
contenu dans les sols, les matériaux de construction (briques,
pierres, terre, etc ) ou amené par l'homme lors de certaines
activités industrielles, architecturale, minières, militaires.
Le radon peut s'accumuler dans les espaces clos et notamment
dans les maisons et caves mal ventilées.
Il est surtout présent dans les régions granitiques, volcaniques et
uranifères.
En France, les régions riches en radon sont la Bretagne, le Massif
central, les Vosges et la Corse.
Des doses supérieures à 250 Bq/m3 dans les bâtiments se
rencontrent dans la Creuse, la Lozère, le Tarn et la Corse-du-Sud.
Les taux les plus faibles se mesurent dans les bâtiments des Landes
(28 Bq/m3 : nature sédimentaire des sols)
Ce sont les descendants du radon qui sont à l'origine des
irradiations, et principalement ceux à vie courte.
En 1987, il a été reconnu par le Centre International de Recherche
sur le Cancer (CIRC) cancérigène pulmonaire pour l'homme.
C'est l'un des gaz les plus lourds (denses) à température ambiante,
titrant pratiquement 8 fois la densité de l'air.
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Le danger du radon dans les habitations a été mis en évidence en 1984,
quand Stanley Watras, employé de la centrale nucléaire de Limerick
(Pennsylvanie), déclencha les détecteurs de radioactivité en se rendant
à son travail.
Les autorités cherchèrent pendant 2 semaines l'origine de cette
contamination. Ils trouvèrent finalement que la source était un taux
très élevé de radon (près de 100 000 Bq/m3) dans la cave de son
domicile, sans relation particulière avec la centrale nucléaire.
Il a été calculé qu'un tel taux d'exposition, est aussi risqué que de fumer
135 paquets de cigarettes par jour. A la suite de cette découverte
hautement médiatisée, des normes sanitaires furent définies, et la
détection du radon devint une préoccupation publique.
En France, pour les lieux accueillant du public, la limite d'intervention
est de 1000 Bq/m3 et la valeur recommandée est de 400 Bq/m3.
Il n'y a pas pour l'instant d'obligations pour l'habitat (Il existe
cependant un plan national contre le radon et une
recommandation de l'ASN d'une importante réduction du seuil
d'exposition au radon.)
La mesure du radon dans les habitations et locaux s'effectue
principalement avec un dosimètre radon, sur une durée test de
quinze jours à plusieurs mois, et, dans les cas où le radon vient du
sol (la plupart des cas), préférablement en saison froide, car il n'est
pas significatif de mesurer le radon en été quand les fenêtres sont
souvent ouvertes.
La ventilation et les vides sanitaires ventilés sont pratiquement les
seules techniques permettant de se prémunir des risques de
présence de Radon.
L'obligation de mesure systématique ne concerne en 2008 que 31
départements, mais il est désormais obligatoire de réaliser une
surveillance non seulement dans les établissements d’'enseignement,
les établissements sanitaires et sociaux, les établissements thermaux et
les établissements pénitentiaires, mais aussi dans les locaux souterrains
où certaines activités professionnelles sont réalisées au moins une
heure par jour.
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CO
Le monoxyde de carbone est un gaz asphyxiant très difficile à détecter. Il est invisible, inodore et non irritant. Il résulte d’une mauvaise combustion au
sein d’un appareil fonctionnant grâce à la combustion de gaz, de bois, de charbon, d’essence, de fuel ou d’éthanol.
La densité du monoxyde de carbone est voisine de celle de l’air et se diffuse très vite dans l’environnement. Après avoir été respiré, il se fixe sur les
globules rouges à la place de l’oxygène et peut s’avérer mortel
L’intoxication faible dite « chronique » se manifeste par des maux de tête, des nausées, une confusion mentale, de la fatigue. L’intoxication est lente
et les symptômes de cette intoxication peuvent ne pas se manifester immédiatement.
Ces intoxications sont actuellement suspectées de perturber le développement cérébral des enfants et notamment leur fonctionnement intellectuel.
L’intoxication aiguë entraîne des vertiges, une perte de connaissance, une paralysie musculaire, des troubles du comportement, voire le coma ou le
décès.
En cas d’intoxication grave (chronique ou aiguë), les personnes gardent parfois des séquelles à vie : migraines chroniques ou des dépendances
neurologiques invalidantes (troubles de la coordination motrice, paralysies sous toutes formes).
0,1 % de CO dans l’air tue en 1 heure
1 % de CO dans l’air tue en 15 minutes
10 % de CO dans l’air tuent immédiatement
En 2008, plus de 3000 intoxications se sont produits au domicile, exposant plus de 2000 personnes à des émanations de C0 ayant nécessité
l’hospitalisation pour 127 d’entre elles.
Les sources de monoxyde de carbone dans l’habitat correspondent aux différents appareils à combustion : chaudières, poêles et cuisinières à bois,
appareils de chauffage d’appoint, braseros et barbecues, cheminées et inserts, cheminées décoratives à l’éthanol, groupes électrogènes, engins à
moteur thermique, et certains appareils de bricolage comme les bruleurs thermiques à gaz.
Près de 85 % des intoxications au CO qui ont lieu de manière accidentelle dans l’habitat, l'ont été pendant la saison de chauffe, d’octobre à mars et la
chaudière à combustion d’hydrocarbure est la plus fréquemment mise en cause. Ces intoxications font apparaitre le défaut d’aération comme facteur
8
aggravant.
8 Source INVS, Institut national de la veille sanitaire – Système national de surveillance des intoxications au CO, Haut Conseil de la santé publique
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AUTRES
C OM B U S T I O NS
Porté à haute température lors de la combustion, le tabac devient un véritable foyer de pyrolyse et
pyrosynthèse.
La fumée de tabac contient plus de 4000 produits chimiques, dont au moins une cinquantaine sont reconnus
comme cancérigènes chez les humains et les animaux.
Elle contient des substances telles que
 l'acétone (présent dans les décapants de peinture),
 le cyanure d'hydrogène (poison utilisé dans les chambres à gaz),
 l'ammonium (utilisé dans les engrais),
 le mercure, le plomb, le benzène,
 le cadmium (utilisé dans les batteries d'automobile),
 le formaldéhyde,
 l'arsenic,
 le toluène (utilisé dans les solvants industriels),
 le phosphore (utilisé dans le Ratol)…
La présence de ces produits démontre la nocivité et les effets graves sur la santé, de la fumée de tabac.
Une personne non-fumeur mais dont le conjoint fume, a 25% de risques supplémentaires d´être atteint d´un
cancer du poumon. D´autres pathologies, comme les maladies cardio-vasculaires, cancer de la vessie sont
9
également possibles .
10
La combustion de certaines résines aromatiques destinées à parfumer l'air, dégage une épaisse fumée odoriférante constituée de vapeurs
contenant des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des carbonyles de benzène, produits cancérogènes.
En 2004, Que choisir avait publié que l’émission de fumées d’encens donnait un air comportait 110 fois plus de benzène que le seuil recommandé.
Quel que soit la nature des produits, la fumée de leur combustion génère des polluants délétères non négligeables.
Les huiles essentielles, même lorsqu’elles sont naturelles, diffusent des COV et peuvent provoquer des allergies.
9 Source : Haut Conseil de la santé publique
10 (oliban, benjoin, myrrhe, camphre, santal, copal, etc.)
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LES POLLUANTS EXTÉRI EURS
Les sources de pollution de l'air extérieur sont innombrables : trafic routier, transport maritime et aérien, production d'énergie, industries, chauffage,
mais aussi agriculture, pollens...
La pollution est généralement causée par un ou plusieurs éléments (particules, substances, matières…) dont les degrés de concentration et les durées
de présence sont suffisants pour produire un effet toxique ou écotoxique.
On compte aujourd’hui des dizaines de milliers de molécules différentes, polluants avérés ou suspectés qui, pour beaucoup, agissent en synergie
entre eux et avec d’autres paramètres (Ultraviolets solaire, hygrométrie, acides, etc.). Les effets de ces synergies sont très mal connus.
Ces polluants se dispersent dans l’air extérieur, source de l’air intérieur de nos habitats.
Les pollutions issues de l’extérieur, affectent l’air intérieur, avec d’autant plus de potentiel qu’elles agissent dans un volume restreint faiblement
ventilé et avec des affinités d’accumulation plus importante que dans un espace extérieur.
Ces pollutions ne peuvent être occultées car l’air extérieur constitue l'alimentation de référence de l'air intérieur. Un air extérieur très pollué ne
pourra qu'aggraver la pollution intérieure.
MAITRISE NECESSAIRE DU RENOUVELLEMENT DE L’AIR INTERIEUR
Nous passons aujourd’hui 80% à 90% de notre temps au sein de notre habitat ou dans un lieu clos.
Les mises en gardes précédentes montrent qu'un renouvellement d'air adapté à l’usage est indispensable pour conserver le confort et l’hygiène de
nos logements. Il apparaît clairement que le concept de ventilation doit être l'un des pilier de la conception d’un projet d’habitat qui doit tenir compte
des nouvelles condition d’utilisations, des nouvelles fonctionnalités attendues par les occupants, du contexte socio-économique et culturel en
vigueur.
Une ventilation organisée ou maîtrisée » c'est-à-dire intentionnelle et automatique, en opposition à la ventilation non intentionnelle des infiltrations
ou intentionnelle de l'ouverture des fenêtres, fournit la quantité d'air neuf juste nécessaire aux occupants, limitant ainsi les consommations
énergétiques au minimum, tout en assurant la qualité de l'air.
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(Source OQAI)
Dans les bâtiments très isolés ou passifs, les pertes de chaleur par ventilation prennent une part importante de la consommation totale. C’est un
poste important à contrôler si on veut maîtriser la consommation globale du bâtiment.
L'URE (Utilisation Rationnelle de l'Energie) consiste à assurer le confort des occupants, tout en maîtrisant les consommations énergétiques.
Ces deux principes sont difficile à respecter dans les anciens bâtiments ou le renouvellement d’air naturel n’a pas été réfléchi dès la conception mais
constitue juste la conséquence d’une faiblesse de construction (infiltrations). Les débits d'air frais sont difficilement contrôlables, (en intensité, en
température, en direction et en durée) varient fortement avec les conditions atmosphériques et ont pour corollaire un flux insuffisant dans certaines
pièces et trop important dans d’autres.
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VENTILATION NON CONÇUE COMME UN PROJET
La ventilation par les fenêtres est une ventilation intensive et périodique qui permet une élimination rapide des polluants émis dans l'ambiance.
C’est un système inadapté pour assurer une ventilation de base efficace car :




Elle est liée à la bonne volonté des occupants.
Elle est intermittente, et le taux de CO2 va fluctuer fortement dans le local entre les périodes d'ouverture et de fermeture, dépassera bien
souvent la valeur couramment admise de 1 000 ppm (le confinement de l'air d'une classe normalement occupée et ventilée uniquement aux
intercours est atteint après un quart d'heure d'occupation).
Elle est source d'inconfort pour les occupants étant donné les débits importants d'air neuf, souvent froid et peut donc être en décalage
thermique avec les besoins.
Elle est difficilement maitrisable, exception faite des petits vasistas réglables.
Taux de CO2 mesuré dans une salle de classe avec ventilation par ouverture de fenêtre lors des intercours.
Comme déjà analysé, le renouvellement d'air par les infiltrations n'est ni souhaitable ni efficace. Elles constituent un handicap en apportant un
inconfort en cas de grand vent. Leur localisation spatiale ne peut garantir une distribution rationnelle de l’air entrant, et un débit suffisant pour
réaliser une aération raisonnable.
La ventilation devra donc être traitée, comme les autres problématiques, de façon spécifique dès la conception du projet.
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VALEUR DE SEUIL MINI MUM DE VENTILATION
La grande majorité des études, essentiellement menées dans
l’habitat tertiaire, ont mis en évidence la corrélation entre le niveau
insuffisant de ventilation et l’accroissement du risque d’apparition
de symptômes et perception d’une mauvaise qualité de l’air.
Certaines études ont cherché à déterminer le niveau minimum pour
éviter ce risque.
Ainsi, Seppänen et al. (1999, 2002, 2004) estime qu’un débit d’air
neuf inférieur à 10 L /s et par personne (soit 36 m3/h/personne)
est significativement associé à l’apparition d’un ou plusieurs effets
sanitaires ou de mauvaise perception de la qualité de l’air.
Le groupe multidisciplinaire EUROVEN (Wargocki et al., 2000) fixe
la valeur de 25 L/s/personne (90 m3/h/personne) en dessous de
laquelle les risques de symptômes de type SBS et d’arrêts maladie
augmentent tandis que la productivité diminue dans les bureaux.
Ces auteurs suggèrent que cette valeur serait applicable dans les
écoles, mais le niveau actuel de connaissance reste encore trop
faible à ce sujet.
Pour les valider, ces valeurs seuils ont été comparés aux débits
réellement mesurés dans les écoles en France (Observatoire de la
Qualité de l’Air Intérieur - Kirchner et al., 2003 – dans le cadre du
Groupe de Pilotage pour la Qualité des Ambiances et des écoles de
La Rochelle - Blondeau et al., 2002-2005 - ainsi que dans certaines
études étrangères (Turk, 1989 ; Nielsen, 1984 ; Walinder et al.
1998; Smedje et al. 2000).
La valeur suggérée par le groupe EUROVEN dépasse largement
celles observées dans les écoles aujourd’hui en France. Il en va
quasiment de même pour la valeur indiquée par Seppänen et al.
Sur cette base, toutes ces écoles seraient susceptibles de présenter
un risque accru d’apparitions de symptômes liés à une ventilation
insuffisante.
Ces valeurs seuils sont cependant fixées au départ pour des
bureaux présentant un volume faible (hypothèse : espace fermé de
40 m3) et généralement occupé par une seule personne.
Par conséquent le débit d’air total et donc le renouvellement d’air
par rapport à une école est totalement différent.
En prenant comme hypothèse pour une classe, un volume de 150
m3 pour 20 élèves, il est possible de traduire les valeurs de débit
proposées par Seppänen et EUROVEN en taux de renouvellement
d’air, conduisant à des valeurs respectives de 4,8 et 12
volume/heure (application des débits directement dans une salle de
classe).
Les débits proposés dans les bureaux correspondent, compte tenu
des hypothèses, à un taux de renouvellement d’air respectif de 0,9
et 2,3 volume/heure. Il est par conséquent possible d’appliquer
non plus le débit d’air neuf mais le taux de renouvellement d’air
requis pour une salle de classe.
En considérant l’application des taux de renouvellement d’air aux
écoles étudiées, la situation des salles de classe est beaucoup plus
mitigée.
Pour ce dernier cas, environ la moitié des écoles françaises
considérées satisfont la proposition de Seppänen (0,9
volume/heure) et seulement 2 sur 12, la suggestion du consensus
EUROVEN de 2,3 volume/heure, valeur par ailleurs assez proche de
recommandation du RSDT.
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HISTORIQUE DES LEGISLATIONS
1906,
L’ordonnance de police de Paris fixe une obligation de disposer d’un
conduit de fumées en cuisine et dans chacune des pièces
principales, pour le chauffage au bois ou au charbon.
L'air pénètre dans les pièces principales lors de l'ouverture des
fenêtres et à travers les défauts d'étanchéité des ouvrants sous les
effets du vent (principalement) et du tirage thermique.
Les conduits de fumées sur séjour ou chambre disposent parfois de
prises d’air neuf en pignon, et directes en foyer.
Des conduits de fumées présents dans ces pièces peuvent aussi
contribuer à la ventilation des pièces principales (Figure 3.2).
En présence de vent, le logement est balaye par un vent traversant.
Dans ce principe de ventilation, le renouvellement d'air du
logement est essentiellement assuré au travers des défauts
d'étanchéité de l'enveloppe.
La circulation de l'air dans le logement n'est pas maitrisée et des
transferts peuvent avoir lieu des pièces techniques vers les
principales. Il convient donc que les portes des pièces de service
soient suffisamment étanches pour l’éviter.
AVANT 1937 ,
Aucun texte ne définissait précisément de dispositions concernant
l’aération des logements. Ceux construits avant cette date
pouvaient comporter aucun dispositif spécifique de ventilation.
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1937,
Le règlement sanitaire départemental impose la ventilation permanente du cabinet d’aisances.
Ce règlement ne fixait pas les moyens à mettre en œuvre pour assurer cette ventilation. Dans la réalité le renouvellement de l'air intérieur se faisait
uniquement par les ouvertures, fenêtres, portes et infiltrations, grilles de ventilation Basse et Haute dans les cabinets d'aisance
1958,
L’Arrêté du 14 novembre relatif à l’aération des logements, fixe les dispositions ayant pour objet d’assurer en permanence le renouvellement d‘air
des pièces principales et des cuisines.
Les pièces principales des logements à simple exposition doivent comporter des ouvertures d’entrée d’air et des ouvertures d’évacuation d’air.
Institution d’un système d'aération par pièce, des grilles de ventilation Basses et Hautes.
Les cuisines doivent comporter des ouvertures totales d’au moins 150 cm² destinées à l’évacuation de l’air et les pièces techniques et pièces
principales sont définies.
1969,
L’Arrêté du 22 octobre relatif à l’aération des logements, fixe le principe de la ventilation générale et permanente. L’évacuation de l’air s’effectue soit
par conduit à tirage naturel, soit par dispositif mécanique. Le taux de renouvellement d’air est d’environ une fois le volume des pièces principales par
heure.
Mise en place d'une obligation de maîtrise des débits dans les logements.
Naissance et généralisation de la Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC)
A l'heure actuelle 70% du parc d'habitations daté de cette époque, ne possède pas de système de renouvellement de l'air intérieur satisfaisant les
normes de santé.
1982,
L’Arrêté du 24 mars modifié, relatif à l’aération des logements, maintient le principe de ventilation générale et permanente mais introduit la notion
de modulation du débit d’extraction par dispositif manuel.
 Création de la VMC hygro-réglable.
 Fixation d'un débit d'extraction minimum par logement
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1983,
L’Arrêté du 28 octobre modifiant l’Arrêté du 24 mars 1982 modifié, l’aération peut être assuré par un dispositif mécanique qui module
automatiquement le renouvellement d’air du logement.
2005,
La réglementation thermique (RT 2005) impose des minimums de consommation pour le chauffage et le rafraîchissement de l'habitat, intègre le
renouvellement de l'air intérieur dans la problématique non seulement thermique mais sanitaire.
2012,
Les prochaines règlementations préciseront les dispositions sanitaires de façon plus précise, là où les dispositions thermiques sont pour le moment
quantifiées.
LES DIVERS SYSTÈMES DE VENTILATION
Les diverses normes définissent les modes de ventilation de base possibles dans l’habitat. Ils sont tous basés sur :
 une amenée d'air frais dans les locaux dits "secs" (bureaux, salle de séjour, chambre, ...),
 un transfert de cet air vers les locaux dits "humides" (sanitaires, cuisine, salle de bain, ...)
 une évacuation de l'air vicié et humides dans ces derniers locaux.
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VENTILATION MÉCANIQU E RÉPARTIE
Ce système permet un renouvellement constant et régulé de
l'air du logement, grâce à des aérateurs individuels placés dans
les pièces humides. Il est sans réseau de conduits centralisé
puisque l'air est extrait directement de la pièce et évacué vers
l'extérieur. Installés dans le volume habitable, les aérateurs se
caractérisent par un faible niveau acoustique et une faible
consommation, grâce à une régulation électronique du débit.
La VMR présente l'intérêt de réduire les coûts d'investissement à la pose, et consomme peu d'électricité (de 5 à 9 W par appareil, voire
2,5 W pour certains fabricants).
Elle est simple à installer (absence de gaines) et offre une réponse extrêmement souple à toutes les configurations d'architecture.
Les opérations d'entretien sont facilités par l'accès, les aérateurs se lave à l'eau, les accessoires sont accessibles.
Ce système convient parfaitement en réhabilitation lorsqu'il est trop problématique d'installer une VMC classique.
Il y a très peu de contrôle de l'air entrant et pratiquement pas de régulation en fonction du nombre d'habitants et la récupération
éventuelle de l'a chaleur de l'air sortant est impossible.
Ce n'est pas une ventilation centralisée avec les inconvénients associés.
Cette ventilation n'est plus conforme aux normes en vigueur (ventilation non centralisée)
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VENTILATION MÉCANIQU E SIMPLE FLUX
Un flux d’air est créé dans le bâtiment de telle sorte que l'air neuf entre par les locaux "propres" (salon, bureau, chambres,...) et que l'air vicié sorte
par les locaux "humides" (sanitaires, buanderies,...) ou "viciés" (WC, cuisines,...).
Des ouvertures sont placées "judicieusement" en façade (grilles dans les fenêtres ou les murs), pour diffuser de l'air dans les locaux "propres".
Le transfert de l'air, entre les locaux alimentés en air neuf et les locaux avec évacuation, est organisé grâce à des passages sous les portes, des grilles
de transfert dans les portes ou les cloisons.
Un conduit permet la sortie de l'air vicié, la plupart du temps en toiture.
Il existe deux types de ventilation simple flux :
E XT R A CT I O N (le plus utilisé)
La mécanisation du flux d'air intervient au niveau de l'extraction de l'air
vicié et l'entrée de l'air neuf se fait de façon naturelle.
L'air extérieur traverse les pièces sèches, puis par transfert vers les
pièces humides, puis est enfin aspiré vers le conduit d'extraction. Ce
type d'installation est le plus simple, le moins onéreux car il ne
nécessite que l'installation de bouches d'entrée d'air, sans conduits
d'arrivée d'air.
(Source : Energie +, Université catholique de Louvain)
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I NSU F FLA T I ON
La mécanisation du flux d'air intervient au niveau de l'entrée de l'air neuf
et l'évacuation se fait de façon naturelle par pression.
L'air extérieur est insufflé vers les pièces sèches, puis par transfert vers les
pièces humides, enfin dirigé vers le conduit d'extraction.
Il n'y a plus de bouches d'air en façade ou dans le mur d'enveloppe mais il
faut un système de conduits pour l'amenée de l'air neuf dans les pièces
choisies.
(Source : Energie +, Université catholique de Louvain)
C’est un système de ventilation ne demandant que très peu de réglage et de maintenance, permettant de répondre aux besoins
sanitaires et aux normes.
L’installation du système est facile, ne demande que peu de volume, est bien adapté à la réhabilitation de bâtiments anciens et d’un
cout modéré.
Même si le système assure une bonne aération, il fait entrer de l’air sans tenir compte de ses caractéristiques ni des besoins spécifiques de
l’habitat. Le degré d’hygrométrie et la température de l’air aspiré varient en fonction des conditions extérieures. Il s’avère nécessaire de
réguler le débit et la température de l'air entrant.
La maitrise du débit d'air consiste au seul choix manuellement d’une vitesse forte ou faible et la température de l’air entrant n’est pas
régulée.
En conséquence, les systèmes simple flux occasionnent une consommation d’énergie supplémentaire pour maintenir constante la
température intérieure de la maison car ils font entrer de l’air chaud en été et de l’air froid en hiver.
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VENTILATION MÉCANIQU E DOUBLE FLUX
Un "double flux" est organisé grâce à :
 la pulsion mécanique d'air neuf, dans les locaux,
 l'extraction mécanique d'air vicié des locaux.
On peut pulser l'air neuf dans les locaux dits "propres" (bureaux,
séjour, ...) et extraire l'air dans les locaux "humides" ou "viciés"
(sanitaires, cuisines).
Chaque type de local peut aussi disposer d'une pulsion et d'une
extraction adaptée. Les locaux produisant des odeurs peuvent être
maintenus en dépression de telle sorte que l'air vicié ne s'en
échappe pas !
(Source : Energie +, Université catholique de Louvain)
La pulsion se distribue via un réseau de conduites verticales et horizontales dans les vides utilisables (faux plafonds). Les conduits verticaux
d'évacuation d'air sont semblables aux conduits des systèmes "simple flux" et peuvent être disposés parallèlement aux conduits verticaux d'amenée
d'air.
Les bouches d'amenée d'air sont de type mural ou de type plafonnier s'il existe des faux plafonds.
Chaque bouche, avec généralement un plénum de détente, est raccordée au circuit de soufflage par un conduit souple en tête duquel est installé un
registre de réglage des débits.
Dans les bâtiments tertiaires ou spécifiques :
 Des extractions complémentaires peuvent être disposées dans les couloirs si le débit recommandé des sanitaires est inférieur à celui des
bureaux.
 Les locaux de bureaux sont maintenus à l'équilibre pulsion - extraction. Souvent, un léger excédent est donné à la pulsion pour maintenir les
locaux en surpression et empêcher ainsi tout courant d'air par infiltration.
 Pour un hôtel ou un hôpital, chaque chambre avec sanitaire est autonome au niveau de sa ventilation (pulsion dans la chambre et extraction
dans chaque sanitaire).
 La pulsion se fera dans une salle de sports et l'extraction dans les vestiaires... afin que l'odeur y reste confinée.
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Extraction et pulsion dans la cuisine
Extraction et pulsion dans la cuisine, sans hotte
Extraction dans la cuisine,
pulsion dans le restaurant
Pour toutes les illustrations :
(Source : Energie +, Université catholique
de Louvain)
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Le système assure une grande maîtrise de la ventilation tout en en s'affranchissant des éléments climatiques extérieurs (vent,
température, humidité).
 Il constitue une amélioration du système à simple flux et permet de :
 capter l'air extérieur à un endroit "sain" en général en toiture,
 filtrer l'air entrant,
 contrôler les débits de pulsion et d'extraction, indépendamment,
 mettre volontairement certains locaux en surpression ou en dépression.
Ce système est très coûteux et nécessite beaucoup de volume pour son installation.
Les conduits de soufflage et d'extraction doivent généralement trouver place dans des faux plafonds ou en combles perdues ou
en gaines techniques verticales. Ce besoin de place réservée n’est pas toujours résolu et pose souvent des problèmes
d’intégration dans le cas d’une réhabilitation.
Les améliorations apportées par rapport au système simple flux se font au détriment d'une complexité accrue, de réglage plus
méticuleux, d'une maintenance régulière et absolument obligatoire, réalisée par un professionnel compétent.
La pulsion de l'air dans les locaux peut engendrer du bruit, notamment au niveau des bouches de diffusion ainsi que des
condensats dont il faut se préoccuper et évacuer.
ÉVALUATION DE L'EFFICACITÉ ÉNERGÉTI QUE D'UNE INSTALLATION DE VENTILATION.
Le calcul des consommations d'énergie liées à la ventilation doit tenir compte de celles nécessaires au chauffage de l'air neuf jusqu'à la température
ambiante et de la consommation électrique des ventilateurs éventuels.
La consommation d'énergie destinée au chauffage de l'air neuf se détermine de la façon suivante :
Avec :
Consch = 0,34 . qv . ΔTmoy . h / ηch
Consch
0,34
qv
ΔTmoy
h
ηch
= consommation énergétique pour le chauffage de l'air neuf (Wh/an)
= capacité calorifique de l'air (Wh/m³/K)
= débit d'air neuf (m³/h)
= différence entre la température de consigne de l'ambiance et la
température extérieure moyenne (°C)
= nombre d’heures de fonctionnement annuel (h/an)
= rendement moyen saisonnier de l'installation de chauffage
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La consommation électrique des ventilateurs se détermine de la façon suivante :
Avec :
Consélec = (qv / 3 600) . Δp x t / ηvent
Consélec
qv
3 600
Δp
t
ηvent
= consommation énergétique du transport de l'air (Wh/an)
= débit d'air neuf (m³/h)
= 3 600 secondes par heure (s/h)
= perte de charge pulsion + extraction (pa)
= durée de fonctionnement (h/an)
= rendement total du système de ventilation (moyenne entre
pulsion et extraction).
Dans un système de ventilation mécanique, la consommation pour le chauffage de l'air couvre généralement 80 à 90% de la consommation contre 10
à 20% pour la consommation des ventilateurs.
Le rapport s'équilibre ou s'inverse lorsque l'on considère les couts car l'énergie électrique coûte nettement plus cher que les combustibles.
Cette inversion est encore plus évidente dans une maison passive
Les équations décrites ci-dessus permettent de déterminer les éléments sur lesquels il convient d'agir pour limiter les consommations
 Réduire les débits d'air neuf au minimum nécessaire et utiliser des vitesses faibles d'écoulement d'air
 Minimiser les pertes de charge
 Minimiser les heures de fonctionnement
 Utiliser des ventilateurs et moteurs ayant un rendement élevé
Remarque :
L'utilisation d'un échangeur de chaleur permet de récupérer une partie de l'énergie calorifique de l'air extrait, mais il y aura dans ce cas une
augmentation des pertes de charge ….
La ventilation naturelle apporte une réponse satisfaisante à l'optimisation d'un grand nombre de ces facteurs.
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VENTILATION NATURELLE MODERNE
PRINCIPE GÉNÉRAL
La ventilation naturelle est le moyen de renouveler l'air, le plus élémentaire, c'est l'enfance de l'air.
Elle est basée sur la création d’un flux d’air lent. Ce déplacement
d’air résulte de différences de pressions, qui apparaissent
 par les effets du vent sur le bâtiment
 par les écarts de température entre l’air intérieur et l’air
extérieur d'une part et les différences de températures entre
les murs d’enveloppe les plus ensoleillées et les murs Nord,
d'autre part.
Principe général de la ventilation naturelle
Ce principe de renouvellement de l’air intérieur, sans utilisation de
ventilateurs mécaniques, ne nécessite aucune source d’énergie autre
que pour les éventuels accessoires ou annexes et s’effectue sans
aucunes nuisances sonores.
Telle qu'elle a été utilisée jusqu’alors, c’est-à-dire sans réflexion
spécifique, la ventilation naturelle montre ses limites par rapport aux
exigences actuelles de confort et d’efficacité énergétique
Son principe de fonctionnement est néanmoins en parfaite
adéquation avec les problématiques de durabilité et de réduction
des consommations énergétiques des bâtiments puisqu’il permet
une aération et un rafraîchissement passif des locaux.
(Source : www.ibgebim.be)
Dans le cas d’une réhabilitation, il est impératif d’étudier
préalablement et au cas par cas, la pertinence de la mise en place
d’un tel système et de réaliser une étude de conception spécifique.
Dans l’habitat en projet, la ventilation naturelle sera satisfaisante
sans difficulté dans les maisons individuelles à 2 niveaux et dans les
logements collectifs suffisamment hauts.
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Il faudra par contre en vérifier le bon fonctionnement dans le cas de
logements en bandes et de maisons en lotissement ou d’un seul
niveau.
Les zones côtières, avec leur taux d'hygrométrie plus important et leur
température très douces, nécessiteront une attention plus soutenue
car l’efficacité d’un tel système demandera plus de dispositifs
architecturaux et d’annexes pour qu’il soit efficace.
Comme pour tous les systèmes faisant appel à des processus naturels,
ce type de ventilation fera probablement appel à des appoints sous
forme d’extracteurs temporaires pilotés par capteurs et domotique. Il
s’agit de ventilation mixte ou assistée.
AVANT
L'utilisation de la ventilation naturelle existe depuis les temps les plus reculés, notamment dans les pays chauds du moyen orient et d'Afrique du
Nord. Les moucharabiehs de l'Afrique du Nord, les Yazd Iranien, les badgirs (pièges à vents) du moyen Orient, sont autant de déclinaisons de ce
système de renouvellement de l'air intérieur quelquefois associé à du rafraîchissement.
Badgir – Ville de Yazd – Iran
Malquaf Egyptien
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Souk Madi Natjumeirah - Dubai
Mushrabiyya égyptien
Borujerdiha - Badgir – Iran
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2 types de Badgir, en Iran
(Source : Richard TOLOUIE – Magazine d'information des architectes)
Remarque : Il existe des Badgirs à 6 ouvertures
Séchage du Houblon par ventilation naturelle – Kent
Angleterre - Sissinghurst Garden
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GESTION DES FLUX
La gestion des flux est primordiale dans un système de ventilation naturelle.
Dès le dessin d'épure du bâtiment, les dispositions de cloisonnements intérieurs devront avoir été pensées pour favoriser le rôle de la ventilation
naturelle.
C'est au niveau de la répartition de l'air neuf que le rôle de chaque élément du bâti va s'affirmer.
Le propre de la ventilation naturelle est de balayer l'ensemble des pièces du bâtiment et ainsi se répartir, sans l'aide d'un brassage mécanique
(ventilateur). Une physionomie architecturale du bâtiment particulièrement étudiée devient indispensable.
Le brassage et la distribution spatiale de l'air neuf sont subordonnés à la réflexion menée sur la disposition des ouvertures sur les façades du
bâtiment.
FLUX
T R A V E R S A NT
L'orientation du bâtiment et la conformité du cloisonnement permettent un balayage complet.
C'est souvent le vent qui sera le moteur principal et qui imposera à l'architecte tous les artifices permettant de favoriser le flux en créant des
pressions et dépressions artificielles.
L’Unité d’Habitation du Corbusier
(Source : enviroB.A.T méditerranée, Jean-Louis Izard)
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Le 3 fenêtres Marseillais.
La taille du bâtiment, sa forme, les positions, géométries et dimensions des ouvertures,
des débords de toiture (etc…) interfèrent sur les mouvements d’air créés dans les locaux.
Des sorties d’air plus grandes que les entrées, permettront par exemple de placer le
bâtiment en sous-pression et d’obtenir ainsi une vitesse de l’air à l’intérieur supérieure à
la vitesse à l’extérieur.
(Source : enviroB.A.T méditerranée, Jean-Louis Izard)
Afin de réaliser une installation dans les règles de l’art, les éléments suivants sont à prendre en compte :
 L’air en mouvement a une certaine inertie ; les filets d’air entrant dans les bâtiments ont donc tendance à garder la même direction ;
 La direction des filets d’air à l’intérieur d’un bâtiment est influencée par la répartition des pressions sur la façade exposée au vent et par la
forme de l’orifice d’entré du vent.
 Le mouvement de l’air dans une pièce doit être considéré aussi bien en plan qu’en coupe ;
 La hauteur du sous-plafond est sans influence sur le trajet de l’air ;
 Le trajet du vent au travers d’une pièce n’est pas influencé par la vitesse du vent, mais seulement par la géométrie et l’existence des zones de
haute et basse pression
D’une manière générale la ventilation naturelle sera favorisée par :
 des ouvertures situées sur des façades opposées pour favoriser une ventilation traversante (1),
 un cloisonnement intérieur permettant la libre circulation de l’air d’une façade à l’autre (1 et 2),
 une hauteur des ouvertures telle que le flux intérieur soit dirigé vers le bas (3 et 4) ceci est possible si l’entrée est en position basse. De même
les fenêtres pivotantes et fenêtres à lames mobiles doivent être placées de façon à orienter l’air vers le bas de la pièce (7).
 une avancée assez haute augmente le flux sans modifier sa direction (5).
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Et au contraire :
 un pare-soleil juste au-dessus de la fenêtre dirige le flux vers le haut et
diminue l’efficacité de la ventilation (6).
 une seule ouverture du côté exposé au vent créé peu de mouvement
d’air à l’intérieur. Cette simulation montre l’intérêt d’une ventilation
traversante (8).
 un cloisonnement coupant le flux entraîne des perturbations. La pièce
fermée n’est pas ventilée, l’autre l’est très faiblement (9). De même un
cloisonnement perpendiculaire au flux principal créé une altération
importante et engendre une mauvaise efficacité de la ventilation (10).
Composition spatiale du batiment et écoulements d'air.
(Source : ASDER – ENERCOBAT)
Etudes des flux d’air
(Source : www.regionpaca.fr)
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F LU X
D I R I GÉ S
Amenées d'air aménagées et dispositifs architecturaux construisent le flux d'air en utilisant essentiellement le principe des cheminées thermiques.
Soit l’air est récupéré dans les différents locaux par un réseau de gaines de grandes dimensions, soit il circule librement dans le bâtiment via les
portes, des impostes, des grilles intérieures ou un atrium (La première solution est la moins en accord avec les principes généraux de la ventilation
naturelle qui devrait faire appel le plus souvent aux seules structures architecturales. Cependant elle trouvera toute sa pertinence en réhabilitation de
l’habitat).
Les impostes vitrées sont une solution intéressante car elles permettent en plus un éclairage indirect du local adjacent. Cet éclairage peut contribuer à
réduire les charges internes. Une automatisation du fonctionnement de ces éléments peut être envisagée, pour une utilisation nocturne.
Si en journée, la fermeture des portes et impostes se révèle nécessaire pour éviter la transmission de bruit entre les locaux, des grilles acoustiques
sont une solution intéressante.
C ONT R ÔLE
DU FLUX
Les objectifs de la gestion sont:
 Assurer un débit adéquat, suffisant mais pas inconfortable. En l’absence de vent, ou par faible différence de température entre l’intérieur et
l’extérieur, les forces naturelles peuvent se révéler insuffisantes pour assurer un débit d’air important. Il sera alors intéressant de disposer d’un
ventilateur d’appoint pour renforcer l’extraction. Ce ventilateur doit fonctionner seulement en appoint pour limiter la consommation d’énergie.
Un ventilateur de type hélicoïdal sera tout indiqué pour ce type d’application, sa consommation étant d’environ 0.15 Wh/m³.
 Éviter de trop refroidir le bâtiment.
 Permettre la pérennité de l’équipement (fermeture en cas de vent violent, pluie, etc.).
 Un contrôle manuel des entrées d’air est souvent efficace en journée, mais la gestion des évacuations centralisées sera de préférence
automatisée pour l’adapter aux conditions météo et aux demandes des différents locaux. Des sondes de présence, de température, une station
météo, pourront selon les cas être utilisés en assistance.
 Un fonctionnement de nuit impose l’automatisation complète (La règle générale en cas d’automatisation est de laisser à l’occupant - "formé" et
connaissant le système - la possibilité d’y déroger selon sa propre sensation de confort ou sa préférence).
Remarque :
Les défauts d’étanchéité doivent être pris en compte pour éviter de créer à posteriori des problèmes de condensation et de moisissures.
L’étanchéité de l’enveloppe peut prendre autant d’importance que pour les autres systèmes de ventilation à la différence notable que les flux sont
basses pression dans les systèmes de ventilation naturelle.
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Une analyse fine des phénomènes de convection montre différents modes de répartition du flux avec des efficacités assez différentes.
Le mode "piston" est le plus rentable en termes de quantité d’air distribué :
Il correspond à un déplacement de l’air vicié par l’air frais.
De l’air un peu plus frais que l’air ambiant est amené dans la pièce par des bouches en
partie basse.
L’air frais se répartit sur toute la surface basse de la pièce. La chaleur dégagée par les
occupants et les autres sources de chaleur, entraîne l’air vers le haut entrainant les
polluants. Si le plafond est assez haut, l’air frais arrive à hauteur du visage des
occupants.
L’inconvénient d’un tel système est un ressenti possible d’une trop grande différence
de température entre les pieds et la tête.
Le mode "mélange" permet d’obtenir une homogénéité parfaite dans la pièce. Ce
système dépend alors de la vitesse à laquelle l’air entre dans la pièce.
Il doit arriver à une vitesse relativement élevée par des grilles ou des diffuseurs, pour
qu'il se distribue dans l’ensemble du volume de la pièce.
Il faut éviter les courts-circuits, correspondant à des zones non ventilées, dites "
mortes". Ce phénomène s’explique la plupart du temps par des bouches d’entrées et
de sorties trop proches les unes de les autres.
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LES
E NT R É E D ' A I R
Elles sont installées généralement en façade, via des grilles qui
filtrent l’air, limitent le bruit et le risque d’intrusion.
Leurs dimensions et leur impact visuel sont importants et
nécessitent calcul et intégration.
La surface des entrées généralement préconisée est égale à
environ 1% de la surface du local pour permettre un
renouvellement efficace.
Une entrée d'air située en position basse est plus efficace : pour
cela, on aura recours soit à des entrées proches du plancher, soit à
des systèmes permettant de rabattre l'air vers le bas.
Influence du positionnement des ouvertures
(Source : contrat européen THERMIE "MEDBUILD", "Integration
of renewable energies in the Mediterranean building")
Influence du positionnement des ouvertures
(ou des entrées et sorties d'air spécifiques)
(Source : Sylvain Chatz – ENERCOBAT - ASDER 2009)
E XT R A CT I O N
DE L’AIR
On peut distinguer les extractions décentralisées par local ou groupe de locaux et centralisées à l’échelle du bâtiment.
 Décentralisées : les extractions peuvent être des gaines de grandes dimensions, éventuellement cachées par un faux-plafond (partiel pour
conserver l’inertie accessible), ou des cheminées regroupant les flux en provenance de plusieurs locaux.
 Centralisées : les extractions sont de larges cheminées, des atria ou certaines doubles peaux. Elles ont un impact sur la structure du bâtiment.
Une évacuation d’air centralisée est probablement moins contraignante que le placement de nombreuses cheminées, mais son contrôle est
plus délicat.
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Remarque :
Si différents locaux sont liés à une même cheminée, il y a un risque d’inversion du flux aux niveaux supérieurs. Cela est dû à une différence de
pression trop faible entre ces locaux et le sommet de la cheminée. Pour limiter ce risque, on peut surélever les cheminées, ou les assister d’un
ventilateur.
On peut également séparer l’extraction des locaux supérieurs de celle des locaux inférieurs.
Une autre solution pourra être de renforcer l'extraction par la captation de la chaleur solaire.
"Court-circuit" ou inversion de flux sur les derniers niveaux
extraction spécifique pour les derniers niveaux en vu
d'éviter les "court circuits"
(Source : www.ibgebim.be - Ventilation naturelle CSDAzur-Domene-Invivo)
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LES
CO ND U I T S D ' A I R
Les systèmes de ventilation naturelle utilisant des conduits permettent de surmonter la plupart des problèmes lies a la ventilation a simple exposition
et à améliorer aussi quelquefois les stratégies de ventilation traversante en permettant d'équilibrer les débits d'air dans différentes pièces d'un
bâtiment.
Ces dispositifs de captation de vent et d’équilibrage des pressions sont revisites aujourd’hui et fournissent des dispositifs modernes à plusieurs
conduits. Dans ces systèmes, l’air rentre dans un conduit froid (comparativement aux conditions extérieures) puis est extrait par un conduit chaud,
(comparativement aux conditions intérieures).
Exemple d'intégration de conduits de ventilation naturelle
(Source : Tareb, 2004)
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PREMIER MOTEUR DE LA VENTILATION NATURELLE : LE VENT
Pression des vents sur un bâtiment
Le flux d'air, fait apparaître une pression sur l’extérieur du mur côté au vent (face au vent), tandis
qu’une dépression s’installe au droit du mur sous le vent (derrière l'obstacle).
L’air pénètre par les ouvertures de la façade face au vent et ressort dans la zone de dépression en
conduit sur toiture ou par les ouvertures de la façade dos au vent.
Si le bâtiment se présente avec un angle de 45° par rapport au vent, les surpressions et dépressions
sont maximales et favorisent la ventilation.
En été et en demi-saison, il y a des risques de défaut de renouvellement de l’air si la température de
l’air extérieur est supérieure à celle de l’air intérieur.
En hiver, le vent produit des mouvements d’air inconfortables et
des déperditions de chaleur importantes par des débits parfois
supérieurs à 1vol/h.
L'architecte devra faire un diagnostic des diverses caractéristiques
du site permettant de déterminer les facteurs favorables et
antagonistes à l'utilisation du vent pour la ventilation naturelle.
Sur un site très venté (Vallée du Rhône, bouches du Rhône, littoral
Nord et Nord Est), il s'agira de déterminer la nature (courant
météorologique ou thermique) et le type de vent (brises et vent
faibles, vent violent chaud en provenance du Sud, vent violent froid
en provenance du Nord etc).
Cette analyse s'appuiera sur des mesures et des statistiques. Elle lui
permettra de construire une stratégie d'utilisation de ce moteur en
considérant tous les éléments qui permettront de le contrôler.
A une échelle très locale, la végétation, la topographie, l'orientation
et le type de bâtiment sont les principaux facteurs d'influence sur
l'utilisation du vent pour la ventilation.
(Source : energie.wallonie.be)
Dans les climats froids, l'implantation d'un bâtiment neuf fera appel
aux protections naturelles qu'apporte le terrain (végétation
arbustive, buttes, reliefs).
L'étude précise des régimes de vents dominants, selon les saisons
lui permettra de choisir l'orientation optimum du bâtiment et de
ses ouvertures mais également sa physionomie (emplacement des
espaces tampons, forme extérieure de l'enveloppe etc ).
Les constructions très denses en milieu urbain perturbent les
courants d'air et peuvent rendre le flux insuffisant pour l'aération.
Des dispositifs architecturaux tels que les déflecteurs, girouettes,
écopes, cheminées, seront dans ce cas intégrés au bâtiment pour
accroître localement l’effet du vent ou permettre de mieux le
capter. Ces surpressions et dépressions, crées la plupart du temps
par effet Venturi (augmentation de vitesse de l’air), faciliteront
l’évacuation de l’air vicié et l’entrée de l’air neuf.
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R É GI M E
D E V E NT S D OM I N A NT S
Essais d'une maquette de bâtiments urbains en soufflerie
Dans les basses couches (0 à 300 m), le régime des vents dominants est
influencé par la topographie du terrain et l’environnement immédiat du
bâtiment.
Les "rugosités" du sol réduisent drastiquement la vitesse du vent en
transformant une partie de son énergie en turbulences mécaniques. Ces
phénomènes donnent au vent un caractère variable en intensité et en
direction.
La vitesse instantanée horizontale du vent est donc décomposée en une
vitesse moyenne sur une période de dix minutes et une vitesse
correspondant aux fluctuations. (La composante moyenne est mesurée à
dix mètres du sol par les stations météorologiques qui donnent aussi
l’orientation et la fréquence du vent dominant pour le site de mesure).
Les enregistrements de vitesse de l'air près du sol mettent en évidence,
une quasi disparition de la vitesse moyenne, ne laissant subsister que le
seul terme décrivant les turbulences aux caractéristiques aléatoires.
(Source : CSTB France)
Remarque :
Il est quasi impossible de disposer de données de vent fiables et détaillées sur le site du bâtiment. Il sera donc nécessaire de "recaler" la vitesse
moyenne du vent, mesurée par la station météo la plus proche, pour obtenir les vitesses de vent aux abords du site de l'habitat.
Vsite = Vmétéo (
)
(
)
Avec :
Vsite = Vitesse du vent sur le site
Vmétéo = Vitesse du vent mesurée par la station météo
α météo, α site = Coefficient reflétant la rugosité du sol, pour la station météo
et pour le site de l'habitat.
Zg(météo), Zg(site) = Altitude au-delà de laquelle, la vitesse du vent n'est plus
influencée par la nature du lieu, pour le site de la station
météo et celui de l'habitat. (Couche limite atmosphérique).
10 = Hauteur standard de la mesure sur une station météo
11 Valeurs de α proposées dans TRNFLOW : (Plaine  0,1 à 0,15; Foret, Petite ville, Banlieue  0,25 à 0,35; Centre urbain  0,36 à 0,45)
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L’écoulement d’air peut être décrit par des relations :
 de conservation de la quantité de mouvement (Produit masse de l'air – vitesse, identique à l'extérieur et à l'intérieur de l'habitat)
 de conservation de la masse (Masse d'air en mouvement extérieur à l'ouvrant identique à celle en mouvement à l'intérieur de l'habitat)

de conservation de l’énergie (Énergie du vent au droit de l'ouvrant identique à celle du flux à l'intérieur).
Toutes ces équations permettent de définir les champs de vitesse, de pression et de température.
Les calculs montrent que la vitesse moyenne du vent est une fonction logarithmique de l'altitude.
A P P R O CH E
T HÉ OR I Q U E D E S P R E SSI O NS É OLI E N NE S
Pour un écoulement libre, la relation entre la pression et la vitesse d'une ligne de courant peut être obtenue simplement par l'équation du
mathématicien Daniel Bernouilli.
Pvent = Cp ρV²h(Ref)
2
(1)
Avec :
Pvent = Pression réelle exercée par le vent,
Vh(Ref) = vitesse moyenne du vent, non perturbée, prise à une hauteur de
référence égale à celle du bâtiment,
Cp = Coefficient de pression reflétant la rugosité proche du bâtiment
ρ = masse volumique de l'air extérieur (considérée comme constante et
dépendante de la pression atmosphérique, de la température et
humidité de l'air)
C'est l'équation de base employée pour décrire les transferts aérauliques dans les bâtiments pour le seul vent.
Les valeurs de pressions pression dynamique du vent (0,5 ρ V²) sont donc corrigées par un coefficient multiplicateur Cp, fonction de paramètres
caractérisant l'environnement et sa rugosité, l'angle d'incidence du vent par rapport au bâtiment et la géométrie du bâtiment lui-même.
Remarque :
De très nombreux auteurs ont œuvré à la détermination de Cp (Aynsley, Melbourne & Vickery en 1977, Allen en 1984. Swami et Bala en 1987. Kula
et Feustel en 1988. Grosso,Saraiva et Da Silva en 1993 – 1995. Plate et Kiefer en 2001….). Aucun cependant n'a fourni de travail exhaustif.
Reste un code appelé CPBANK (Bala 1997) qui inclut des données de Cp prédéterminés pour différentes géométries de bâtiments et différents
types d'exposition au vent ou bien CPCALC+ (Grosso 1994, projet COMIS et PASCOOL). Les données de base sont issues d'études en soufflerie
(AIVC)
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Il est donc possible de déterminer l'effet du vent pour toutes les surfaces extérieures du bâtiment, en calculant les pressions.
Dans le cas particulier de la simple exposition, Tareb en 2004, montre que la ventilation naturelle dépend fortement du vent moyen et qu’elle n’est
pas très efficace si l'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur demeure limité (cas des périodes chaudes). Mais au niveau des règles de
conception, Pacer en 1996, détermine qu'avec des fenêtres correctement dimensionnées, une pièce de 6 à 7 m de profondeur peut être ventilée de
façon satisfaisante.
La face au vent subit une pression positive Pp et la face sous le vent subie une dépression Pn, provoquant un écart de pression ΔP à l’intérieur du
bâtiment.
ΔP = Pp – Pn = Cp ((p – pp) – (p – pn))
(2)
Avec :
ρ = 1,2 kg/m3 à 20 °C,
V²ref = 4 m/s,
C(p-pp) = 0,5
C(p-pn) = - 0,5 ;
Une application numérique donne : Pp – Pn = 9 Pa (20 à 30 Pa pour une VMC)
En considérant les équations (1) et (2), d'une différence de pression assurant un flux d'air au travers d'une section, l'équation du débit devient
D = ρVS
Avec D = Débit en Kg/sec, S = Surface de l'orifice, V = vitesse du flux
En combinant D, (1) et (2) et en corrigeant par un coefficient de décharge d'ouverture :
D = Cd S √
Avec :
Cd = coefficient de décharge d'ouverture
ρ = masse volumique de l'air extérieur
ΔP = Différence de pression avant et après l'orifice
S = surface de l'orifice
D = Débit d'air en Kg/sec
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Les pertes de charge devront être limitées au maximum. Ce type de ventilation (par le seul vent) est donc approprié aux bâtiments de faible
profondeur comme les maisons individuelles ou les petits immeubles. Elle est très dépendante des ressources locales en vent.
La fluctuation directionnelle du vent peut être corrigée par l'installation de dispositifs architecturaux spécifiques.
L’utilisation de logiciels basés sur divers modèles mathématiques, utilisant des hypothèses basées sur des valeurs moyennes, ne doit pas masquer que
de nombreux paramètres restent incertains, notamment Cp qui varie selon la position de l'ouvrant sur la façade, ainsi que la fiabilité des
caractéristiques locales du vent et la justesse des corrections à y apporter.
Pour éviter les lourdes manipulations de logiciels spécialisés, des modèles simplifies permettent de déterminer le débit volumique en première
approximation : méthode anglaise standard (Santamouris, 1996)
D = 0,025 S V
Avec :
D = Débit volumique,
S = Surface de l'entrée d'air,
V = Vitesse du flux d'air
V
FA CT E U R S D ' I N F L U E NC E
TOPOGRAPHIE
Influence du relief sur le vent
(Source : CSTB France)
Favorable (alimenté)
Défavorable (déventé)
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Effet de rétrécissement
Effet de pente
Effet de canalisation
Effet de plateau
Pour toutes les illustrations : (Source : Guyot, 2001 - École d’architecture de Marseille)
GÉOMÉTRIE DE L'HABITAT
Ecoulement d'air autour d'un bâtiment
(Source : Baker, 1994)
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Les caractéristiques de pression au niveau du toit varient selon la pente.
 Pour des pentes inférieures à 30°, Les deux faces sont en pression négative (par rapport a la pression atmosphérique),
 Pour des pentes supérieures à 30°, la pression sur la face principale tend à devenir positive (AIE, 1996).
 Pour les pentes très faibles ou nulle (toit terrasse), seul le mur au vent est en pression positive, toutes les autres surfaces sont situées dans le
sillage ou les pressions sont négative (inferieures a la pression atmosphérique).
Double pente sous le vent
Pente simple au vent
Terrasse
30 % de gain
15 % de gain
10 % de gain
Terrasse à fort
déport = - 40%
Pente simple sous
le vent = - 35%
4 pentes = - 30%
Terrasse sans
déport = - 20%
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2 pentes = - 10%
Pente au vent = + 5 %
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VÉGÉTATION
La végétation peut être utilisée, pour freiner les vents dominants en hiver et modifier leur profil d’écoulement, (haies et rideaux d'arbre à feuillage
persistant) pour canaliser les brises en été.
Canalisation du vent par la végétation
(Source : contrat européen THERMIE "MEDBUILD", "Integration
of renewable energies in the Mediterranean building")
Amélioration de la ventilation naturelle.
++++
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(Source : Pacer, 1996)
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OPTIMISATION
Influence du positionnement des ouvertures. Ventilation simple exposition
Influence du positionnement de déflecteurs. Ventilation simple exposition
Pour toutes les illustrations :
(Source : Pacer, 1996)
(Source : Tareb, 2004)
Tareb en 2004, précise que la ventilation traversante peut ventiler efficacement des pièces bien plus profondes (cinq fois la hauteur sous plafond) que
la ventilation a exposition simple. Mais dans ce cas il sera nécessaire d’éviter les obstacles entre les ouvertures situées de part et d’autre du bâtimen
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Influence du positionnement des ouvertures sur la ventilation traversante
(Source : Pacer, 1996)
Ventilation traversante due au vent
(Source : Allard, 1998)
Meilleure ventilation lorsque le local le plus vaste est
(Source : Pacer, 1996)
situé sous le vent
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Influence de la taille des ouvertures
(Source : Pacer, 1996)
Influence de la compacité du bâtiment sur l’écoulement du vent
Les entrée et sortie d'air devraient
avoir la même taille pour le maximum
d’efficacité. Si ce n’est pas possible,
les ouvertures d’entrée d’air devraient
être les plus petites pour maximiser la
vitesse d’air et le confort en été (les
pourcentages se réfèrent à la vitesse
et non au débit).
Le bâti environnant jouera aussi un
rôle en freinant ou en canalisant le
vent.
L’intégration de l’enveloppe dans le
sol peut diminuer les surfaces
exposées.
Un écoulement laminaire peut être
favorisé par des surfaces à coins
arrondis et diminuer la largueur
apparente exposé au vent est une
disposition favorable.
(Source : Camous et al, 1979)
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SECOND MOTEUR DE LA VENTILATION : LE GRADIANT THERMIQUE
L'air des différentes zones de l'habitat n'est pas à chaque endroit à la même température.
La masse volumique de l'air est liée à sa température, par conséquent, deux masses d'air à des températures différentes induiront des pressions
différentes.
La pression exercée par l’air froid extérieur plus dense, est supérieure à celle de l’air chaud intérieur moins dense.
La pression de l’air au pied du bâtiment est également plus importante qu’au niveau de la toiture par différence de pression atmosphérique.
Un phénomène d'équilibre de ces pressions provoquera donc un mouvement naturel de l’air.
Remarque :
La mise en mouvement de l’air suppose que la température extérieure soit inférieure à la température intérieure.
Ce moteur du déplacement d’air est nommé "tirage thermique" ou " thermosiphon" ou "convexion".
Il est d’autant plus efficace que l’écart de température (pression) entre les masses d'air est important et que la
hauteur entre l'entrée d'air froid et la sortie d'air chaud sera importante.
Le tirage thermique est présent dans toutes les pièces équipées d’un conduit de cheminée ouvert.
Certaines techniques architecturales visent à créer une dépression localisée, sous l’effet de la chaleur du soleil, qui devient le moteur de l'aspiration
de l’air intérieur.
Les principes d'architecture les plus employés sont le mur trombe, les serres, les façades doubles peaux, les cheminées de tirage thermique, les puits
Canadiens etc .
Remarque :
L'inertie permet en été de conserver la circulation de l'air interne au bâtiment.
En particulier, la rénovation thermique de l’habitat ancien pose le problème du maintien de l’inertie thermique interne et nécessite des solutions
adaptées.
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A P P R O CH E
T HÉ OR I Q U E D E S P R E SSI O NS T HE R M I QU E S
La pression hydrostatique de l'air est décrite par l'égalité suivante :
P(z) = P0 - ρg z
Avec
P(z) = Différence de pression entre les zones
P0 = Pression au niveau de référence
ρ = masse volumique de l'air
Z = Altitude du point considéré pour la mesure.
L'équation fondamentale régissant les différences de pression devient :
ΔP = Δρ g ΔH
Avec
ΔP = Différence de pression entre les zones
Δρ = Différence de masse volumique entre les masses d'air
(extérieure / intérieure ou entre deux zones intérieures)
ΔH = Différence entre les hauteurs des entrées et sorties d'air
Appliquée à une différence de pression, entre l'air extérieur et l'air intérieur d'un local, et en introduisant la température qui induit fortement les
variations de la masse volumique de l'air, ρ(T) = ρ(T0 ) [1- β T - T0)] , les égalités deviennent (Elles restent basées sur des approches empiriques) :
D = Cd S √
Avec :
D = débit volumique dû à la différence de pression entre air extérieur et
air intérieur
Cd = coefficient de décharge de l'ouverture
S = surface de l'ouverture
ΔT = différence entre la température de l'air extérieur et celle de l'air
intérieur
T = température de l'air extérieur
g = accélération de la pesanteur
H = hauteur entre l'entrée d'air (froid) basse et la sortie d'air (chaud)
haute.
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M O D É LI SA T I O N
Une modélisation mathématique fait appel pour ses ressources, à
des équations issues de la théorie de la mécanique des fluides, à
une puissance de calcul informatique, à une base de données de
variables climatiques et à une base de données relative aux
caractéristiques des types d'habitat et des produits industriels
utilisés dans le domaine du bâti et du renouvèlement de l'air
intérieur.
Ils sont qualifiés de CFD (Computational Fluid Dynamics)
Les valeurs obtenues par ces modélisations ne sont pas toujours
des images fidèles de la réalité. La complexité des cas à résoudre et
le nombre de variables à prendre en compte souvent beaucoup
plus important que les équations gérant le système entraine à des
approximations, des interpolations et hypothèses qui éloignent
parfois les résultats des réponses optimisées attendues.
La manipulation des logiciels de simulations est la plupart du temps
très lourde et en définitives ce sont des approches intuitives et
empiriques qui sont utilisées.
Il existe une grande quantité de logiciels de modélisation, souvent
adossés à des outils de simulation thermique, mais Il est illusoire
de baser toute l'efficacité du résultat sur eux seuls. Dans le concept
de la ventilation naturelle, l'élément primordial est sans conteste le
parti pris architectural des concepteurs.
Les savoirs faire existaient mais ont été poussés dans l'oubli par les
systèmes de ventilation mécanique. Ces savoir-faire sont à
reconquérir par l'audace de sortir des sentiers battus, par les
erreurs inévitables qui seront commises et par la réappropriation
de ce concept par les architectes.
Ce sont les conditions (enveloppe isolée par l'extérieur et l'effusivité
intérieure maximale) permettant d'utiliser au mieux l'inertie du
bâtiment, pour l'optimisation des systèmes de ventilation intégrés à
l'enveloppe tel que les conduits, qui sont recherchées
actuellement.
Quelques logiciels de simulation aéraulique
CONTAM
LoopDA
CFD0 Editor
ESTET (outil de simulation aéraulique d' Edf)
NATVENT ™ IAQ
FLUENT
TRNFOW et FAVENT, couplés au système TRNSYS du CSTB
COMIS
STAR-CD
PLEIADES/COMFIE
GAEA
CLIMAWIN
U48Win
MECAFLUX
VENTHYNAT.Concept
DimVNHy R
METENORM
Permet de calculer par interpolation
entre différentes stations, les conditions
climatiques d’un lieu, dans le cas où l'on
ne dispose pas d’une station
météorologique proche
Matlab/SIMULINK
ENSAL – RENEC 2011 – Ventilation naturelle dans l’habitat
est un outil spécialisé pour le calcul de
la ventilation et régulation des façades
double peaux (notamment Atrium).
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DISPOSITIFS ARCHITEC TURAUX POUR AMELIOR ER LA VENTILATION
T OU R S À V E NT
Les tours à vent sont destinées à "capter" le vent et augmenter sa
pression. Selon les modèles, l'air peut être insufflé et extrait par
deux conduits situés dans la même tour.
L'air, issue d'une tour à vent, est plus frais, moins poussiéreux, mais
moins humide, car il est capté au niveau des toitures.
Dans de nombreuses réalisations, les tours à vents, permettent aux
vents secs de s'hydrater au contact de l'eau contenue dans des
récipients, avant de ventiler et de rafraîchir le local (Fig. )
L’hydratation du courant d'air sec permet d’abaisser sa
température grâce à l’évaporation de l’eau.
L'énergie très importante d'évaporation, (évaporer 1Kg d’eau
demande 500 à 600 kcal) étant prélevée dans l’air entrant, il se
produit inévitablement une diminution de la température du local.
L’air neuf introduit, chasse l’air intérieur plus chaud et plus vicié. Il
est ensuite conduit, par l’intermédiaire de gaines intérieures ou
intégrées au mur mitoyen, dans les locaux à ventiler.
Les tours à vent modernes sont généralement pourvues d'écopes
auto-orientables dans les vents dominants, pour créer un effet
venturi.
Lorsque le vent dominant est centré sur un secteur étroit, l’écope
est constituée d’une large section verticale qui va en se rétrécissant
légèrement jusqu’à celle du conduit intérieur.
Dans les climats à forte amplitude thermique, utiliser des matériaux
à forte inertie pour la construction du conduit, permet de rafraîchir
l’air efficacement.
Les tours à vents sont rarement exploitées en climat humide, car le
taux hygrométrique de l'air est souvent déjà supérieur à celui
requis pour le niveau de confort.
En revanche, avec le climat sec du pourtour Méditerranéen, elles
permettent une ventilation rafraichie des espaces intérieurs, et un
taux de poussière encore diminué.
En ce qui concerne la capture de l’air en hauteur, les considérations
à prendre en compte sont les mêmes que pour les écopes fixes. Les
pertes dans les conduits aérauliques doivent être réduites au
maximum.
Il convient de privilégier les sections larges et homogènes pour les
conduits et les entrées et sorties d'air ainsi que des conduits
majoritairement rectilignes.
Il existe à l'heure actuelle de nombreux exemples de tours à vents
sous nos latitudes tempérées, notamment en Angleterre.
Des bureaux d´études ont acquis une expertise dans ce domaine :
 Max Fordham & Partners (www.mfp.co.uk)
 Battle Mc Carthy Consulting Engineers
(www.battlemccarthy.com)
 CSTB de Nantes
 LEPTAB de l´Université de la Rochelle.
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Principe d'une tour à vent
(Source : Euroméditerrannée - CSDAzur – Domene – Invivo)
Tours à vent. Bibliothèque Lancaster – Université de Coventry - Angleterre
Tours à vent
Type Sola boost
Tours à vent orientable et
à échangeur thermique RuralZED
Tours à vent.
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Tours à vent.
The Queen's building Montfort University of Leicester - Angleterre
Simulation informatique d'une
tour à vent – Le magazine des
architectes.com
(Source Richard TOLOUIE)
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Tour à vent - Campus du millénium
Université de Notingham -Angleterre
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CH E M I N É E S S OL A I R E S
( OU
T H E R M I QU E )
Un fluide a tendance à s’élever lorsqu'il s’échauffe, en raison de la
diminution de sa densité.
Ce phénomène thermique naturel est utilisé pour évacuer la
surchauffe de l'intérieur d'une construction en facilitant la sortie de
l'air tiède ou chaud à travers des ouvrants en partie haute.
Le tirage thermique induit une dépression intérieure provoquant
l'aspiration de l'air plus frais du dehors à travers des ouvrants en
partie basse
Un tirage naturel de l’air est assuré par une cheminée haute utilisée
en exutoire. L’air chaud s’élève naturellement et s’échappe par la
cheminée pendant que l’air extérieur entre dans le bâtiment par les
ouvertures dédiées.
La cheminée solaire est un élément de conception architecturale
permettant de favoriser la ventilation naturelle d’un bâtiment.
Le soleil chauffe la cheminée, qui augmente localement la
température de l'air sortant et par corolaire augmente le flux.
Cheminées solaire d'un
hôtel à Bandol (Var)
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Cheminées solaires
(The Queen's building Montfort
University of Leicester - Angleterre)
Vue d'artiste - Cheminées solaire de
l'immeuble Michelin à Bordeaux
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E C OP E S
E T D É F L E CT E U R S
Trajectoire du flux et déflections
Bibliothèque universitaire de Dorigny -Suisse
Toiture écope et ventilation traversante
France – Roura en Guyane
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D OU BL E
PEAU
Ces réalisations sont assimilables à des espaces tampons permettant de pré-conditionner l’air de ventilation.
Une façade double-peau est généralement constituée d'un écran vitré, d'un espace formant la cavité et de la façade :
La hauteur de la double peau est au minimum d'un étage, mais plus généralement de 3 étages ou davantage. Des ouvertures réglables sont disposées
en haut et/ou en bas de la cavité.
Le fonctionnement repose sur le principe de l'effet de cheminée thermique. Une colonne d'air chaud (faible densité) est entourée d'air plus froid (plus
forte densité) ce qui provoque une poussée d'Archimède mettant l'air en mouvement.
Les réalisations double peau sont caractérisés par :
 une température et humidité de l'air agréable,
 la suppression de l'effet de paroi froide en hiver,
 une protection contre les surchauffes d'été, les reflets, les buées et les courants d'air,
Remarque :
Ce type de façade nécessite de prendre en compte dès la conception, les problèmes de confort thermique en été et les risques de
condensation superficielle dans la lame d'air en hiver. (Source : www.crit.archi.fr)
La cavité ventilée situé entre les deux peaux, est d'une largeur pouvant aller de quelques centimètres à plusieurs mètres lorsqu'ils sont circulables et
plusieurs mètres lorsque c'est un atrium.
La ventilation de la cavité est parfois contrôlable par des ventilateurs et/ou des ouvrants. Il existe d'autres concepts de façades où cette ventilation
est non contrôlable. La double peau, intérieure ou extérieure n'est pas obligatoirement étanche à l'air (façades "à lamelles").
Des équipements d'automatisation renforcent l'efficacité de ce type de ventilation : protections solaires intégrées, ouvrants motorisés ou
ventilateurs.
La gestion du mouvement de l'air dans la cavité est fonction de la zone d'admission de l'air et de la qualité de circulation.
La conception d'une façade peut adopter plusieurs modes de ventilation (voir schéma "les types de ventilation de la cavité") :


Rideau d'air extérieur (1) : L'air est introduit dans la cavité en provenance de l'extérieur et est rejeté vers l'extérieur directement. Cela forme
un rideau d'air à l'intérieur de la cavité enveloppant la façade placée du côté extérieur.
Rideau d'air intérieur (2) : L'air provient de l'intérieur du local et est repris et réinjecté à l'intérieur du local. Cela forme un rideau d'air
enveloppant la façade intérieure.
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


Alimentation en air neuf (3) : La ventilation de la façade est réalisée avec de l'air extérieur. Cet air est conduit vers l'intérieur du local ou dans
le système de ventilation. La ventilation de la façade permet d'alimenter le bâtiment en air neuf.
Évacuation de l'air (4) : L'air en provenance de l'intérieur du local est évacué vers l'extérieur. La ventilation de la façade permet d'évacuer l'air
vicié du bâtiment.
Espace tampon (5) : Dans ce cas, chacune des peaux de la façade est étanche. La cavité forme un espace tampon entre le milieu intérieur et le
milieu extérieur, aucune ventilation n'étant possible.
Double peau avec cavité non circulable
Illustration des cas N°1 et 4
Double peau avec cavité circulable
Atrium moderne
Les types de ventilation de la cavité
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LES AMÉLIORATIONS
Aucun système de ventilation, dans son application de simple principe, ne saurait répondre avec efficacité à l'usage attendu, sans le recours à des
accessoires plus ou moins dédiés qui en optimisent le bilan global.
BOUCHE D'AIR
AU T OR É GL A B L E
Des grilles dites "autoréglables" ont pour but de maintenir un débit constant quelle
que soit la pression du vent. Elles comprennent une bavette souple réduisant
automatiquement la section d'ouverture quand la pression augmente. Elles
permettent ainsi d'obtenir un débit d'air relativement constant dans une plage de
pression différentielle de 10 à 200 Pa.
Elles assurent une alimentation en air constante (supérieure au débit de
dimensionnement, puisqu'elles ne réagissent qu'à partir de 10 Pa alors que le
dimensionnement est de 2 Pa) mais elles évitent également que les utilisateurs ne
bouchent complètement les grilles pour éviter les courants d'air inévitables par vent
fort.
HY GR O R E G L A BL E A
Les bouches d'extraction d'air régulent le débit d'air en fonction du taux d'humidité. Ce
système est de moins en moins utilisé dans les bâtiments d'habitation, car destiné aux
locaux tertiaires.
HY GR O R E G L A BL E B
Les bouches d'extraction et d'entrée d'air régulent le flux d'air en fonction de
l'humidité. La limitation des déperditions de chaleur par renouvellement d'air est
améliorée. Ce système est le standard dans les maisons neuves.
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À I SO LAT I ON T H E R M I QU E
Elles permettent l'absence de contact, ou intercalent un isolant, entre les
matériaux en contact avec l'extérieur et les matériaux en contact avec
l'intérieur. Ces grilles évitent qu'en position fermée des condensations
n'apparaissent sur la face intérieure.
I S OP H O NI QU E
Des grilles possédant aussi des systèmes d'insonorisation évitant
la transmission trop importante des bruits extérieurs. Des
chicanes obligent l'air à passer entre des surfaces garnies de
matériaux absorbants.
P OU R VE NT I L A T I O N I NT E NS I V E .
Pour augmenter les débits d'air et pratiquer une ventilation intensive
(rafraîchissement nocturne), il existe des grilles nettement plus grandes qui
placée devant un ouvrant de fenêtre permettent des débits d'air important tout
en protégeant le bâtiment contre l'intrusion, le passage des insectes, la pluie.
Elles se placent facilement de l'intérieur dans les ouvrants existants ou sur
coulisses en extérieur. Des modèles sont amovibles et une fois en place, la grille
n'empêche pas l'ouverture de la fenêtre.
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ECHANGE OU RECUPÉRAT ION DE CHALEUR
Les appareils existants sont d'une grande variété : proximités des flux d'air entrant et sortant, utilisation de caloporteur intermédiaire, systèmes à
accumulation, statique ou actifs, etc …
Ils se déclinent essentiellement sous deux familles : récupérateurs à échange ou accumulation.
Leurs rendements sont de l'ordre de 50 à 95%, respectivement pour un système à eau glycolée et un échangeur à accumulation multi-clapets ou à
plaque statiques.
Leurs utilisation est spécifique des conditions et nature du type d'habitat. Les avantages et inconvénients de chaque modèle, spécialisent leurs
utilisations (les récupérateurs à clapet unique n'ont pas de filtres).
Échangeur à caloduc
Échangeur à eau glycolée
Échangeur statique à plaques et humidificateur
Accumulateur à roue
Accumulateur à clapet unique
Échangeur statique à plaques
Accumulateur à volets
(Basculement toute les 3 minutes)
(Sources de toute les illustrations : Énergie +)
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LA MODULATION
Un module électronique et un capteur volumétrique permettent de déterminer la quantité de personnes présentes et le pilotage du régime des
ventilateurs ou de registres limitant le flux pour adapter le volume d’air brassé à l’occupation de la pièce à ventiler (En dehors de toute régulation le
flux doit correspondre au débit maximum hygiénique, même s'il y a moins de personnes présentes) .
Comptage et régulateur agissant directement sur le ventilateur
(Source : ADEME)
LES EXTRACTEURS POUR VEN TILATION HYBRIDE
La ventilation naturelle hybride, également appelée ventilation
naturelle assistée, est un compromis entre ventilation naturelle à
extraction statique et ventilation mécanique.
Ces ventilateurs (mécano-statiques) extraient l'air à très basse
pression et leur consommation électrique est très réduite.
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Extracteur statique et basse
pression (source "ACTHYS")
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LE PUIT CANADIEN
Ce système permet le préchauffage ou au contraire le rafraichissement de l'air neuf d'un système de ventilation par l'intermédiaire d'un conduit
d'amenée d'air enfoui dans le sol.
En hiver, le sol, à la profondeur de 2m, est plus chaud que la température extérieure : l'air froid est donc préchauffé lors de son passage dans les
conduits. L'air n'est prélevé directement de l'extérieur, il y aura donc une économie d'énergie de chauffage.
En été, le sol est plus froid que la température extérieure : l'air entrant dans le bâtiment, sera tempéré naturellement par la température fraiche du
sol.
Le puits canadien permet une économie de l'ordre de 20 à 25 % de la consommation liée au chauffage de l'air neuf et 5 à 10 % de la consommation
totale de chauffage. Il permet, avec l'aide d'autres accessoires, de rafraîchir naturellement l'air entrant et dans de nombreux cas de se passer de
climatisation en été.
Pour permettre l'échange thermique optimisé, le puits canadien doit respecter un flux d'air à faible vitesse. Cette caractéristique le rend compatible
avec les systèmes de ventilation naturelle ou Hybride.
Température calculées à différentes profondeurs
Cheminées d'entrées d'air
d'un puits Canadien
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LA RÉNOVATION
Très différemment des constructions neuves, les opérations de rénovation de l’habitat imposent une prise en compte de l’existant.
Ce facteur sera très limitant pour le choix des solutions, en particulier pour la ventilation naturelle.
Quel que soit le type de ventilation retenu, un brassage efficace des volumes ne sera réalisé qu’avec une libre circulation de l’air à l'intérieur du
bâtiment.
Dans le cadre d'une rénovation, si la structure du bâtiment le permet, un décloisonnement sera dans la plupart des cas intéressant, mais avec le choix
d’installer une ventilation naturelle, la ventilation traversante lors de la réorganisation des locaux devient quasiment un impératif.
Il est cependant possible d'améliorer l’existant, dans la mesure ou les considérations esthétiques ne seraient pas figées (habitat classé), en jouant sur
la morphologie de l'édifice, par l'adjonction d'écrans protecteurs, d'espace tampon, de pergolas ou l'installation de pare vent.
Remarque :
Il faut tenir compte de tout le développement précédant et bien vérifier que l’installation d'auvent ne pas perturber le flux d'entrée d'air.
Le renforcement de l'étanchéité des menuiseries, imposera également l’installation d’entrées et sorties d'air spécifiques.
Les deux situations habituelles rencontrées lors de la réhabilitation de bâtiments anciens consistent en :
 Une absence totale de système de ventilation spécifique, il faut créer une installation de ventilation de toutes pièces,
 Une installation de ventilation est présente mais inadaptée à l’usage des locaux, il faut la faire évoluer.
ABSENCE DE VENTILATION,
L’objectif est d’assurer au moins la ventilation hygiénique indispensable.




Prendre en compte les améliorations apportées à l’enveloppe et aux systèmes de chauffage (étanchéité à l’air, isolation, nouveau mode
d’évacuation des produits de combustion, …),
S’appuyer sur les possibilités offertes par l’existant (présence de conduits de chauffage, de combles, …)
Lorsque l’on restructure ou réaménage des bâtiments existants pour en modifier les usages, l’objectif consiste à apporter les bons débits aux
bons endroits ;
Il faut prendre en compte les nouveaux besoins et les contraintes liées à l’existant (place disponible en particulier) et privilégier la ventilation
naturelle ou hybride si les conditions ne sont pas pleinement remplies.
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VENTILATION EXISTANTE,



Un diagnostic de performances et une analyse des polluants intérieurs pourraient permettre de notables améliorations de la qualité d’air,
confort thermique, confort acoustique, consommation d’énergie.
L’objectif sera de s’interroger sur les causes des différentes limitations de performances : vétusté du système, usages ou occupations des locaux
ayant évolués, etc ..
si l’environnement extérieur a changé (bruit, pollution), il faudra certainement modifier certains composants et/ou certains principes ou au
minimum redimensionner le système, faire appel aux techniques de récupération d’énergie et aux ventilateurs basse consommation.
QUEL QUE SOIT LE CON TEXTE, LES POINTS À NE PAS OUBLIER SONT LES SUIVANTS :




L’ajout d’entrées d’air en façade n’assure pas de renouvellement d’air s’il n’y a pas d’extraction et Il est important de raisonner en termes de
système de ventilation et non composant par composant.
En tertiaire, la ventilation des seuls sanitaires est insuffisante pour traiter l’ensemble des locaux.
L’amélioration de la performance de l’enveloppe est importante : étanchéité, isolation, ponts thermiques.
La révision du contrat de maintenance est quasiment indispensable, surtout si le niveau de performance est plus élevé.
D'une manière générale, le contexte d'une réhabilitation n'est pas le cadre idéal pour l'installation d'une ventilation naturelle car les divers dispositifs
architecturaux permettant l'augmentation de l'efficacité du renouvellement d'air sont plus difficiles à mettre en œuvre du fait des limitations
esthétiques (Bâtiments classés) et des difficultés à modifier trop profondément l'architecture de l'habitat (ZPPAUP).
Cependant, ce sont les mêmes concepts qui seront appliqués sur un bâtiment en réhabilitation ou en construction.
Remarque :
L'inertie est une condition de bon fonctionnement de la ventilation naturelle, par la régulation de la température intérieure et la ventilation
nocturne.
Il est donc opportun, dans le cadre de la rénovation, si le choix se portait sur un système de ventilation naturelle, de préserver au maximum
l'inertie en conservant l'accès à la masse des murs et en la renforçant par l'utilisation d'artifices au niveau des parements intérieurs par l'inclusion
de MCP (matériaux à changement de phase – DuPont™ Energain® de Dupont de Nemours, Micronal de BAS , Saint Gobain).
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EXEMPLES DE RÉALISATION
LOGEMENTS ZAC DU GRA ND LARGE NEPTUNE,DUNKERQUE (59)
ARCHITECTES : Agence Nicolas Michelin & Associes – ANMA Nicolas Michelin, Michel Delplace, Cyril Tretout
Le quartier du Grand Large s’inscrit dans un contexte urbain particulier, entre la mer et le centre-ville, entre l’esthétique "bord de mer" et celle d’un
port, et entre le résidentiel et le collectif.
Il prolonge la stratégie globale du projet Neptune lance en 1991, qui avait pour objectif de tourner la ville vers les bassins. Cette mutation urbaine du
centre d’agglomération est déjà largement réalisée. Le quartier du Grand Large marque le début de la deuxième phase de l’opération Neptune, qui
intègre le développement durable pour nouvel objectif.
Dans l’optique des économies d’énergies, le
système mis en œuvre est une ventilation
hybride par induction d’air "NAVAIR", conçu et
fabriqué par la société ASTATO. Les conditions
climatiques sont mesurées par un anémomètre
et une sonde de température, reliés à un
automate qui compile les données et pilote
l’assistance mécanique suivant différentes
vitesses de fonctionnement.
Lorsque le tirage naturel est suffisant, le motoventilateur est à l’arrêt.
Les entrées d’air et les bouches d’extraction sont
hygro-réglables, pour limiter les déperditions
thermiques.
La conception architecturale intègre les
extracteurs statiques (classe B) dans le faitage.
Le système Navair utilise les énergies naturelles
gratuites disponibles.
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Les auxiliaires fonctionnent juste lorsque cela est nécessaire, tout en assurant une extraction d’air constante avec une consommation électrique
réduite.
Le système fonctionne ainsi durant toute l’année avec 60% du temps avec assistance mécanique (ventilation naturelle hybride) et 40 % du temps
en ventilation naturelle statique, moteur à l’arrêt. Ces résultats sont encourageants dans un contexte littoral ou l'humidité relative atteint parfois
les 100%.
ZAC du grand large à Dunkerque
(Source : ph-Stephane Chalmeau)
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ECOLE TANGA À FALKEN BERG (SUÈDE)
CNA - Christer Nordström Architects en coopération avec Efem Architects
Le principe de la ventilation du bâtiment de l´école est une ventilation passive fonctionnant grâce à l’effet de cheminée.
Quand ce dernier ne fournit pas une différence de pression suffisante, le brassage et évacuation sont assurés par des ventilateurs.
Dans l´école de Tånga, l´air extérieur est conduit d’abord à travers plusieurs entrées situées au-dessous des fenêtres dans les murs extérieurs, et
ensuit à travers une dérivation d´où il est distribué dans les salles.
L´air extérieur est préchauffé par des convecteurs situés sous la dérivation et cet effet cheminée permet la ventilation (mixte) des salles de classe.
L´air est extrait par les dispositifs d´évacuation d´air situés au-dessous du plafond du côté opposé de la salle, dans les conduits d´air verticaux.
Registres d'entrée
de l'air frais dans
les classes
Les registres sont installés sur les entrées d´air et les conduits d´extraction de chaque pièce pour permettre le contrôle individuel du débit. Pour
réduire le risque de recirculation de l’air, les entrées d’air de toutes les salles de classe sont orientées dans le sens opposé de la direction du vent
dominant. L´air extérieur est introduit à travers plusieurs entrées situés au-dessous des fenêtres (trois par salle de classe) dans les murs extérieurs,
puis à travers une dérivation d´où il est distribué dans les salles. L´air extérieur est préchauffé par des convecteurs sous la dérivation afin de
permettre la ventilation mixte des salles de classe.
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Cheminée extérieure
(Photo Christer Nordström)
Fonctionnement du système
Le fonctionnement de la cheminée de ventilation naturelle assisté par un
système solaire est le suivant :
1. L´air frais entrant dans les salles de classe à travers des murs est préchauffé
derrière les radiateurs. L´air des salles de classe est extrait vers les axes
principaux d´extraction.
2. L´air monte dans les axes d´extraction grâce à l´effet de cheminée
3. L´air entre dans la cheminée solaire
4. L´air est chauffé dans des collecteurs solaires d´air qui augmentent l´effet de
cheminée
5. L´air est évacué par le haut des cheminées solaires.
Les images montrent l´intérieur d´une des cheminées solaires. À l´intérieur du
vitrage il y a également des plats absorbeurs réalisés en tôles d´acier ondulées
(non illustrés sur l’image).
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LE CENTRE ADMINISTRA TIF DU POWERGEN
Architectes : Bennetts Associates, and Curtins Consulting Engineers, Ernest Griffith & Son Consulting Engineers
Façade Est
Façade Sud
Façade Nord
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Powergen est une compagnie de production d'électricité en Angleterre. Son centre administratif se situe à Westwood, sur un site urbain à proximité
de Coventry.
Construit en 1994, le bâtiment est rectangulaire, étroit, orienté nord-sud, et a une surface brute totale de 13 600 m² sur 3 niveaux (12 700 m² net),
pour une occupation d'environ 600 personnes. Dans le volume principal, chaque niveau réunit deux plateaux de 12 m de profondeur de chaque côté
d'un grand atrium, chaque plateau étant divisé en 2 zones de bureaux paysagers. A l'Est, un volume vitré regroupe le hall d'entrée, la salle de
conférence et la cafétéria. A l'Ouest sont concentrés les locaux techniques et informatiques.
La particularité de ce bâtiment réside dans le mode de refroidissement des bureaux, par ventilation naturelle, diurne en mi- saison et nocturne en été.
La ventilation est organisée grâce à des fenêtres commandées automatiquement et permet de limiter la température intérieure grâce à l'inertie du
bâtiment.
Le principe de ventilation combine la ventilation transversale, d'une façade à l'autre (à partir d'une vitesse de vent de 2.5 à 3 m/s), et la ventilation par
effet de cheminée utilisant l'atrium.
L'air est introduit par les fenêtres des bureaux. Celles-ci sont divisées horizontalement en trois parties : les
fenêtres des deux rangées inférieures sont commandées manuellement pour une ventilation locale au
niveau des occupants, et les fenêtres de la rangée supérieure sont commandées automatiquement pour la
ventilation globale de jour ou de nuit.
L'air est extrait par les fenêtres hautes de l'atrium, autour de la coursive du quatrième niveau qui sont
également commandées automatiquement.
Une gestion technique centralisée (GTC) commande l'ouverture et la fermeture de ces fenêtres en
fonction des températures extérieures et intérieures, ainsi que de la vitesse du vent et de la nébulosité.
Elle intervient également dans la gestion de l'éclairage, du chauffage et du refroidissement, ainsi que dans
la gestion des stores extérieurs.
es dalles de plafond en béton, apparentes et de forme particulière, permettent un refroidissement efficace
et confortable par ventilation.
Elles fournissent de l'inertie thermique au bâtiment, rendue accessible par l'absence de faux plafond.
Celle-ci est particulièrement importante pour le refroidissement en été par ventilation nocturne : les
charges internes de la journée sont stockées dans la dalle et évacuées la nuit par l'air frais extérieur de
ventilation. La journée suivante, la dalle rafraîchie agit comme un "radiateur de froid".
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BEDZED, RURALZED ET GRANDE SYNTHE
BedZED (Beddington Zero Emissions Development), dans la ville de Sutton situé au sud de Londres, est une initiative de la société de logement
Peabody trust et de l’ONG environnementaliste Bio Regional Development Group.
C'est un petit (Eco) quartier, îlot résidentiel de 82 logements pour 250 habitants, construit par le cabinet d’architectes Bill Dunster.
Le projet couvre 1,7 hectares. Il comprend 2 500 m² de bureaux et de commerces, un espace communautaire, une salle de spectacles, des espaces
verts publics et privés, un centre médicosocial, un complexe sportif, une crèche, un café et un restaurant ainsi qu’une unité de cogénération. C’est le
premier ensemble de cette taille et à ce niveau d’efficacité énergétique à avoir été construit au Royaume-Uni, avec les principes de l’Habitat
écologique
Un judicieux système de passerelles, jetées au-dessus des allées, permet aux résidents des étages supérieurs d’accéder plus facilement à leur
logement et à leur mini jardin privatif.
Les toitures, murs et planchers sont hyper isolés (30 cm) et permettent une excellente efficacité énergétique.
Les fenêtres disposent d’un triple vitrage et un échangeur de chaleur dans le système de ventilation naturelle permet de récupérer 50 à 70% des
calories provenant de l’air vicié évacué.
777 m² de panneaux solaires photovoltaïques (toiture du local abritant la cogénération, allèges de certaines baies vitrées…) complètent la production
d’électricité et permettent également de recharger les batteries des 40 véhicules électriques de la société de location installée sur le site pour les
seuls besoins des habitants du quartier. Ces panneaux produisent jusqu’à 109 kWc. Ils ont été financés en partie par le programme Thermie de
l’Union européenne.
RuralZED est une maison en kit basée sur le principe bioclimatique "Nord-Sud", à structure poteaux-poutres conçue en bois lamellé-collé, qui peut se
construite en six semaines.
Le modèle se décline du niveau 3 au niveau 7 selon les options choisies : solaire thermique, 25m2 de panneaux solaires photovoltaïques, véranda de
type double peau sur 2 niveaux, ventilation naturelle à récupération passive de chaleur assurée par 2 cheminées "Wind cowl", poêle à granulé,
éolienne. Pour la version de niveau 7 intégrant toutes les options, l’estimation du coût du bâtiment et des travaux est de 1600 euros par m2.
La masse thermique (inertie) est réalisée par les murs (béton écologique), les plafonds (terre cuite) et le sol (pierre naturelle de Lens).
La ville de Grande-Synthe, (au nord de la France), a fait l’acquisition d’un prototype d’éco-habitat ruralZED. Ce modèle, exposé à l’entrée de la ville,
sert de prototype à la construction d’un écoquartier à Basroch, qui sera composé de 400 logements (maison résidentielles, logements collectifs) à très
haute performance énergétique
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Capteur auto orientable
avec récupération de
chaleur – BedZED
Ventilation passive et
panneaux photovoltaïques
– BedZED
Un immeuble de BedZED
Passerelles d'accès - BedZED
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Wind cowl – RuralZED project – Upton square
RuralZED project at UPTON SQUARE, NORTHAMPTONSHIRE, UK
Bill Dunster ZEDfactory Architects for Metropolitan Housing Partnership, in association with Arups and Mansells.
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Cheminée Wind cowl
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Ventilation passive avec
échangeur de chaleur
RuralZED
"Wind cowl" de la maison
de Grande Synthe
Double peau de la maison de
Grande Synthe
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SCIENCE AND TECNOLOG Y PARK GELSENKIRCHEN ( A LL E MA G N E) ARCHITECTES KIESSLER & PARTNER
Le projet concerne un centre de technologie pour la recherche et le
développement de technologies innovantes.
Le complexe se compose d’une longue galerie délimitée par une surface
vitrée inclinée qui donne sur un vaste plan d’eau artificiel de forme
irrégulière. Neuf pavillons sont greffés en épi à la structure de la galerie,
longue de 300 mètres.
La façade ouest, orientée selon l’axe nord-sud, est constituée d’une
grande surface vitrée qui constitue une sorte de "l'espace tampon" à
triple hauteur. Inclinée de façon à se présenter presque
orthogonalement aux rayons du soleil hivernal, elle maximise donc la
captation pendant les périodes froides.
En période estivale, l’ouverture de la partie inférieure du vitrage permet
l’afflux d’air froid (rafraîchi par l’évaporation du plan d’eau) à l’intérieur
de l'espace tampon.
L’appel d’air est généré grâce à l’effet cheminé, par l’ouverture de la
partie terminale supérieure du vitrage.
Ce dispositif permet l’expulsion de l’air chaud et donc l’amorce d’un
mouvement de convection ascendant capable de rafraîchir l’espace
intérieur et d’assurer une ventilation efficace.
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LE QUEEN'S BUILDING DE L'UNIVERSITÉ DE MONTFORT
Le Queen's Building regroupe différents locaux de la faculté d'ingénieur de l'université de Monfort : 2 auditoires, des salles de cour, des salles de
séminaires, des bureaux, des laboratoires et des ateliers. Il est situé à Leicester, dans un site urbain, et fut mis en service au début du mois de
décembre 1993. D'une surface totale de 10 000 m², il est susceptible d'accueillir simultanément 1 000 occupants, tandis que le nombre total
d'utilisateurs se chiffre à environ 2 000 (étudiants et personnel).
La ventilation du bâtiment est entièrement
naturelle.
L'air est introduit par les fenêtres ou par des
grilles, puis extrait par des fenêtres de façade ou
de toiture, ou des grilles en tête de cheminée.
Les gestionnaires du bâtiment ont opté pour des
équipements simples, avec aussi peu de
maintenance que possible. Les fenêtres
accessibles sont donc manipulées manuellement,
tandis que seules les fenêtres non accessibles sont
commandées automatiquement.
Le bâtiment est compartimenté pour que les flux
d'air soient canalisés autant que possible. Ce
compartimentage a également un rôle au niveau
acoustique en limitant la transmission de bruit et
au niveau de la prévention incendie.
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Les différents types de ventilation naturelle sont utilisés dans le
bâtiment :
 Ventilation avec effet de cheminée : l'air réchauffé monte
naturellement vers la sortie de la cheminée ou vers l'ouverture de
toiture. Pour les cheminées, l'air extérieur passant dans la toiture
de la cheminée renforce l'effet de tirage.

Ventilation transversale entre façades opposées, par exemple
dans les deux ailes formant la cour d'entrée.

Ventilation unilatérale d'un local individuellement par une seule
fenêtre verticale (l'air frais entre dans la partie basse de la
fenêtre, se réchauffe à l'intérieur du local et ressort en partie
haute).
Un système de conditionnement d'air peut prendre jusqu'à environ 20 % de l'espace d'un bâtiment (locaux techniques, réseau de ventilation,...). Ici,
cet espace a été consacré à 12 cheminées de ventilation. Afin de limiter l'encombrement de ces cheminées, elles reposent sur des piliers, ce qui
permet de libérer l'espace du rez-de-chaussée.
Support des cheminées des auditoires sur colonnes,
exploitation de l'espace sous les gradins
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Les 2 auditoires de 150 places chacun sont ventilés naturellement. Ils sont gérés automat iquement par un système informatique (GTC : gestion
technique centralisée).
L'air extérieur est introduit dans le local via un absorbant acoustique et une batterie de préchauffe. Une partie est distribuée directement au niveau
de l'orateur, l'autre partie est répartie sous les gradins et introduite dans l'auditoire par des grilles au niveau des pieds des auditeurs.
Il est extrait via deux cheminées de 13.5 m. Un ventilateur est prévu dans chaque cheminée pour aider la ventilation naturelle, mais aucun n'a jamais
été utilisé à ce jour.
La gestion automatique règle le débit de ventilation naturelle et le débit d'eau chaude dans les batteries de préchauffe en fonction des mesures
relevées continuellement par 7 capteurs (5 mesureurs de température et 2 sondes CO2)
En hiver, les auditoires sont maintenus à 20°C pendant les heures d'occupation et à 16°C le reste du temps.
En été, une ventilation nocturne est organisée afin de décharger le local des apports de chaleur de la journée et limiter la température de pointe
pendant l'occupation.
la ventilation pendant l'occupation est réglée de l'air pour limiter la concentration de CO2 à 600 ppm.
LE BÂTIMENT ENVIRONN EMENTAL DU BRE
Le BRE (British Research Establishment) se situe à Watford au nord de Londres (Garston), dans un site suburbain.
Construit en 1997, le bâtiment est rectangulaire, orienté nord-sud, et a une surface brute totale d'environ 2 000 m² sur trois niveaux, pour une
occupation d'environ 100 personnes. Il s'articule en deux parties autour d'un hall d'entrée vitré.
La partie Est, la plus grande, réunit les bureaux : bureaux individuels au nord et bureaux paysagers au sud.
La partie Ouest, plus courte, réunit les salles de réunion et les sanitaires.
Une salle de séminaire est annexée au rez-de-chaussée.
La ventilation est entièrement naturelle et fonctionne grâce à trois composants :
Les dalles de plafond des deux premiers niveaux :
Leur face inférieure, en béton brut (sans faux plafond) a la forme d'une sinusoïde, qui augmente la surface de contact avec l'air ambiant et la masse
thermique du bâtiment. Dans la partie creuse du plafond (au niveau des luminaires), l'air est guidé d'une façade vers l'autre et mélangé
progressivement à l'air du local.
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1.
2.
3.
4.
Luminaire suspendu
Canalisations de chauffage/refroidissement
Espace technique
Conduit en béton pour le passage de l'air extérieur vers
le cœur du bâtiment.
Façade Sud-Ouest
Façade Sud
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Les fenêtres
Petites fenêtres hautes commandées par gestion centrale
informatisée (avec possibilité de dérogation) : elles assurent l'entrée
de l'air soit dans les dalles soit directement dans les locaux, et son
évacuation soit directement vers l'extérieur (ventilation transversale),
soit dans les cheminées de ventilation.
Grandes fenêtres basses, commandées principalement manuellement
(réglage automatique dans certains cas) pour permettre un
complément de ventilation.
Ventilation par les fenêtres et par les cheminées.
Les cheminées de ventilation en façade sud :
L'air réchauffé par les apports internes, est naturellement évacué au-dessus de la cheminée.
Le mouvement de l'air à travers l'extrémité de la cheminée favorise également le tirage.
Les parois extérieures des cheminées orientées au sud sont constituées de blocs de verre afin d'augmenter encore la température de l'air et
d'améliorer ainsi le tirage.
Remarque :
Des ventilateurs (80 W chacun) sont prévus en partie supérieure des cheminées pour prendre le relai lorsque la ventilation naturelle est
insuffisante (pas assez de différence de pression entre les deux façades pour la ventilation transversale; pas assez de vent ou température de l'air
dans la cheminée trop basse pour ventilation par les cheminées). Ces ventilateurs n'ont quasiment jamais été utilisés.
Le système de gestion technique centralisée (GTC) gère la ventilation en commandant l'ouverture ou la fermeture des fenêtres en fonction de la
température des locaux, de la température de consigne et de la température extérieure.
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EN
HI V E R
L'air est introduit dans le bâtiment par l'intermédiaire des conduits en béton aménagés dans la dalle et dans lesquels il se réchauffe avant d'être
distribué au niveau du corridor. Pour l'extraction de l'air, la GTC ouvre, en fonction des conditions extérieures, les fenêtres de la façade opposée
(ventilation transversale) ou les fenêtres communiquant avec les cheminées.
Ventilation diurne transversale du sud au nord
EN
Ventilation diurne transversale du nord au sud avec effet de cheminée
ÉTÉ
La GTC détermine, selon les conditions extérieures, le mode de ventilation. Les jours de vent, l'air est introduit en façade sud où la pression est plus
importante et extrait en façade nord. Les jours chauds sans vent, l'air est introduit par les façades nord et sud, et l'extraction se fait par les cheminées
de ventilation en façade sud.
Ventilation diurne, journée venteuse
Ventilation diurne, journée chaude, avec effet de cheminée
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Une ventilation nocturne est organisée dans les conduites des dalles
de plafond afin de refroidir celles-ci. En journée, les dalles de plafond
agissent comme des "radiateurs de froid" grâce à la fraîcheur
emmagasinée pendant la nuit.
La GTC n'enclenche la ventilation nocturne par ouverture des fenêtres
que lorsque les conditions sont favorables (température de la dalle de
plafond > 23°C, température extérieure de l'après-midi > 18°C,
température de toute zone du bâtiment > 23°, température extérieure
< température intérieure.)
La GTC referme les fenêtres dès que les dalles de plafond ont atteint
une température de consigne (5°C en dessous de la température de
consigne de l'ambiance) afin de ne pas "sous-refroidir" le bâtiment.
Ventilation nocturne
Le troisième niveau n'est pas raccordé aux cheminées de ventilation
(la partie supérieure de la cheminée doit se trouver 6 à 7 m au-dessus
du niveau du sol du niveau à ventiler pour avoir un tirage suffisant). Il
est donc ventilé indépendamment. Le toit monte à une hauteur de 5
m au-dessus du niveau du sol, et crée donc son propre effet de
cheminée. L'air entre par les fenêtres basses, se réchauffe, puis monte
vers les fenêtres hautes de la toiture où il est évacué.
Le troisième niveau ne bénéficie pas de la même inertie que les
niveaux précédent. Les températures qui y sont mesurées sont pour
cette raison supérieures d'environ 2°C à celle des autres niveaux.
Ventilation du troisième niveau.
Remarque :
En hiver, l'introduction de l'air extérieur par la fenêtre directement dans le local (bureaux individuels et deuxième étage) risque de créer des
courants d'air froid et donc de l'inconfort ou une sous-ventilation. Ce problème pourrait sans doute être résolu par l'utilisation de grilles de
ventilation à la place ou en complément de certaines fenêtres.
Les ventilateurs situés dans les cheminées de la façade sud, destiné à renforcer l'extraction de l'air en cas de mauvaises conditions extérieures,
n'ont jamais servi.
Le taux de renouvellement d'air a été mesuré dans deux bureaux individuels en juillet 97 et en janvier 98. Les valeurs moyennes mesurées sont de
2 à 3 renouvellements par heure en été, et de 0.75 renouvellements par heure en hiver.
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MAISON DU PARLEMENT ANGLAIS (PORTCULIS)
Schéma montrant la circulation de l'air
neuf en bleu et l'air vicié en rouge
(Bureau d'études OVE-ARUP)
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LYCÉE ALBERT CAMUS À FRÉJUS
Architecte : Sir Norman Foster
Le bâtiment de 200m de long a été un précurseur des bâtiments HQE.
Il a été conçu sans climatisation, avec une ventilation naturelle, une gestion
de l'apport solaire par une double toiture à lame d’air ventilé. La masse
thermique du bêton du bâtiment participe également à la gestion du
confort thermique.
La rue centrale qui fait toute la longueur du bâtiment est ventilée
naturellement par l’effet de cheminée solaire, avec l’air issue des ouvrants
en façade des salles de classe.
Ventilation par toiture double
(Source : Archiguide)
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IVEG HOBOKEN, BELGIQ UE
Architecte: Mussche / Etude: Iveg, Air consult engineering SA
Des grilles laissent entrer l’air dans la structure en béton. Celui-ci traverse ensuite les locaux et est extrait par des cheminées vitrées. Dans un bureau,
on mesure en moyenne 3.3 renouvellements d’air par heure. Des pointes au-dessus de 10 renouvellements horaires sont fréquentes lors de
l’ouverture des fenêtres.
Trajectoire de l'air (Source : www.ibgebim.be)
Cheminées solaires
(Source : www.ibgebim.be)
Vue de la façade (Source : www.ibgebim.be)
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IMMEUBLE HARARE ZIMB ABWE
Architecte : Mick Pearce
L’architecte a voulu une approche très alternative et s’est spécifiquement inspiré du système passif de régulation thermique des termitières, qui les
maintient à une température constante de 27°C même lorsqu’il fait plus de 40°C à l’extérieur.
Malgré une latitude la situant en milieu tropical, Harare bénéficie, grâce à son altitude, d'une température tempérée mais la plage de variation
typique, entre température nocturne et diurne est de 10 à 40°C.
Ces conditions permettent à la ventilation nocturne intensive et à la ventilation naturelle passive d'être des solutions alternatives crédibles au
conditionnement mécanique de l'air
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CONCLUSION
Le concept de la ventilation naturelle ne peut s'appréhender de façon simpliste comme les modèles mathématiques le laissent parfois entendre (La
réalité de l'installation peut s'avérer assez éloignées des promesses du calcul).
La dynamique des flux d'air sur des obstacles est complexe à assimiler et nécessite des simulations coûteuses de cas réels (soufflerie) et une certaine
dose d'empirisme.
Beaucoup de phénomènes ne sont pas pris en compte ou négligés :
La trajectoire d'un jet d'air parallèle au plafond, a tendance à s'y rapprocher. Ce phénomène,
l'effet COANDA, est dû au tourbillon et à la dépression locale créé à la sortie de la bouche. Il
apparaît pour des distances entre la bouche et le plafond de l'ordre de 30 à 50 fois l'épaisseur
du jet, c'est-à-dire dans la plupart des cas.
Le même phénomène se produit lorsque l'on
pulse de l'air sous le plafond avec un angle
inférieur à 45° ou lorsque 2 jets sont proches.
(source : Énergie +)
L'assurance que donne une parfaite maitrise d'une technologie doit être pondérée par la prise en compte d'un savoir vernaculaire qu'il s'agit de
rendre compatible avec les usages modernes de l'habitat. Le même type de paradigme se retrouve au niveau des pilotes modernes, formés sur
simulateurs sophistiqués, mais ne sachant plus faire voler les avions lorsque leur ordinateur de bord est désactivé.
Seules, l'expérience de professionnels passionnés, l'audace des donneurs d'ordres et la volonté d'innovation des architectes, parviendront à
constituer un savoir-faire, qui pourra être mis à profit pour de nouveaux projets. Les modèles informatiques, soutenus par la législation, ne
constituent qu'un outil supplémentaire dans la panoplie des architectes, mais plus le seul.
La ventilation naturelle passive ou assistée est un nouveau potentiel en faveur de l'architecte.
Elle donne aux concepts strictement architecturaux, une suprématie sur la machine et la technologie et permet à l'architecte de reprendre sa place
d'acteur principal dans la conception d'un projet.
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En contrepartie, l'architecte doit introduire la problématique de la ventilation dès le début de la conception du projet (APS). Il doit la considérer avec
le même rang de priorité que la problématique thermique à laquelle il doit l'adosser.
La règlementation, les professionnels propriétaires de solutions classiques, les institutions, et même les usagers avec leurs habitudes, sont autant de
freins à l'apparition de ces concepts innovants. La réglementation thermique RT 2005 n'est pas très favorable à la ventilation naturelle, même si elle
est assistée et contrôlée. Ce qui conduit à sur-isoler l'enveloppe pour compenser artificiellement les handicaps de calcul lorsque le choix s'est porté
sur ce type de ventilation.
Les freins à l'innovation sont toujours très actifs dans le milieu du bâtiment : inquiétudes du maitre d'ouvrage pour choisir des solutions qui n'ont pas
fait leurs preuves, réticences et incompétences des bureaux de contrôle, des bureaux d'étude non spécialisés …Etc
Pourtant, en pleine compatibilité avec les enjeux fixés par l’application de la Loi Grenelle portant sur la réduction des consommations d’énergie des
bâtiments neufs et à réhabiliter, les solutions alternatives de ventilations naturelle proposées par des architectes compétents seront parties
intégrantes des standards du développement durable, demain en France, comme elles le sont déjà aujourd'hui dans les pays voisins.
En France, un atrium occupé ne peut pas servir d’entrée d’air pour des zones en contact (Ce n'est possible que s'il est inoccupé). Une ventilation
non centralisée, même de grande qualité et respectant toutes les recommandations et normes, n'est pas autorisée !!!
"C'est dans sa baignoire, rapporte Vitruve, qu'Archimède aurait eu la révélation de son principe. Et près d'un pommier, selon Voltaire, que Newton
aurait conçu la loi de la gravitation universelle. Plus tard, Tocqueville fonde la science politique en se baladant aux Etats-Unis, et Darwin invente la
théorie de l'évolution en visitant les Galápagos. Les idées neuves viennent là où l'on va les chercher, et pas seulement dans les laboratoires ou les
bureaux" ( J.J. Salomon). De la même façon, il parait opportun que l'architecte acquière une compétence intuitive, complété d'un savoir-faire tel que
le possédaient ses homologues exerçant en des temps ou l'ordinateur n'existait pas. Il portera ainsi la responsabilité de défaire les modes établies
soutenues par une législation conservatrice, en proposant des solutions oubliées et innovantes, en accord avec les principes de durabilité que tout le
monde veut s'approprier.
En fait, c'est probablement par la conjonction des compétences d'un architecte audacieux apportant une approche humaine et esthétique et d'un
ingénieur passionné par les concepts innovants apportant une rigueur strictement mécanique, que les projets seront les plus équilibrés. L'architecte,
intuitif et tourné vers le durable, épaulé par un ingénieur rigoureux et pragmatique serait peut-être la solution pour améliorer la qualité de notre habitat.
Le mariage du cœur et de la raison, alliance exemplaire permettant la réalisation d'habitats exemplaires !
Enfin, la plupart des études de bilan opérées sur l'habitat alternatif montre que l'usager est un élément majeur impactant la qualité des résultats.
Un habitat est un lieu de vie efficace et confortable, seulement si les usagers se l'approprient. Ils doivent être "éduqués" aux solutions passives,
encore aujourd'hui en position marginale dans le paysage immobilier Français. L'usager doit tenir une place essentielle, aux côtés de l'architecte, dans
la participation à la conception de l'habitat ou sa réhabilitation, en particulier en zone méditerranéenne où l’adhésion aux comportements économes
en énergie ou favorable à l'environnement, s’effectue souvent par la contrainte économique.
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