La qualité de l'air à l'intérieur d'un bâtiment est due à une série de facteurs qui incluent la qualité de l'air extérieur, la conception du système de ventilation/climatisation, le fonctionnement et l'entretien du système et les sources de pollution intérieure. De manière générale, le niveau de concentration de tout contaminant dans un espace intérieur sera déterminé par l'équilibre entre la génération du polluant et le taux de son élimination.

Quant à la génération de contaminants, les sources de pollution peuvent également être externes ou internes. Les sources externes comprennent la pollution atmosphérique due aux processus de combustion industrielle, au trafic automobile, aux centrales électriques, etc. la pollution émise à proximité des gaines d'aspiration d'air dans le bâtiment, comme celle des tours de réfrigération ou des bouches d'extraction d'autres bâtiments ; et les émanations de sols contaminés comme le gaz radon, les fuites de réservoirs d'essence ou de pesticides.

Parmi les sources de pollution interne, il convient de mentionner celles liées aux systèmes de ventilation et de climatisation eux-mêmes (principalement la contamination microbiologique de tout segment de ces systèmes), les matériaux utilisés pour construire et décorer le bâtiment, et les occupants des imeuble. Les sources spécifiques de pollution intérieure sont la fumée de tabac, les laboratoires, les photocopieurs, les laboratoires photographiques et les presses à imprimer, les gymnases, les salons de beauté, les cuisines et les cafétérias, les salles de bains, les parkings et les chaufferies. Toutes ces sources doivent avoir un système de ventilation générale et l'air extrait de ces zones ne doit pas être recyclé à travers le bâtiment. Lorsque la situation le justifie, ces locaux doivent également disposer d'un système de ventilation localisé fonctionnant par extraction.

L'évaluation de la qualité de l'air intérieur comprend, entre autres tâches, la mesure et l'évaluation des contaminants pouvant être présents dans le bâtiment. Plusieurs indicateurs permettent de connaître la qualité de l'air à l'intérieur d'un bâtiment. Ils comprennent les concentrations de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone, les composés organiques volatils totaux (TVOC), les particules totales en suspension (TSP) et le taux de ventilation. Divers critères ou valeurs cibles recommandées existent pour l'évaluation de certaines des substances présentes dans les espaces intérieurs. Celles-ci sont répertoriées dans différentes normes ou directives, telles que les directives pour la qualité de l'air intérieur promulguées par l'Organisation mondiale de la santé (OMS) ou les normes de l'American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE).

Cependant, pour bon nombre de ces substances, il n'existe pas de normes définies. Pour l'instant, le plan d'action recommandé est d'appliquer les valeurs et les normes pour les environnements industriels fournies par l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH 1992). Des facteurs de sécurité ou de correction sont alors appliqués de l'ordre de la moitié, du dixième ou du centième des valeurs spécifiées.

Les méthodes de contrôle de l'air intérieur peuvent être divisées en deux groupes principaux : le contrôle de la source de pollution, ou le contrôle de l'environnement avec des stratégies de ventilation et d'épuration de l'air.

Contrôle de la source de pollution

La source de pollution peut être contrôlée par divers moyens, dont les suivants :

1. Élimination. L'élimination de la source de pollution est la méthode idéale pour le contrôle de la qualité de l'air intérieur. Cette mesure est permanente et ne nécessite aucune opération de maintenance ultérieure. Elle est appliquée lorsque la source de pollution est connue, comme dans le cas de la fumée de tabac, et elle ne nécessite aucune substitution aux agents polluants.
2. Substitution. Dans certains cas, la substitution du produit source de contamination est la mesure à utiliser. Changer le type de produits utilisés (pour le nettoyage, la décoration, etc.) par d'autres qui rendent le même service mais sont moins toxiques ou présentent moins de risques pour les personnes qui les utilisent est parfois possible.
3. Isolement ou confinement spatial. Ces mesures visent à réduire l'exposition en limitant l'accès à la source. La méthode consiste à interposer des barrières (partielles ou totales) ou des confinements autour de la source de pollution pour minimiser les émissions dans l'air ambiant et limiter l'accès des personnes à la zone proche de la source de pollution. Ces espaces doivent être équipés de systèmes de ventilation supplémentaires qui peuvent extraire l'air et fournir un flux d'air dirigé là où c'est nécessaire. Des exemples de cette approche sont les fours fermés, les chaufferies et les salles de photocopie.
4. Sceller la source. Cette méthode consiste à utiliser des matériaux qui émettent un minimum de pollution ou qui n'en émettent pas du tout. Ce système a été suggéré comme moyen d'inhiber la dispersion des fibres d'amiante en vrac provenant de l'ancien isolant, ainsi que d'inhiber l'émission de formaldéhyde des murs traités avec des résines. Dans les bâtiments contaminés au gaz radon, cette technique est utilisée pour sceller les parpaings et les crevasses des murs du sous-sol : on utilise des polymères qui empêchent l'immission de radon du sol. Les murs du sous-sol peuvent également être traités avec de la peinture époxy et un scellant polymère de polyéthylène ou de polyamide pour empêcher la contamination qui peut s'infiltrer à travers les murs ou à partir du sol.
5. Ventilation par extraction localisée. Les systèmes de ventilation localisée sont basés sur le captage du polluant à la source ou au plus près de celle-ci. Le captage est réalisé par une cloche destinée à piéger le polluant dans un courant d'air. L'air circule ensuite par des conduits à l'aide d'un ventilateur pour être purifié. Si l'air extrait ne peut pas être purifié ou filtré, il doit être évacué vers l'extérieur et ne doit pas être recyclé dans le bâtiment.

Contrôle de l'environnement

Les environnements intérieurs des bâtiments non industriels présentent généralement de nombreuses sources de pollution et, de plus, ils ont tendance à être dispersés. Le système le plus couramment utilisé pour corriger ou prévenir les problèmes de pollution à l'intérieur est donc la ventilation, soit générale, soit par dilution. Cette méthode consiste à déplacer et diriger le flux d'air pour capter, contenir et transporter les polluants de leur source vers le système de ventilation. Par ailleurs, la ventilation générale permet également le contrôle des caractéristiques thermiques de l'ambiance intérieure par la climatisation et la recirculation d'air (voir « Objectifs et principes de la ventilation générale et par dilution », ailleurs dans ce chapitre).

Afin de diluer la pollution interne, l'augmentation du volume d'air extérieur n'est conseillée que lorsque le système est de taille appropriée et n'entraîne pas un manque de ventilation dans d'autres parties du système ou lorsque le volume ajouté n'empêche pas une bonne climatisation . Pour qu'un système de ventilation soit le plus efficace possible, des extracteurs localisés doivent être installés aux sources de pollution ; l'air mélangé à la pollution ne doit pas être recyclé ; les occupants doivent être placés à proximité des bouches de diffusion d'air et les sources de pollution à proximité des bouches d'extraction ; les polluants doivent être expulsés par le chemin le plus court possible; et les espaces qui ont des sources localisées de pollution doivent être maintenus à une pression négative par rapport à la pression atmosphérique extérieure.

La plupart des défauts de ventilation semblent être liés à une quantité insuffisante d'air extérieur. Cependant, une mauvaise distribution de l'air ventilé peut également entraîner des problèmes de mauvaise qualité de l'air. Dans les pièces avec de très hauts plafonds, par exemple, où l'air chaud (moins dense) est fourni par le haut, la température de l'air peut devenir stratifiée et la ventilation ne diluera alors pas la pollution présente dans la pièce. Le placement et l'emplacement des bouches de diffusion d'air et des bouches de reprise d'air par rapport aux occupants et aux sources de contamination est une considération qui nécessite une attention particulière lors de la conception du système de ventilation.

Techniques de purification de l'air

Les méthodes d'épuration de l'air doivent être conçues et sélectionnées avec précision pour des types de polluants spécifiques et très concrets. Une fois installé, un entretien régulier empêchera le système de devenir une nouvelle source de contamination. Voici les descriptions de six méthodes utilisées pour éliminer les polluants de l'air.

Filtration des particules

La filtration est une méthode utile pour éliminer les liquides ou les solides en suspension, mais il faut garder à l'esprit qu'elle n'élimine ni les gaz ni les vapeurs. Les filtres peuvent capturer les particules par obstruction, impact, interception, diffusion et attraction électrostatique. La filtration d'un système de climatisation intérieure est nécessaire pour de nombreuses raisons. L'une est d'empêcher l'accumulation de saleté qui peut entraîner une diminution de son efficacité de chauffage ou de refroidissement. Le système peut également être corrodé par certaines particules (acide sulfurique et chlorures). La filtration est également nécessaire pour éviter une perte d'équilibre dans le système de ventilation due à des dépôts sur les pales du ventilateur et de fausses informations transmises aux commandes en raison de capteurs obstrués.

Les systèmes de filtration d'air intérieur bénéficient de la mise en place d'au moins deux filtres en série. Le premier, un pré-filtre ou filtre primaire, ne retient que les particules les plus grosses. Ce filtre doit être changé souvent et allongera la durée de vie du filtre suivant. Le filtre secondaire est plus efficace que le premier et peut filtrer les spores fongiques, les fibres synthétiques et en général les poussières plus fines que celles collectées par le filtre primaire. Ces filtres doivent être suffisamment fins pour éliminer les irritants et les particules toxiques.

Un filtre est sélectionné en fonction de son efficacité, de sa capacité à accumuler les poussières, de sa perte de charge et du niveau de pureté de l'air requis. L'efficacité d'un filtre est mesurée selon les normes ASHRAE 52-76 et Eurovent 4/5 (ASHRAE 1992 ; CEN 1979). Leur capacité de rétention mesure la masse de poussières retenues multipliée par le volume d'air filtré et permet de caractériser les filtres ne retenant que les grosses particules (filtres à faible et moyenne efficacité). Pour mesurer sa capacité de rétention, une poussière d'aérosol synthétique de concentration et de granulométrie connues est forcée à travers un filtre. la part retenue dans le filtre est calculée par gravimétrie.

Les efficace d'un filtre s'exprime en multipliant le nombre de particules retenues par le volume d'air filtré. Cette valeur est celle utilisée pour caractériser les filtres qui retiennent également les particules les plus fines. Pour calculer l'efficacité d'un filtre, on y force un courant d'aérosol atmosphérique contenant un aérosol de particules de diamètre compris entre 0.5 et 1 μm. La quantité de particules capturées est mesurée avec un opacimètre, qui mesure l'opacité causée par le sédiment.

Le DOP est une valeur utilisée pour caractériser les filtres à particules à très haute efficacité (HEPA). Le DOP d'un filtre est calculé avec un aérosol fabriqué par vaporisation et condensation de dioctylphtalate, qui produit des particules de 0.3 μm de diamètre. Cette méthode est basée sur la propriété de diffusion de la lumière des gouttes de dioctylphtalate : si l'on soumet le filtre à ce test, l'intensité de la lumière diffusée est proportionnelle à la concentration surfacique de ce matériau et la pénétration du filtre peut être mesurée par l'intensité relative de la lumière diffusée avant et après filtrage de l'aérosol. Pour qu'un filtre obtienne la désignation HEPA, son efficacité doit être supérieure à 99.97 % sur la base de ce test.

Bien qu'il existe une relation directe entre eux, les résultats des trois méthodes ne sont pas directement comparables. L'efficacité de tous les filtres diminue à mesure qu'ils s'encrassent, et ils peuvent alors devenir une source d'odeurs et de contamination. La durée de vie utile d'un filtre à haute efficacité peut être considérablement prolongée en utilisant un ou plusieurs filtres d'un calibre inférieur devant le filtre à haute efficacité. Le tableau 1 présente les rendements initiaux, finaux et moyens des différents filtres selon les critères établis par l'ASHRAE 52-76 pour des particules de 0.3 μm de diamètre.

Tableau 1. Efficacité des filtres (selon la norme ASHRAE 52-76) pour les particules de 3 mm de diamètre

Précipitation électrostatique

Cette méthode s'avère utile pour contrôler les matières particulaires. Un équipement de ce type fonctionne en ionisant les particules puis en les éliminant du courant d'air lorsqu'elles sont attirées et capturées par une électrode collectrice. L'ionisation se produit lorsque l'effluent contaminé traverse le champ électrique généré par une forte tension appliquée entre les électrodes de collecte et de décharge. La tension est obtenue par un générateur de courant continu. L'électrode de collecte a une grande surface et est généralement chargée positivement, tandis que l'électrode de décharge est constituée d'un câble chargé négativement.

Les facteurs les plus importants qui affectent l'ionisation des particules sont l'état de l'effluent, son rejet et les caractéristiques des particules (taille, concentration, résistance, etc.). L'efficacité du captage augmente avec l'humidité, la taille et la densité des particules, et diminue avec l'augmentation de la viscosité de l'effluent.

Le principal avantage de ces appareils est qu'ils sont très efficaces pour collecter les solides et les liquides, même lorsque la taille des particules est très fine. De plus, ces systèmes peuvent être utilisés pour des volumes importants et des températures élevées. La perte de pression est minime. Les inconvénients de ces systèmes sont leur coût initial élevé, leur encombrement important et les risques de sécurité qu'ils présentent compte tenu des tensions très élevées en jeu, notamment lorsqu'ils sont utilisés pour des applications industrielles.

Les précipitateurs électrostatiques sont utilisés dans une gamme complète, des environnements industriels pour réduire l'émission de particules aux environnements domestiques pour améliorer la qualité de l'air intérieur. Ces derniers sont des appareils plus petits qui fonctionnent à des tensions comprises entre 10,000 15,000 et XNUMX XNUMX volts. Ils ont généralement des systèmes avec des régulateurs de tension automatiques qui garantissent qu'une tension suffisante est toujours appliquée pour produire une ionisation sans provoquer de décharge entre les deux électrodes.

Génération d'ions négatifs

Cette méthode est utilisée pour éliminer les particules en suspension dans l'air et, de l'avis de certains auteurs, pour créer des environnements plus sains. L'efficacité de cette méthode comme moyen de réduire l'inconfort ou la maladie est encore à l'étude.

Adsorption de gaz

Cette méthode est utilisée pour éliminer les gaz et vapeurs polluants comme le formaldéhyde, le dioxyde de soufre, l'ozone, les oxydes d'azote et les vapeurs organiques. L'adsorption est un phénomène physique par lequel des molécules de gaz sont piégées par un solide adsorbant. L'adsorbant est constitué d'un solide poreux de très grande surface. Pour nettoyer ce type de polluant de l'air, on le fait passer à travers une cartouche remplie d'adsorbant. Le charbon actif est le plus largement utilisé ; il piège une large gamme de gaz inorganiques et de composés organiques. Les hydrocarbures aliphatiques, chlorés et aromatiques, les cétones, les alcools et les esters en sont quelques exemples.

Le gel de silice est également un adsorbant inorganique et est utilisé pour piéger des composés plus polaires tels que les amines et l'eau. Il existe également d'autres adsorbants organiques constitués de polymères poreux. Il est important de garder à l'esprit que tous les solides adsorbants ne piègent qu'une certaine quantité de polluant et qu'une fois saturés, ils doivent être régénérés ou remplacés. Une autre méthode de capture à travers des solides adsorbants consiste à utiliser un mélange d'alumine active et de charbon imprégné de réactifs spécifiques. Certains oxydes métalliques, par exemple, captent les vapeurs de mercure, le sulfure d'hydrogène et l'éthylène. Il faut garder à l'esprit que le dioxyde de carbone n'est pas retenu par adsorption.

Absorption de gaz

L'élimination des gaz et fumées par absorption implique un système qui fixe les molécules en les faisant passer dans une solution absorbante avec laquelle elles réagissent chimiquement. C'est une méthode très sélective et elle utilise des réactifs spécifiques au polluant à capter.

Le réactif est généralement dissous dans l'eau. Il doit également être remplacé ou régénéré avant d'être utilisé. Comme ce système est basé sur le transfert du polluant de la phase gazeuse vers la phase liquide, les propriétés physiques et chimiques du réactif sont très importantes. Sa solubilité et sa réactivité sont particulièrement importantes ; d'autres aspects qui jouent un rôle important dans ce transfert de la phase gazeuse à la phase liquide sont le pH, la température et la zone de contact entre le gaz et le liquide. Lorsque le polluant est très soluble, il suffit de le faire barboter dans la solution pour le fixer au réactif. Lorsque le polluant n'est pas aussi facilement soluble, le système qui doit être utilisé doit assurer une plus grande surface de contact entre le gaz et le liquide. Quelques exemples d'absorbants et de contaminants pour lesquels ils sont particulièrement adaptés sont donnés dans le tableau 2.

Tableau 2. Réactifs utilisés comme absorbants pour divers contaminants

Ozonisation

Cette méthode d'amélioration de la qualité de l'air intérieur est basée sur l'utilisation du gaz ozone. L'ozone est généré à partir d'oxygène gazeux par rayonnement ultraviolet ou décharge électrique, et utilisé pour éliminer les contaminants dispersés dans l'air. Le grand pouvoir oxydant de ce gaz le rend apte à être utilisé comme agent antimicrobien, désodorisant et désinfectant et il peut aider à éliminer les gaz et vapeurs nocifs. Il est également utilisé pour purifier les espaces à fortes concentrations de monoxyde de carbone. Dans les environnements industriels, il est utilisé pour traiter l'air dans les cuisines, les cafétérias, les usines de transformation des aliments et du poisson, les usines chimiques, les usines de traitement des eaux usées résiduelles, les usines de caoutchouc, les usines de réfrigération, etc. Dans les espaces de bureaux, il est utilisé avec des installations de climatisation pour améliorer la qualité de l'air intérieur.

L'ozone est un gaz bleuâtre avec une odeur pénétrante caractéristique. A forte concentration, il est toxique et même mortel pour l'homme. L'ozone est formé par l'action d'un rayonnement ultraviolet ou d'une décharge électrique sur l'oxygène. La production intentionnelle, accidentelle et naturelle d'ozone doit être différenciée. L'ozone est un gaz extrêmement toxique et irritant à la fois à court terme et à long terme. En raison de la façon dont il réagit dans le corps, aucun niveau n'est connu pour lequel il n'y a pas d'effets biologiques. Ces données sont discutées plus en détail dans la section sur les produits chimiques de ce Encyclopédie.

Les procédés utilisant de l'ozone doivent être réalisés dans des espaces clos ou disposer d'un système d'extraction localisé pour capter tout dégagement de gaz à la source. Les bouteilles d'ozone doivent être stockées dans des zones réfrigérées, à l'écart de tout agent réducteur, matériau inflammable ou produit susceptible de catalyser sa dégradation. Il convient de garder à l'esprit que si les ozoniseurs fonctionnent à des pressions négatives et disposent de dispositifs d'arrêt automatique en cas de panne, la possibilité de fuites est minimisée.

Les équipements électriques des procédés utilisant l'ozone doivent être parfaitement isolés et leur maintenance doit être effectuée par du personnel expérimenté. Lors de l'utilisation d'ozoniseurs, les conduits et les équipements accessoires doivent être équipés de dispositifs qui arrêtent immédiatement les ozoniseurs lorsqu'une fuite est détectée ; en cas de perte d'efficacité des fonctions de ventilation, de déshumidification ou de réfrigération ; lorsqu'il se produit un excès de pression ou un vide (selon le système) ; ou lorsque la sortie du système est excessive ou insuffisante.

Lorsque des ozoniseurs sont installés, ils doivent être équipés de détecteurs spécifiques à l'ozone. L'odorat n'est pas fiable car il peut devenir saturé. Les fuites d'ozone peuvent être détectées avec des bandes réactives d'iodure de potassium qui virent au bleu, mais ce n'est pas une méthode spécifique car le test est positif pour la plupart des oxydants. Il est préférable de surveiller les fuites en continu à l'aide de cellules électrochimiques, de photométrie ultraviolette ou de chimiluminescence, le dispositif de détection choisi étant directement relié à un système d'alarme qui agit lorsque certaines concentrations sont atteintes.

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