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Le dioxyde de carbone : ça existait avant le Covid, non ?

Le dioxyde de carbone en milieu scolaire

 

1. Le CO2 : pourquoi s’y intéresse-t-on ?

Dans l’actualité, on parle beaucoup de CO2, ou de dioxyde de carbone, à surveiller dans les écoles. Cette rentrée scolaire 2021 est notamment marquée par la recommandation de l’Education nationale de faire usage de capteurs mesurant le CO2

Dans quel but ? Protéger les élèves et enseignants face au coronavirus pardi ! Et oui, c’est bien la Covid-19 qui a mis en lumière cette petite molécule. Mais, soyons bien d’accord, le CO2 ne joue aucun rôle dans la propagation du virus. Alors pourquoi, mais pourquoi en parle t-on autant ??

● Aérer reste un moyen efficace de lutte contre la pollution de l’air et la Covid-19

    • Revenons aux bases

Constitué d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène… OK, je vais vous perdre. Soyons brefs. Émis par les êtres vivants lorsqu’ils expirent, le dioxyde de carbone est un bon indicateur du renouvellement de l’air intérieur. Quand il y a des occupants dans une pièce, le taux de CO2 va naturellement augmenter. 

L’ouverture d’une fenêtre ou d’une porte, ou l’utilisation d’un système de ventilation, permettent de renouveler l’air (enfin… l’ouverture d’une fenêtre pendant 5 minutes entre deux cours bondés d’élèves est loin d’être miraculeux mais nous en reparlerons dans un prochain article 😉). En tout cas, généralement, les taux de dioxyde de carbone dans la pièce diminuent.

    • Et le lien CO2 et Covid-19 ?

Pour faire le lien avec le coronavirus, celui-ci voyage en partie dans l’air. Si la pièce est bien ventilée (indiquée par une mesure de CO2 faible donc), le virus sera plus rapidement éliminé. Les occupants seront exposés à des charges virales en quantité plus faible et seront donc moins contaminés.

    • Le CO2 : ses effets et ce que dit la réglementation

Une concentration élevée de CO2 sur une longue période peut engendrer des symptômes comme le manque de concentration, la fatigue, l’irritation et les maux de tête.


Mais revenons à nos moutons, car si l’on associe désormais souvent CO2
et Covid, ce gaz existait déjà avant ! Et la pollution de l’air aussi. Par conséquent, mesurer le taux de CO2 permet également de caractériser l’efficacité des moyens d’aération et de ventilation, et la qualité de l’air intérieur. Mais, entre nous, le mieux reste d’installer des capteurs qui mesurent aussi particules fines et composés organiques volatils pour l’aspect sanitaire, mais passons – ce sera pour une autre fois ! 

Il faut savoir que des taux élevés de CO2 sur une longue durée peuvent avoir des effets néfastes sur les personnes exposées tels qu’un manque de concentration, baisse de la productivité, fatigue, irritation, maux de tête (Satish et al., 2012).

 

Les seuils de CO2 retenus en général (et qui seront utilisés comme référence dans cette étude) sont les suivants :

Seuils retenus pour le Monoxyde de Carbone (CO2) par le Règlement Sanitaire Départemental (RSD) et l’Indice de Confinement de l’air dans les Écoles (ICONE)

Quelques précisions et références :
*Règlement Sanitaire Départemental Type (RSDT) : https://aida.ineris.fr/consultation_document/8513

*Indice ICONE : L’Indice de CONfinement d’air dans les Ecoles caractérise la qualité du renouvellement d’air dans une pièce pour une occupation donnée. Il varie de 0 à 5. Les niveaux de confinement très élevé (4) et extrême (5) indiquent que le renouvellement de l’air est insuffisant et les situations sont jugées très préoccupantes  (Source : Décret n° 2012-14 du 5 janvier 2012 relatif à l’évaluation des moyens d’aération et à la mesure des polluants effectués au titre de la surveillance de la qualité de l’air intérieur de certains établissements recevant du public).

Compris entre 0 et 5, l’indice ICONE est un bon indicateur du renouvellement d’air d’une pièce.

Pour toutes ces raisons, des exigences à respecter en termes de qualité d’air intérieur, et notamment de dioxyde de carbone, sont de plus en plus demandées dès la conception et en rénovation par les maîtres d’ouvrage (voir vidéos de retour d’expérience d’Egis et d’Area). 

 

Et c’est ici qu’intervient la modélisation 🤩

Grâce à des simulations sur le logiciel INDALO, il est possible d’étudier l’évolution des niveaux de pollution actuels et ceux après rénovation. Vous pouvez ainsi vérifier que les solutions envisagées sont pertinentes ou… au contraire, à revoir.

Après cette très longue mise en bouche, découvrez notre étude de cas sur un projet de réhabilitation d’un collège soumise à des exigences de niveaux de CO2.

 

2. Rénovation énergétique d’un collège : pensons CO2 dès la phase projet

Introduisons-nous maintenant dans des explications plus poussées. 

Nous nous intéressons ici à deux espaces au sein d’un collège :

  • le foyer des élèves. Celui-ci est constitué d’une pièce de vie de 20 m² donnant sur une véranda. Il est équipé d’une Centrale de Traitement de l’Air (CTA) décentralisée. La double flux est déclenchée en présence des élèves. 
  • les vestiaires des garçons et des filles du gymnase de 10 m² chacun. Ceux-ci sont dépourvus de système de ventilation mécanique. Seuls les défauts d’étanchéité des parois et des fenêtres, ainsi que la possibilité d’ouvrir les fenêtres par les occupants (non modélisée dans cette étude) permettent d’en renouveler l’air. 

L’étude de modélisation du CO2 est réalisée sur un foyer des élèves et des vestiaires dans un collège.

Quelles sont les exigences de ce projet en matière de dioxyde de carbone ? Il est demandé un niveau moyen de CO2 de 1000 ppm et une valeur maximale de 1700 ppm. 

Comme il a été expliqué précédemment, un niveau de CO2 inférieur ou égal à 1000 ppm correspond à un confort optimal des occupants. Le seuil maximal, quant à lui, est fixé à 1700 ppm. A ce niveau, les performances cognitives et la perception du confort de l’occupant sont fortement dégradées.

Un peu de contexte ne fait pas de mal ! Toutefois, une étude sans résultats n’en serait pas une. Qu’avons-nous pu constater à la fin de celle menée ici présent ? Plongeons nous donc dans les simulations et les résultats.

 

3. Alors, allons-nous respecter les objectifs fixés dans le foyer ??

En premier lieu, parlons du foyer des élèves de ce collège.

Actuellement, et donc sans rénovation, le niveau de CO2 y est de 1090 ppm en moyenne durant les périodes d’occupation, soit au-dessus du seuil fixé. De plus, il est possible d’atteindre jusqu’à 1130 ppm au maximum dans la pièce de vie. 

En effet, la ventilation est arrêtée à partir de 18h, heure à laquelle les élèves quittent le collège. De ce fait, dans les simulations, les niveaux de dioxyde de carbone de la veille n’ont pas le temps de redescendre entièrement avant le déclenchement de la ventilation le jour suivant, correspondant au retour des collégiens. 

Ainsi, dans ce contexte de simulation, le seuil de 1000 ppm est dépassé dès lors qu’il y a des occupants. De plus, le confinement y est défini comme moyen selon l’indice ICONE. Aïe aïe aïe, alerte rouge !!

● Moyenne sur une semaine de la concentration en CO2 dans chacune des pièces du foyer des élèves

Alors non, pas de panique, relativisons ! Ces niveaux ne sont en effet pas alarmants sachant qu’il faut atteindre des concentrations de l’ordre des 1700 ppm pour commencer à ressentir une gêne ou des difficultés de concentration (et les pics de concentration restent 30% plus faibles que cette valeur limite). 

Toutefois, si nous souhaitons respecter les exigences fixées par le maître d’ouvrage, il faut améliorer l’aération des lieux, c’est certain. C’est pourquoi, le bureau d’études propose l’installation d’un système de ventilation double flux. Cela permettra de maintenir des niveaux de dioxyde de carbone aux alentours du seuil de 1000 ppm en période d’occupation. Le confort des occupants sera par conséquent optimal.

La preuve en image ! Un beau vert foncé, résultat de la simulation après installation du système double flux (il s’agit de la concentration moyenne en période d’occupation de dioxyde de carbone dans les pièces du foyer des élèves de ce collège) :

 

4. Et dans les vestiaires du gymnase ?

Toujours là ? Poursuivons alors avec une autre mise en situation : les vestiaires. Je vous rappelle l’absence de ventilation au sein de ces vestiaires de collège.

L’étude de qualité d’air intérieur a été menée dans un établissement scolaire, plus précisément dans un foyer et des vestiaires.

Par conséquent, cela entraîne des niveaux très élevés en dioxyde de carbone lorsqu’ils sont occupés. Attention, cette fois-ci, la concentration maximale en CO2 mesurée est autour des 4000 ppm (petit rappel, valeur limite : 1700 ppm). Au secours !!

Mais pourquoi un niveau aussi élevé ? En l’absence de ventilation dans les vestiaires, la concentration en CO2 diminue très lentement. Il faut quasiment 8h pour qu’il passe en dessous de 1000 ppm après que le vestiaire ait été occupé pendant 30 minutes seulement. Nous avons testé trois scénarios avec différentes étanchéités. Nous constatons sans grande surprise que plus la perméabilité est faible dans ces vestiaires, plus le taux de CO2 y est élevé. Par conséquent, il faut plus de temps pour redescendre sous le seuil des 1000 ppm. Aïe, les trois scénarios modélisés présentent des niveaux de CO2 au-dessus du seuil maximal de 1700 ppm. L’indice ICONE est élevé, ce qui peut engendrer de l’inconfort bien que la période d’exposition soit faible. Il est clair que les exigences sur les niveaux de dioxyde de carbone ne pourront pas être respectées pour ces pièces dans cette configuration-ci. 

Malgré tout, il est possible d’améliorer le confort dans les vestiaires par des actions simples : laisser les portes et les fenêtres ouvertes un maximum entre deux périodes d’occupation des vestiaires et ouvrir les fenêtres lorsqu’ils sont occupés. Cette aération évitera des taux trop élevés de dioxyde de carbone. La meilleure solution reste toutefois d’installer un système de ventilation adéquat. Cela permettra de respecter les exigences en termes de CO2 fixées.

 

5. Pour résumer…

● Conclusion : respecte-on les exigences en termes de CO2 demandées par le maître d’ouvrage dans ce collège ?

En définitive, les simulations de qualité d’air intérieur avec INDALO ont encore une fois démontré toute leur utilité. Avec de la modélisation, il est aisé de vérifier si ses choix de ventilation pourront respecter les exigences fixées par le maître d’ouvrage. 

Dans cette présente étude, un système double flux s’avère pertinent dans le foyer des élèves pour atteindre les objectifs fixés. Dans les vestiaires, la situation est clairement plus alarmante et il faudra systématiquement laisser portes et fenêtres ouvertes entre chaque cours. Le mieux resterait d’installer un système de ventilation.

INDALO permet également d’évaluer le risque infectieux lié au Covid. Cela aurait également été intéressant de connaître l’état sanitaire de ces lieux en période de pandémie, afin d’ajuster si besoin les profils de ventilation ou les recommandations d’aération. 

 

Par A.M. et M.B.