la ventilation

objectifs

La ventilation dans une station de traitement d’eau peut avoir l’un ou plusieurs des objectifs suivants :

• apporter de l'air neuf et sain au personnel travaillant dans les locaux en le renouvelant ;
• évacuer les polluants émis de manière à assurer au personnel d'exploitation une atmosphère non dangereuse pour la santé et d’assurer la protection des équipements et des ouvrages ;
• maîtriser les flux d’air entrant et sortant et par conséquence empêcher la diffusion vers l'extérieur de polluants atmosphériques (protection de l'environnement) ;
• réguler l’ambiance en :
  • déshumidifiant l’air des locaux pour éviter les risques de condensation, les problèmes de corrosion et le développement de champignons qui en découlent ;
  • chauffant ou refroidissant les locaux ;
  • évacuant les calories émises par des machines tournantes telles que surpresseurs d’air, générateurs diesel, moteurs électriques… ;
  • assurant le désenfumage pour assurer la sécurité en cas d’incendie, en particulier par cloisonnement des locaux à risque.

les différents types de ventilation

La ventilation d’un ouvrage ou d’un local peut être mise en œuvre selon 3 modes de fonctionnement :

• ventilation naturelle sans utilisation de ventilateur de soufflage ou d’extraction par le simple déplacement d’air à travers les ouvertures en fonction des phénomènes naturelles (convection naturelle, vent, effet cheminée etc … ) ;
• ventilation simple flux avec :
  • soit une insufflation mécanique d’air et une sortie d’air naturelle ;
  • soit une extraction mécanique et une entrée d’air naturelle ;
• ventilation double flux avec extraction et insufflation mécanique de l’air.

On distingue deux stratégies complémentaires de ventilation :

• la ventilation locale, associée au confinement des zones à ventiler, dont l’objectif est de limiter la diffusion des polluants ou des calories dans l’air ambiant ;
• la ventilation générale qui assure la qualité de l’air et l’ambiance d’un local par dilution.

le confinement et la ventilation locale

Son objectif est d’assurer que les polluants ou les déperditions thermiques ne puissent pas diffuser dans l’ambiance. Il s’agit en général d’ouvrages non visitables sauf pour interventions exceptionnelles.

La ventilation locale consiste à venir aspirer au plus près de la source d’émission (pollution ou chaleur), elle s’applique à des zones qui doivent être accessibles lors de l’exploitation.

ventilation naturelle

Le confinement peut être réalisé par la couverture étanche de l’ouvrage sans aucune ventilation mécanique (ventilation naturelle). On parlera alors de confinement simple. Un système d’évent protégé ou non doit être prévu pour permettre la respiration de l’ouvrage et les variations de niveau d’eau.

ventilation simple flux

Une extraction mécanique peut aussi être réalisée pour améliorer l’efficacité du confinement en créant une dépression par rapport à l’atmosphère extérieure. On parlera alors de confinement avec dépression. Dans le cas où il y a production ou introduction de gaz, la dépression ne sera assurée que si le débit d’extraction est supérieur au débit de gaz introduit ou produit dans l’ouvrage.

L’air de compensation est en général introduit dans la zone confinée par le biais de grilles d’entrée d’air (ventilation simple flux). De ce fait, la présence de zones mortes à l’intérieur des capotages est fréquente. Des concentrations ponctuelles en polluants deux à cinq fois plus importantes que la concentration moyenne (air extrait) sont possibles. Il peut en résulter des risques de corrosion accrus.

Remarque : lorsque les ouvrages confinés se trouvent à l’intérieur d’un bâtiment, leur ventilation participe à la ventilation générale du bâtiment par transfert d’air.

En ventilation confinée ou locale, la mise en œuvre d’une ventilation simple flux avec insufflation d’air n’est pas adapté, la surpression de l’ouvrage étant contraire à son confinement.

ventilation double flux

Dans certains cas particuliers et sensibles, une ventilation double flux (insufflation et extraction mécaniques) pourra être mise en œuvre, afin de maîtriser l’homogénéité du ciel gazeux de l’ouvrage confiné et de contrôler précisément la mise en dépression

la ventilation générale

L’objectif de la ventilation générale est d’assurer la qualité de l’air à l’intérieur d’un local par dilution.

ventilation naturelle

Des ouvertures sont pratiquées dans les murs pour permettre le renouvellement de l’air dans les locaux. Pour favoriser l’effet cheminée, les grilles d’entrées d’air sont positionnées en parties basse et les grilles de sortie d’air en partie haute du bâtiment.

Cette méthode simple et peu coûteuse présente bien sûr de nombreux inconvénients :

• impossibilité de protéger l’environnement extérieur du bruit et des polluants ;
• difficulté pour maîtriser les débits (ils dépendent notamment du vent, des différences de températures) ;
• difficulté de chauffer correctement dans ces conditions.

Ce type de ventilation est adapté pour la ventilation de petits locaux sans pollution spécifique (par exemple, ventilation de cellule de transformateurs).

ventilation mécanique

• ventilation simple flux avec extraction mécanique d’air

L’air est extrait du local mécaniquement, en général au moyen d’un réseau de gaines, afin de répartir l’extraction d’air sur la surface du local. L’air de compensation entre dans le local soit par des ouvertures prévues à cet effet généralement munies de grilles, soit par les « fuites » souvent involontaires. Le local se trouve en dépression ce qui assure son confinement.

Soit S la section totale des ouvertures (fuites incluses) et Q le débit extrait, on admet qu’il n’y a pas rétrodiffusion de l’air intérieur du local vers l’extérieur si V = Q·S^–1 est > 2 m · s^–1 et si les perturbations extérieures sont modérées (vents faibles).

Une dépression de 0,7 mm de colonne d’eau environ est en général suffisante pour éviter la diffusion de polluant vers l’extérieur d’un local.

Ce type de ventilation ne transfère pas d’énergie vers le local. Il n’y a donc pas d’homogénéisation par brassage de l’atmosphère du local et cela conduit souvent à la présence de « zones mortes » dans lesquelles la concentration en polluant peut être supérieure ou inférieure à la valeur moyenne calculée.

• ventilation simple flux avec insufflation mécanique d’air

L’air neuf est insufflé mécaniquement dans le local, au moyen d’un réseau de gaine ou par des ventilateurs muraux. L’air sort par des grilles et les fuites du local. Le local se trouve en surpression.

Ce type de ventilation ne permet pas de collecter les flux d’air vicié et n’est donc pas adapté aux locaux à pollutions spécifiques.

Du fait de la portée du jet soufflé, ce type de ventilation assure un meilleur brassage de l’air dans le local que la ventilation par extraction d’air. Le réseau et les bouches de soufflage doivent correctement être dimensionnés pour ne pas générer de l’inconfort. Pour cela, on se fixe une vitesse maximale de 0.5 m/s à hauteur d’homme.

En conditionnant l’air insufflé au moyen d’une CTA (Centrale de Traitement d’Air), il est possible de réguler le confort à l’intérieur du local (température, humidité).

Ce type de ventilation est donc adapté à la ventilation de locaux sans pollution, en les protégeant notamment de la pollution des locaux adjacents, pour évacuer les calories ou pour assurer une ambiance confortable du personnel.

• ventilation double flux : soufflage et aspiration mécaniques combinés

Ce type de ventilation combine les avantages :

• • de l’insufflation mécanique (brassage de l’air, conditionnement de l’air) ;
  • de l’extraction mécanique (collecte des polluants, confinements des ouvrages et locaux).

Le débit soufflé doit être déterminé à partir du débit aspiré pour maintenir une dépression correcte dans le local. Contrairement à l’aspiration simple, il ne nécessite pas un sur-dimensionnement important des débits aspirés.

Il convient même de limiter et de contrôler au maximum les fuites (en assurant une meilleure étanchéité des bâtiments).

le dimensionnement des débits de ventilation

Le dimensionnement de la ventilation doit être conduit avec les objectifs suivants :

• évacuation des polluants, pour assurer la sécurité des opérateurs vis-à-vis du risque chimique, et pour limiter la corrosion dans les ouvrages ;
• évacuation des déperditions thermiques, principalement pour assurer le confort des opérateurs, mais également pour ne pas exposer les équipements à des températures trop élevées ;
• évacuation de l’humidité, pour assurer le confort des opérateurs et limiter la condensation, source de corrosion ;
• chauffage des locaux, pour assurer le confort des opérateurs.

évacuation des polluants

Lorsque des polluants gazeux sont émis (locaux, ouvrages confinés), il convient d’assurer une ventilation suffisante pour maintenir les concentrations maximales admissibles en polluants dans l’air.

Que ce soit pour les locaux (ventilation générale) ou les ouvrages confinés (ventilation locale), le débit de ventilation est calculé sur la base des flux d’émission de polluants et des concentrations admissibles dans l’air qui sont :

• les valeurs limites d’exposition professionnelle (VLEP), pour les locaux et bâtiments ;
• des valeurs seuils, dépendant des matériaux en contact avec les polluants gazeux, pour les ouvrages et équipements confinés.

Les VLEP, qui sont des valeurs réglementaires, sont présentées dans la page sur la réglementation

Le débit d’air à extraire (m³/h) est calculé selon :

Avec :

• Fp : Flux de polluant (mg/h)
• [polluant] : Concentration admissible de polluant dans l’air (mg/m³)
• k : facteur d’homogénéisation dépendant du type de ventilation

Pour les sources surfaciques, le flux massique de polluant dépend :

• de la surface d'émission de polluant ;
• de la nature du process de traitement mis en œuvre ;
• des caractéristiques de l'effluent traité ;
• de la nature de la source.

Dans certaines situations, sous réserve d’une protection adéquate des matériaux et d’un confinement poussé, il est possible de se positionner à saturation (équilibre gaz/liquide) en polluants du ciel gazeux d’ouvrages confinés et donc de limiter l’extraction d’air.

évacuation de déperditions thermiques

Lorsque des équipements dégageant de la chaleur sont implantés dans des bâtiments, il est nécessaire d’évacuer les calories pour maintenir des températures acceptables à l’intérieur du bâtiment (en général de l’ordre de 45°C).

Le débit d’air à extraire est calculé, en première approximation selon :

Avec :

• P : Puissance thermique dissipée (W)
• Cp : Capacité calorifique de l’air (W.h/m³.K)
• T_int, T_ext : températures intérieure maximale et extérieures (°K)

La puissance thermique dissipée est fonction de l’équipement et de leur rendement (données fournisseurs).

condensation

L’air ambiant contient toujours de la vapeur d’eau. Lorsque la température ambiante refroidit, l’humidité relative de l’air, qui en France n’est jamais inférieure à 50%, va augmenter jusqu’à saturation. A saturation (température de rosée), la vapeur d’eau se condense.

La condensation apparaît au niveau d’une paroi dont la température est inférieure à la température de rosée de l’air ambiant (paroi froide).

Dans le cas d’une station d’eau potable, le risque de condensation est très important sur les tuyaux d’eau "froide", en particulier dans le cas d'eau de forage où l’eau reste à la température du sous-sol. Le risque est aussi important dans les galeries entre les bassins de traitement.

Dans les stations de traitements des eaux usées, les risques sont importants au niveau des parois et ouvertures en contact avec l’extérieur principalement dans les locaux où se trouvent des bassins non couverts (par exemple, locaux abritant des dessableurs).

Le risque est le plus important au début du printemps lorsque le temps est chaud et que la température de l’eau est encore froide.

En cas de risque de condensation, les solutions possibles pour limiter ce phénomène sont :

• d’isoler les murs et les conduites, pour augmenter les températures de parois ;
• de chauffer les locaux, pour augmenter les températures de parois ;
• de ventiler avec de l’air extérieur pour réguler la quantité d’humidité de l’air intérieur ;
• de déshumidifier l’air ambiant, pour réduire la température de rosée.

Pour évaluer les risques de condensation dans un local, il convient de réaliser des bilans thermiques pour estimer :

• les températures de l’air ambiant et des parois (tuyaux, murs, toits) ;
• les quantités d’eau évaporée à la température ambiante du local en présence d’un bassin non couvert ;
• la température de rosée de l’air ambiant du local.

Si la température d’une paroi est inférieure à la température de rosée de l’air ambiant, alors, il y a condensation sur cette paroi.

chauffage

En hiver, il est nécessaire de chauffer le bâtiment pour maintenir une température minimale, en général imposée par le cahier des charges, et qui est à minima 5°C (hors gel pour la protection des équipements).

Le chauffage d’un local peut se faire par installation d’aérothermes ou, lorsqu’un réseau d’air neuf est implanté dans le local, par régulation de la température de l’air insufflé au moyen d’une Centrale de Traitement d’Air (CTA).

Pour évaluer les puissances de chauffage à mettre en œuvre, il convient de calculer les pertes thermiques du local liées à la ventilation et aux déperditions par les parois. Il convient également de prendre en compte les sources de froid.

Note : la ventilation mise en œuvre pour assainir l'air des locaux génère de grands débits d'air à réchauffer.

optimisation

Les optimisations possibles sur la ventilation sont :

• minimiser les débits à extraire par utilisation adéquate de transfert d’air ;
• récupérer la chaleur ou le froid et l’énergie de l’air extrait.

La réglementation française interdit le transfert d’air provenant de locaux à pollution spécifique vers d’autres locaux. Le transfert d’air se fait essentiellement d'une ambiance vers un ouvrage confiné. Il est également possible de transférer l’air d’un ouvrage confiné à un autre.

Dans le cas de locaux à pollution non spécifique, le transfert peut être utilisé pour minimiser les consommations en énergie. Ainsi on transfère d’une pièce à l’autre de l’air déjà chauffé ou refroidi