Méthodologie d`évaluation de la qualité d`air intérieur, du confort et

Méthodologie d'évaluation
de la qualité d'air intérieur, du confort
et des consommations énergétiques
des logements performants en énergie
Résumé. Un outil méthodologique d'évaluation de la qualité de l'air intérieur, du confort
des occupants et des consommations d'énergie a été développé et testé sur sept maisons
françaises individuelles très étanches et économes en énergie. Les suivis expérimentaux
ont été réalisés selon trois phases d'enqu^ etes successives d'une semaine chacune (en
inoccupation, en occupation en été, et en occupation en hiver). Pour deux bâtiments les
suivis se poursuivent actuellement. Cet outil de recherche s'est avéré ^ etre assez pertinent
m^ emesilaréalitédeterrainmontredescontraintesetdesdifficultéstechniquesassociéesà
sa mise en œuvre. Dans la perspective de venir en soutien des politiques publiques visant
l'amélioration des performances énergétiques des futurs bâtiments économes en énergie,
cet outil permettrait d'anticiper d'éventuels problèmes de qualité de l'air intérieur et de
confort des occupants dans ces bâtiments. Une version plus opérationnelle est ainsi en
cours de finalisation afin de faciliter son utilisation et son déploiement sur le territoire
national, à un coût raisonnable. Enfin, les données collectées par cet outil seront
centralisées dans une base de référence, exploitées régulièrement afin d'accompagner le
déploiement de telles constructions, et d'identifier les éléments d'ajustement à mettre en
œuvre pour optimiser le parc de bâtiments en cours de métamorphose.
Mots clés : bruit ; logement ; conservation des ressources énergétiques ; méthodologie
d'évaluation ; pollution de l'air ambiant intérieur ; température ; ventilation.
Abstract
Methods for assessing indoor air quality, occupant comfort and energy
consumption in energy-efficient dwellings
A methodological tool for assessing indoor air quality, occupant comfort and energy
consumption was developed and tested on seven highly airtight low-energy houses in
France. The field studies were performed in three successive week-long phases (during
vacancy, summer occupancy and winter occupancy). Testing for two buildings is ongoing.
This research tool has proven to be quite relevant despite some constraints and technical
difficulties associated with its implementation. The tool provides support for public
policies aimed at improving the energy performance of future energy-efficient buildings
by helping to anticipate potential problems of indoor air quality and occupant comfort in
these buildings. A more operational tool is being finalized to facilitate its nationwide use
and deployment at a reasonable cost. Finally, information collected by this tool will be
centralized in a database, to be used regularly to support the construction of such
buildings and identify items requiring adjustment to optimize the building stock now
being metamorphosed.
MICKAËL DERBEZ
BRUNO BERTHINEAU
VALÉRIE COCHET
MURIELLE LETHROSNE
CÉCILE PIGNON
JACQUES RIBERON
SEVERINE KIRCHNER
1
Université Paris-Est
CSTB
OQAI
84, avenue Jean Jaurès
Champs-sur-Marne
77477 Marne-la-Vallée
cedex 2
France
<[email protected]>
<bruno.berthineau@cstb.
fr>
<[email protected]>
<murielle.lethrosne@cstb.
fr>
<[email protected]>
<[email protected]>
<severine.kirchner@cstb.
fr>
Tirés à part :
M. Derbez
Pour citer cet article : Derbez M, Berthineau B, Cochet V, Lethrosne M, Pignon C, Riberon J, Kirchner S.
M ethodologie d’ evaluation de la qualit e d’air int erieur, du confort et des consommations  energ etiques des
logements performants en  energie. Environ Risque Sante 2012 ; 11 : 40-51. doi : 10.1684/ers.2011.0505
Article reçu le 28 juillet 2011,
accepté le 1
er
décembre 2011
40 Environ Risque Sante –Vol. 11, n81, janvier-février 2012
Article original
doi: 10.1684/ers.2011.0505
Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Téléchargé par un robot venant de 88.99.165.207 le 25/05/2017.

Contexte et objectifs de l'étude
Le dernier rapport du groupe intergouvernemental
d'experts sur l'évolution du climat [1] confirme que « le
réchauffement du système climatique est sans équivoque,
car il est maintenant visible dans les observations de
l'accroissement des températures moyennes mondiales de
l'atmosphère et de l'océan, la fonte généralisée de la neige
et de la glace et l'élévation du niveau moyen mondial de la
mer », et qu'il est « très probablement » dû aux émissions
de gaz à effet de serre des activités humaines.
Dans ces conditions et compte tenu de l'urgence de la
situation et des conséquences potentielles du réchauffe-
ment climatique, l'un des objectifs du Grenelle de
l'environnement [2] consistait en la division par quatre
des émissions de gaz à effet de serre de la France d'ici 2050.
L'ensemble des secteurs économiques (transports, bâti-
ment, industrie, agriculture, tourisme...) est concerné par
ces mesures, le bâtiment (secteurs résidentiel et tertiaire)
étant l'un des plus critiques car il contribue à 23 % des
émissions nationales de gaz à effet de serre et il est le
secteur le plus consommateur d'énergie en France avec
42,5 % de l'énergie finale totale (énergie livrée au
consommateur et utilisée pour satisfaire l'intégralité de
ses besoins). C'est en particulier le secteur résidentiel qui
consomme leplus d'énergie (2/3contre 1/3 pourle tertiaire)
avec une consommation moyenne annuelle d'énergie
primaire (énergie générée sur le lieu de production qui ne
tient pas compte de l'énergie nécessaire à sa transforma-
tion età son transport) pourle chauffageet l'eau chaude de
240 kWh/m
2
, hors bois, (soit 164 kWh/m
2
enénergiefinale).
C'est dans ce contexte qu'a été prévue la mise en œuvre
d'un chantier très ambitieux de rénovation énergétique de
bâtiments existants (logements, bureaux, commerces,
équipements publics et privés) avec pour ambition de
réduire les consommations d'énergie d'environ 12 % dans
les bâtiments résidentiels en 2012 et de plus 38 % à
l'horizon 2020. Un programme de rupture technologique
sur les bâtiments neufs a également été lancé afinde
généraliser les bâtiments à énergie positive en 2020 et avoir,
dès 2013, la totalité des bâtiments neufs à basse consom-
mation ou à énergie positive. Les engagements du Grenelle
de l'environnement se retrouvent notamment dans la loi
n82009-967 du 3 août 2009 de programmation relative à la
mise en œuvre du Grenelle de l'environnement [3] dite
« Grenelle 1 » et la loi n82010-788 du 12 juillet 2010 portant
engagement national pour l'environnement [4] dite
« Grenelle 2 » et se traduisent, dans le secteur du bâtiment,
par le Plan Bâtiment Grenelle (lancé en janvier 2009) et par
l'élaboration de la future réglementation thermique pour
les bâtiments neufs « RT 2012 ». Cette réglementation est
applicable en fin d'année 2011 pour les bâtiments à usage
d'habitation situés en zone géographique définie par
l'Agence nationale pour la rénovation urbaine (Anru), les
bureaux, les bâtiments d'enseignement et les établisse-
ments d'accueil de la petite enfance et au 1
er
janvier 2013
pour la majorité des bâtiments d'habitation. Elle vise
notamment à limiter la consommation conventionnelle
d'énergie primaire (consommation calculée avec certaines
hypothèses fixées, notamment de température intérieure,
de présence des occupants, des scénarios d'occupation et
d'historique des données météorologiques) des bâtiments
neufs à un maximum de 50 kWh/m
2
/an en moyenne pour
cinq usages pris en compte : chauffage, production d'eau
chaude sanitaire, refroidissement, éclairage, auxiliaires
(ventilateurs, pompes).
Bien que l'enjeu majeur de ces bâtiments soit d'^ etre
les plus économes possible, des interrogations se posent
cependant : que sait-on de la qualité d'air intérieur de ces
bâtiments ? Qu'en est-il du confort des occupants ? Enfin,
existe-il d'éventuelles contre-performances dans ces
bâtiments (économies d'énergie susceptibles d'affecter
la qualité d'air intérieur et/ou le confort des occupants) ?
En l'absence d'éléments de réponse disponibles à ce
jour, compte tenu du caractère récent de ces bâtiments
performants en énergie et afin de répondre à ces
questionnements, un outil d'évaluation de la qualité de
l'air intérieur, du confort des occupants et des consomma-
tions d'énergie des bâtiments économes en énergie a été
élaboré dans le cadre du programme de recherche
Bâtiment et Santé (2008 et 2009) du Centre scientifique et
technique du bâtiment (CSTB). Intégré depuis 2010 au
programme d'actions de l'Observatoirede la qualitédel'air
intérieur (OQAI) créé et financé par les ministères en
charge du Logement, de l'Écologie et la Santé, l'Agence de
l'environnement et dela maîtrise de l'énergie (Ademe) et le
CSTB, l'outil méthodologique a été testé sur quelques
bâtiments.
L'objectif de cet article est de présenter les indicateurs
de performance choisis, les protocoles et les moyens de
mesure utilisés dans cet outil méthodologique. Un retour
d'expériences des suivis expérimentaux réalisés au moyen
de cet outil sur sept bâtiments performants en énergie est
présenté ainsi que des pistes pour l'élaboration d'un
protocole plus opérationnel, déployable à grande échelle,
à un coût raisonnable et une base de référence nationale
destinée à centraliser les données collectées sur le terrain.
Key words: air pollution, indoor; assessment methodology; conservation of energy
resources; housing; noise; temperature; ventilation.
Environ Risque Sante –Vol. 11, n81, janvier-février 2012 41
Méthodologie d'évaluation de la qualité d'air intérieur, du confort et des consommations énergétiques des logements
performants en énergie
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Cadre de l'étude
Cette étude vise les bâtiments à usage d'habitation
(maisons individuelles isolées ou groupées et logements
collectifs), d'une part, parce qu'ils constituent les lieux de
vie les plus fréquentés par la population et par conséquent
représentent un intér^ et en termes de santé publique, et
d'autre part, parce que le secteur du bâtiment et en
particulier le résidentiel est le plus consommateur
d'énergie en France.
Dans le cadre de cette étude, sont pris en compte des
bâtiments d'habitation « neufs ou récents » (dont la
demande de permis de construire a été déposée après
le 1
er
septembre 2006) situés en France et soumis à la
réglementation thermique 2005. Enfin, ils peuvent ^ etre
certifiés, en cours de certification ou atteindre les
performances énergétiques d'un des trois labels dont les
principaux critères sont les suivants :
–label français BBC-Effinergie délivré par un des
organismes certificateurs reconnus par l'État (consomma-
tion conventionnelle maximale en énergie primaire des
cinq usages pris en compte par la RT 2012 fixée à 50 kWh/
m
2
/an à moduler selon les régions et l'altitude de la
construction, valeur de perméabilité à l'air du bâtiment à
sa livraison inférieure à 0,6 m
3
/h/m
2
sous 4Pa en maison
individuelle, production locale d'électricité limitée à 12
kWhep/m
2
/an pour le résidentiel...);
–label standard suisse Minergie délivré en France par
l'organisation non gouvernementale (ONG) Prioriterre
(consommation conventionnelle maximale en énergie
primaire de quatre postes –chauffage, production d'eau
chaude sanitaire, climatisation et auxiliaires –fixée à 38
kWhep/m
2
/an à pondérer selon l'usage du bâtiment,
besoin de chaleur nécessaire au chauffage inférieur à
60 % de la valeur limite de la norme de la Société suisse des
ingénieurs et architectes (SIA 380/1), étanchéité à l'air de
l'enveloppe inférieure à 0,6 vol/h pour une différence de
pression de 50Pa mais aucun test de perméabilité
obligatoire, installation d'une ventilation mécanique
contrôlée double flux avec récupération de chaleur...);
–label allemand Passivhaus délivré en France par
l'association « La Maison Passive France » (consommation
conventionnelle maximale en énergie primaire tous
usages confondus –chauffage, production ECS, auxiliai-
res, éclairage, refroidissement, électrodomestiques –
fixée à 120 kWhep/m
2
/an ; consommation convention-
nelle maximale en énergie finale pour le chauffage fixée à
15 kWhef/m
2
/an ; valeur de perméabilité à l'air du
bâtiment à sa livraison inférieure à 0,6 vol/h pour une
différence de pression de 50Pa ; installation d'une
ventilation mécanique contrôlée double flux avec haute
efficacité de récupération de chaleur...).
Dans la suite de l'article et par soucis de concision, les
bâtiments d'habitation performants en énergie selon la
définition ci-dessus sont regroupés sous le terme de
« bâtiments ».
Choix des critères
de performances
Indicateurs de qualité d'air intérieur
et de confinement de l'air
Afin de comparer les performances de ces bâtiments au
parc des logements français, les indicateurs de qualité d'air
intérieur et de confinement de l'air de cette étude ont été
sélectionnés à partir de ceux mesurés dans le cadre de la
campagne nationale Logements de l'OQAI (intitulée CNL
par la suite) [5]. Parmi les trente substances mesurées dans
la CNL et ayant fait préalablement l'objet d'une hiérar-
chisation sur la base de critères sanitaires, les paramètres
de pollution et de confinement d'air considérés ici sont :
–le dioxyde de carbone (CO
2
) utilisé comme indicateur
de confinement de l'air ;
–vingt composés organiques volatils (COV) et aldéhydes
cibles
1
retenus suite à un travail de hiérarchisation
sanitaire des polluants réalisé par l'OQAI avant la CNL,
auxquels est ajouté tout autre composé dont la teneur
était supérieure à 1 mg/m
3
, limite basse d'identification
prise en compte ;
–le monoxyde de carbone (CO) en cas de présence d'un
appareil de chauffage à combustion ;
–les particules fines en masse (PM
2.5
) (la mesure des
particules PM
10
n'a pas été conservée afin d'éviter les
problèmes techniques liés à l'équilibrage des débits de la
pompe de prélèvement associé à l'échantillonnage
simultané des PM
10
et PM
2.5
);
–le radon.
Enfin, dans le but d'approfondir les connaissances sur
l'évolution temporelle des teneurs en polluants et après en
avoir vérifié la faisabilité technique, des suivis en continu
de la teneur en composés organiques volatils totaux
(COVT) et en nombre de particules ont été effectués.
La mesure des allergènes de chats, de chiens et
d'acariens ainsi que l'activité volumique du rayonnement
gamma et le CO expiré ont été écartées.
Indicateurs de confort des occupants
La température et l'humidité relative de l'air ont été
mesurées afin d'évaluer le confort thermique des
occupants selon trois approches :
–étude dynamique des profils temporels de ces deux
paramètres ;
1
1,2,4-triméthylbenzène ; 1,4-dichlorobenzène ; 1-méthoxy-2-
propanol et son acétate ; 2-butoxyéthanol et son acétate ;
acétaldéhyde ; acroléine ; benzène ; éthylbenzène ; formaldé-
hyde ; hexaldéhyde ; m/p-xylènes ; n-décane ; n-undécane ; o-
xylène ; styrène ; tétrachloroéthylène ; toluène ; trichloroéthy-
lène.
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M. Derbez, et al.
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–évaluation du confort thermique global et local selon la
norme NF EN ISO 7730 [6] ;
–évaluation du confort thermique par la méthode
adaptative selon la norme NF EN 15251 [7].
Le confort acoustique a été appréhendé par la mesure
dans le bâtiment du niveau sonore moyen (dB(A)) des
bruits provenant de l'extérieur (trafic routier, ferroviaire,
aérien, bruit de voisinage, travaux extérieurs...)oude
l'intérieur (en particulier du bruit lié au système de
ventilation mécanique contrôlé).
Enfin, la perception des occupants par rapport au
confort thermique et acoustique est recueillie par
questionnaires établis en s'inspirant notamment de la
norme NF EN ISO 10551 [8].
Indicateurs de consommation d'énergie
Deux approches ont été utilisées pour évaluer les
consommations réelles des bâtiments. La première estime
les consommations énergétiques globales obtenues au vu
des ressources consommées selon la norme NF EN 15603
[9] et la seconde vise à obtenir la consommation d'énergie
individuelle par poste (chauffage, production d'eau
chaude sanitaire, ventilation, éclairage, autres usages) via
l'installation de moyens de mesure fixes dans l'armoire
électrique du bâtiment.
Outil méthodologique utilisé
dans le cadre de l'étude
L'outil méthodologique est mis en œuvre dans chaque
bâtiment selon trois phases d'enqu^ etes successives d'une
semaine chacune :
–en inoccupation codée « VID » (après réception du
bâtiment et avant l'arrivée des occupants) ;
–en occupation en été codée « ETE » (entre juin et
septembre) ;
–en occupation en hiver codée « HIV » (entre novembre
et février).
Méthodologie d'évaluation de la qualité
d'air intérieur et du confinement de l'air
Les mesures et les prélèvements des indicateurs de
qualité d'air intérieur et de confinement de l'air ont été
réalisés, à chaque phase d'enqu^ ete (VID, ETE, HIV), dans
deux pièces du logement : chambre à coucher des
référents du ménage (CHB) et séjour fermé (SEJ) ou
séjour ouvert sur la cuisine (C_US). Pour la majorité des
indicateurs (hormis pour la mesure des COVT et des
particules en nombre non réalisée dans la CNL) les
protocoles de mesure, de prélèvement et d'analyse sont
identiques à ceux de la CNL [10] dans le but de pouvoir
comparer des bâtiments performants en énergie avec la
base de données de référence de la qualité de l'air
intérieur des logements français existants et construits
avant octobre 2003.
Les enregistreurs de données ont permis de suivre
pendant une semaine, sur 5 ou 10 minutes de pas de
temps, l'évolution temporelle du CO
2
, du CO, des COVT
et du nombre de particules en suspension dans l'air
(tableau 1).
Des prélèvements ont également été réalisés en
parallèle puis ont été envoyés en laboratoires d'analyses
pour déterminer les concentrations en COV et aldéhydes
dans l'air, la concentration massique en particule (PM
2,5
)
et la concentration du radon dans l'air (tableau 2).
Tableau 1. Stratégie de mesure des paramètres de confinement et de qualité d'air intérieur.
Table 1. Assessment of air renewal and indoor air quality parameters.
Paramètre Principe de mesure
Appareil utilisé Fréquence et durée de mesure Nombre et lieu du point de mesure
CO Cellule électrochimique
Pac III (Dräger) En continu pendant 1 semaine
1 dans pièce si présence
d'un appareil de chauffage
à combustion
CO
2
Capteur infrarouge
Q-Track 8552 (TSI)
1 dans CHB
COVT Détecteur à photo ionisation
ppbRAE –PGM 7240
(RAE Systems)
Pas de temps de 10 minutes
pour tous les appareils sauf
pour le Pac III, 5 minutes
1 dans C_US ou SEJ
Particules en nombre Compteur optique
portable aérosol
Spectrometer –1.108 (Grimm)
CHB : chambre/bedroom ; C_US : séjour ouvert sur cuisine/kitchen open to living room ; SEJ : séjour/living room ; COVT : composés organiques volatils
totaux/TVOC : total volatile organic compounds.
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Mesures aérauliques du bâtiment
Les mesures aérauliques ont été effectuées sur la base
de plusieurs paramètres concernant l'ensemble du
bâtiment (perméabilité à l'air), quelques pièces (taux de
renouvellement d'air par gaz traceur) et le système de
ventilation mécanique (mesures des débits d'air aux
bouches d'extraction, de la température et de la vitesse de
l'air soufflé aux bouches d'insufflation) (tableau 3). La
majorité de ces mesures longues et intrusives ont été
réalisées en situation d'inoccupation (VID). Une mesure
ponctuelle de contrôle du débit d'air extrait a été réalisée
dans une seule pièce du bâtiment à chaque phase
d'occupation (ETE et HIV).
Mesure des conditions d'ambiance
Les mesures thermiques et acoustiques réalisées dans
chaque bâtiment sont détaillées dans le tableau 4. Les
Tableau 2. Stratégie de prélèvement et d'analyse des paramètres de qualité d'air intérieur.
Table 2. Sampling and analysis of indoor air quality parameters.
Paramètre Mode de prélèvement Fréquence et durée
de mesure Nombre et lieu du point de mesure Technique d'analyse ou de mesure
COV
et aldéhydes
Prélèvements passifs
par tubes Radiello
1
remplis de Carbograph 4
pour les COV et de Florisil
1
(ou silice de magnésium activée)
imprégné de DNPH
pour les aldéhydes
Intégré
sur 1 semaine
1 COV et 1
aldéhyde
dans CHB
Analyse des COV par
chromatographie en phase
gazeuse, détection
par spectrométrie de masse
et ionisation de flamme
Analyse des aldéhydes
par chromatographie liquide
haute performance
et détection par absorption
dans l'UV.
Radon Prélèvements passifs
par dosimètres Kodalpha
Intégré sur 2 mois 1 dans CHB
1 dans C_US
ou SEJ
Comptage du nombre
d'impacts de particules
alpha sur le film
Particules
en masse
(PM
2,5
)
Prélèvement actif sur filtre au
moyen d'un MicroVol 1100
(Ecotech) équipé d'une t^ ete
de prélèvement avec
ChempPass 3400 (Thermo)
Intégré et séquencé
sur 1 semaine en présence
des occupants (de 17h
à 8h les jours de semaine
et 24h le week-end)
1 dans C_US
ou SEJ
Pesée selon la norme
NF EN 14907 [11]
CHB : chambre/bedroom ; C_US : séjour ouvert sur cuisine/kitchen open to living room ; SEJ : séjour/living room ; COV : composés organiques volatils/
VOC : volatile organic compounds ; DNPH : 2,4-dinitrophénylhydrazine/DNPH : 2,4-dinitrophenylhydrazine.
Tableau 3. Mesures aérauliques des bâtiments.
Table 3. Ventilation-related measurements in building.
Paramètre Principe de mesure
Appareil utilisé Fréquence de mesure Nombre et lieu du point de mesure
Perméabilité à l'air
de l'enveloppe
du bâtiment
Test de la porte soufflante
Minneapolis BlowerDoor
Ponctuelle
1 mesure dans le bâtiment
Taux de renouvellement
d'air
Technique du gaz traceur
moniteur multigaz B&K
type 1302
avec échantillonneur
et doseur multipoint
B&K type 1303
2 mesures (CHB et C_US ou SEJ) –
système de ventilation
à l'arr^ et puis en fonctionnement
Débits d'air extrait Anémomètre à fil chaud
SW233 (Swemaflow)
Mesures de toutes les bouches
d'extraction - système
de ventilation en fonctionnement
CHB : chambre/bedroom ; C_US : séjour ouvert sur cuisine/kitchen open to living room ; SEJ : séjour/living room.
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