Développement et mise en place d’une méthode de classification multi-blocs

Développement et mise en place d’une méthode de
classification multi-blocs

La pollution de l’air intérieur

La contamination de l’air intérieur est souvent due à la présence nombreux polluants chimiques, biologiques ou physiques [Kirchner et al. 2011; De Baudouin 2006] provenant de l’air extérieur, du bâtiment et de ses équipements ou des occupants et de leurs activités. 

Les polluants chimiques

Les polluants chimiques de l’air intérieur, de loin les plus nombreux, sont retrouvés sous la forme gazeuse, d’aérosols, ou sous forme particulaire. Leur toxicité tient principalement de leur formule chimique. Les principaux polluants sont :  Le monoxyde de carbone (CO), gaz très toxique, qui provient de la combustion incomplète de matériaux carbonés charbon, pétrole, essence, oul, gaz, bois ou éthanol.

LA POLLUTION DE L’AIR INTÉRIEUR

Il s’agit de la première cause de mortalité accidentelle par émanations toxiques en France. En cause le plus souvent, les installations de chauage mal réglées ou mal entretenues.  Les Composés organiques volatils (COV) recouvrent une grande variété de substances chimiques ayant pour point commun d’être composés de l’élément carbone et d’autres éléments tels que l’hydrogène, les halogènes, l’oxygène, . . . et d’être volatils à température ambiante. Regroupés au sein de grandes familles dénies en fonction de leur formule chimique, ils sont utilisés dans la fabrication de nombreux produits et matériaux (peinture, vernis, colles, moquette, carrelage, nettoyants, tissus neufs, etc.). Les COV englobent des familles très variées et présentent, selon les substances et les niveaux d’exposition, des eets divers sur la santé comme des irritations de la peau, des muqueuses et du système pulmonaire, des nausées, maux de tête et vomissements.  Les oxydes d’azote (NOx), gaz formés d’azote et d’oxygène, comprenant le monoxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO2) ; ils sont émis lors de combustions à haute température ; la pollution intérieure provient essentiellement des appareils de chauffage ou de production d’eau chaude, des gazinières, du tabagisme ou de la circulation automobile (transfert de la pollution extérieure à l’intérieur des bâtiments) ; leur eet sanitaire concerne principalement les phénomènes d’irritation de l’appareil respiratoire (poumons).

Les polluants biologiques

Les polluants microbiologiques ne sont pas moins nocifs : moisissures, bactéries, virus, acariens, pollens etc. Les polluants biologiques peuvent se rencontrer un peu partout dans les espaces clos : moquettes, revêtements muraux, matériaux d’isolation, installations sanitaires, circuits de distribution d’eau, systèmes de climatisation et de ventilation, etc. La présence de cette contamination peut poser notamment des problèmes de santé pour les personnes fragiles, en particulier les enfants, les asthmatiques et les personnes âgées. Elle peut provoquer des allergies voire des infections respiratoires (rhinites, par exemple) et pulmonaires (asthme, légionellose, et contribuent au développement de l’asthme. La chaleur, l’humidité en lien avec les dégâts des eaux, les remontées capillaires, des locaux mal entretenus, une mauvaise maintenance des installations d’eau chaude et de climatisation ou même la présence d’un malade (grippe) favorisent la présence, voire la prolifération de nombreux agents microbiologiques, augmentant les risques de leur diusion dans l’air intérieur et l’eau. 

Les pollutions physiques, comme les particules nes et ultranes ou encore le radon, peuvent aussi avoir de sérieuses conséquences sanitaires. Ainsi, ce gaz radioactif cancérogène qu’est le radon est présent à l’état naturel dans certaines régions et peut pénétrer à l’intérieur des bâtiments par les défauts d’étanchéité. Les particules en suspension provenant de diverses sources extérieures (trac, industries, etc.) et d’activités domestiques (cuisson, chauage, tabagisme, etc.) peuvent provoquer des atteintes respiratoires (asthme, broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) etc.) et cardio-vasculaires.         

Impact de la qualité de l’air intérieur sur la santé et sur la productivité des occu pants

Depuis les années 70, de nombreuses études ont mis en évidence l’impact de la qualité de l’air intérieur sur la santé et le confort des occupants [Mosqueron et Nedellec 2001, 2004; Roulet 2004; Brightman et al. 2008; Billionnet 2012]. En particulier, dans l’étude américaine de référence BASE1 sur les immeubles de bureaux, 28% des participants ont rapporté 1 ou plusieurs jours d’arrêt maladie [Apte et al. 2000]. Les symptômes associés à ces maladies sont multiples et variables avec des causes souvent aspéciques et multifactorielles [Merlo 2002; EPA 1995]. Ils peuvent être respiratoires (rhinorrhée, obstruction nasale, sécheresse nasale, toux, etc), oculaires (sécheresse des yeux, larmoiement, etc), cutanés (sécheresse de la peau, éruptions cutanées), sensoriels (impression de mauvaises odeurs, mauvais goûts, éblouissements, etc) et généraux (fatigue, diculté de concentration, perte de la mémoire). Ces symptômes sont souvent présents sur les lieux de travail et disparaissent plus ou moins rapidement en dehors des bâtiments. Leur présence peut avoir un impact fort sur la productivité des occupants [Tuomainen et al. 2002; Fisk et al. 2011]. Ainsi, dans un environnement ayant une mauvaise qualité de l’air intérieur, en plus des arrêts maladies, les dicultés de concentration sont un réel frein pour la productivité des travailleurs. D’après l’étude BASE 40% des personnes interrogées pensent avoir une productivité réduite en lien avec une qualité de leur environnement intérieur de travail dégradée [Apte et Daisey 1999; Apte et al. 2000; Brightman et al. 2008]. 1. Building Assessment Survey and Evaluation, réalisée entre 1994 et 1998 sur 100 immeubles de bureaux, EPA [1995]

CONFORT

La sensation de bien-être est une notion subjective dépendant de la propre évaluation d’une personne d’un environnement donné. La notion de confort peut toutefois être interprétée objectivement à partir des mécanismes physiologiques du corps humain. On distingue le confort thermique, visuel et acoustique. Confort thermique Les conditions de confort thermique dépendent de quatre paramètres physiques caractérisant l’environnement et de deux paramètres caractéristiques de l’individu :  la température de l’air ;  la température moyenne de rayonnement ;  la vitesse de l’air ;  l’humidité de l’air ;  le niveau d’activité de l’individu ;  la résistance thermique de son habillement. A partir de ces 6 paramètres, il est alors possible de dénir des indices de confort thermique permettant de caractériser le niveau de confort d’un individu placé dans une ambiance donnée [Parat et al. 2009]. Confort visuel Le confort visuel est une impression subjective liée à la quantité, à la qualité et à la distribution de la lumière. Le confort visuel dépend d’une combinaison de paramètres physiques : l’éclairement, la luminance, le contraste, l’éblouissement et le spectre lumineux, et de facteurs physiologiques, psychologiques liés à l’individu tels que son âge et son acuité visuelle [Bremond-Gignac et al. 2002; Dubois 2006]. Confort acoustique Le confort acoustique est lié à la qualité et à la quantité des évènements appréhendés par un auditeur. Les attentes des occupants concernant le confort acoustique consistent généralement à vouloir concilier deux besoins [CSTB 2005] :  d’une part, ne pas être dérangés ou perturbés dans leurs activités quotidiennes par des bruits aériens (provenant d’autres locaux voisins), des bruits de chocs ou d’équipements (provenant des diérentes parties du bâtiment) et par les bruits de l’espace 29 1.4. PERFORMANCES ENERGÉTIQUES (PE) extérieur (transports, passants, chantier, etc.) ;  mais, d’autre part, intérieur (logement, salle de classe, bureau) et extérieur en percevant les signaux qui leur sont utiles ou qu’ils jugent intéressants.

Performances Energétiques (PE)

De nombreuses composantes rendent compte de la performance énergétique d’un bâtiment. Ainsi, la consommation d’énergie d’un bâtiment, bien qu’indicateur pertinent de la performance énergétique globale, n’est pas susante pour qualier la performance énergétique de l’enveloppe du bâtiment et celle des équipements techniques de chauage, de refroidissement, de ventilation et d’éclairage. Par ailleurs, un bâtiment à haute performance énergétique d’enveloppe et/ou d’équipements techniques peut présenter une performance énergétique globale faible à cause de son usage, de sa gestion ou du comportement des occupants [Parat et al. 2009]. Pour ces diérents raisons, il est essentiel de rendre compte de la performance globale des bâtiments. De plus, à taille et usage égaux, certains bâtiments consomment 3 à 4 fois moins d’énergie que d’autres et les connaissances actuelles montrent que l’on peut améliorer la qualité de l’environnement intérieur tout en réduisant très fortement la consommation d’énergie [Roulet et al. 2006; De Baudouin 2006]. La section suivante, présente la campagne nationale bureaux (CNB). 

Campagne Nationale Bureaux (CNB)

Pour remédier au manque de connaissances sur le parc des bâtiments à usage de bureaux, et sur l’exposition des travailleurs dans ces bâtiments, l’Observatoire de la Qualité de l’Air Intérieur (OQAI) organise une campagne nationale de mesure de la qualité de l’air intérieur et d’évaluation des aspects santé et confort perçu ainsi que les performances énergétiques dans les immeubles de bureaux. Le protocole de cette Campagne Nationale Bureaux (CNB) est basé sur le programme européen HOPE 2 [Bluyssen et al. 2003] validé par de nombreux experts européens. Une adaptation et un anement du protocole initial de HOPE ont néanmoins été nécessaires pour l’appliquer aux bâtiments à usage de bureaux français. 2. HOPE Health Optimisation Protocol for Energy-eeicient buildings est un programme de recherche multidisciplinaire européen impliquant 9 pays a été mis sur pied pour évaluer le confort et la santé dans les bâtiments administratifs et résidentiels et leur relation avec la consommation d’énergie [Bluyssen et al. 2003]. 

CAMPAGNE NATIONALE BUREAUX (CNB)

 Objectifs

Le but de la CNB est dans un premier temps d’élaborer un état descriptif du parc des immeubles de bureaux de France métropolitaine en termes de qualité de l’air intérieur, de confort perçu par les occupants et de performances énergétiques an d’établir des typologies. Ensuite, dans une seconde étape, il s’agira de construire à partir des typologies précédentes des indicateurs de classement des immeubles de bureaux. La CNB vise donc à établir des regroupements d’immeubles en classes homogènes, par rapport à la qualité de l’air intérieur, à la santé et au confort perçu par les occupants et par rapport aux performances énergétiques, permettant d’expliquer les facteurs de dégradation de la qualité de l’air intérieur, l’eet de la présence de certains polluants sur la santé et l’appréciation du confort par les occupants et les performances énergétiques des immeubles. Puis, à travers ces groupements, il s’agira de dénir des indices de classement localement selon les thématiques QAI, santé et confort perçu par les occupants et performances énergétiques des immeubles de bureaux et un indice global de description des immeubles de bureaux. Ainsi, les méthodes statistiques utilisées pour atteindre ces objectifs seront d’une part non supervisées pour établir les typologies descriptives et d’autre part supervisées pour établir un classement des immeubles de bureaux. Les principales contributions de cette thèse concernent la partie non-supervisée. Une revue bibliographique et une présentation des méthodes de classication non-supervisées seront eectuées dans le chapitre 2. La section suivante est dédiée à la présentation des données de la CNB. 

Organisation

La campagne nationale bureaux se déroule en deux phases : Phase 1 La phase 1 concerne un premier échantillon d’immeubles répartis en France métropolitaine dont le choix est détaillé dans la section 1.5.4. Elle sera eectuée pendant une journée par trois techniciens enquêteurs formés préalablement (l’un d’eux aura exclusivement en charge le volet énergie). Cette phase est dédiée au recueil des données sur le bâtiment, les aspects santé et confort perçu par les occupants et la consommation énergétique. Dans cette phase, la collecte des données est réalisée grâce à des mesurages environnementaux dans cinq bureaux par immeuble et à travers quatre questionnaires :  les mesurages environnementaux sont réalisés dans cinq bureaux (ou au niveau des 31 1.5. CAMPAGNE NATIONALE BUREAUX (CNB) postes de travail occupés, pour le cas d’espaces ouverts). Les bureaux seront choisis pour être représentatifs des bureaux de l’immeuble : bureaux individuels, open space, bureau aveugle s’il y a lieu. Ils seront autant que possible répartis sur les diérentes façades (diérentes orientations). Seront mesurés sur la journée les paramètres suivants : concentrations en composés organiques volatils (COV) et aldéhydes, particules ultranes (comptage en nombre), température, humidité relative et concentrations en CO2. Un point extérieur servira de référence (mesure de COV).  un questionnaire d’accompagnement de la mesure décrivant les conditions de mesures des concentrations des polluants.  un questionnaire descriptif des éléments techniques du bâtiment. Les caractéristiques de l’immeuble et les usages susceptibles d’inuencer la qualité de l’air intérieur seront renseignés précisément : descriptif général, descriptif des environnements intérieur et extérieur, entretien, activités dans l’immeuble, etc  un questionnaire relatif à l’énergie : relevés des consommations énergétiques et descriptifs des ouvrants, parois, planchers, conditions de chauage, équipements et installations, etc  un auto-questionnaire, devant être rempli individuellement par les occupants du bâtiment, sur leur bien-être et leur perception du confort du bâtiment (ce questionnaire sera distribué aléatoirement aux occupants de l’immeuble avec un minimum de 50 occupants pour permettre le calcul d’indicateurs tel que BSI 3 (Building Synptom Index). Ce questionnaire est divisé en 4 parties : – informations générales ; – bien-être et symptômes ; – confort perçu par les occupants ; – autres aspects liés au bureau ; Les données recueillies lors de cette phase permettront de mener des études pour obtenir une classication des immeubles de bureaux selon les critères de santé, de confort perçu par les occupants et de performances énergétiques. Cette thèse intervient dans le cas de cette phase.