Auteur : service technique Mycond
La conception des systèmes de ventilation et de climatisation exige une compréhension précise de toutes les sources d’humidité présentes dans un local. Malheureusement, de nombreuses erreurs d’ingénierie surviennent en raison d’une prise en compte incomplète des apports d’humidité, lorsque seules 1 à 2 sources les plus évidentes sont considérées et que les autres sont ignorées.
Introduction : conséquences d’une prise en compte incomplète des sources d’humidité
La sous-estimation des apports d’humidité entraîne des conséquences physiques et économiques graves : apparition de condensation sur les surfaces froides, corrosion des structures métalliques, surconsommation d’énergie pour la déshumidification, usure prématurée des équipements et développement de moisissures. Le problème est particulièrement aigu dans les locaux aux exigences strictes en matière d’humidité — industries pharmaceutiques, entrepôts, piscines et locaux technologiques.
Un calcul correct de l’humidité d’un local nécessite la prise en compte des sept catégories de sources d’humidité : infiltration à travers l’enveloppe, émissions d’humidité par les occupants, apports via l’ouverture des portes et portails, relargage par les produits et matériaux, évaporation à partir des surfaces d’eau, air neuf insufflé sans déshumidification et procédés technologiques.
Bases physiques du transfert de masse de vapeur d’eau
Pour un calcul correct des apports d’humidité, il est nécessaire de comprendre les paramètres psychrométriques clés de l’air. Les principaux sont l’humidité absolue (quantité de grammes d’eau par kilogramme d’air sec), l’humidité relative (degré de saturation de l’air en vapeur d’eau exprimé en pourcentage) et la température de point de rosée (à laquelle débute la condensation).
Le transfert de masse de vapeur d’eau dans les bâtiments se produit en présence de forces motrices : différence d’humidité absolue entre différents volumes d’air, gradient de température et mouvement des masses d’air. L’intensité du transfert d’humidité dépend directement de la température (plus elle est élevée, plus l’évaporation est importante), de la vitesse de l’air (qui accélère l’évaporation) et de la différence de pressions partielles de vapeur d’eau (qui détermine la direction du déplacement de l’humidité).
Source 1 : Infiltration d’air humide à travers l’enveloppe du bâtiment
L’infiltration correspond à la pénétration d’air extérieur humide à travers les fuites de l’enveloppe : jeux des fenêtres et des portes, joints de panneaux, traversées non isolées pour les réseaux. Cette source est souvent sous-estimée, en particulier pendant la saison chaude dans un climat humide.
La méthodologie de calcul des apports d’humidité par infiltration repose sur la formule suivante : la quantité d’humidité est égale au débit massique de l’air infiltré multiplié par la différence d’humidité absolue entre l’air extérieur et l’air intérieur. L’intensité de l’infiltration dépend de la pression du vent, de la différence de température (effet de tirage) et de la classe d’étanchéité du bâtiment.
La variabilité saisonnière de l’infiltration est particulièrement marquée : en été, sous climat humide, l’infiltration peut représenter 40 à 60 % des apports d’humidité totaux, selon les conditions spécifiques du projet. Dans les régions côtières de France, ce facteur devient souvent déterminant.
Source 2 : Émissions d’humidité par les occupants
Les personnes émettent en permanence de l’humidité par la respiration (air saturé en vapeur d’eau à 37 °C) et par la transpiration. L’intensité de ce processus dépend de l’activité physique, de la température du local et du type de vêtement.
Les valeurs normatives d’émission d’humidité par personne varient largement : de 40 g/h au repos à température de confort jusqu’à 300 g/h lors d’un effort physique intense. La méthodologie de calcul pour différents types de locaux doit tenir compte de leur usage : activité faible dans les bureaux, élevée dans les salles de sport, et moyenne avec variations dans les ateliers de production et les magasins.
L’émission spécifique d’humidité par personne doit être précisée pour l’ouvrage concerné dès la phase de conception en tenant compte de tous les facteurs d’usage du local.
Source 3 : Portes et portails ouverts
À l’ouverture des portes et portails, il se produit un transfert de masse de vapeur d’eau via des mécanismes de convection libre (différence de densité entre air chaud et air froid) et d’échanges d’air forcés lors du passage des personnes et des véhicules.
La méthode d’évaluation des apports d’humidité via les ouvertures se base sur le calcul du volume d’air qui pénètre à chaque ouverture, multiplié par la différence d’humidité absolue entre l’air extérieur et l’air intérieur, ainsi que par la fréquence d’ouverture par heure.
Pour des locaux de stockage avec des portails de 10 à 20 m² et des durées d’ouverture de 2 à 5 minutes, les apports d’humidité peuvent être significatifs. L’algorithme de calcul comprend la détermination de la surface de l’ouverture, l’évaluation de la fréquence et de la durée d’ouverture, le calcul du débit volumique d’air et la conversion en masse de vapeur d’eau par heure.
Source 4 : Produits et matériaux humides
Le relargage d’humidité par les denrées alimentaires (légumes, fruits, viande, poisson), les matériaux de construction (béton frais, enduits), le textile et le papier peut représenter une part importante des apports d’humidité dans les locaux concernés.
Il existe trois méthodes principales pour évaluer l’émission d’humidité par les matériaux : par la variation de masse du produit au stockage, via des coefficients empiriques d’émission d’humidité et par la cinétique de séchage. L’intensité du processus dépend de la température de stockage, de la vitesse d’écoulement de l’air et de l’humidité initiale du produit.
Dans les calculs pratiques pour les entrepôts de légumes, les chambres froides et les dépôts de matériaux de construction, on utilise des valeurs indicatives qui sont précisées selon les conditions spécifiques. Par exemple, les légumes frais peuvent relarguer de 10 à 40 g d’eau par kilogramme de produit et par jour, selon la température et le renouvellement d’air.
Source 5 : Surfaces d’eau à l’air libre
L’évaporation à partir de surfaces d’eau à l’air libre (piscines, réservoirs, bains technologiques) se produit par transfert de masse de vapeur d’eau de la surface de l’eau vers l’air. L’intensité du processus est déterminée par des formules empiriques.
Le calcul de l’émission d’humidité depuis les surfaces d’eau suit l’algorithme suivant : déterminer la surface d’eau, mesurer la température de l’eau et de l’air, calculer la différence de pressions de vapeur saturante, puis appliquer la formule d’évaporation. Pour les piscines publiques avec une température d’eau de 26 à 30 °C, l’émission d’humidité peut atteindre 100 à 200 g/m² de surface d’eau par heure.
Une attention particulière doit être portée aux conditions spécifiques d’évaporation des bains technologiques (galvaniques, de lavage, de nettoyage), où la température élevée de l’eau et le mouvement intensif de l’air peuvent augmenter sensiblement l’évaporation.
Sources 6 et 7 : Air neuf insufflé et procédés technologiques
Si l’air extérieur introduit par la ventilation n’est pas déshumidifié, il apporte de l’humidité dans le local proportionnellement au débit massique et à la différence d’humidité absolue. Le calcul des apports se fait en multipliant le débit massique d’air neuf (kg/h) par la différence entre l’humidité absolue de l’air extérieur et celle de l’air intérieur.
Les procédés technologiques impliquant le lavage d’équipements, la blanchisserie, le séchage industriel, la cuisson et la production de vapeur constituent une source puissante d’humidité. L’évaluation se fait d’après la consommation d’eau et de vapeur ou par le bilan thermique du procédé.
La méthodologie d’inventaire des sources d’humidité liées aux procédés consiste à établir la liste de tous les processus, à estimer la consommation d’eau/vapeur pour chacun, puis à convertir en masse de vapeur d’eau par heure en tenant compte du planning de fonctionnement des équipements.
Apports d’humidité totaux : méthodologie de calcul et erreurs typiques
L’algorithme de détermination des apports totaux comprend : l’inventaire de toutes les sources d’humidité du local, le calcul des émissions pour chaque source séparément, la sommation de toutes les composantes et l’ajout d’une marge de 10 à 20 % pour les facteurs non pris en compte (la valeur précise dépend du degré d’incertitude des données initiales).
Les erreurs de conception typiques dans le calcul des apports d’humidité comprennent : l’ignorance de l’infiltration (surtout en été sous climat humide), l’utilisation de valeurs normatives obsolètes pour les émissions des occupants, l’absence de correction saisonnière des calculs et l’application de valeurs de catalogue fixes sans adaptation à l’ouvrage réel.
Il existe des conditions dans lesquelles les méthodes standard de calcul des apports d’humidité deviennent insuffisamment précises : climats extrêmes (climat tropical, zones côtières avec humidité relative de 90 à 100 %), procédés technologiques complexes avec émissions d’humidité instables, ouvrages à exploitation irrégulière. Dans ces cas, une vérification instrumentale des calculs est nécessaire.
FAQ Questions fréquentes
Comment définir la priorité de prise en compte des sources d’humidité ?
La priorité dépend du type d’ouvrage : pour les locaux résidentiels, les principales sources sont les occupants et l’infiltration ; pour les installations sportives, les occupants et leur activité ; pour les piscines, la surface d’eau ; pour les sites industriels, les procédés technologiques. Il est recommandé de réaliser une analyse rapide initiale de toutes les sources, suivie d’un calcul détaillé des 3 à 4 plus significatives.
Peut-on utiliser des valeurs spécifiques fixes d’apports d’humidité pour tous les sites ?
L’utilisation de valeurs indicatives n’est acceptable que pour des évaluations préliminaires. Pour une conception précise, il est nécessaire d’ajuster les valeurs aux conditions spécifiques : pour les occupants — en tenant compte de l’activité et de la température ; pour l’infiltration — en tenant compte de la classe d’étanchéité du bâtiment ; pour les surfaces d’eau — en tenant compte des températures de l’eau et de l’air.
Comment prendre en compte la variation saisonnière des apports d’infiltration ?
Il faut effectuer des calculs pour trois à quatre périodes caractéristiques de l’année, en utilisant les données climatiques propres à chaque période. Une attention particulière doit être portée à la saison chaude et humide, lorsque l’humidité absolue de l’air extérieur est supérieure à celle de l’air intérieur, ce qui conduit à des apports d’humidité dans le local.
Quels moyens instrumentaux permettent de mesurer les apports d’humidité réels ?
On utilise la méthode du bilan d’eau (mesure de la quantité de condensat évacuée par les systèmes de déshumidification) et la méthode du bilan d’air (mesure de la différence d’humidité absolue de l’air à l’entrée et à la sortie du local). Les mesures sont réalisées pendant des régimes d’exploitation caractéristiques du site.
Faut-il prévoir une marge de capacité des équipements au-delà des apports calculés ?
Oui, une marge recommandée de 15 à 30 % est à prévoir, selon le type d’ouvrage et le degré d’incertitude des données initiales. Pour les sites à fortes exigences de précision sur l’humidité (musées, pharmacie, électronique), la marge peut être augmentée à 30 à 40 %.
Conclusions
Un calcul correct des apports d’humidité est la base d’une conception efficace des systèmes de climatisation et de déshumidification. Les principes clés incluent la prise en compte exhaustive de toutes les sources d’humidité, l’adaptation des calculs à l’ouvrage réel et la prise en compte de la saisonnalité des apports.
Il est recommandé aux ingénieurs concepteurs : de réaliser un inventaire détaillé de toutes les sources d’humidité, de ne pas se fier uniquement aux valeurs de catalogue, de prévoir une marge de capacité des équipements et d’anticiper la possibilité de mesures instrumentales des apports réels en phase d’exploitation.
La précision du calcul des apports d’humidité détermine directement la fiabilité, l’économie et l’efficacité de l’ensemble du système de climatisation et de déshumidification. Une sous-estimation des apports conduit à la condensation, à la corrosion et à une surconsommation d’énergie, tandis qu’une surestimation entraîne une augmentation injustifiée des coûts d’investissement et d’exploitation.
