Auteur : département technique Mycond
Le contrôle de l'humidité de l'air est l'un des aspects clés, mais souvent sous-estimés, de la conception des systèmes techniques des bâtiments. La nécessité de cet article est motivée par un problème systémique : le manque d'alignement entre les normes de conception, les exigences technologiques et la physique des échanges d'humidité conduit à des erreurs dans le calcul des charges d'humidité, ce qui entraîne des problèmes d'exploitation et des pertes économiques importantes.
L'humidité de l'air est caractérisée par deux indicateurs principaux : l'humidité absolue et l'humidité relative. L'humidité absolue est la quantité de vapeur d'eau en grammes par mètre cube d'air. L'humidité relative est le rapport entre la teneur effective en humidité de l'air et la teneur maximale possible à une température donnée, exprimé en pourcentage.
À titre d'illustration de la méthode de calcul du point de rosée, considérons un exemple : un air à 24°C et 50 % d'humidité relative a un point de rosée d'environ 12,9°C. Cela signifie que sur toute surface dont la température est inférieure à 12,9°C, la condensation commencera. Ces paramètres sont donnés pour comprendre la physique du processus — en conception réelle, on utilise les données de projet effectives.
L'humidité de l'air a un impact significatif sur divers matériaux. Les matériaux hygroscopiques, tels que le bois, le papier ou les textiles, absorbent l'humidité de l'air, ce qui entraîne des variations de leurs dimensions et de leurs propriétés physico-mécaniques. Selon la pratique d'ingénierie, une variation de 20 % de l'humidité relative de l'air peut provoquer une variation dimensionnelle des produits en bois de 0,5 à 1 %, ce qui est critique pour les mécanismes de précision et les meubles. Les valeurs spécifiques dépendent du type de matériau et des conditions d'exploitation.
Les métaux sont sujets à la corrosion en cas d'humidité élevée, en particulier lorsque le point de rosée est atteint à leur surface. En électronique, une humidité excessive peut provoquer de la condensation sur les cartes et la corrosion des contacts, tandis qu'une humidité insuffisante accroît le risque d'électricité statique et d'endommagement des composants.
Cadre normatif
La norme européenne EN 16798-1:2019 établit une classification de la qualité de l'environnement intérieur (IEQ) pour différents types de bâtiments. Selon cette norme, les exigences d'humidité de l'air sont différenciées par catégories. Pour la catégorie I (niveau d'exigence élevé), l'humidité relative de l'air doit être maintenue entre 30 et 50 %, pour la catégorie II (niveau normal) — 25-60 %, et pour la catégorie III (niveau acceptable) — 20-70 %.
Un aspect important de l'approche moderne de la normalisation des paramètres du microclimat est le concept de confort adaptatif, qui prend en compte les différences saisonnières et l'adaptation des personnes à des conditions variées. Pour illustrer l'influence de la température sur l'humidité absolue de l'air : à 50 % d'humidité relative, un air à 20°C contient environ 8,7 g/m³ d'eau, tandis qu'à 25°C avec la même humidité relative, il en contient déjà près de 11,5 g/m³. Cela montre l'importance de comprendre l'humidité absolue lors de la conception des systèmes de ventilation : un système dimensionné pour traiter un air à une certaine humidité relative peut s'avérer inefficace si la température change.
La méthodologie de choix des paramètres de calcul repose sur des données statistiques, telles que le pourcentage de temps pendant lequel les paramètres doivent être respectés. Selon l'EN 15251, les paramètres du microclimat peuvent sortir des plages normalisées pendant une période limitée (généralement 3 à 5 % du temps de fonctionnement). Cette approche permet de trouver un équilibre entre confort et efficacité énergétique.
Exigences en matière d'humidité dans les bâtiments commerciaux
En pratique de conception, pour les bureaux, on considère souvent des plages d'humidité relative de 30 à 60 % en hiver et de 40 à 60 % en été. Les limites spécifiques sont fixées par le concepteur en fonction des normes, des équipements et des conditions d'exploitation. En cas de faible humidité (inférieure à 30 %), les employés peuvent ressentir une sécheresse de la peau, une irritation des yeux et des voies respiratoires, et le risque d'accumulation d'électricité statique augmente. En cas d'humidité élevée (supérieure à 60 %), des conditions favorables au développement de micro-organismes, notamment des moisissures et des bactéries, sont créées.
Pour illustrer la méthode de calcul de la charge d'humidité, considérons un bureau hypothétique de 100 m² avec 10 employés. Chaque personne à activité modérée émet environ 50 à 70 g/h d'humidité. L'émission totale d'humidité due aux occupants sera de 500 à 700 g/h. Si le système de ventilation fournit 500 m³/h d'air extérieur avec une humidité absolue de 6 g/m³ et extrait un air à 8 g/m³, l'évacuation d'humidité par la ventilation sera de 1000 g/h (500 × (8−6)). Cet exemple illustre l'approche de calcul — la méthodologie s'applique avec les données réelles du projet.
Dans les bureaux, la principale charge d'humidité provient souvent de l'air extérieur, en particulier pendant les périodes chaudes et humides de l'année, lorsque l'humidité absolue de l'air extérieur est élevée.
Dans les centres commerciaux, les exigences d'humidité diffèrent fortement selon la fonction des zones. Les sections alimentaires nécessitent un contrôle de l'humidité pour éviter la détérioration des produits. Le problème de la condensation sur les surfaces froides (notamment sur les vitrages des vitrines réfrigérées) survient lorsque la température de surface est inférieure au point de rosée de l'air ambiant.
Dans les hôtels, les régimes d'humidité varient selon les zones : cuisines avec des émissions technologiques élevées d'humidité, salles de conférence à densité d'occupation variable et donc à émissions d'humidité humaines fluctuantes.
Une erreur typique lors de la conception de bâtiments commerciaux multifonctionnels est l'application d'une approche universelle à tous les espaces, la sous-estimation des charges d'humidité et l'absence de zonage des systèmes de climatisation.
Exigences en matière d'humidité dans les installations industrielles
Dans l'industrie pharmaceutique, les exigences d'humidité sont particulièrement strictes. Selon le GMP Annexe 1 (2022), pour les salles propres de classe A/B, une surveillance et un contrôle continus des paramètres du microclimat, y compris l'humidité, sont nécessaires. Pour les salles propres de classe ISO 5 selon l'ISO 14644-1:2015, les exigences de stabilité des paramètres d'environnement sont les plus élevées.
En pratique pharmaceutique, on rencontre des plages d'humidité relative de 35 à 50 % avec des tolérances de ±5 %. Les valeurs précises sont déterminées par le concepteur conformément au règlement technologique de production. Le contrôle de l'humidité est crucial lors du travail avec des poudres hygroscopiques, qui peuvent modifier leurs propriétés en absorbant l'humidité de l'air.
Pour illustrer le calcul du déshumidification, considérons un local de production pharmaceutique de 500 m³ avec une exigence de 40±5 % d'humidité relative à 22°C. Pour atteindre ces paramètres, il faut maintenir une humidité absolue d'environ 7,5 g/m³. Si l'air extérieur a une humidité absolue de 12 g/m³ et que le système de ventilation assure 10 renouvellements d'air par heure, la puissance de déshumidification nécessaire sera d'environ 22,5 kg/h (500 × 10 × (12−7,5) / 1000). Le calcul illustre la méthodologie — dans le projet, toutes les données proviennent du cahier des charges.
Dans l'industrie alimentaire, les exigences d'humidité varient considérablement selon le processus technologique. Les ateliers de séchage nécessitent une faible humidité pour une évacuation efficace de l'eau des produits. Ici, la compréhension de la physique des pressions partielles de vapeur d'eau est essentielle : plus l'humidité relative de l'air est basse, plus le séchage est intense.
Dans les boulangeries, au contraire, une humidité plus élevée est souvent nécessaire pour assurer un processus de cuisson adéquat. Dans les entrepôts de denrées alimentaires, les exigences d'humidité sont définies pour éviter la détérioration des produits.
Dans les chambres froides, le problème de la condensation lors de l'ouverture des portes et de l'entrée d'air chaud et humide est particulièrement pertinent. Le calcul du point de rosée et l'évaluation des risques de condensation sont donc une étape importante de la conception.
Pour l'industrie électronique, notamment pour les processus de photolithographie, le maintien de paramètres d'humidité stables est crucial pour garantir la qualité des produits. Les écarts par rapport aux paramètres fixés peuvent entraîner des pertes économiques significatives dues aux rebuts.
Dans l'industrie textile, l'humidité de l'air influence la casse des fils lors du tissage : lorsque l'humidité est faible, l'électricité statique et les frottements augmentent, ce qui accroît le risque de rupture.
Dans l'industrie du bois et dans les entrepôts de bois, la notion d'humidité d'équilibre du bois, déterminée par les paramètres de l'air ambiant, est importante.
Exigences en matière d'humidité dans les établissements institutionnels
Dans les hôpitaux, en particulier dans les blocs opératoires, le contrôle de l'humidité est crucial. Selon l'ASHRAE Standard 170-2017 "Ventilation of Health Care Facilities", une humidité relative de 20 à 60 % est recommandée pour les salles d'opération. Cependant, en pratique hospitalière, on rencontre des plages plus étroites, notamment 40-60 %. Les valeurs spécifiques sont définies par le concepteur en fonction des normes nationales et du type d'opérations.
Lors du choix des paramètres d'humidité, il est nécessaire de trouver un équilibre entre la prévention de l'électricité statique (qui nécessite une humidité plus élevée) et l'inhibition du développement des micro-organismes (qui nécessite une humidité plus basse). La ventilation des blocs opératoires est conçue en tenant compte de la nécessité de maintenir des paramètres de microclimat stables.
Pour illustrer le calcul de la charge d'humidité dans une salle d'opération, on peut considérer un espace de 36 m² avec 6 personnes (personnel médical). L'émission totale d'humidité due aux personnes à forte activité peut être d'environ 100 g/h par personne, soit 600 g/h pour l'ensemble du personnel. Un système de ventilation avec un taux de renouvellement d'air de 20 volumes/heure pour une pièce de 3 m de hauteur (volume total 108 m³) fournit 2160 m³/h d'air. Avec une différence d'humidité absolue entre l'air soufflé et repris de 1 g/m³, le système évacuera 2,16 kg/h d'eau. Ces calculs illustrent l'approche méthodologique — les paramètres spécifiques sont déterminés par le cahier des charges.
Dans les établissements d'enseignement, l'humidité influe sur le confort et la santé des élèves et des enseignants. Une faible humidité de l'air peut accroître la sensibilité aux maladies respiratoires, en particulier pendant la période de chauffage.
Les musées et archives ont des exigences spécifiques en matière d'humidité pour la conservation des œuvres. Selon l'Institut international de conservation (IIC), pour la plupart des documents papier et des peintures, une humidité relative de 45 à 55 % avec des fluctuations quotidiennes minimales est recommandée. Différents types d'objets nécessitent des conditions de conservation différentes.
Les mécanismes physiques de dégradation des objets en cas d'humidité inadéquate incluent des contraintes cycliques dans les matériaux lors des fluctuations d'humidité, le développement de moisissures en cas d'humidité élevée (en particulier au-dessus de 65 % sur une longue période) et la corrosion des éléments métalliques.
Exigences en matière d'humidité dans les installations sportives
En pratique de conception des piscines couvertes, on rencontre des plages d'humidité relative de 50 à 65 %. Les valeurs spécifiques dépendent du type de piscine, des équipements et des normes nationales. L'humidité élevée dans les locaux de piscines est liée à l'évaporation intense de l'eau à la surface du bassin.
Pour illustrer la méthode de calcul de l'évaporation, considérons une piscine hypothétique de 250 m² avec une température d'eau de 28°C et une température de l'air de 30°C. Selon la formule VDI 2089, l'intensité d'évaporation W (kg/h) peut être déterminée comme suit :
W = ε × A × (Ps - Pd)
où ε est un coefficient empirique (environ 0,5 pour une piscine calme et jusqu'à 15 pour des bassins avec attractions aquatiques), A est la surface d'eau (m²), Ps est la pression de vapeur saturante à la température de l'eau (kPa), Pd est la pression partielle de vapeur d'eau dans l'air (kPa).
Dans les conditions indiquées, l'évaporation peut être de 25 à 75 kg/h selon l'activité dans la piscine. La méthodologie s'applique avec les données réelles du projet.
Un aspect important de la conception des locaux de piscines est la prévention de la condensation sur les surfaces froides (murs, fenêtres, structures métalliques). Pour cela, la température de toutes les surfaces doit être supérieure au point de rosée de l'air. La condensation peut entraîner la corrosion des éléments métalliques et la dégradation des structures du bâtiment.
Dans les salles de sport, les exigences d'humidité sont moins strictes que dans les piscines, mais restent importantes pour assurer le confort des sportifs. Dans les zones SPA, différents locaux (saunas, hammams, salles de repos) nécessitent des paramètres d'humidité différents.
Dans les patinoires, le problème de la condensation sur les surfaces froides, en particulier sur la glace, est particulièrement aigu car il peut en dégrader la qualité.
Exigences en matière d'humidité dans les centres de données
Selon les recommandations de l'ASHRAE TC 9.9 (2016), pour les centres de données, les plages d'humidité relative admissibles sont de 8 à 80 % et les plages recommandées de 25 à 60 % (selon la classe du centre de données). En pratique de conception, on adopte souvent des plages plus conservatrices de 40 à 60 % pour assurer la fiabilité des équipements. Les valeurs spécifiques dépendent des exigences des fabricants d'équipements.
Une humidité trop basse dans les centres de données augmente le risque d'endommagement des composants électroniques dû à l'électricité statique, tandis qu'une humidité trop élevée peut entraîner la condensation sur les équipements, en particulier lors de fluctuations de température.
Un aspect important de la conception des systèmes de contrôle de l'humidité dans les centres de données est de trouver un équilibre entre la fiabilité de fonctionnement des équipements et l'efficacité énergétique, car les systèmes d'humidification et de déshumidification consomment une quantité importante d'énergie.
Exigences en matière d'humidité dans les bâtiments résidentiels
Pour les bâtiments résidentiels, on considère en pratique des plages d'humidité relative de 30 à 60 %. Les valeurs spécifiques dépendent des normes nationales, de la zone climatique et de la saison. En hiver, en raison de la faible teneur en humidité de l'air extérieur et du chauffage intensif, l'humidité relative en intérieur chute souvent en dessous du niveau de confort. En été, surtout dans les zones au climat humide, l'humidité excessive peut devenir un problème.
L'humidité de l'air dans les logements influe sur la santé des occupants. Une faible humidité peut provoquer une sécheresse des muqueuses, accroître la sensibilité aux infections et aggraver les réactions allergiques. Une humidité élevée crée des conditions favorables au développement de micro-organismes, notamment les acariens de poussière domestique et les moisissures, qui sont des allergènes.
Le problème de la condensation sur les surfaces froides (fenêtres, angles des murs extérieurs) est particulièrement pertinent pour les bâtiments résidentiels mal isolés. La cause physique de la condensation est le refroidissement de l'air jusqu'au point de rosée au contact d'une surface froide.
Les principales sources domestiques d'humidité dans les logements sont la respiration des personnes, la cuisson, la lessive, le séchage du linge et les plantes d'intérieur.
Méthodologie de calcul et zonage
Lors de la conception des systèmes de contrôle de l'humidité, il est important d'établir une hiérarchie des exigences : les exigences technologiques (conservation des produits, fonctionnement des équipements) ont une priorité plus élevée que les exigences normatives et de confort.
Le calcul des charges d'humidité comprend l'identification des sources d'humidité (occupants, processus technologiques, infiltration d'air extérieur) et des voies d'évacuation de l'humidité (ventilation, déshumidificateurs). La puissance des systèmes de déshumidification et d'humidification est calculée en tenant compte de coefficients de sécurité, qui dépendent du degré d'incertitude des données initiales et du caractère critique du maintien des paramètres fixés.
Le zonage des bâtiments selon le régime d'humidité est un principe de conception important. Les locaux aux exigences d'humidité proches sont regroupés en zones desservies par des systèmes de conditionnement distincts. Les solutions techniques pour le zonage incluent l'utilisation de rideaux d'air, de sas et le maintien de gradients de pression entre les pièces.
Erreurs typiques et conséquences en exploitation
Parmi les erreurs typiques lors de la conception des systèmes de contrôle de l'humidité : appliquer des approches universelles sans tenir compte des spécificités de l'objet, sous-estimer les charges d'humidité, et un mauvais choix des paramètres de calcul de l'air extérieur.
Les erreurs d'exploitation incluent un mauvais réglage des systèmes d'automatisation, un entretien tardif des équipements, des mesures incorrectes des paramètres (utilisation d'instruments non calibrés, mauvais emplacement des capteurs).
Une humidité excessive dans les locaux entraîne la condensation sur les surfaces froides, le développement de moisissures, la corrosion des éléments métalliques et l'endommagement des équipements électroniques. Une humidité insuffisante provoque de l'inconfort, accroît l'électricité statique et cause des dommages mécaniques aux matériaux hygroscopiques (retrait du bois, fissuration des revêtements de peinture et de vernis).
Les conséquences économiques d'un contrôle inadéquat de l'humidité incluent des coûts d'exploitation accrus, une réduction de la durée de vie des structures et des équipements du bâtiment, et des pertes dues aux rebuts de production ou aux dommages sur les marchandises en entrepôt.
Systèmes de contrôle et efficacité énergétique
Pour un contrôle efficace de l'humidité, des capteurs d'humidité relative précis avec un étalonnage régulier sont nécessaires. La précision de la mesure est particulièrement importante pour les sites aux exigences strictes en matière de microclimat (entreprises pharmaceutiques, musées).
Les systèmes de régulation automatique doivent garantir des paramètres de microclimat stables face aux variations des conditions extérieures et des charges internes.
Les approches énergétiquement efficaces du contrôle de l'humidité incluent l'utilisation de la récupération de chaleur et d'humidité, l'emploi de déshumidificateurs par adsorption avec régénération par chaleur issue de sources alternatives, et l'optimisation des modes de fonctionnement des systèmes en fonction des besoins réels.
Conclusions
Un contrôle adéquat de l'humidité dans les bâtiments de différents usages est une tâche d'ingénierie complexe qui nécessite une compréhension approfondie de la physique des processus, des exigences réglementaires et des particularités technologiques de l'objet. Lors de la conception des systèmes de contrôle de l'humidité, il faut respecter la hiérarchie des exigences, prendre en compte toutes les sources d'émission d'humidité et appliquer les principes de zonage.
Recommandations pratiques pour les concepteurs :
- Analyser en détail les exigences technologiques et les conditions d'exploitation de l'objet
- Tenir compte des fluctuations saisonnières des paramètres de l'air extérieur
- Appliquer des coefficients de sécurité appropriés lors du dimensionnement de la puissance des systèmes
- Assurer des systèmes fiables de contrôle et de surveillance automatiques
- Trouver un équilibre entre les exigences de microclimat et l'efficacité énergétique
La priorité doit toujours être d'assurer les paramètres nécessaires pour les processus technologiques, la préservation des structures du bâtiment, le confort et la santé des personnes, avec une consommation d'énergie minimale.
