Auteur : département technique Mycond.
Le maintien d’un microclimat optimal dans les espaces muséaux et archivistiques est un facteur clé pour la préservation des valeurs historiques et culturelles. L’un des paramètres les plus importants du microclimat est l’humidité relative de l’air, car tout écart par rapport aux valeurs normatives peut entraîner des dommages irréversibles aux objets. La conception d’un système de déshumidification de l’air efficace pour les musées et les archives exige une approche d’ingénierie globale, la prise en compte des caractéristiques de chaque type d’espace et de la spécificité des objets.
Exigences normatives relatives au microclimat des espaces muséaux et archivistiques
Chaque type d’objet a ses exigences spécifiques en matière de température et d’humidité. Pour les documents papier, les conditions optimales sont une température de 18 à 22 °C avec une humidité relative de 50 à 55 % HR. Les meubles et objets en bois nécessitent 18 à 22 °C et 45 à 55 % HR. Les objets métalliques, notamment les armes, se conservent mieux à 15 à 20 °C et 35 à 45 % HR. Les textiles et tissus exigent 18 à 20 °C et 50 à 55 % HR. Pour les peintures sur toile, il est recommandé 18 à 22 °C avec 50 à 55 % HR. Les photographies et les films requièrent une température plus basse, 15 à 18 °C, et une humidité réduite, 30 à 40 % HR.
La plage normative générale de l’humidité relative pour la plupart des objets se situe entre 40 et 55 % HR, avec des exigences nettement plus strictes pour les matériaux sensibles. Il est particulièrement important d’éviter des variations brusques des paramètres : les variations journalières de température ne doivent pas dépasser 2 à 3 °C, et celles de l’humidité relative 5 à 7 % HR, afin d’éviter les déformations thermiques et les dommages aux objets.
Selon les normes internationales ISO 11799 pour les archives, ASHRAE Chapitre 24 pour les musées et EN 15757 pour le patrimoine culturel, les changements des paramètres du microclimat doivent s’effectuer progressivement. Lors d’un ajustement saisonnier, la vitesse de variation de l’humidité relative ne doit pas dépasser 3 à 5 % HR par semaine.
Spécificités des dépôts d’archives par rapport aux salles d’exposition
Les dépôts d’archives et les salles d’exposition présentent des différences significatives qu’il convient de prendre en compte lors de la conception des systèmes de déshumidification. Les archives se caractérisent par un accès rare et l’absence de flux constant de visiteurs, ce qui simplifie le maintien de paramètres stables du microclimat et le calcul du bilan d’humidité.
Le régime de température dans les dépôts d’archives est généralement plus bas (15 à 18 °C), ce qui contribue à ralentir les processus de dégradation des matériaux. Les exigences d’humidité relative pour les documents d’archives sont souvent plus basses (40 à 50 % HR) que pour les objets dans les salles d’exposition.
Des exigences plus strictes en matière de stabilité des paramètres dans les dépôts d’archives (variations ne dépassant pas ±3 % HR) sont dues à la valeur et à l’unicité particulières des documents. Pour les archives critiques, il est nécessaire de prévoir une redondance des systèmes de contrôle du climat afin de prévenir les situations d’urgence.
Composantes du bilan hygrométrique d’un espace muséal
Le bilan hygrométrique d’un espace muséal se compose de plusieurs éléments clés. L’infiltration d’humidité se produit à travers les parois, fenêtres, portes, joints et fissures, en particulier dans les bâtiments historiques. Pour le calcul de l’infiltration, on prend en compte la différence de teneur en humidité entre l’air extérieur et intérieur, ainsi que le taux de renouvellement d’air du local.
Les dégagements d’humidité par les visiteurs représentent une part importante de la charge d’humidité. Un adulte émet 40 à 80 g d’humidité par heure, selon le niveau d’activité et la température de l’air. Lors du calcul, il convient de prendre en compte le nombre de personnes, la durée de présence dans la salle (généralement 30 à 90 minutes) et le niveau d’activité.
Les objets, en particulier ceux fabriqués à partir de matériaux hygroscopiques (bois, papier, textile), participent activement aux échanges d’humidité avec l’air ambiant par les processus d’adsorption et de désorption. En cas d’augmentation de l’humidité de l’air, les objets absorbent l’humidité, et en cas de baisse, ils la restituent, ce qui crée un effet tampon et confère une inertie aux processus de variation de l’humidité.
L’humidité de l’air neuf du système de ventilation et la condensation possible sur les surfaces froides (vitres de vitrines, parois extérieures, tuyaux non isolés) influencent également de manière significative le bilan hygrométrique. Pour déterminer le risque de condensation, il est nécessaire de calculer la température du point de rosée.
Choix du type de système de déshumidification pour les conditions muséales
Lors du choix d’un système de déshumidification de l’air pour un musée ou une archive, il convient de prendre en compte plusieurs critères : la température du local, l’humidité cible et l’efficacité énergétique.
La déshumidification par condensation repose sur le principe du refroidissement de l’air en dessous du point de rosée, de la condensation de l’humidité, puis du réchauffage de l’air. Ces systèmes présentent une haute efficacité énergétique (COP 2 à 4) à des températures modérées et un coût relativement faible. Cependant, en dessous de 15 °C, leur performance chute fortement, et en dessous de 5 °C, il existe un risque de givrage de l’échangeur thermique.
La déshumidification par adsorption fonctionne sur le principe de l’absorption de l’humidité par un adsorbant, suivie d’une régénération à l’air chaud. Ces systèmes sont efficaces dans les archives froides avec des températures inférieures à 15 °C et lorsqu’il est nécessaire d’atteindre une humidité très basse (inférieure à 35 % HR). Leur performance est stable quel que soit la température, mais la consommation énergétique est plus élevée (COP 0,5 à 1,5).
Le choix entre des déshumidificateurs autonomes et un système centralisé tient compte du volume du local (valeur limite 500 à 1000 m³), du nombre de zones et de l’accessibilité pour la maintenance. Les systèmes autonomes assurent une installation simple, un zonage précis et une redondance. Les systèmes centralisés offrent des avantages tels qu’un point de maintenance unique, la possibilité de récupération de chaleur et l’intégration à un BMS.
Calcul de la capacité du système de déshumidification
Le calcul de la capacité du système de déshumidification repose sur l’analyse du bilan hygrométrique du local. La capacité est déterminée en unités de masse – kg/h ou l/jour (1 l d’eau = 1 kg). La formule de calcul est simple : elle est égale à la somme de tous les apports d’humidité, y compris l’infiltration, les dégagements d’humidité des visiteurs, l’humidité de l’air de ventilation et d’autres sources.
Lors du calcul, il faut tenir compte du mode de fonctionnement du système – continu (24/7) pour les archives ou intermittent pendant les heures d’ouverture du musée. Il est recommandé d’appliquer un coefficient de sécurité de 1,15 à 1,25 pour compenser les facteurs imprévus, l’irrégularité des charges et la baisse de performance de l’équipement avec le temps.
L’algorithme de vérification à l’aide du diagramme psychrométrique comprend la détermination de l’état initial de l’air (température et humidité), de l’état final après déshumidification (humidité cible), la vérification de la conformité de la différence de teneur en humidité avec la capacité calculée et l’atteignabilité des paramètres cibles à la température donnée.
Bilan thermique du local lors du fonctionnement du système de déshumidification
Lorsque le système de déshumidification fonctionne, des apports thermiques significatifs apparaissent dans le local, qu’il faut prendre en compte. Le processus de condensation de l’humidité s’accompagne de la libération de chaleur latente de vaporisation (2500 kJ/kg d’humidité ou 0,7 kWh/kg). La charge thermique due à la condensation se calcule comme le produit de la capacité de déshumidification par la chaleur latente de vaporisation.
Les apports thermiques supplémentaires comprennent : la chaleur du compresseur d’un déshumidificateur à condensation (la puissance électrique du compresseur se transforme entièrement en chaleur) ; la chaleur de l’élément chauffant d’un déshumidificateur à adsorption ; les apports des visiteurs (80 à 120 W par personne) ; l’éclairage et les apports à travers l’enveloppe du bâtiment.
Lors d’une déshumidification intensive en été, la charge thermique totale peut atteindre 5 à 10 kW pour une salle de taille moyenne, ce qui peut nécessiter un refroidissement supplémentaire du local. Pour éviter les pertes énergétiques, il est nécessaire d’intégrer correctement le système de déshumidification avec la climatisation et de coordonner leurs modes de fonctionnement.
Implantation des équipements et organisation de la distribution d’air
Le bon emplacement des équipements est crucial pour l’efficacité du système de déshumidification. Il faut assurer une circulation d’air libre, l’accessibilité pour la maintenance et la minimisation du bruit pour les visiteurs. La distance par rapport aux murs et à d’autres obstacles doit être d’au moins 0,5 à 1,0 m afin de garantir l’accès de l’air à l’orifice d’aspiration.
Les déshumidificateurs autonomes sont généralement installés au sol, et les systèmes centralisés au plafond. Lors de l’implantation, il faut éviter les erreurs typiques, telles que l’installation du déshumidificateur dans un angle sans circulation d’air adéquate ou derrière une cloison qui bloque le flux d’air.
Les capteurs de température et d’humidité sont placés au niveau des objets (1,0 à 1,5 m du sol) dans une zone aux paramètres stables, à l’écart des portes et des fenêtres. Pour les grands espaces, il est recommandé au minimum un capteur par zone de 100 à 150 m², et pour les dépôts critiques, des points de contrôle supplémentaires.
Systèmes de contrôle et de surveillance des paramètres du microclimat
Pour un contrôle efficace du microclimat des salles de musée et d’archives, des capteurs de température et d’humidité de haute précision sont nécessaires, avec une exactitude de ±2 % HR. La périodicité recommandée d’étalonnage des capteurs est annuelle, et pour les applications critiques – une vérification régulière avec des instruments étalons.
Les systèmes de surveillance modernes assurent la collecte et l’archivage des données à un intervalle de 10 à 30 minutes et la conservation de l’historique des paramètres sur plusieurs années. Pour piloter le système de déshumidification, on utilise un régulateur à hystérésis (mise en marche en cas de dépassement de la limite supérieure, arrêt à l’atteinte de la limite inférieure) avec une bande d’hystérésis de 3 à 5 % HR, ou des systèmes plus complexes avec régulation PID pour améliorer la précision du maintien des paramètres (±1 à 2 % HR).
L’intégration aux systèmes de gestion technique du bâtiment (BMS) assure une surveillance à distance, des alertes en cas d’incident et l’analyse des tendances. La visualisation des données sous forme de graphiques d’évolution de la température et de l’humidité aide à détecter les anomalies et à optimiser le fonctionnement du système.
Modes d’exploitation et réglages saisonniers
Les modes de fonctionnement du système de déshumidification varient selon la saison. Le mode estival se caractérise par une déshumidification intensive due à une humidité extérieure élevée ; un fonctionnement continu 24/7 est possible. En hiver, en raison de la faible humidité extérieure, une réduction ou un arrêt de la déshumidification est envisageable, et parfois même un besoin d’humidification de l’air chauffé par le système de chauffage.
Les saisons intermédiaires (printemps, automne) nécessitent un réglage flexible de la capacité en raison de la charge variable. Pour les salles d’exposition, un mode nocturne avec une intensité réduite en l’absence de visiteurs est possible tout en conservant la stabilité des paramètres.
Il est important d’assurer une variation progressive de la consigne lors des transitions saisonnières – pas plus de 3 à 5 % HR par semaine pour éviter la déformation des objets. La maintenance du système comprend le nettoyage mensuel des filtres, la vérification trimestrielle du compresseur et le remplacement de l’adsorbant tous les 2 à 5 ans.
Efficacité énergétique des systèmes de déshumidification pour les musées
L’efficacité énergétique des systèmes de déshumidification varie considérablement selon le type. Les déshumidificateurs à condensation présentent une consommation énergétique spécifique de 0,3 à 0,6 kWh/kg d’humidité retirée (COP 2 à 4), tandis que les systèmes à adsorption consomment 0,7 à 1,5 kWh/kg (COP 0,7 à 1,4). Les systèmes à condensation sont plus efficaces à des températures élevées, tandis que les systèmes à adsorption ont une consommation stable indépendamment de la température.
La consommation énergétique annuelle se calcule comme le produit de la capacité de déshumidification, de la durée de fonctionnement et de la consommation spécifique d’énergie. Pour une salle de musée de 200 m² avec une capacité de déshumidification de 2 kg/h, un fonctionnement de 4000 heures par an et une consommation de 0,5 kWh/kg, la consommation annuelle sera d’environ 4000 kWh.
Pour améliorer l’efficacité énergétique, il est possible d’utiliser la récupération de la chaleur de condensation (réduction des coûts de chauffage de 20 à 40 %), d’appliquer des compresseurs inverter (réduction de 20 à 30 % de la consommation par rapport à la régulation marche/arrêt) et d’optimiser les modes de fonctionnement (arrêt de la déshumidification lorsque les conditions extérieures sont favorables).
Erreurs de conception typiques dans le choix des systèmes de déshumidification pour les musées
Lors de la conception des systèmes de déshumidification pour les musées et les archives, des erreurs typiques sont fréquentes et peuvent conduire à un fonctionnement inefficace du système ou à des dommages aux objets. L’une des erreurs les plus courantes est l’utilisation de déshumidificateurs à condensation dans des archives froides avec des températures inférieures à 15 °C, ce qui entraîne une chute brutale des performances, le givrage de l’évaporateur et des arrêts d’urgence.
La sous-estimation des dégagements d’humidité des visiteurs dans les salles d’exposition à forte fréquentation et l’ignorance de l’infiltration par les portes, fenêtres et parois (en particulier dans les bâtiments historiques) conduisent à une capacité insuffisante du système, à une humidité au-dessus des normes et au risque de développement de moisissures.
D’autres erreurs fréquentes incluent : l’absence de mesures in situ des paramètres avant la conception ; l’absence de zonage selon les types d’objets (un seul système pour l’ensemble du musée alors que les exigences diffèrent pour le métal, le bois, le papier, etc.) ; un mauvais choix d’emplacement du déshumidificateur ; l’absence de redondance pour les archives critiques ; une puissance excessive du système avec risque de surséchage de l’air ; l’ignorance du bilan thermique et l’absence de système de surveillance.
Résultats de la mise en œuvre des systèmes de déshumidification : analyse de l’efficacité
L’évaluation de l’efficacité du système de déshumidification après la mise en service repose sur la comparaison des paramètres réels et calculés. Les indicateurs clés sont la stabilité du maintien de la température et de l’humidité, la fréquence des dépassements de seuil et la durée de retour à la normale après des écarts.
Les résultats typiques de la mise en œuvre dans les salles d’exposition incluent la réduction des fluctuations d’humidité relative de ±10 à 15 % à ±3 à 5 % et le maintien d’un niveau cible de 50 ± 3 % HR tout au long de l’année. Pour les dépôts d’archives, on observe une stabilisation des paramètres à 18 °C et 45 ± 2 % HR et l’absence de condensation sur l’enveloppe.
La stabilisation des paramètres du microclimat a un impact positif sur la conservation des objets, en réduisant la vitesse de vieillissement des matériaux organiques (papier, textile) d’un facteur 2 à 3. Le maintien d’une humidité inférieure à 60 % HR empêche le développement de moisissures et la corrosion biologique.
La consommation énergétique typique d’un système de déshumidification pour une salle de 200 m² est de 3000 à 5000 kWh par an, selon la zone climatique et le mode de fonctionnement. L’efficacité économique de l’investissement s’évalue en tenant compte de la réduction des coûts de restauration des objets et de l’évitement des situations d’urgence.
Limites d’application des méthodes de calcul pour les systèmes muséaux
Les méthodes de calcul pour la conception des systèmes de déshumidification comportent certaines limites qu’il convient de prendre en compte. Les limites de température pour la déshumidification par condensation (forte baisse de performance en dessous de 15 °C, nécessité de passer à l’adsorption en dessous de 5 °C) et les limites d’humidité cible (faible efficacité des systèmes à condensation pour atteindre des humidités inférieures à 35 à 40 % HR) sont critiques.
L’échelle de l’objet détermine le choix entre des déshumidificateurs autonomes (jusqu’à 500 à 1000 m³) et un système centralisé (au-delà de 1000 m³). En cas de taux de renouvellement d’air élevé (plus de 3 vol/h), la méthode de calcul change en raison de la prédominance des apports d’humidité par la ventilation.
Une incertitude particulière est caractéristique de l’infiltration dans les bâtiments historiques, où le taux de renouvellement d’air peut varier de 0,3 à 1,5 vol/h selon l’état de l’enveloppe. Cela exige des mesures in situ des paramètres avant la conception (au minimum une semaine de mesures ininterrompues) afin de déterminer les conditions réelles.
Questions fréquentes
Quelle humidité relative cible pour différents types d’objets ?
Les différents matériaux ont des plages d’humidité optimales différentes : métal – 35 à 45 % HR pour prévenir la corrosion ; bois – 45 à 55 % HR pour éviter les fissures ; papier – 50 à 55 % HR pour préserver la flexibilité des fibres. Il est impossible de fixer une valeur unique d’humidité pour tout le musée en raison de la divergence des exigences. La solution consiste à zoner l’espace par types d’objets avec des systèmes de régulation distincts pour chaque zone.
Comment prendre en compte les dégagements d’humidité des visiteurs dans le calcul de la capacité de déshumidification ?
La méthode de calcul prévoit de déterminer le nombre moyen de visiteurs par heure (d’après les statistiques ou les données de projet), de multiplier par la durée de présence dans la salle (typiquement 0,5 à 1,5 heure) et par les dégagements spécifiques d’humidité (40 à 80 g/h par personne, selon la température et l’activité). Par exemple, pour 50 personnes restant 1 heure et un dégagement spécifique de 60 g/h, les dégagements d’humidité seront de 3 kg/h.
Pourquoi les déshumidificateurs à condensation sont-ils inefficaces dans les archives froides ?
À des températures inférieures à 15 °C, la performance des déshumidificateurs à condensation chute fortement en raison de la baisse de la pression de vapeur saturante, et en dessous de 5 °C, il existe un risque de givrage de l’évaporateur. Les systèmes à adsorption assurent une performance stable à toute température grâce au processus physicochimique d’absorption de l’humidité. À des températures constamment inférieures à 12 à 15 °C, il convient de privilégier les systèmes à adsorption.
Comment déterminer la nécessité d’intégrer le système de déshumidification à la climatisation ?
L’intégration est obligatoire si la charge thermique totale due à la déshumidification dépasse 3 à 5 kW et qu’il est nécessaire d’évacuer la chaleur excédentaire du local. Un fonctionnement séparé est possible pour les archives froides (15 à 18 °C) et pendant les saisons intermédiaires à des températures modérées. Critère : si le fonctionnement du déshumidificateur élève la température du local de plus de 1 à 2 °C au-dessus de la cible, un refroidissement supplémentaire est nécessaire.
Quelles sont les conséquences pour les objets d’une capacité de déshumidification insuffisante ou excessive ?
Une capacité insuffisante entraîne une humidité supérieure à 60 à 65 % HR, créant des conditions favorables au développement de moisissures, à la corrosion biologique, à la condensation sur les surfaces froides et au gonflement du bois et du papier. Une capacité excessive provoque une baisse de l’humidité en dessous de 35 à 40 % HR, ce qui rend le papier cassant, cause des fissures dans le bois et le décollement des couches picturales. Les deux erreurs réduisent considérablement la durée de conservation des objets.
Conclusions
La conception d’un système de déshumidification de l’air pour les musées et les archives exige une approche globale avec analyse des exigences normatives, calcul détaillé des bilans hygrométrique et thermique, et zonage selon les types d’objets.
Le choix du type de système (condensation ou adsorption) dépend de manière critique de la température du local, la valeur limite de 12 à 15 °C marquant la frontière d’efficacité des systèmes à condensation.
Le calcul de la capacité repose sur une analyse détaillée des composantes du bilan hygrométrique (infiltration, dégagements des visiteurs, ventilation) avec l’application obligatoire d’un coefficient de sécurité de 1,15 à 1,25.
Le bilan thermique du local ne peut être ignoré, car la chaleur due à la condensation de l’humidité et au fonctionnement du compresseur crée une charge de 5 à 10 kW pour une salle de taille moyenne, nécessitant une coordination avec le système de climatisation.
L’efficacité énergétique diffère sensiblement : les systèmes à condensation consomment 0,3 à 0,6 kWh/kg d’humidité retirée, les systèmes à adsorption 0,7 à 1,5 kWh/kg. Les résultats de mise en œuvre confirment l’efficacité de la stabilisation de l’humidité dans une plage de ±3 à 5 % HR au lieu de fluctuations de ±10 à 15 % HR, ce qui réduit la vitesse de vieillissement des objets d’un facteur 2 à 3.
Pour une réalisation réussie, il est nécessaire d’éviter les erreurs typiques, d’assurer un bon emplacement des équipements et une distribution d’air adéquate, et de mettre en place des systèmes de contrôle et de surveillance du microclimat avec enregistrement continu des données.
