[Retour d’expérience] La ventilation naturelle pour améliorer la qualité de l’air intérieur dans les établissements scolaires - école Marie Curie (78) et école La Ruche (77)

La qualité de l’air intérieur est un enjeu de santé majeur pour les bâtiments d’enseignement. Mais comment garantir une bonne qualité de l’air intérieur ? Quels leviers, techniques et outils sont à mobiliser ? Pour le groupe VELUX, une des solutions réside dans la complémentarité entre la ventilation naturelle et la ventilation mécanique. Le groupe a ainsi mené des expérimentations dans deux établissements, l’école Marie Curie de Saint-Germain-en-Laye (78) et l’école La Ruche de Perthes-en-Gâtinais (77), afin de documenter l’impact de cette complémentarité sur la qualité de l’air intérieur. Nous vous proposons de découvrir ici les résultats et enseignements de cette expérience.

Contexte : la qualité de l’air intérieur dans les bâtiments scolaires

Les bienfaits d’une bonne qualité de l’air intérieur

La qualité de l’air intérieur est liée par essence aux notions de santé et confort dans le bâtiment. En effet, une mauvaise qualité de l’air intérieur peut avoir un impact négatif sur la santé des usagers et occupants des locaux. D’après l’Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm), la pollution de l’air peut causer des congestions nasales, de la fatigue, des vertiges, des réactions allergiques, des nausées, etc.

Dans les deux cas présents, les personnes concernées sont des enfants, plus sensibles à la pollution de l’air intérieur que les adultes. Il est d’autant plus important de leur fournir un cadre sain qu’ils passent environ 80% de leur temps en intérieur. De plus, la qualité de l’air influe sur la réussite scolaire des élèves. En effet, d’après l’étude intitulée « Les effets d'une augmentation modérée de la température et du taux de ventilation des salles de classe sur la réalisation des travaux scolaires par les enfants » des chercheurs Pawel Wargocki et David P. Wyon, une bonne QAI augmente de 14% la performance scolaire des élèves, notamment en calcul.

La ventilation apparait alors comme un levier central pour faire circuler l’air, le renouveler et, ainsi, garantir un air sain à l’intérieur des bâtiments. Dans le contexte actuel, la ventilation est également un outil important pour limiter la circulation du virus de la COVID-19.

Garantir une qualité de l’air dans des bâtiments scolaires

Les établissements scolaires font face à trois grands enjeux dans l’amélioration de la qualité de l’air, liés notamment à leur fonction :

• Ce sont de grands bâtiments qui accueillent du public. Il faut donc trouver des solutions qui permettent de garantir une bonne qualité de l’air dans tous les locaux.
• Ces bâtiments sont souvent vieillissants. Ils peuvent ainsi présenter des défauts qui nuisent à la qualité de l’air (par exemple une installation de ventilation mécanique pas ou plus adaptée).
• Les bâtiments appartiennent à des collectivités (dans le cas des établissements publics). Ces dernières peuvent manquer de budget : il faut donc trouver des solutions pour améliorer la qualité de l’air qui ne soient pas excessivement coûteuses.

Antoine Mercusot : Ecole Marie Curie à Saint Germain en Laye

Mise en application concrète : une expérimentation dans deux écoles

C’est dans toutes ces problématiques que s’inscrit l’expérimentation menée par Velux en avril 2019 dans deux écoles, l’école Marie Curie de Saint-Germain-en-Laye (78) et l’école La Ruche de Perthes-en-Gâtinais (77), avec pour objectif d’étudier la complémentarité entre ventilation naturelle et ventilation mécanique.

Une première expérience réussie en 2016

L’expérimentation de 2019 tire ses racines d’une première expérience réalisée en 2016 dans l’école de Marcey-les-Grèves (50).

VELUX y a installé des fenêtres de toit motorisées avec ouverture programmable, pilotable par télécommande. Pendant quatre semaines en hiver, des mesures ont été réalisées afin d’évaluer l’impact de l’ouverture des fenêtres sur la qualité de l’air intérieur.

Les tests effectués ont permis d’observer que 10 min d’ouverture des fenêtres de toit suffisent pour baisser fortement la teneur en CO2 de 300 ppm dans une salle de classe aux moments des pics de pollution ; La VMC permettant quant à elle d’assurer un renouvellement d’air régulier au fil de la journée, avec une baisse de 100 ppm en 20 min.

VELUX et le cabinet MEDIECO, en charge d’analyser les résultats, ont conclu que la complémentarité entre ventilation naturelle par ouverture ponctuelle des fenêtres et ventilation mécanique était indispensable afin de garantir une bonne qualité de l’air intérieur dans les salles de cours de l’établissement, et ce tout au long de la journée.

L’expérimentation de 2019 avait pour vocation de :

• confirmer les résultats obtenus,
• vérifier le caractère reproductible des solutions retenues
• documenter deux nouveaux cas.

Cédric Bérieau, Imagizz : Ecole de Marcey les Grèves

Méthodologie et détail des expérimentations

L’expérimentation de 2019 a été menée durant 3 semaines, du 1er au 24 avril. VELUX a testé différentes occurrences et durées d’ouverture des fenêtres entre les deux écoles afin de pouvoir mieux comparer les situations entre elles.

• Ecole Marie Curie

Les tests menés à l’école Marie Curie visaient à obtenir des données sur la concentration de CO2, de composés organiques volatiles (COV) et sur l’évolution de la température. Une balise Fireflies® a ainsi mesuré ces trois indicateurs tout au long de l’expérimentation.

VELUX a installé 6 fenêtres de toit programmables dans deux salles de classe (soit trois fenêtres par salle). La première semaine du test, seule la ventilation mécanique a été activée. A partir de la deuxième semaine, les fenêtres de toit ont été programmées pour s’ouvrir pendant 15 minutes à cinq moments clefs de la journée : le matin avant l’arrivée des enfants, pendant les récréations du matin et de l’après-midi, pendant la pause déjeuner et le soir après le ménage.

• Ecole La Ruche

Les tests menés à l’école la Ruche visait à mesurer en continu l’évolution du taux de CO2 et de la température dans les locaux, à partir d’une station météo Netatmo.

VELUX a installé 4 fenêtres de toit programmables dans deux salles de classe (soit deux par salle). Les deux premiers jours du test, seule la ventilation mécanique a été activée. A partir du 3ème jour, les fenêtres de la classe 1 (grande section) ont été ouvertes pendant 10 min à cinq moments de la journée, les mêmes qu’à l’école Marie Curie. Dans la classe 2 (CP), les fenêtres ont également été programmées pour s’ouvrir pendant 10 minutes mais seulement à trois moments de la journée : le matin avant l’arrivée des enfants, la pause déjeuner et enfin le soir après le ménage.

Résultats observés

Les expérimentations menées dans les deux écoles ont confirmé les résultats obtenus en 2016 : l’aération ponctuelle et maîtrisée est efficace pour garantir une meilleure qualité de l’air tout au long de la journée. La complémentarité ventilation naturelle et ventilation mécanique est un levier important dans l’amélioration de la qualité de l’air intérieur. Il est donc essentiel, en plus d’aérer les pièces, d’avoir une bonne ventilation mécanique.

• Résultats sur les taux de concentration de CO2

D’après les résultats des tests, l’ouverture de fenêtres à plusieurs moments de la journée permet d’éviter les pics de concentration et diminue les taux de CO2 même pendant les moments de classe, quand les fenêtres sont fermées.

Les mesures réalisées à l’école Marie Curie ont permis de constater que l’ouverture des fenêtres de toit pendant les récréations réduit jusqu’à plus de 80 % le taux de CO2 dans les salles, permettant à ce dernier de passer en-dessous du seuil des 1 000 ppm. De plus, d’après les résultats de l’école la Ruche, la diminution des taux de CO2 est 2x plus rapide avec l’ouverture programmée des fenêtres que sans.

Les résultats montrent également que la répartition des ouvertures tout au long de la journée est essentielle afin de garantir un taux de concentration faible tout au long de la journée. Cela a permis de réduire jusqu’à 25 % du temps passé au-dessus du seuil de 1 000 ppm de CO2 dans la journée pour l’école Marie Curie et 15% pour l’école la Ruche (cette différence peut s’expliquer par le fait que les fenêtres sont ouvertes en moyenne moins souvent à l’école la Ruche).

• Résultats sur les taux de concentration de COV

L’expérimentation a permis de conclure que l’ouverture programmée des fenêtres permet d’évacuer efficacement les COV et d’éviter des pics de concentration.

D’après les mesures réalisées à l’école Marie Curie, les concentrations médianes en COV ont diminué jusqu’à 30% lors des journées avec ouverture des fenêtres par rapport aux journées sans. Toujours d’après les mesures de l’école Marie Curie, moins de 10 min d’ouverture suffisent à assainir une salle après une activité émissive comme la peinture, le coloriage avec feutres, etc.

Enfin, les différents tests ont mis en avant l’importance d’ouvrir les fenêtres le matin avant l’arrivée des enfants et le soir après le ménage, l’effet de l’ouverture le soir sur les COV persistant tout la nuit jusqu’au lendemain. Cela permet d’obtenir une meilleure qualité de l’air au début des cours.

• Résultats sur la température

Les résultats de l’expérimentation montrent que l’ouverture programmée des fenêtres de toit permet d’éviter la surchauffe des classes, sachant que la température idéale pour une classe d’école se situe entre 19 et 21 degrés.

D’après les mesures réalisées à l’école la Ruche, la différence de température entre une journée avec ouverture et une journée sans ouverture des fenêtres est en moyenne de 1.5°C et peut aller jusqu’à plus de 2°C, indépendamment de la température extérieure.

Les résultats soulignent également le fait que l’ouverture ponctuelle des fenêtres ne nuit pas au confort thermique des salles, remettant ainsi en cause les idées reçues sur l’impact négatif de l’aération sur le confort.

Guillaume Amatdji : Ecole la Ruche de Perthes en Gâtinais.

Réplicabilité de l’ouverture des fenêtres : est-ce possible de l’appliquer à tout type de bâtiment ?

Des résultats intéressants pour toutes les écoles

Les résultats obtenus lors des tests sont riches d’apprentissage pour tous les bâtiments scolaires. La ventilation naturelle, via l’ouverture ponctuelle des fenêtres motorisées, permet d’améliorer fortement le bien-être des usagers.

De plus, les écoles font face à une contrainte réglementaire : depuis le 1er janvier 2018, la surveillance de la qualité de l'air intérieur est obligatoire dans les écoles maternelles et élémentaires. Les écoles doivent soit mettre en place un programme d’actions de prévention de la qualité de l’air intérieur, soit mesurer la qualité de l’air intérieur tous les sept ans. Les tests effectués par VELUX donnent donc des clefs essentielles aux écoles pour respecter la réglementation.

Réplicabilité opérationnelle dans les salles de classe

Le dispositif de fenêtres de toit proposé par VELUX peut être intégré dans les bâtiments autant en construction qu’en rénovation. En effet, il est tout à fait possible de motoriser après coup des fenêtres de toit manuelles déjà installées depuis plusieurs années et de les doter ainsi d’un système d’ouverture programmable

Pour les établissements qui n’ont pas de dispositif de programmation pour gérer l’ouverture des fenêtres, il demeure assez simple d’aérer manuellement pendant les récréations ainsi que les pauses déjeuners, voire le matin avant l’arrivée des enfants. Cela peut cependant être moins évident le soir après le ménage. De plus, l’ouverture manuelle demande de gérer le temps pour ne pas laisser les fenêtres ouvertes plus longtemps que nécessaire, là où les fenêtres programmables se referment automatiquement.

Guillaume Amatdji : Ecole la Ruche de Perthes en Gâtinais.

Retour d'expérience réalisé par Manon Salé - Construction21, la rédaction

Crédits photo vignette : Antoine Mercusot, Ecole Marie Curie à Saint Germain en Laye