Prédire la qualité de l’air intérieur dans les bâtiments en conception

ARTELIA, groupe international de conseil, d’ingénierie et de management de projet, et le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) ont engagé un partenariat en 2019, visant à faire avancer les connaissances dans différents domaines du bâtiment et de la ville. Ce partenariat a débuté par une expérimentation dédiée à la qualité de l’air intérieur dans les immeubles de bureaux.

La 1^re étape est fondée sur une approche innovante : la confrontation des données de modélisation numérique issues du logiciel MATHIS-QAI, développé par le CSTB, à des mesures réalisées dans un bâtiment de bureaux avec ARTELIA, pour valider et déployer une méthode fiable de prédiction de la qualité de l’air intérieur, applicable à tous types de bâtiments dès la phase de conception.

Déployer une méthode fiable et opérationnelle de prédiction de la qualité de l’air intérieur dans les bâtiments dès la phase conception

Pour ARTELIA comme pour le CSTB, l’accompagnement de l’innovation, à l’échelle du bâtiment, de la ville et des territoires, s’inscrit dans une approche pluridisciplinaire et multithématiques, intégrant l’ensemble des enjeux techniques et les attentes sociétales, tout en permettant la mise en place d’outils opérationnels pour la filière :

• Groupe international, ARTELIA exerce des activités complémentaires de conseil, d’ingénierie et de management de projets dans des domaines d’activité connexes comme le bâtiment, le multi-sites, l’industrie, les infrastructures, l’eau, l’énergie et l’environnement. La mission d’ARTELIA est d’imaginer, concevoir et aménager des villes et des territoires plus efficaces, harmonieux et durables.
• Le CSTB organise ses activités dans une logique de transversalité pour répondre à l’ensemble des enjeux de la construction : transition énergétique et numérique, santé et confort, maîtrise des risques, etc. Il rassemble pour cela des compétences pluridisciplinaires pour développer et partager les connaissances scientifiques et techniques.

Début 2019, les deux acteurs ont ainsi associé leurs expertises, engageant un programme de recherche portant sur différentes thématiques, à commencer par la qualité de l’air intérieur.

La qualité sanitaire et le confort, vecteurs de bien-être pour les usagers, sont en effet devenus des éléments fondamentaux pour l’usage des bâtiments. La qualité de l’air intérieur est l’un des garants essentiels de ce niveau de qualité attendu.

ARTELIA - CSTB, un partenariat de recherche autour de 3 axes :

• Smart Building & Smart City ;
• Le BIM et son application dans des secteurs spécifiques ;
• La qualité de l’air intérieur, en particulier sa prédiction dans les bâtiments.

Pour permettre aux acteurs de prendre cet enjeu en compte dès la phase de conception des bâtiments, et répondre de manière opérationnelle aux objectifs de transition énergétique et environnementale, de santé et de confort, le CSTB a développé un outil innovant de prédiction de la qualité de l’air dans les bâtiments : MATHIS-QAI.

En parallèle, Artelia a élaboré une méthodologie de Commissionnement de la Qualité de l’Air, qui se décline sur toutes les phases d’une opération, de la faisabilité / programmation à l’exploitation. En conception, l’enjeu pour ARTELIA est d’estimer la qualité d’air intérieur des espaces, grâce à un outil de simulation d’aide à la conception simple d’utilisation. Chose rendue possible par MATHIS-QAI.
À partir des caractéristiques de l’ouvrage, de ses matériaux, de son environnement et des systèmes de ventilation prévus, MATHIS-QAI modélise les différents scenarii de pollution de l’air intérieur, livrant un diagnostic anticipé des composés gazeux et des particules présents dans l’air, pendant la phase de conception de l’immeuble. Pour valider la performance du modèle, il était essentiel de confronter les concentrations prédites à des mesures réelles. Cette étape-clé a été réalisée pour un bâtiment de bureaux, avec ARTELIA, unique bêta-testeur pour cette typologie d’ouvrages.

L’expérimentation menée par ARTELIA et le CSTB

En mars 2019, le CSTB et ARTELIA ont réalisé, sur une période de 7 jours, diverses mesures de concentrations en polluants gazeux et particulaires dans l’air intérieur, dans deux espaces distincts, une salle de réunion et un bureau paysager, au sein d’un même immeuble parisien tout juste livré, sur lequel ARTELIA avait exercé notamment une mission de bureau d’étude Environnement et Energie.

Pour décrire l’ambiance intérieure, d’autres données ont été relevées : température et humidité relative, caractéristiques des pièces (dimensions, position et taille des fenêtres et portes) et émissions des matériaux au sol, au plafond et sur les murs. Les données extérieures ont également été intégrées à l’étude, à savoir les conditions météorologiques pendant les mesures et les concentrations en polluants dans l’air extérieur.

Les résultats montrent une bonne cohérence entre les résultats modélisés par le CSTB et ARTELIA d’une part, et les mesures réalisées in situ d’autre part. A titre d’exemple, dans le bureau paysager étudié, les concentrations en formaldéhyde modélisées et mesurées sont respectivement égales à 22 et 20 µg/m³. Pour le limonène, marqueur du bois présent dans le bâtiment (faux-plafond, plancher, poteaux notamment), ces concentrations sont respectivement égales à 2,9 et 4,0 µg/m³.

Fort de ces résultats, le CSTB, avec ARTELIA, va ainsi poursuivre le développement de l’outil MATHIS-QAI, améliorer son ergonomie pour le mettre à disposition des acteurs de l’immobilier tertiaire courant 2020 et ainsi, leur permettre de faire les meilleurs choix constructifs pour réduire la présence de composés organiques volatils (COV) et de particules dans les bâtiments.