Ventilation manuelle et détection du CO2 dans les écoles en contexte de pandémie
Messages clés |
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Introduction
Durant la pandémie de COVID-19, des études épidémiologiques ont souligné l’importance de limiter les rassemblements et d’assurer une bonne ventilation des pièces, en plus d’autres mesures primordiales comme le port du masque et la distanciation. Toutefois, la pandémie a soulevé un problème majeur : la ventilation inadéquate de nombreux espaces publics et privés, dont les occupants ne sont peut-être pas au courant ou n’ont pas forcément les moyens ou la capacité de régler la ventilation de manière optimale.
On a beaucoup prôné la détection du CO2 comme outil d’information et comme moyen pour les occupants d’un bâtiment d’améliorer la qualité de l’air intérieur (QAI). Non seulement le signal visuel d’un capteur de CO2 informe sur l’environnement intérieur (c.-à-d., sur la ventilation adéquate d’un espace), mais il permet aussi de déclencher une mesure corrective. Lorsque des personnes occupent un espace clos, le CO2 qu’elles expirent s’accumule graduellement, à moins que l’air ambiant soit remplacé par de l’air frais provenant de l’extérieur. Parmi les mesures correctives immédiates, il est possible d’augmenter la ventilation mécanique, de réduire le ratio d’occupation ou simplement d’ouvrir les fenêtres et les portes (ventilation manuelle).
Préconisée par les organismes de santé publique, la ventilation manuelle est devenue une importante mesure préventive contre la COVID-19 pour de nombreuses personnes1. Dans les écoles, c’était la pièce maîtresse des stratégies de retour en classe, parmi une série de mesures comme le dépistage, le port du masque, la distanciation, les barrières physiques, les bulles-classes et les épurateurs d’air2. Il n’est pas surprenant qu’on ait mis l’accent sur la ventilation manuelle puisque les écoles publiques sont des milieux qui ont toujours manqué de ressources et qui, pour une grande partie, dépendent encore de l’aération naturelle. Une précédente revue de la littérature visant près de 1 300 écoles et garderies dans le monde a révélé que la ventilation était insuffisante dans de nombreux établissements, même munis de systèmes mécaniques3. Par précaution, de nombreux gouvernements et autorités de santé publique ont élaboré des protocoles de ventilation manuelle stipulant que les enseignantes et les élèves doivent ouvrir les portes et les fenêtres pour assurer la QAI.
Dans certaines écoles, des capteurs de CO2 bon marché ont été installés dans le cadre d’un protocole de ventilation manuelle. L’objectif de ces capteurs est double. D’abord, le signal visuel de ces appareils (sous forme de données ou de lumière clignotante) peut favoriser les bonnes pratiques de ventilation chez les enseignantes et les élèves. Ensuite, le capteur peut aider à préciser le besoin de ventilation de sorte qu’on n’ouvre pas les fenêtres plus longtemps que nécessaire, pour éviter de nuire inutilement au confort thermique et à l’efficacité énergétique.
La présente revue vise à aider les professionnels de la santé, les éducatrices et les administrateurs scolaires à mieux comprendre l’efficacité des protocoles de ventilation comme mesures d’urgence dans les écoles, en particulier durant les mois d’hiver, et des capteurs de CO2 comme outils de renforcement des habitudes de ventilation. On y examine également l’exposition involontaire à des polluants environnementaux ou à des facteurs de stress résultant des protocoles. Ces informations seront utiles aux décideurs qui auront à élaborer un protocole de ventilation manuelle adéquat pour les écoles, soit comme mesure de protection en période de pandémie, soit comme stratégie temporaire en attendant la modernisation des systèmes de ventilation.
Méthodologie
Nous avons fouillé les publications universitaires à la recherche d’études portant précisément sur l’efficacité de la ventilation d’urgence ou manuelle (p. ex., ouverture des portes ou des fenêtres) avec ou sans capteurs de CO2 dans les écoles. Les recherches ont été menées dans les bases de données EBSCOhost, dont Medline, CINAHL, Academic Search Complete et ERIC; les mots clés utilisés sont énumérés dans l’annexe A. Nous avons retenu les articles pertinents de langue anglaise publiés entre janvier 2020 et juin 2022, auxquels nous avons ajouté d’autres articles repérés à partir de ceux retenus ou qui en faisaient mention, ainsi que des articles provenant de recherches additionnelles, au besoin. Une liste complète des résultats est disponible sur demande.
Nous avons retenu les études – articles révisés par des pairs et prépublications – qui traitaient des mesures d’urgence liées à la COVID-19 visant à améliorer le renouvellement d’air au moyen de systèmes de ventilation mécanique ou naturelle dans les établissements scolaires, à l’exception des études de modélisation. Nous avons exclu les articles portant sur la surveillance du CO2 dans les classes, mais non directement des interventions pour améliorer la ventilation. Après sélection, nous avons retenu 19 études révisées par des pairs. Chacune d’entre elles a été évaluée par une personne, et les résultats ont fait l’objet d’une synthèse narrative ensuite soumise à deux examens, l’un interne et l’autre externe.
Résultats
Cette revue comprend 19 études portant sur la ventilation manuelle (ouverture des portes et des fenêtres) pour améliorer la circulation de l’air et réduire les risques de transmission du virus dans les classes, habituellement en combinaison avec d’autres mesures comme le dépistage sanitaire, le port du masque et la réduction du ratio d’occupation. Bien que ces protocoles de ventilation d’urgence aient été mis en place pour réduire les risques de propagation, aucune des études ne relève leurs effets sur le taux de transmission ou sur le nombre de cas dans le milieu scolaire. Cependant, il est à noter que la ventilation n’est qu’un facteur parmi une multitude d’éléments de transmission liés à l’environnement, l’hôte ou l’agent pathogène. Le but de ces études n’était pas de rendre compte d’une telle complexité, tâche qui serait effectivement des plus laborieuses.
Dans toutes les études, on a utilisé la détection du CO2 pour estimer le taux de renouvellement d’air et comparer l’efficacité des interventions de réduction du CO2 dans l’air, même lorsque les occupants de la salle n’avaient pas accès aux données sur le CO2. Ces données de surveillance servaient à mieux comprendre si les protocoles d’urgence amélioraient bel et bien le renouvellement d’air, censé réduire les risques de transmission. Le tableau 1 fournit une synthèse des études visées par cette revue.
Comment la ventilation manuelle a-t-elle été effectuée?
La majorité des écoles concernées par cette revue avaient recours à la ventilation naturelle, c’est-à-dire qu’elles ne disposaient pas d’un système de ventilation mécanique, mais comptaient plutôt sur la circulation passive de l’air à travers l’enveloppe du bâtiment pour renouveler l’air, ainsi que sur les habitudes individuelles d’ouverture des fenêtres. Cela dit, des études antérieures traitant des ventilations naturelle, mécanique et hybride dans des écoles du monde entier ont montré que, malgré une diminution globale du CO2 et une amélioration du confort, la majorité des salles de classe dotées d’une ventilation mécanique demeuraient insuffisamment ventilées3,4. Par conséquent, les conclusions de cette revue serviront sans doute aussi aux écoles ventilées mécaniquement.
Dans le contexte qui nous occupe, « ventilation manuelle » fait référence aux protocoles ou directives d’ouverture des fenêtres et des portes établis pour pallier l’insuffisance des systèmes de ventilation (ou leur absence) qui existaient avant la pandémie. Les protocoles de ventilation manuelle ont été répartis en cinq catégories :
- Ventilation continue : Toutes les fenêtres et les portes sont ouvertes en tout temps.
- Ventilation continue partielle : Toutes les fenêtres et les portes, ou une partie d’entre elles, sont entrebâillées en tout temps.
- Ventilation programmée : Les fenêtres et les portes sont ouvertes durant les pauses et lorsque le local est inoccupé (p. ex., avant et après la classe, et pendant les récréations et les pauses repas), mais fermées lorsqu’il est utilisé;
- Ventilation périodique : Les fenêtres et les portes sont ouvertes pendant quelques minutes de manière cyclique (p. ex., ouvertes pendant 5 minutes toutes les 25 à 30 minutes);
- Ventilation déclenchée par capteur : Les fenêtres et les portes sont ouvertes et fermées au besoin en fonction du signal visuel émis par un capteur de CO2.
Quelle a été l’efficacité de la ventilation manuelle comme protocole d’urgence pour la QAI?
L’efficacité des protocoles de ventilation manuelle a été évaluée en fonction de l’augmentation des changements d’air à l’heure (CAH), comme l’indique la réduction des taux de CO2. En général, la ventilation manuelle s’est avérée assez efficace dans les écoles ventilées aussi bien naturellement que mécaniquement (tableau 1), puisque la vaste majorité des classes sont parvenues à atteindre ou à surpasser leur objectif de ventilation (exprimé en CAH ou en seuil de CO2). Globalement, on a observé que les taux de CO2 grimpaient rapidement le matin pour atteindre un sommet vers la fin de l’avant-midi5,6.
Par ailleurs, il est plutôt difficile de comparer l’efficacité de la ventilation dans ces études en raison de plusieurs restrictions ou considérations particulières. Premièrement, le taux de CO2 ambiant dépend de nombreux facteurs, dont le ratio d’occupation, l’âge des occupants, le niveau d’activité, les propriétés du bâtiment (nombre de portes et de fenêtres, étanchéité à l’air, orientation sur le terrain, nombre d’étages), présence d’un système de ventilation mécanique, température extérieure et saison, possibilité d’aération transversale naturelle. Une mesure efficace dans un milieu peut ne pas l’être dans un autre.
Deuxièmement, il y avait aussi de grandes différences dans la quantité de détails sur les interventions et dans le choix des indicateurs et seuils de réussite. Par exemple, l’ouverture des fenêtres était généralement exprimée en mètres carrés plutôt qu’en proportion de l’aire totale du local, ce qui aurait été plus utile pour comparer les classes. Les taux de CO2 ciblés variaient grandement eux aussi, et donc la notion de « réussite ». La complexité inhérente au choix d’un seuil de CO2 est abordée plus loin.
Enfin, la majorité des études ont été menées en Espagne et en Italie, où la température en hiver tombe rarement sous 0 °C; seulement quatre études ont été réalisées dans un climat plus tempéré. Bien que la ventilation naturelle soit aussi efficace dans les climats plus froids, on s’attend à ce que la pièce se refroidisse plus rapidement, ce qui oblige à contrôler la ventilation plus précisément afin d’éviter un refroidissement excessif6. À cet égard, les capteurs de CO2 peuvent être très utiles pour atteindre un équilibre entre ventilation optimisée et maintien du confort thermique.
Tableau 1. Synthèse des résultats des études relevées dans la revue de la littérature.
Étude |
Lieu |
Période |
Protocole de ventilation |
Valeur cible |
Ratio d’occupation (m2/personne) |
Résultats |
Aguilar et al.7 |
Grenade (Espagne) |
Janvier et août 2021 |
Continue et continue partielle |
6 CAH |
8,3 |
100 % (3/3) des essais réussis en ventilation continue contre 0 % des essais en ventilation continue partielle. |
Alonso et al.8 |
Séville (Espagne) |
Décembre à janvier 2021 |
Continue |
1d000 ppm de CO2 |
3,85 à 4,05 |
100 % des essais (2/2) réussis. |
Avella et al.9 |
Sud-Tyrol (Italie) |
Décembre 2020 à mai 2021 |
Protocole de ventilation manuelle non défini vs ventilation déclenchée par capteur |
1 250 ppm de CO2 |
2,3 |
100 % des essais des deux protocoles réussis (2 essais par protocole). |
Chillon et al.10 |
Vitoria-Gasteiz (Espagne) |
Novembre 2020, |
Continue, continue partielle et aucune ventilation (témoin) |
1 000 ppm de CO2 |
6,1 |
Essais en ventilation continue et continue partielle réussis, mais pas les essais témoins sans ventilation (4/4 essais). |
de la Hoz-Torres et al. 11 |
Guimarães (Portugal) et Grenade (Espagne) |
Septembre à novembre 2021 |
Continue et continue partielle |
6 CAH |
3,3 |
100 % (4/4) des essais en ventilation continue réussis, 50 % (4/8) en la ventilation continue partielle. |
de la Hoz-Torres et al.12 |
Guimarães (Portugal) et Grenade (Espagne) |
Septembre à novembre 2021 |
Continue |
900 ppm de CO2 |
1,1 to 1,8 |
Après mise en place du protocole, moyennes des classes très inférieures au taux cible (742 ppm de CO2 dans 8 classes portugaises et 519 ppm dans 7 classes espagnoles). |
Di Gilio et al.13 |
Les Pouilles (Italie) |
Janvier à février 2021 |
Déclenchée par capteur |
1 000 ppm de CO2 |
3,6 |
Essai réussi dans 91 % (10/11) des classes. |
Gil-Baez et al.6 |
Andalousie (Espagne) |
Janvier et juin 2020 |
Programmée |
1 500 ppm de CO2 |
1,7 à 2 |
Taux moyen inférieur à la cible dans 100 % (18/18) des classes environ 57 % du temps d’enseignement. |
Konstantinou et al.5 |
Chypre |
Mai à juillet 2021 |
Non défini en détail |
800 à 1 350 ppm de CO2 |
2,8 |
98 % des données collectées dans 82 classes inférieures à 800 ppm. |
Kulo et al.14 |
Sarajevo |
Octobre 2021 à février 2022 |
Programmée durant la 3e période, la 2e et la 3e période, les trois périodes ou aucune |
1e000 ppm de CO2 |
Inconnu |
Taux moyen dans quatre classes inférieur à 1 000 ppm d’octobre à janvier, mais pas en février. Conditions pires dans les écoles mal ventilées. |
Lovec et al.15 |
Slovénie |
Hivers 2019-2020 et 2020-2021 |
Programmée et mécanique |
1 667 ppm de CO2 |
3,8 |
Essais réussis dans 100 % (12/12) des classes, en partie grâce à une grande réduction de l’occupation. |
Meiss et al.16 , |
Valladolid (Espagne) |
Septembre 2020 |
Continue, déclenchée par capteur, programmée et périodique |
900 ppm de CO2 |
2,8 |
Taux de CO2 supérieur à la cible 0,3 % du temps pour la ventilation continue, 1,9 % pour la ventilation déclenchée par capteur, 7,1 % pour la ventilation programmée et 6,23 % pour la ventilation périodique. |
Miranda et al.17 |
Sud-ouest de l’Espagne |
11 au 19 janvier 2021 |
Continue, continue partielle et déclenchée par capteur |
950 ppm de CO2 |
10,3 |
Taux moyen de CO2 de 530 ppm pour la ventilation continue (n=15), 608 ppm pour la ventilation continue partielle (n=2) et 606 ppm pour la ventilation déclenchée par capteur (n = 1). |
Monge-Bario et al.18 |
Pampelune (Espagne) |
Mars 2020 et janvier 2021 |
Ventilation programmée vs aucun protocole |
1 000 ppm de CO2 |
<3 |
Taux moyen de CO2 de 2 478 ppm dans toutes les classes avant la pandémie et de 1 105 ppm en janvier 2021 (9 classes observées). |
Mori et al.19 |
Sapporo (Japon) |
Juin 2020 à janvier 2021 |
Continue, programmée durant les mois les plus froids |
1 500 ppm de CO2 |
Inconnu |
Seulement 2 classes suivies étroitement; réussite 60 % et 80 % du temps. |
Muelas et al.20 |
Saragosse (Espagne) |
Décembre 2020 |
Continue, continue partielle, programmée, périodique, périodique/continue partielle |
700 à 800 ppm de CO2 |
3,2 |
Efficacité maximale pour la ventilation continue (moyenne : ~500 à 650 ppm de CO2); sommets plus élevés pour les autres interventions (900 à 1200 ppm) |
Vassella et al.21 . |
Suisse |
Hiver |
Déclenchée par capteur, avec outils de communication et de soutien éducatif |
2 000 ppm CO2 |
Inconnu |
Chute du taux de CO2 médian de 1600 à 1097 ppm après intervention (23 classes observées). |
Villanueva et al.22 |
Ciudad Real (Espagne) |
Octobre 2020 |
Continue |
700 ppm CO2 |
2,5 |
Réussite dans 74 % (14/19) des classes. |
Zhang et al.23 |
Pays-Bas |
Avril et mai 2021 |
Ventilation programmée vs mécanique |
S.O. |
6 et 11 m2/personne, respectivement |
Taux moyen de CO2 de 869 ppm pour la ventilation programmée (n=2) et de 832 ppm pour la ventilation mécanique (n=5). Note : occupation très faible. |
Quels facteurs ont influencé favorablement l’efficacité de la ventilation?
Aire d’ouverture des fenêtres. Sans surprises, une plus grande superficie d’ouverture des fenêtres a permis un meilleur taux de renouvellement d’air5-7,11,23. Par exemple, Gil Baez et al.6 ont jugé efficace la ventilation naturelle dans neuf écoles primaires et secondaires dans un climat méditerranéen lorsque l’aire d’ouverture correspondait à environ 10 % de la surface totale de la classe, quoique le seuil de CO2 était plutôt élevé (1 500 ppm).
En outre, Muelas et al.20 ont constaté que répartir l’aire totale d’ouverture sur plusieurs fenêtres était beaucoup plus efficace que d’ouvrir une seule fenêtre de la même superficie. Cette approche a occasionné un taux de CO2 plus faible tout en ayant moins tendance à créer des gradients de CO2, lesquels indiquent un mauvais brassage de l’air.
Aération transversale. La possibilité de ventilation transversale (c.-à-d. la présence d’ouvertures sur deux côtés opposés) a fait une grande différence pour le renouvellement d’air8,16. L’aération transversale prévient la formation de gradients, lesquels font en sorte que les élèves les plus loin de la fenêtre reçoivent moins – voire beaucoup moins – d’air frais que les autres20,23. Dans certains cas, l’aération transversale a été nécessaire pour atteindre le taux de renouvellement d’air visé20. De plus, certaines études ont examiné des classes dont l’aération transversale dépendait d’une ouverture sur un corridor intérieur plutôt que sur l’extérieur. Dans ce cas-ci, l’objectif de CAH était plus difficile à atteindre11 même si la ventilation était tout de même meilleure avec la porte ouverte20.
Densité d’occupation. Une plus grande densité d’occupation a été associée à des taux de CO2 plus élevés et à un plus grand besoin de ventilation6. Les classes étudiées qui ont satisfait à leur objectif affichaient un ratio d’occupation allant de 1 m2 par personne à plus de 10 m2 par personne. Dans certaines études qui comparaient les taux de renouvellement d’air avant et pendant la pandémie, une grande réduction de l’occupation a contribué à diminuer fortement les taux de CO2 observés (p. ex., Lovec et al.15).
Âge et activité des occupants. Deux études ont observé que les niveaux scolaires supérieurs présentaient des taux de CO2 plus élevés que les niveaux primaires et préscolaires6,22, fort probablement en raison de différences dans la production de CO2 liées à l’âge des élèves, en plus du fait que les classes de niveaux supérieurs étaient plus denses et que les cours duraient plus longtemps. Au sein d’un même groupe d’âge, la nature de l’activité avait aussi un effet sur l’accumulation du CO2. Muelas et al.20 ont noté des différences marquées entre les types d’activités (déplacements libres, leçon où les élèves sont surtout assis et examen présentant peu de mouvements et de paroles) dans la même classe, la même journée.
Type de bâtiment. Lovec et al.15 ont comparé des bâtiments disposant d’une ventilation naturelle construits dans les années 1950, 1960 et 1970, tous orientés vers le sud ou le sud-est, ainsi que des bâtiments des années 1980 dotées d’un système de ventilation mécanique. Durant la pandémie, il était obligatoire dans tous les édifices publics de Slovénie d’aérer l’espace au moins 15 minutes avant et après utilisation. Il est difficile de tirer des conclusions sur l’incidence de l’âge des bâtiments vu la petite taille de l’échantillon. De façon générale, les taux de CO2 ont diminué d’environ 30 % dans toutes les classes par rapport aux taux d’avant la pandémie étant donné l’adoption d’un protocole de ventilation manuelle ainsi que la réduction du ratio d’occupation (de 2,5 à 2,9 m2 par personne).
Systèmes de ventilation existants. Lovec et al.15 ont constaté que même si les bâtiments munis d’une ventilation mécanique affichaient un taux de CO2 bien inférieur à la norme de 1 667 ppm avant la pandémie, une ventilation supplémentaire et une réduction de l’occupation ont permis d’abaisser les taux à environ 600 ppm. De même, Zhang et al.23 ont montré que bien que le protocole de ventilation manuelle ne soit pas aussi efficace ou fiable que la ventilation mécanique ou que les systèmes hybrides, il y a quand même eu une amélioration globale et il a été possible de maintenir le local à un taux inférieur à 800 ppm de CO2.
Exposition et orientation. La position d’un bâtiment sur un terrain et son exposition ou non aux vents dominants et à la lumière peuvent avoir un effet sur la manière dont l’air pénètre dans ce bâtiment, circule à l’intérieur et en sort. Par exemple, de la Hoz-Torres et al.11 ont remarqué que des classes identiques situées sur deux côtés opposés du bâtiment et qui utilisent la même stratégie de ventilation manuelle ont présenté des taux de renouvellement d’air fort différents en raison des conditions extérieures de circulation d’air. De même, la position sur le plan vertical (l’étage) peut occasionner des différences dans la circulation d’air (sous l’action de la poussée d’Archimède ou de l’effet de cheminée) qui ont un effet sur le taux de renouvellement d’air.
Effet du protocole de ventilation manuelle. Plusieurs études ont tenté de comparer différents protocoles de ventilation manuelle; les avantages et inconvénients des divers protocoles sont synthétisés dans le tableau 2. Muelas et al.20 ont installé 17 capteurs de CO2 dans une seule classe et ont surveillé les taux de CO2 sous différents protocoles, répétés au fil de la journée pendant 4 jours. Les résultats ont montré qu’en général la ventilation continue et continue partielle (fenêtres toujours grand ouvertes ou entrebâillées) fonctionnait mieux que la ventilation programmée (pendant les pauses) et la ventilation périodique suivant un cycle 5-15 (ouverture des fenêtres pendant 5 minutes toutes les 15 minutes). Ces deux dernières stratégies étaient caractérisées par une progression en dents de scie des taux de CO2, soit une succession d’accumulations et de déclins rapides, atteignant des sommets supérieurs au seuil établi.
De même, Vassella et al.21 ont aussi observé une progression en dents de scie durant la ventilation programmée, notant des sommets à près de 2 000 ppm de CO2. La ventilation périodique a mené à des taux généralement plus bas, comparables à ceux de la ventilation continue partielle, quoique les concentrations maximales aient presque atteint les 900 ppm. Ces constatations sont cohérentes avec les modélisations antérieures qui prévoyaient que la ventilation périodique suivant un cycle 5-20 n’apportait pas suffisamment de circulation d’air pour atteindre le CAH visé24.
Meiss et al.16 ont comparé la ventilation continue à la ventilation programmée durant les pauses et à la ventilation périodique suivant un cycle 5-25 synchronisée avec la classe de l’autre côté du couloir. Tous les protocoles (ajoutés à une occupation réduite) ont occasionné une réduction de la portion de temps où les taux de CO2 dépassent le seuil (1 000 ppm), la faisant passer de plus de 90 % à moins de 10 %. La ventilation continue semble avoir été celle qui a engendré les taux de CO2 globaux les plus faibles; toutefois, les différences entre les interventions étaient mineures et l’échantillon était petit. Les enseignantes auxquelles on a demandé de synchroniser l’ouverture des fenêtres (pour favoriser l’aération transversale) ont mentionné que l’intervention était ardue et peu réaliste à longue échéance.
Miranda et al.17 ont observé 18 séances d’examen universitaire sous des conditions de ventilation continue (15 séances), de ventilation continue partielle (2 séances) et de ventilation déclenchée par capteur (1 séance). Toutes les interventions sont parvenues à maintenir les taux de CO2 ambiant à un niveau bien inférieur au seuil fixé à 800 ppm, avec des écarts minimes (moins de 100 ppm).
Tableau 2. Synthèse des avantages et inconvénients des protocoles de ventilation manuelle
Protocole de ventilation |
Avantages |
Inconvénients |
Ventilation continue Fenêtres et portes ouvertes toute la journée |
Facile à utiliser. Protège les occupants en même temps. Obtient systématiquement les taux de CO2 les plus faibles et le CAH le plus élevé. |
Un CAH très élevé apporterait davantage de problèmes de froid et de bruit. |
Ventilation continue partielle Fenêtres ou portes entrebâillées toute la journée |
Facile à utiliser. Protège les occupants en même temps. Moins de froid et de bruit que les fenêtres et les portes grand ouvertes. |
Ne suffit parfois pas à augmenter substantiellement le renouvellement d’air; doit être évalué au cas par cas. |
Ventilation programmée Ventilation avant et après les cours et durant les pauses |
Simple et facile à retenir; moins d’incidence du bruit et du froid puisque la pièce est inoccupée. |
Ne protège pas les occupants en même temps. Ne laisse pas sortir les polluants provenant d’une source intérieure. |
Ventilation périodique Fenêtres ouvertes quelques minutes toutes les 25 à 30 minutes |
Protège les occupants en même temps sans laisser entrer trop de bruit et de froid. Laisse sortir les polluants provenant d’une source intérieure. |
Risque d’être perçu comme plus exigeant. |
Ventilation déclenchée par un capteur Ouverture des fenêtres déclenchée par un signal visuel d’un capteur de CO2 |
Peut aider des utilisateurs sensibilisés à garder le taux de CO2 près d’une valeur prédéfinie, pas trop basse pour éviter de causer des problèmes de bruit et de froid, sous le seuil établi. A une valeur pédagogique pour les élèves. |
Nécessite de sensibiliser les utilisateurs, sans quoi pas nécessairement meilleure que les autres méthodes; le fait de réagir au capteur peut déranger le déroulement des activités pédagogiques. |
Est-ce que la ventilation manuelle et l’utilisation de capteurs de CO2 entraînent d’autres effets indésirables?
Les principales préoccupations en ce qui concerne la ventilation manuelle, ou l’aération naturelle en général, sont l’inconfort thermique (la chaleur ou le froid), le bruit et l’infiltration de matières particulaires (MP), d’ozone (O3), de composés organiques volatils totaux (COVT) ou d’autres polluants provenant de l’extérieur ou de l’intérieur. Les écoles risquent aussi de subir une hausse de coûts d’énergie en raison d’une demande accrue en chauffage ou en climatisation lorsque les fenêtres et les portes sont ouvertes.
Confort thermique. Dans la majorité des études, les températures intérieures ont été compilées pendant la ventilation manuelle. Dans certains cas, on a observé des températures en dehors de la zone de confort durant une partie considérable de la journée5,7-10. Cependant, seules quelques études ont évalué le confort thermique, soit en interrogeant les occupants12,18,19, soit en faisant une estimation fondée sur des méthodes de modélisation17. Par exemple, Miranda et al.17 se sont penchés sur 18 séances d’examen universitaire soumises à trois différentes méthodes de ventilation dans des conditions hivernales froides (température extérieure moyenne de 10,8 °C, plage de températures de 0 à 18 °C). Étonnamment, du moment qu’il faisait plus de 6 °C, les conditions intérieures étaient généralement considérées comme acceptables. Au-dessus de 12 °C, on pouvait ouvrir grand les fenêtres sans conséquence sur le confort thermique. Cette approche montre qu’il peut s’avérer nécessaire d’adapter les protocoles de ventilation au climat ou à la saison. Monge-Barrio et al.18 ont examiné le confort thermique dans une plage de températures plutôt restreinte et ont rapporté que la plupart des élèves ont dit se sentir bien lorsqu’il faisait entre 19 °C et 20 °C, et que les élèves en mauvaise santé ont indiqué se sentir fatigués à plus de 20 °C. Toutefois, il semble qu’une température moyenne de 18 °C ne nuise pas à l’apprentissage, et que les élèves soient plus susceptibles d’affirmer se sentir à l’aise plus tard dans la journée. Il importe aussi de noter qu’il peut y avoir des différences marquées entre les préférences thermiques de différents groupes12.
Conditions acoustiques. Plusieurs études se sont intéressées aux perturbations acoustiques, qui dépendent de facteurs comme l’orientation du bâtiment sur le terrain, la présence d’espaces verts autour du bâtiment et la proximité d’une source de bruit comme une route achalandée. Aguilar et al.7 ont constaté qu’il fallait ouvrir toutes les fenêtres pour produire un renouvellement d’air suffisant, mais puisque les fenêtres donnaient sur une rue passante, les niveaux sonores ont augmenté aussi bien en hiver qu’en été. Ils ont en effet atteint des sommets avoisinant les 60 ou 70 dBA, ce qui excède largement la recommandation généralement fixée à 35 dBA. De même, des études comparatives menées dans une université portugaise et une université espagnole ont montré que la ventilation manuelle occasionnait non seulement une augmentation des niveaux sonores11, mais aussi des perturbations acoustiques pouvant nuire à l’apprentissage12.
Exacerbation des problèmes qui existaient avant la pandémie. Dans certains cas, adopter un protocole de ventilation manuelle n’a fait qu’aggraver les problèmes de confort thermique et acoustique déjà présents avant la pandémie. Alonso et al.8 ont constaté que l’ouverture constante des fenêtres, par opposition à une ouverture aléatoire, a eu pour effet d’augmenter la proportion d’heures d’apprentissage dites inconfortables de 50 % à plus de 80 %. De même, les classes examinées par de la Hoz Torres et al.11 présentaient déjà des problèmes de bruit. On a mesuré dans toutes les classes à l’étude un niveau sonore supérieur ou égal à la limite recommandée de 35 dBA; l’ouverture des fenêtres pour la ventilation a empiré la situation. Les auteurs ont remarqué que la distanciation physique a peut-être aussi contribué aux problèmes de bruit, puisque les élèves assis au fond de la classe devaient composer avec un rapport signal sur bruit encore plus faible dans leurs efforts pour écouter malgré le bruit ambiant.
Infiltration et dispersion des polluants atmosphériques. Plusieurs études ont également pris en considération les changements dans l’exposition à d’autres polluants, dont les MP et les COVT. Chillon et al.10 ont constaté que l’ouverture des fenêtres avait entraîné une augmentation des taux de PM2,5, les rapprochant des niveaux extérieurs, et Villanueva et al.22 ont quant à eux remarqué que les taux de MP à l’intérieur avaient tendance à augmenter après que les enfants aient joué dans le bac à sable à la récréation. Toutefois, la majorité des études ont indiqué que les taux de MP atteignaient leur sommet quand les fenêtres étaient fermées et que la pièce était bondée d’élèves, ce qui suggère que la production de MP intérieure a une plus grande incidence que les sources extérieures5,6,14,19. De même, Meiss et al.16 ont observé que la ventilation manuelle avait réduit le taux de COVT, lequel a excédé le seuil recommandé 10 % du temps seulement par rapport à 29 % précédemment. Cependant, aucune des études examinées ici ne visait à déterminer les sources de polluants ou les facteurs contribuant à leur présence. Aux États-Unis, des travaux antérieurs ont répertorié les sources intérieures et extérieures probables de MP, de COVT et d’autres polluants détectés dans les salles de classe25.
Efficacité énergétique. Plusieurs études ont noté qu’il était nécessaire de sacrifier l’efficacité énergétique aux besoins de confort thermique8,18,19. En effet, Monge-Barrio et al.18 ont observé que certaines écoles avaient consommé de 30 à 40 % plus de combustible de chauffage pour éviter l’inconfort durant la ventilation manuelle, tandis que d’autres écoles ont vu d’importantes réductions dans leurs coûts de chauffage en raison de l’annulation des activités parascolaires. Dans le nord du Japon, Mori et al.19 ont constaté une augmentation de la consommation d’énergie jusqu’à ce que la température extérieure chute à 0 °C, après quoi on a décidé de garder les fenêtres fermées pour éviter une trop grande perte d’énergie. Globalement, l’augmentation de la ventilation manuelle à des températures supérieures au point de congélation a occasionné une diminution de 7 % de l’efficacité énergétique durant la période de chauffage.
Est-ce que la détection du CO2 a amélioré l’efficacité de la ventilation et réduit ses effets indésirables?
Bien que l’importance et l’utilité de la détection du CO2 pour réguler la QAI de la classe aient fait partie des hypothèses principales dans toutes les publications à l’étude, la littérature échoue à en démontrer adéquatement la valeur ajoutée au-delà de l’adoption du protocole de ventilation en soi. Deux raisons expliquent cette lacune. Premièrement, la majorité des études qui recouraient à la ventilation déclenchée par capteur comparaient les résultats sur différentes journées, entre différentes classes, ou comportaient d’autres erreurs de conception empêchant d’attribuer précisément l’amélioration de l’efficacité de la ventilation à l’utilisation de capteurs.
Deuxièmement, à l’exception d’une étude21, la littérature ne met pas assez l’accent sur la modification du comportement suivant l’adoption de la détection du CO2. Plusieurs études ont observé une faible adhésion à la ventilation déclenchée par capteur, dont la réussite, contrairement aux autres protocoles, dépend en grande partie de la diligence de l’enseignante9,13,16,19. Espérer une amélioration du renouvellement d’air en installant simplement des capteurs de CO2 (ou en imposant un protocole de ventilation) dans une classe, c’est faire abstraction du facteur humain dans l’équation.
Di Gilio et al.13 ont suivi les taux de CO2 dans neuf classes avant et après l’instauration d’un protocole de ventilation manuelle assisté par des capteurs de CO2. Bien que l’intervention ait très bien réussi à réduire et à maintenir les taux de CO2 sous le seuil visé (1 000 ppm) dans toutes les classes sauf une (dont le résultat découle d’un manque d’adhésion au protocole), on ne sait pas exactement à quel point le signal visuel affichant le taux de CO2 a contribué à cette réussite compte tenu de l’absence de groupes témoins dépourvus de capteurs.
Meiss et al.16 ont étudié cinq stratégies de ventilation manuelle différentes dans une école primaire espagnole en février 2021; deux d’entre elles impliquaient l’utilisation de capteurs de CO2. Ils ont donné un protocole précis aux enseignantes (soit la ventilation programmée durant les pauses, soit la ventilation continue), mais leur ont aussi indiqué d’utiliser le capteur de CO2 pour éviter les excès. Bien qu’il soit difficile de tirer des conclusions compte tenu de la petite taille de l’échantillon (deux classes par type d’intervention), les deux protocoles ayant présenté les plus bas taux de CO2 globaux et la plus courte durée au-delà des taux recommandés (seuil fixé à 1 000 ppm) ont tous deux eu recours au capteur de CO2, que ce soit avec la ventilation programmée ou la ventilation continue. De plus, malgré les températures plus froides que désiré dans les classes manuellement ventilées, la présence de capteurs de CO2 a semblé raccourcir les périodes où la température était hors de la zone de confort (entre 21 et 23 °C). Dans les classes qui ont employé la ventilation programmée sans capteur, il faisait trop froid 65,8 % du temps, par rapport à 41,8 % du temps pour la ventilation programmée avec capteur et à 18,7 % du temps pour la ventilation continue avec capteur. Toutefois, globalement, la meilleure stratégie pour maintenir une température adéquate était la ventilation continue partielle sans capteur (trop froid environ 11 % du temps), dépassant le seuil de CO2 seulement 6 % du temps.
En contraste, Miranda et al.17 ont observé que l’accès à un capteur de CO2 n’avait que peu d’effet sur les taux de CO2, et ne permettait pas non plus aux occupants de réduire considérablement l’inconfort thermique comparativement à d’autres classes qui avaient utilisé la ventilation continue ou continue partielle sans signal visuel de capteur de CO2.
En Italie, Avella et al.9 ont observé des paires de classes (utilisant la ventilation manuelle avec et sans alerte de détection de CO2) dans quatre écoles. Dans la première école, il semble que le signal visuel de capteur de CO2 ait incité à ouvrir davantage les fenêtres et entraîné une plus grande diminution des taux de CO2 par rapport à la classe qui ne disposait pas de capteur, et les inconforts thermiques ont pu être en grande partie évités. On a rapporté que les enseignantes et les élèves ont utilisé le capteur avec enthousiasme et répondu assidûment aux alertes de CO2 élevés. Toutefois, les capteurs de CO2 n’ont pas systématiquement eu un effet positif sur les taux de CO2 moyens et les dépassements du seuil recommandé (fixé à 1 200 ppm) dans les trois autres paires de classes. Dans deux des écoles, en raison des mesures de réduction de l’occupation liées à la pandémie (≤ 50 % de l’occupation normale), les taux de CO2 sont demeurés bien en dessous du seuil indépendamment de l’utilisation d’un capteur. Préoccupées par le froid extérieur, les enseignantes ont affiché une faible mobilisation. À la maternelle, répondre aux alertes du capteur représentait une importante distraction compte tenu des particularités de l’enseignement à de très jeunes enfants. Ayant déjà l’habitude d’ouvrir les fenêtres, une enseignante s’est montrée particulièrement assidue, ce qui a donné lieu à de très faibles taux de CO2, même sans capteur. En outre, la relation entre taux de CO2 et la durée d’ouverture des fenêtres n’était pas toujours constante. Cette irrégularité souligne à quel point il est difficile de contrôler les nombreux facteurs de confusion qui peuvent influencer la circulation de l’air. Somme toute, Avella et al.9 n’ont pas pu démontrer que les alertes de CO2 étaient bénéfiques pour l’efficacité de la ventilation ou les habitudes des occupants.
Dans le nord du Japon, les élèves et les enseignantes ont montré une adhésion plutôt élevée à l’utilisation d’alertes de CO2 et une attitude globalement positive à l’égard des capteurs. Cependant, avec l’arrivée des mois d’hiver et des températures avoisinant le point de congélation, le nombre de fenêtres ouvertes a diminué et le nombre d’élèves indiquant avoir un peu froid ou très froid a augmenté à environ 40 %19. Les auteurs ont noté qu’une enseignante a été en mesure de garder le taux de CO2 sous les 1 000 ppm en utilisant la ventilation continue partielle combinée à une aération plus importante à l’occasion.
Seule une étude a combiné la détection du CO2 à une intervention comportementale. Vassella et al.21 ont conçu des outils éducatifs (dépliants, plan de leçon détaillé, directives à l’intention des enseignantes) pour sensibiliser les élèves et les enseignantes et susciter leur participation durant plusieurs semaines avant le début de l’expérimentation. Une application a également été mise à la disposition des utilisateurs pour les aider à calculer la durée de la ventilation à effectuer pendant les pauses et à mieux comprendre l’évolution du CO2 pendant la journée à l’aide de données. Toutefois, il faut souligner qu’on ne demandait pas aux utilisateurs d’ouvrir plus de fenêtres en réponse au signal de capteurs de CO2; les fenêtres étaient ouvertes seulement pendant les pauses et le but de l’application était de déterminer la durée de l’ouverture. Le fait de ne pas avoir à réagir à un capteur aurait causé moins d’interruptions dans les activités de la classe. L’intervention a permis de réduire le taux de CO2 médian de 1 600 ppm à 1 097 ppm, quoique le seuil fût plutôt élevé (2 000 ppm). De plus, ces importantes diminutions ont été observées aussi bien dans les classes qui ont montré une bonne adhésion au protocole de ventilation que dans les classes où ce n’était pas le cas. Cette observation montre que l’intervention comportementale (formation et mobilisation) a porté ses fruits. Enfin, l’avantage de cette approche est qu’il n’y avait pas de différences entre le profil thermique des classes participantes et celui de la classe témoin.
Considérations pour la conception d’un protocole de ventilation manuelle
Les études à l’examen montrent que la ventilation manuelle d’urgence est habituellement très efficace pour réduire les taux de CO2 intérieurs (parfois bien plus que nécessaire). Toutefois, les résultats peuvent varier et une ventilation excessive peut créer de l’inconfort et d’autres inconvénients. Il est donc nécessaire d’évaluer les classes individuellement (ou des groupes de classes semblables) pour élaborer un protocole adapté à la saison. Comme le constatent Meiss et al.16, les écoles auraient avantage à se doter d’un protocole de ventilation manuelle général, ainsi que d’un protocole plus rigoureux pour les urgences comme une flambée de maladies respiratoires. Cette section porte sur les considérations devant intervenir dans la conception d’un protocole de ventilation manuelle; cependant, toute modification physique apportée à la classe devrait être évaluée par un spécialiste en mesure de comprendre comment ces changements peuvent influencer la circulation d’air dans la classe et dans le bâtiment.
Définition du seuil de CO2
Il peut être complexe de choisir un seuil de CO2 étant donné que les occupants peuvent confondre les différents risques liés à la QAI. Afin de favoriser une compréhension plus nuancée du taux de CO2, on devrait informer les occupants que les capteurs de CO2 n’offrent qu’une perspective limitée sur trois types de risques liés à l’air intérieur :
- Risque d’exposition au CO2. L’exposition au CO2 dans l’air peut avoir un effet sur le sentiment de fatigue, le rendement cognitif, la santé respiratoire et l’absentéisme3,26,27. Toutefois, ces effets sont de courte durée et on peut y mettre fin en renouvelant l’air intérieur avec de l’air frais. Dépasser le seuil de CO2 ne représente pas une menace immédiate pour la santé.
- Risque d’exposition à d’autres polluants. Des taux de CO2 élevés ou une mauvaise ventilation peuvent indiquer que d’autres polluants nuisibles s’accumulent dans la pièce. Cela dit, certains polluants ne s’accumulent pas au même rythme que le CO2 ou ne sont pas liés à l’occupation (p. ex., émanation de gaz provenant de matériaux de construction ou de radon provenant du sol), et peuvent donc être présents à des niveaux dangereux même si le taux de CO2 est faible28,29. Ainsi, définir un seuil de CO2 peu élevé ne protège pas nécessairement les occupants des autres polluants intérieurs.
- Risque de transmission des maladies infectieuses. Un environnement mal aéré peut augmenter le risque de transmission des maladies respiratoires. Cependant, comme pour les polluants, la concentration de virus dans une pièce n’est pas nécessairement proportionnelle au nombre de personnes présentes et peut être réduite au moyen d’autres mesures de protection. Ainsi, augmenter le renouvellement d’air risque de ne pas suffire à éliminer le risque de transmission des maladies.
Les limites du taux de CO2 comme indicateur de la QAI compliquent la définition d’un seuil de concentration approprié. L’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) n’émet actuellement pas de recommandation pour le taux de CO2 ambiant29. Bien qu’on lui attribue fréquemment la recommandation d’un taux de 1 000 ppm de CO2, ce seuil provient d’une ancienne norme (ASHRAE 62, 1989), dans laquelle le taux de CO2 sert d’indicateur pour la perception des odeurs corporelles. Santé Canada a émis une recommandation pour le domaine résidentiel de 1 000 ppm de CO2 qui s’appuie sur les études des effets de l’exposition au CO2, par exemple sur la fatigue et le rendement cognitif27. Toutefois, bien que lié à la santé, ce seuil n’est d’aucune utilité pour prévenir la transmission des maladies respiratoires. Certains auteurs se sont servis des taux de CO2 pour calculer la portion d’air « rerespiré » dans un espace donné et lier cette portion au risque de propagation; ils ont ensuite utilisé cette relation pour recommander des seuils pour les espaces clos en fonction du niveau d’activité, de la projection de la voix et de l’utilisation de masques30. Toutefois, comme mentionné plus haut, ces études ne tiennent pas compte des variations possibles dans les concentrations de virus ou des différences dans les risques posés par différents pathogènes, les deux pouvant varier indépendamment de l’émission de CO2 par les occupants29,31,32. C’est à cause de ces facteurs, et d’autres, qu’il est difficile d’établir un rapport quantitatif clair entre différents types ou régimes de ventilation et la prévention de maladies respiratoires33,34.
Compte tenu de l’absence de seuil de CO2 permettant d’éliminer les risques d’infection respiratoire et de la complexité de ventiler des espaces sans compromettre le confort, il est nécessaire d’adopter une approche pratique. Pour ce faire, les occupants devraient s’efforcer de garder les taux de CO2 au plus bas niveau possible sans causer de dérangement et d’inconfort. Le seuil choisi devrait tenir compte des possibilités d’un espace donné. Par conséquent, il ne devrait pas être perçu comme une limite absolue ou un cordon de sécurité, mais plutôt comme un rappel de ventiler. La ventilation n’est qu’une des mesures de protection nécessaires pour limiter la propagation des maladies respiratoires.
Les capteurs de CO2 peuvent aussi servir à confirmer que l’utilisation d’un espace est conforme aux codes et normes applicables à l’aide d’un calculateur de CO2. Par exemple, si l’autorité de réglementation demande que les classes soient ventilées à un rythme donné (habituellement environ 5 ou 6 CAH, ou 10 CAH pendant une flambée de maladies respiratoires, selon l’ASHRAE35), un calculateur en ligne pratique36 peut aider à déterminer si le taux de CO2 dans une pièce correspond à ce rythme, tout en considérant les dimensions de la classe, le nombre d’occupants et leur niveau d’activité. Encore une fois, comme pour le seuil de CO2, il n’existe pas de CAH précis pour écarter le risque de transmission. Toutefois, c’est une information qui permet aux occupants, aux administrateurs et aux autorités de réglementation d’avoir un dialogue éclairé sur la conformité de la classe concernant la ventilation.
Choix du capteur de CO2
Il y a de bonnes chances que le coût soit un facteur décisif lorsque vient le temps de choisir un capteur de CO2, particulièrement lorsqu’il en faut un grand nombre. Or, le marché des capteurs à prix modique croissant rapidement, les acheteurs ont intérêt à bien se renseigner avant de choisir un appareil37,38. Voici quelques questions à se poser39 :
- Que dit-on sur la précision, la portée et les seuils de détection de l’appareil?
- Est-ce que l’école souhaite se doter d’autres fonctionnalités (p. ex., détection d’autres paramètres de la QAI comme les MP ou les COV)?
- Quelle est la durée de vie des piles? Comment seront-elles remplacées ou rechargées?
- Quelle est la durée de vie du capteur? Est-il durable? Est-il couvert par une garantie du fabricant ou un service après-vente?
- Doit-on l’étalonner? À quelle fréquence? Y a-t-il des instructions claires à ce sujet?
- Quelles sont les capacités de stockage et d’analyse des données requises? À quel point est-il facile de lire, analyser et transférer les données?
Des ressources supplémentaires sur le choix, l’installation, l’interprétation et l’entretien d’un capteur sont accessibles dans les guides Air Sensor Toolkit40 et Air Sensor Guidebook39 produits par l’Environmental Protection Agency des États-Unis. Ces ressources ne concernent pas uniquement les capteurs de CO2 et peuvent être utiles pour les écoles qui aimeraient surveiller d’autres polluants présents dans l’air intérieur.
Évaluation de l’espace
Zhang et al.23 et Muelas et al.20 expliquent sommairement comment évaluer les concentrations et les gradients de CO2 (un indicateur du mauvais brassage de l’air) d’une classe à l’aide de multiples capteurs. S’il n’est pas toujours possible d’utiliser plusieurs capteurs, Zhang et al.23 recommandent d’en utiliser au moins deux dans les classes ventilées naturellement et dans les classes munies d’un ventilateur d’extraction (ventilateur de fenêtre), et un capteur dans les classes ventilées mécaniquement, où le brassage de l’air est souvent meilleur. Un de ces capteurs devrait être placé dans un endroit de la pièce où l’air circule bien et l’autre, le plus loin possible des sources d’air frais (porte ou fenêtre ouverte). De cette manière, les zones les moins favorables de la pièce seront prises en compte. Pour une description détaillée et des diagrammes, consulter l’article de Zhang et al.23.
Bien qu’il soit souvent recommandé de placer les capteurs à une hauteur de 1,5 m, Muelas et al.20 ont observé qu’à cette hauteur, les capteurs avaient tendance à surestimer la moyenne de la pièce, tandis qu’à 0,75 m, ils la sous-estimaient considérablement. Placer les capteurs à 2,2 m au-dessus des élèves, ce qui évite de les heurter ou de respirer trop près, fournit une estimation plus fidèle de la moyenne de la classe20. L’étude indique aussi que les capteurs fixés au mur avaient tendance à sous-estimer le taux de CO2 en raison du mauvais brassage de l’air au pourtour de la pièce.
Enfin, il est important de consigner les conditions environnementales (température intérieure et extérieure et taux de CO2 extérieur) et l’occupation (nombre d’occupants, groupe d’âge, et niveau d’activité). Un protocole de ventilation conçu pour un ensemble de conditions donné peut ne pas convenir à un autre. Par exemple, une classe de 20 élèves en janvier risque de nécessiter un protocole différent que le même local utilisé par 15 adultes pour une répétition de chorale en été.
En surveillant le taux de CO2 à un ou plusieurs endroits d’une classe utilisée sous des conditions extérieures extrêmes (températures très froides ou très chaudes), les occupants peuvent opter pour celui parmi les protocoles présentés dans le tableau 2 qui convient le mieux à leur situation. Quelques critères à considérer :
- Maintenir un taux de CO2 acceptable, en fonction d’une compréhension nuancée des risques.
- Ne pas imposer une charge lourde ou non viable aux occupants.
- Éviter les inconforts thermiques et acoustiques.
- Éviter l’introduction d’autres risques.
Il existe des normes pour évaluer le confort thermique : ASHRAE Standard 55-202041 et ISO-7730:200542. Toutefois, on peut trouver dans la littérature des sondages plus pratiques et moins techniques sur le confort thermique et acoustique12,18. Essentiellement, selon ces méthodes, on peut parler de « confort » lorsqu’une grande partie des occupants (souvent 80 %) se considère dans un état neutre ou non perturbé.
Après avoir utilisé la détection du CO2 pour déterminer une stratégie de ventilation manuelle appropriée, il n’est pas toujours nécessaire de continuer à utiliser les capteurs si de bonnes habitudes de ventilation ont été mises en place43. Les capteurs peuvent servir à évaluer ou à surveiller d’autres locaux ou faire des vérifications périodiques. Certains occupants pourraient préférer garder un capteur dans la classe, d’autres non.
Autres technologies et stratégies
Dans la conception d’un protocole de ventilation d’urgence, on peut aussi envisager l’ajout de technologies supplémentaires et l’intégration d’autres mesures sanitaires nécessaires. Par exemple, on peut amoindrir la charge sur les occupants (ou l’interruption des activités) en intégrant des capteurs de CO2 au système de ventilation. Dans le contexte d’une classe, par exemple, un capteur de CO2 pourrait être relié à une fenêtre à persiennes automatiques et à un ventilateur d’extraction6,24, méthode qui s’est avérée plus efficace que la ventilation manuelle sur le plan du taux de CO2 et de la température44. L’utilisation d’un auvent est une autre solution qui peut contribuer à atténuer le bruit et l’exposition à la chaleur causée par l’ouverture des fenêtres.
En ce qui concerne l’intégration de nouvelles mesures sanitaires, il faut souligner que la détection du CO2 et la ventilation servent (principalement) à réduire les risques à long terme et de longue portée de l’accumulation des émissions respiratoires dans un espace clos. L’amélioration de la ventilation à elle seule ne permet pas d’éviter les risques de transmission des maladies respiratoires, lesquelles se propagent de diverses manières sur des distances courtes ou longues. Par exemple, le renouvellement de l’air, relativement lent, ne peut rien contre l’échange extrêmement rapide de particules entre deux personnes interagissant face à face, contrairement à l’utilisation de masques ou d’autres barrières physiques31. Les occupants devraient aussi savoir que même si les épurateurs d’air et les masques réduisent la quantité de particules (y compris les virus en aérosol), ils n’ont aucun effet sur les émissions de CO2 et leur concentration dans la pièce.
Mobilisation des occupants par la formation
Les études consultées ont montré des résultats variables en ce qui concerne l’utilité de la ventilation déclenchée par capteur. Des travaux antérieurs ont souligné l’importance capitale de mobiliser les utilisateurs au moyen de formations et de sensibilisation à la QAI et d’y accorder suffisamment de temps. Geelen et al.43 ont examiné les effets sur les taux de CO2 de trois interventions dans 81 écoles primaires néerlandaises : soit des conseils sur la ventilation manuelle, soit des conseils sur la ventilation à l’aide de capteurs, soit conseils sur la ventilation appuyée par des plans de leçons. À la fin des six semaines de l’étude, on a constaté que cette dernière approche avait mobilisé davantage les élèves et permis de maintenir de faibles taux de CO2, comparativement à l’intervention avec capteurs. Geelen et al.43 et Vassella et al.21 proposent des exemples de plan de leçons et de matériel de formation.
De plus, les occupants doivent comprendre que le seuil de CO2 choisi n’est pas un gage de sécurité, mais plutôt un outil de réduction des risques à utiliser en conjonction avec d’autres mesures comme le port du masque, la désinfection des mains, l’utilisation de barrières physiques aux endroits appropriés (p. ex., à la réception de l’école)31, entre autres1.
Dépasser le seuil de CO2 n’entraîne pas nécessairement des effets nocifs sur la santé. De la même façon, maintenir le taux de CO2 sous le seuil n’élimine pas les risques.
Activités pour l’amélioration permanente de la qualité de l’environnement intérieur des classes
Les protocoles de ventilation décrits ici ne sont pas des solutions permanentes aux problèmes de ventilation dans les écoles. Idéalement, la détection du CO2 contribuera à déterminer les bâtiments ou les zones les plus touchés et à entreprendre des mesures correctives, tout en assurant une certaine atténuation des risques entre-temps.
Pour rendre les milieux scolaires plus agréables et plus sains, il faudra réévaluer la conception, la ventilation et le fonctionnement des écoles45, ce qui peut mener à des compromis nécessaires sur les plans de la qualité de l’air intérieur, de l’efficacité énergétique et du confort thermique46. Toutefois, il est urgent d’améliorer la ventilation et l’épuration d’air, compte tenu de la multiplication des feux incontrôlés et des épisodes de chaleur extrême en raison du changement climatique, qui rendent parfois la ventilation manuelle impossible. Par ailleurs, la pandémie a donné lieu à une prise de conscience salutaire pour l’amélioration de la qualité de l’environnement intérieur des écoles et la préservation de la santé des enfants.
Sommaire
Cette revue des données probantes montre que malgré l’efficacité de la ventilation manuelle pour améliorer le renouvellement d’air en général (comme l’indique une diminution des taux de CO2), une plus grande perméabilité avec l’extérieur a occasionné davantage d’inconvénients causés par le froid, le bruit et, occasionnellement, la présence de polluants (MP) dans les milieux moins favorables. Cependant, dans de nombreuses écoles, la ventilation manuelle n’a pas entraîné d’écart important par rapport à la plage de températures désirée, et de légères diminutions de la température ambiante n’ont pas causé d’inconvénient notable.
Ces résultats mettent en évidence les compromis que les écoles doivent faire lorsqu’elles dépendent de la ventilation naturelle pour limiter la propagation d’un virus respiratoire, et les multiples facteurs qui influencent le taux de renouvellement d’air. Les capteurs de CO2 peuvent être utiles aussi bien pour évaluer des classes individuellement (ou des groupes de classes comparables) afin d’élaborer un protocole réalisable que pour aider les occupants à bien appliquer le protocole. Bien que les études examinées ici n’aient pas révélé de bienfaits marqués des signaux visuels de capteurs de CO2 sur le taux de renouvellement d’air ou l’évitement des effets indésirables, il pourrait être utile de déployer davantage d’efforts pour informer les occupants et créer chez eux de meilleures habitudes de ventilation afin d’exploiter le plein potentiel de ces appareils. À longue échéance, c’est en modernisant les écoles pour régler les problèmes de QAI actuels et futurs qu’on éliminera les inégalités entre les élèves en matière de santé respiratoire dues à la mauvaise ventilation dans les écoles en manque de ressources.
Remerciements
L’auteure tient à remercier le Dr Geoff McKee (Centre de contrôle des maladies de la Colombie-Britannique) et la Dre Fatemeh Sabet (Interior Health), ainsi que ses collègues du CCNSE : Juliette O’Keeffe, Sarah Henderson, Michele Wiens et Lydia Ma.
Annexe A
Voici les mots clés et termes employés dans la recherche avec la méthode PECO :
Problème
indoor [intérieur] OU IAQ [QAI] OU room [pièce] OU office [bureau] OU restaurant [restaurant] OU dining [repas] OU shop [magasin] OU business [entreprise] OU premise [lieu] OU house [maison] OU home [domicile] OU residence [résidence] OU apartment [appartement] OU condominium [condominium] OU condo [condo] OU flat [appartement] OU building [bâtiment] OU arena [amphithéâtre] OU gym [gymnase] OU classroom [salle de classe] OU class [classe] OU school [école] OU university [université] OU daycare [garderie] OU “day care” [service de garde] OU centre [centre] OU center [centre] OU institution [institution] OU hospital [hôpital] OU clinic [clinique] OU lab [laboratoire] OU laboratory [laboratoire] OU “confined space” [espace clos]
ET
Exposition
“carbon dioxide” [dioxyde de carbone] OU CO2
ET
Comparateur
intervention [intervention] OU ventilation [ventilation] OU ventilate [ventiler] OU ventilated [ventilé] OU HVAC [CVCA] OU “mechanical system” [système mécanique] OU “air conditioning” [climatisation] OU heating [chauffage] OU window [fenêtre] OU opening [ouverture] OU “air flow” [circulation d’air] OU exchange [renouvellement] OU “air change” [changement d’air] OU actions [mesures] OU airing [aération] OU fans [ventilateurs] OU outbreak [éclosion]
sensor [capteur] OU instrument [instrument] OU detector [détecteur] OU detection [détection] OU “tracer gas” [gaz traceur] OU micro-sensor [microdétecteur]
ET
Résultat
(reading [lecture] OU analysis [analyse] OU analyses [analyses] OU level [taux] OU amount [quantité] OU proportion [proportion] OU estimate [estimation] OU measure [indicateur] OU measurement [mesure] OU impact [effet] OU evaluation [évaluation] OU evaluate [évaluer] OU determine [déterminer] OU limitation [limite] OU capability [capacité])
(reduce [réduire] OU reduction [réduction] OU decrease [diminuer] OU mitigate [atténuer] OR mitigating [atténuation] OU mitigation [atténuation] OU prevention [prévention] OU prevent [prévenir])
(“infectious particle“ [particule infectieuse] OU bioaerosol [bioaérosol] OR “particulate matter” [matière particulaire] OU PM2.5 [PM2,5] OU “air quality” [qualité de l’air])
Références
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