Contexte professionnel — Aménagement d'une kitchenette dans un espace d'accueil
Un menuisier agenceur conçoit une kitchenette fermée dans le coin d'une salle d'accueil recevant du public. Le local mesure 4 m de long, 3 m de large et 2,5 m de haut. On y trouve un point d'eau, une plaque de cuisson et un placard fermé pour les produits d'entretien : il s'y dégage de l'humidité, des odeurs et du dioxyde de carbone (CO₂) quand plusieurs personnes y travaillent.
Pour que l'air reste sain, le client demande : « Combien d'air faut-il faire entrer et sortir chaque heure ? Quelle grille d'aération dois-je intégrer dans le bandeau du meuble haut, et de quelle taille ? » L'agenceur doit prévoir une entrée d'air, une circulation (détalonnage de la porte) et une extraction, tout en respectant l'esthétique de l'agencement.
2. Pourquoi ventiler un local ?
Définition — Renouvellement de l'air Ventiler, c'est remplacer l'air vicié d'un local par de l'air neuf venu de l'extérieur. Sans renouvellement, l'air intérieur se dégrade :
Humidité : cuisson, point d'eau → risque de condensation, moisissures, gonflement des panneaux de bois
COV (composés organiques volatils) : émis par les colles, vernis et panneaux de particules fraîchement posés
CO₂ : produit par la respiration des occupants → fatigue, baisse de concentration
Odeurs : cuisine, produits d'entretien stockés
Un agencement bien conçu intègre les passages d'air : grilles, détalonnage de porte, bouches d'extraction.
3. Volume, débit et taux de renouvellement
Définition — Volume d'un local
Pour un local en forme de pavé droit :
\[ V = L \times l \times h \]
\(V\) : volume en mètres cubes (m³)
\(L\) : longueur, \(l\) : largeur, \(h\) : hauteur (en m)
Définition — Débit volumique d'air \(Q_v\)
Le débit volumique est le volume d'air qui traverse une ouverture pendant une durée donnée :
\[ Q_v = \frac{V}{t} \]
Définition — Taux de renouvellement horaire \(\tau\)
Le taux de renouvellement indique combien de fois le volume d'air du local est entièrement remplacé en une heure :
\[ \tau = \frac{Q_v}{V} \]
\(\tau\) en volumes par heure (vol/h), parfois noté h⁻¹
\(Q_v\) en m³/h, \(V\) en m³
Exemple : \(\tau = 2\) signifie que tout l'air du local est renouvelé 2 fois par heure
Propriété — Débit, vitesse d'air et section d'une grille
L'air traverse une grille de section \(S\) à une vitesse \(v\). Le débit vaut :
\[ Q_v = v \times S \]
\(Q_v\) en m³/s, \(v\) en m/s, \(S\) en m²
Une grille trop petite augmente la vitesse de passage et peut provoquer bruit et inconfort. Dans les exercices, la valeur de 2 m/s est un critère de cahier des charges fourni, pas un seuil réglementaire général.
Repères réglementaires — bien identifier le type de local
Le taux en vol/h est utile pour calculer, mais il ne suffit pas à démontrer la conformité :
dans un logement, l'arrêté du 24 mars 1982 fixe des débits extraits en m³/h selon la pièce de service et le nombre de pièces principales ;
dans un local de travail à pollution non spécifique, le Code du travail fixe un débit minimal d'air neuf par occupant selon l'activité ;
dans un atelier avec émission de COV, il s'agit d'une pollution spécifique : les polluants doivent d'abord être supprimés ou captés au plus près de leur source, la ventilation générale évacuant les résidus.
4. Application — Ventilation de la kitchenette
Exemple numérique complet
Reprenons la kitchenette : \(L = 4\) m, \(l = 3\) m, \(h = 2{,}5\) m. Pour travailler la relation \(Q_v = \tau V\), le cahier des charges de l'exercice fournit \(\tau = 2\) vol/h. Cette donnée ne constitue pas une valeur réglementaire.
Étape 1 — Volume du local :
\[ V = 4 \times 3 \times 2{,}5 = 30 \; \text{m}^3 \]
Étape 2 — Débit d'air à assurer : à partir de \(\tau = \dfrac{Q_v}{V}\), on obtient \(Q_v = \tau \times V\) :
\[ Q_v = 2 \times 30 = 60 \; \text{m}^3/\text{h} \]
Étape 3 — Conversion en m³/s :
\[ Q_v = \frac{60}{3600} \approx 0{,}017 \; \text{m}^3/\text{s} \]
Étape 4 — Section de la grille d'extraction (vitesse d'air limitée à \(v = 2\) m/s) : à partir de \(Q_v = v \times S\), on a \(S = \dfrac{Q_v}{v}\) :
\[ S = \frac{0{,}017}{2} \approx 0{,}0085 \; \text{m}^2 = 85 \; \text{cm}^2 \]
Le modèle donne une section libre théorique de 85 cm². Une grille de 20 cm × 5 cm n'offre pas nécessairement 100 cm² de passage libre à cause des ailettes. Le choix réel doit tenir compte de la section libre annoncée, des pertes de charge, du réseau complet, des entrées d'air et du débit réglementaire correspondant au local.
5. Schéma du local agencé ventilé
6. Exercices
SocleExercice 1 — Volume d'un local (guidé)
Un agenceur aménage un dressing fermé de forme pavé droit : longueur 2 m, largeur 1,5 m, hauteur 2,5 m.
Rappeler la formule du volume : \(V = \ldots \times \ldots \times \ldots\)
StandardExercice 6 — Dimensionner une grille (section et vitesse)
Une grille d'extraction doit laisser passer un débit \(Q_v = 0{,}018\) m³/s. Le cahier des charges de l'exercice limite la vitesse à 2 m/s pour réduire le risque de bruit.
À partir de \(Q_v = v \times S\), exprimer la section \(S\).
Calculer la section minimale \(S\) (en m² puis en cm²).
Une grille rectangulaire fait 18 cm × 6 cm. Sa section convient-elle ?
\(S = \dfrac{Q_v}{v}\)
\(S = \dfrac{0{,}018}{2} = 0{,}009\) m² = 90 cm²
Grille : \(18 \times 6 = 108\) cm² \(\gt 90\) cm² → elle convient (avec une marge).
StandardExercice 7 — Comparer deux locaux
Deux locaux agencés sont équipés de la même bouche d'extraction réglée sur 72 m³/h :
Local A : 4 m × 3 m × 2,5 m
Local B : 6 m × 4 m × 2,5 m
Calculer le volume de chaque local.
Calculer le taux de renouvellement de chacun.
Dans lequel l'air est-il le mieux renouvelé ? Pourquoi ?
L'air est mieux renouvelé dans le local A : à débit égal, plus le volume est petit, plus le taux de renouvellement est élevé.
ApprofondissementExercice 8 — Renouveler l'air après une pose de vernis
Après une simulation de pose de vernis dans un local de 5 m × 3 m × 2,5 m, on demande de calculer la durée correspondant à 4 renouvellements théoriques avec un débit de 75 m³/h. Cette consigne est une donnée de calcul : elle ne permet pas de fixer un délai réel de réoccupation après émission de COV.
Calculer le volume du local.
Calculer le volume d'air total à évacuer pour 4 renouvellements complets.
En déduire la durée de ventilation nécessaire (\(t = V_{\text{total}} / Q_v\)), en heures puis en minutes.
\(V = 5 \times 3 \times 2{,}5 = 37{,}5\) m³
Volume total : \(4 \times 37{,}5 = 150\) m³
\(t = \dfrac{150}{75} = 2\) h = 120 minutes. En situation réelle, la FDS du produit, le procédé d'application, le captage à la source et l'évaluation de l'exposition déterminent les mesures de prévention et la réoccupation.
ApprofondissementExercice 9 — Choisir une solution de ventilation
Dans un scénario de calcul, un atelier de finition mesure 8 m × 5 m × 3 m. Pour comparer deux extracteurs, on fournit la cible pédagogique \(\tau = 3\) vol/h. Cette valeur n'est pas présentée comme une prescription suffisante pour un atelier émettant des COV. Deux appareils fictifs sont proposés :
Modèle X : débit 250 m³/h, vitesse d'air en sortie 2,5 m/s
Modèle Y : débit 400 m³/h, vitesse d'air en sortie 4 m/s
Calculer le volume de l'atelier puis le débit minimal \(Q_v\) à assurer.
Le modèle X suffit-il ? Et le modèle Y ?
Pour le modèle satisfaisant la cible, calculer la section de gaine (\(S = Q_v / v\), débit converti en m³/s). Que penser de la vitesse de 4 m/s du point de vue du bruit ?
Expliquer pourquoi ce calcul ne suffit pas à protéger les travailleurs contre les COV.
Modèle X : 250 m³/h \(\lt\) 360 m³/h → insuffisant. Modèle Y : 400 m³/h \(\gt\) 360 m³/h → convient.
Modèle Y : \(Q_v = \dfrac{400}{3600} \approx 0{,}111\) m³/s ; \(S = \dfrac{0{,}111}{4} \approx 0{,}028\) m² ≈ 280 cm². Une vitesse élevée peut générer du bruit ; les dimensions réelles relèvent d'une étude du réseau et du matériel.
Le taux de renouvellement ne décrit ni la concentration du polluant ni l'exposition. La priorité réglementaire est la suppression ou le captage au plus près de la source, complété par la ventilation générale pour les polluants résiduels.
ApprofondissementExercice 10 — Débit d'air neuf d'une salle de réunion et d'accueil
Une salle de réunion et d'accueil agencée (7 m × 6 m × 3 m) reçoit jusqu'à 12 personnes. Pour un local à pollution non spécifique de cette catégorie, le Code du travail fixe un débit minimal d'air neuf de 30 m³/h par occupant lorsque l'aération est assurée par ventilation mécanique.
Calculer le volume de la salle.
Calculer le débit total d'air neuf nécessaire pour 12 personnes.
En déduire le taux de renouvellement \(\tau\) correspondant. L'arrondir au dixième.
La grille d'entrée d'air intégrée par l'agenceur fait 30 cm × 12 cm. En limitant la vitesse à 2 m/s, quel débit maximal (en m³/h) peut-elle laisser passer ? Une seule grille suffit-elle ?
\(V = 7 \times 6 \times 3 = 126\) m³
Débit total : \(12 \times 30 = 360\) m³/h
\(\tau = \dfrac{360}{126} \approx 2{,}9\) vol/h
Section : \(0{,}30 \times 0{,}12 = 0{,}036\) m². Débit géométrique du modèle : \(Q_v = v \times S = 2 \times 0{,}036 = 0{,}072\) m³/s, soit environ 259 m³/h. C'est \(\lt 360\) m³/h : le critère n'est pas satisfait par une seule grille. En pratique, il faut utiliser la section libre réelle et étudier les pertes de charge du réseau, pas simplement doubler les grilles.