Une meilleure qualité de l’air intérieur peut-elle contrer la COVID-19? 

Au cours des prochaines semaines, WSP se penchera sur l’évolution du bureau dans l’après-COVID, de nos comportements en présence des collègues dont nous étions séparés jusqu’à l’incidence de la révolution du télétravail sur la demande de locaux commerciaux. Comment les employeurs peuvent-ils transformer leurs locaux en destinations incontournables et quel rôle joueront les technologies intelligentes dans tout cela? Les adaptations que nous avons apportées rehausseront-elles la pérennité, et que signifie un bureau « souple » dans un contexte de résilience aux pandémies futures?

Cela dit, une des premières questions des travailleurs qui retournent au bureau sera : « Est-ce que c’est sécuritaire? ». La semaine dernière, nous nous sommes penchés sur les modes de propagation des maladies dans les bureaux et les moyens pour limiter leur propagation qu’offrent la conception et l’assainissement. Cette semaine, nous examinons le rôle des systèmes de conditionnement de l’air et de ventilation, un des sujets les plus chauds et les plus complexes.

De nombreuses stratégies éprouvées utilisées dans les immeubles de haute performance et du secteur de la santé pourraient être appliquées aux bureaux. Elles présentent différents niveaux de perturbation et de pertinence et entraînent toujours des compromis entre la performance, la consommation énergétique, le coût et l’expérience. Il existe aussi des stratégies qui favorisent plus largement la santé dans un immeuble, mais ne s’attaquent pas spécifiquement aux coronavirus. Le dilemme pour les propriétaires immobiliers et les employeurs sera d’établir l’ampleur des changements qu'ils devront apporter pour que les occupants se sentent à l’aise, et quels compromis valent vraiment la peine. Nous aborderons les répercussions de ces choix sur les aspects économiques des demandes changeantes des occupants plus tard dans la série. Mais nous devons d’abord comprendre ce qui peut être fait.

Le conditionnement de l’air dans les bureaux est généralement assuré par des systèmes de recirculation de l’air. Il peut s’agir de groupes de traitement de l’air centralisés situés dans des salles mécaniques ou de ventilo-convecteurs répartis installés au-dessus du plafond ou dans le périmètre de l’espace. Le fonctionnement des deux types d’appareils est essentiellement le même – ils aspirent de l’air de l’espace, le mélangent avec une certaine proportion d’air frais de l’extérieur, font passer ce mélange par un filtre, puis à travers un serpentin contenant de l’eau refroidie ou chauffée pour finalement le retourner dans l’espace par soufflage à haute vitesse afin qu’il se mélange à l’air ambiant. « Le problème est que l’accélération de l’air dans l’espace peut se traduire par le transport de virus sur de plus grandes distances que si l’air était calme », explique David Cooper, ingénieur en mécanique et président du secteur mondial du bâtiment de WSP. « Alors, plutôt que de se déposer au sol dans le rayon de distanciation prescrit de deux mètres, les virus sont transportés sur jusqu’à trois, peut-être même six mètres avant de se poser sur une surface. » Alors, même si vous êtes assis à la distance recommandée d’une autre personne, cela n’assurera pas nécessairement le niveau prévu de protection si ce genre de systèmes est installé dans votre lieu de travail, même s’il offre une filtration accrue.

Les systèmes traditionnels par déplacement ou distribution au sol peuvent minimiser les courants d’air et les mouvements horizontaux de l’air, affirme David. « À la base, les systèmes de distribution au sol créent une zone d’air distincte pour chaque poste de travail. » Les poutrelles de refroidissement et les panneaux de plafond chauffants engendrent aussi très peu de déplacement de l’air et réduisent donc le risque de transport horizontal accru des coronavirus dans l’air. » 

Si on pousse encore plus loin, les systèmes à écoulement laminaire utilisés dans les salles d’opération et les salles blanches sont conçus pour minimiser le plus possible les mouvements horizontaux de l’air. « Le concept est que l’air entre en hauteur et se déplace verticalement vers le bas à faible vitesse, retirant du coup les microbes et contaminants de la zone de respiration et les transportant directement jusqu’au niveau du sol pour les y évacuer », explique Todd See, spécialiste des laboratoires et des immeubles de haute performance chez WSP à San Francisco. « Il serait plus difficile d’installer un tel système dans un immeuble existant, mais c’est certainement quelque chose que nous pouvons envisager pour la conception de nouveaux espaces. » 

Les ventilo-convecteurs sont en fait dotés de filtres qui piègent la poussière et les particules, mais ces filtres doivent être entretenus. « Au fil du temps, les filtres s’encrassent et doivent être nettoyés ou remplacés, ce qui, très souvent, n’est pas fait adéquatement », mentionne Justin Turnpenny, qui dirige l’équipe d’aménagement de WSP à Londres. « Un bon entretien est un élément essentiel que nous devrons gérer à l’avenir. » (Le rôle que peuvent jouer les technologies intelligentes dans la surveillance à distance de la santé des immeubles sera abordé dans un prochain article.)

Une meilleure filtration peut améliorer la qualité générale de l’air, mais un degré accru de filtration engendre plus de résistance dans le système : plus les mailles d’un filtre ont fines, plus il faut d’énergie pour y faire passer l’air, ce qui accroît la consommation énergétique de l’immeuble. « Les directives et la réglementation nous poussent toutes vers des bureaux plus écoénergétiques; cela irait donc à l’encontre de ces dispositions, souligne Justin. Ça irait certainement à l’encontre de la réglementation actuelle en construction et requiert donc une approche équilibrée. »

Gary Pomerantz, spécialiste en mécanique du bâtiment et premier vice-président chez WSP à New York, s’est aussi penché sur des solutions d’assainissement de l’air intégrées aux appareils de traitement de l’air. Une des approches possibles serait d’installer des appareils de traitement de l’air plus grands dotés de meilleurs filtres et de lampes UV. « Probablement les seuls filtres dont il a été démontré qu’ils retirent les virus sont les filtres HEPA – ils retirent les particules de diamètres allant jusqu’à 0,3 micron. » Les filtres à haute cote d’efficacité minimum (MERV) généralement prescrits dans les groupes de traitement de l’air centraux, peuvent retirer de 90 % à 95 % des bactéries et particules fines, mais pas les particules de la taille de la plupart des virus. Une lampe UV pourrait tuer le reste, « mais elle devrait être très intense parce que le temps de contact est très court ». Selon les calculs de Gary pour un projet à New York, doter de filtres HEPA un groupe de traitement de l’air d’une capacité de 11 000 litres à la seconde ajouterait 5 000 $US aux coûts d’exploitation annuels. Chaque lampe UV ajoutée représenterait 2 500 $ supplémentaires. « Ce n’est pas négligeable, et ce n’est que pour un appareil de traitement de l’air. Un grand projet peut en compter 75. » Le coût supplémentaire pourrait être abaissé en surdimensionnant les appareils de traitement de l’air, ce qui réduirait l’effet de la résistance accrue, mais une plus grande superficie serait alors requise pour chaque appareil.  

Mais que faire pour les nombreuses particules qui ne se rendent jamais aux appareils de traitement de l’air? Une solution proposée est l’irradiation germicide aux ultraviolets (IRUV), qui utilise des UVC de courtes longueurs d’onde pour tuer ou rendre inactifs les microorganismes. Cela comporte toutefois son propre lot de risques : « les humains sont aussi des organismes vivants », signale Gary. Une forte lumière UVC peut endommager la peau et la cornée, en plus d’entraîner la dégradation des plastiques. Des lampes pourraient peut-être être installées en hauteur, loin des occupants, mais elles n’assainiraient pas l’air dans la zone de respiration. 

Gary Pomerantz explore une autre solution pour capter les gouttelettes le plus près possible de leur source, discutant avec des fabricants de meubles de l’intégration aux tables de travail d’un écran transparent et d’une fente d’évacuation. « Comme ça, quand on parle, tout ce qui sort frappe l’écran et est attiré dans la table, puis dans un petit appareil doté d’un filtre HEPA et d’une lampe. » Ces bureaux pourraient être disposés en rangée et évacuer les particules captées vers un seul appareil.  

Comme les particules de SARS-CoV-2 ont tendance à tomber plutôt que d’être transportées dans l’air comme un aérosol, accroître la proportion d’air extérieur ou laisser fonctionner les systèmes 24 heures sur 24 pour purger les locaux n’aurait probablement pas d’incidence directe sur la propagation de cette maladie précise. Cela pourrait toutefois réduire la concentration d’autres contaminants, améliorer la qualité de l’air plus généralement et certainement produire un milieu plus plaisant, ce qui contribuerait à rassurer les travailleurs qui retournent au bureau. 

Cette approche a cependant aussi un coût énergétique, puisque le refroidissement ou le chauffage de l’air jusqu’à la bonne température prend plus d’énergie, et l’équipement devrait être dimensionné pour répondre à la demande accrue, comme c’est le cas pour les hôpitaux. L’ampleur exacte de l’augmentation de la demande énergétique dépendra du lieu. L’utilisation d’une plus grande proportion d’air extérieur constitue déjà une stratégie écoénergétique établie en climats tempérés. Au Royaume-Uni, par exemple, la température de l’air extérieur est inférieure à 18oC de 60 % à 70 % de l’année, explique Austin Wikner, chef de l’équipe de mécanique du bâtiment de WSP à Londres. Propulser cet air dans un immeuble à l’aide d’un système de circulation peut donc entraîner des économies d’énergie de jusqu’à 40 % par rapport à l’usage de ventilo-convecteurs. « Ce n’est pas particulièrement nouveau ou novateur, mais ça suscite de plus en plus d’intérêt maintenant que l’on connaît l’ampleur des économies d’énergie que ça peut engendrer. C’est devenu notre solution par défaut. »

De même, à San Francisco, l’air extérieur peut être utilisé pendant la majeure partie de l’année, alors qu’à New York (et en générale sur la côte est des continents), il fait très chaud et humide en juillet et août et peut faire très froid en hiver, qui coïncide typiquement avec la saison de la grippe. « S’il s’agissait d’un nouveau projet, j’essaierais de minimiser la quantité d’énergie supplémentaire ou, à tout le moins, les périodes durant lesquelles la demande énergétique serait accrue, affirme Todd See. 

Todd a conçu un système novateur pour un espace dans lequel l’air est entièrement conditionné avec 100 % d’air extérieur sans nécessiter plus d’énergie pour le fonctionnement de ventilateurs; le système a été installé dans un établissement de recherche pour l’Administration océanique et atmosphérique nationale (NOAA) des États-Unis à Hawaii. Il s’inspire du vieux principe issu du Moyen-Orient de stratification de l’air dans l’espace de manière à ce que la chaleur monte et de l’air extérieur frais entre près du sol. « Il fait appel à des cheminées dans lesquelles l’air est chauffé à l’énergie solaire pour engendrer de faibles forces qui font circuler toujours plus d’air dans l’immeuble. » Ce système a été aménagé dans plusieurs autres immeubles, dont un bureau de deux étages pour le siège de la Hilton Foundation en Californie. 

Mais ne pourrait-on pas tout simplement ouvrir les fenêtres? « Tout le monde parle de la ventilation naturelle, explique Gary Pomerantz. Je pense que c’est très bien, pourvu que je sois assis près de la fenêtre en amont du vent. Mais il y aura des personnes en aval, et ces personnes seront exposées aux microbes de tous les autres occupants, transportés par l’air qui traverse l’espace avant d’être évacué de l’immeuble. »

Toute stratégie de résilience aux pandémies doit aussi tenir compte d’autres menaces graves. Parfois, c’est l’air extérieur qui est problématique, comme ce fut le cas en Australie durant les incendies qui ont fait rage d’octobre 2019 à janvier 2020. « À Sydney, une odeur de fumée a persisté dans le bureau pendant trois mois, et à l’extérieur, on ne voyait pas à plus de 100 m », affirme Jonathan Ramajoo, chef du secteur de la santé chez WSP en Australie. « Ils devaient en fait couper l’apport d’air extérieur à l’immeuble pendant plusieurs heures. S’il devait y avoir un incendie pendant la pandémie de COVID, ça compromettrait vraiment la qualité de l’air dans le bureau. » Dans un nouvel immeuble pour l’Australian National University, WSP a conçu des systèmes de conditionnement de l’air pouvant accueillir des filtres à charbon quand il est nécessaire de retirer les particules de fumée de l’air entrant, de manière à maintenir un apport d’air extérieur dans les locaux. « L’espace ainsi prévu pourrait permettre l’utilisation d’autres types de filtres pour contrer les risques environnementaux auxquels nous faisons face », ajoute Jonathan. 

Une bonne humidité relative (HR), idéalement entre 40 % et 60 %, réduirait l’infectiosité des virus, ferait en sorte qu’ils se déposent plus rapidement et améliorerait notre capacité de les contrer. C’est une bonne nouvelle, mais pas nécessairement la stratégie la plus facile à mettre en œuvre. « Il est presque impossible de contrôler l’humidité ailleurs que dans les milieux de la santé », souligne Tomer Zarhi, gestionnaire en mécanique dans l’équipe du secteur de la santé chez WSP au Canada. « La surveillance et le contrôle de l’humidité dans un bureau seraient très dispendieux. » 

Cela dépend en partie des conditions locales. Le problème n’est pas tant l’humidité de l’air extérieur que sa température, affirme Jack Maynard, qui dirige l’équipe mécanique et électrique de WSP au Canada. « Quand vous faites entrer de l’air à l’intérieur et que vous le réchauffez, son pourcentage d’humidité diminue. » Pour compenser cette baisse, de l’eau doit y être ajoutée. Une humidité relative de 40 % serait une cible élevée pour un bureau et ferait augmenter la consommation énergétique et d’eau.

Une autre difficulté réside dans le fait que de nombreux immeubles existants ne sont pas conçus pour des degrés d’humidité élevés, met en garde David Cooper. « L’humidification en hiver entraînera de la condensation sur les fenêtres et les meneaux, la possibilité que du frimas se forme dans les vides de murs et cause des dommages à ces derniers, un risque accru de développement de moisissures et de mildiou si l’humidité n’est pas bien contrôlée et, bien sûr, des coûts énergétiques élevés », dit-il. Même dans les immeubles non médicaux conçus pour des degrés d’humidification de l’air intérieur qui favorisent le confort et la santé en général, on ne peut généralement pas maintenir une humidité relative de 40 % à 60 % durant les mois d’hiver. Une telle humidité engendrerait de la condensation même sur du vitrage haut rendement et des meneaux à haut rendement thermique. 

Si la COVID-19 accélère la tendance émergente vers des milieux de bureau plus sains, nombreux sont ceux qui s’en réjouiront. Mais cela pourrait, en fin de compte, être déterminé par des facteurs économiques. Tout comme la pandémie nous force à revoir les stratégies établies pour contrôler le milieu de travail dans les bureaux, elle met très nettement en lumière nos manières d’occuper ces espaces et la valeur que nous leur avons accordée. WSP se penchera sur ces questions dans la suite de la série.