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Guide pratique de la conception a la maintenance de système de dépressurisation des sols a fonctionnement naturel | PAGE 1

RECOMMANDATIONS POUR LA REALISATION D’UN SYSTEME DE DEPRESSURISATION DES SOLS A FONCTIONNEMENT NATUREL, DE LA CONCEPTION A LA MAINTENANCE.

Guide Pratique

Protection des bâtiments vis-à-vis des remontées de gaz du sol

En partenariat avec :


REMERCIEMENTS Ce document a été réalisé par le CSTB (Bernard Collignan) en partenariat avec le LaSIE (Francis Allard, Zaïd Romani, Marc Abadie), Tipee (Jérôme Nicolle) et le laboratoire CERIC du Groupe Poujoulat (Pierre Peigné, Lionel Druette), dans le cadre du projet EVAL-SDS, cofinancé par l’ADEME (APR CORTEA 2015). Nous tenons à remercier Franck Marot de l’Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Direction Ville et Territoire Durable - Services Friches Urbaines et Sites Pollués) et Ingénieur référent pour le suivi technique de ce projet. Les auteurs remercient également les membres du groupe de relecture ci-dessous, ayant permis d’aboutir à une version finalisée de ce guide. Groupe de relecture :

Fédération Française du Bâtiment (FFB) Stéphanie Coullon Julien Serri

Confédération de l'Artisanat et des Petites Entreprises du Bâtiment (CAPEB) Patrice Beaufort Valérie Plisson

Burgeap Sylvie Traverse

Cet ouvrage est disponible en ligne www.ademe.fr/mediatheque

Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété intellectuelle (art. L 122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (art. 122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé de copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou d’information de l’œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122-10 à L 122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie.

Ce document est diffusé par l’ADEME

20, avenue du Grésillé BP 90406 | 49004 Angers Cedex 01

Numéro de contrat : 1572C0199

Guide réalisé par le CSTB, en collaboration avec le LaSIE et le

laboratoire CERIC du Groupe Poujoulat, dans le cadre du

projet EVALSDS cofinancé par l'ADEME

Appel à projets R&D « Connaissances, Réduction à la source

et Traitement des Emissions dans l’Air (CORTEA), édition 2015

Coordination technique - ADEME : MAROT Franck

Direction/Service : Friches Urbaines et Sols Pollués

http://www.ademe.fr/mediatheque


Sommaire Résumé.................................................................................................................................................... 4

Abstract .................................................................................................................................................... 4

Avant-propos ........................................................................................................................................... 5

1. Contexte et Généralités .................................................................................................................... 6

1.1 Destination du guide ................................................................................................................... 6

1.2 Principes d’entrée des polluants gazeux du sol ......................................................................... 6

1.3 Principes de protection contre les polluants gazeux du sol ........................................................ 7

1.4 Principe du SDS .......................................................................................................................... 9

2. Description du SDS à fonctionnement naturel ............................................................................... 10

2.1 Lit de gravier ............................................................................................................................. 11

2.2 Plancher bas ............................................................................................................................. 11

2.3 Etanchements des points particuliers ....................................................................................... 13

2.4 Point d’extraction et dimension de la surface traitée ................................................................ 14

2.5 Conduit d’extraction .................................................................................................................. 18

2.6 Chapeau extracteur statique ..................................................................................................... 18

3. Réalisation, réception et maintenance ........................................................................................... 19

3.1 Matériels à utiliser ..................................................................................................................... 19

3.2 Mise en œuvre .......................................................................................................................... 19

3.3 Compatibilité avec les règles de construction .......................................................................... 19

3.4 Réception et Maintenance ........................................................................................................ 19

3.5 Mécanisation du système ......................................................................................................... 20

Références et Liens utiles ..................................................................................................................... 21

Annexe : Exemples de réalisation ......................................................................................................... 22

Maison expérimentale MARIA du CSTB ............................................................................................... 22

Maison expérimentale sur la Qualité des Environnements Intérieurs : Eurêka ..................................... 27


Résumé L’entrée et l’accumulation de polluants gazeux venant du sol dans les environnements intérieurs peut contribuer à la dégradation significative de la qualité de l’air intérieur et entrainer des situations de risques sanitaires pour les occupants. En France, la méthodologie nationale relative à la gestion des sites et sols pollués prévoit, si nécessaire, la mise en place de mesures constructives dans les processus de gestion d’un site pollué. En effet, même après des actions de traitement des sources de pollution, une pollution résiduelle peut persister et être suffisante pour entretenir la contamination de l’air intérieur d’un bâtiment. L’action de protection sur le bâtiment agit alors en complémentarité de mesure de dépollution pour se prémunir de ces risques.

A ce jour, le Système de Dépressurisation du Sol (SDS.) est reconnu comme une solution préventive efficace. Il est souvent recommandé de mettre en œuvre un SDS et d’analyser si le fonctionnement en tirage naturel, ou passif, est suffisant pour réduire les concentrations intérieures. Néanmoins, Il apparait qu’il n’existe aucune préconisation particulière spécifiée pour optimiser le fonctionnement naturel du système.

Aussi, ce guide a vocation à définir de façon pratique et concise les préconisations pour la conception et le dimensionnement, la mise en œuvre et la maintenance des Système de Dépressurisation des Sols à fonctionnement Naturel (SDSNat) dans les constructions neuves. Il vise principalement l’habitat et le petit tertiaire (surface au sol inférieure à 250 m²). Néanmoins, quelques éléments sont également donnés pour les bâtiments ayant une plus grande surface d’ancrage au sol.

Ce guide constitue ainsi un outil technique à destination des maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre et de tout professionnel du bâtiment souhaitant recourir à cette technique innovante comme moyen de protection des bâtiments neufs vis-à-vis des remontées de polluants gazeux venant du sol.

Mots clés : polluants gazeux du sol ; protection des bâtiments, Système de Dépressurisation des Sols, tirage thermique, vent.

Abstract The entry and the accumulation of gaseous pollutants from the ground to indoor environments can contribute to significant degradation of air quality and lead to health risks for occupants. In France, the national methodology for the management of polluted sites and soils provides, if necessary, the implementation of constructive measures. In fact, after treatment of polluted soils, residual pollution could exist, which would be able to maintain an impact on indoor air quality. The protective action on the building then acts as complementarity action to manage the situation and to minimize the risk.

To date, the Soil Depressurization System (SDS) is recognized as an effective preventive solution. It is often recommended to implement a SDS and to analyze whether natural or passive running is sufficient to reduce indoor concentrations. Nevertheless, it appears that there is no specific recommendation developed to optimize this natural operation of the system.

Therefore, this guide aims to define in a practical and concise way the recommendations for the design, the implementation and the maintenance of the Natural Soil Depressurization Systems of (SDSNat) in new buildings. It mainly targets housing and the small tertiary sector (floor area less than 250 m²). Nevertheless, some elements are also given for buildings with a larger ground anchoring surface.

This guide thus constitutes a technical tool for project owners, project managers and any building professional wishing to implement this innovative technique as a means of protecting new buildings from the gaseous pollutant entry coming from of the ground.

Keywords: soil gaseous pollutants; Protection of buildings, Soil Depressurization System. Thermal plume, wind.


Avant-propos

L’entrée et l’accumulation de polluants gazeux venant du sol dans les environnements intérieurs peuvent entrainer des situations de risques sanitaires pour les occupants. En effet, ces composés gazeux, une fois transférés à travers les infrastructures de soubassements de bâtiments, sont transportés dans les volumes occupés de ces derniers et peuvent impacter significativement la qualité de l’air intérieur.

En France, la méthodologie nationale relative à la gestion des sites et sols pollués prévoit, si nécessaire, la mise en place de mesures constructives dans les processus de gestion d’un site pollué. En effet, après traitement des sols pollués, une pollution résiduelle peut persister et être suffisante pour entretenir la contamination de l’air intérieur d’un bâtiment. L’action de protection sur le bâtiment agit alors en complémentarité des mesures de dépollution pour se prémunir de ces risques.

Dès l’avant-projet d’un bâtiment, la réflexion du maître d’ouvrage doit intégrer le plus en amont possible la mise en œuvre de mesures constructives de nature à réduire le risque d’entrée des polluants du sol. Cette démarche permet de réduire les incidences techniques et financières d’une mise en œuvre ultérieure d’une mesure corrective qui deviendrait nécessaire suite à la détection de niveaux de polluants importants, une fois le bâtiment en usage.

A ce jour, le Système de Dépressurisation du Sol (SDS) est reconnu comme une solution simple à mettre en œuvre lors de la construction d’un bâtiment, très efficace et peu onéreuse. Dans les guides de préconisations existants, notamment vis-à-vis de la protection au radon des bâtiments (BRE, 1992 ; USEPA, 1993 ; CSTB 2008 ; BRGM, 2014), il est souvent recommandé de mettre en œuvre un SDS et d’analyser si le fonctionnement en tirage naturel, ou passif, est suffisant pour réduire les concentrations intérieures. Néanmoins, aucune préconisation particulière n’est spécifiée pour optimiser le fonctionnement naturel du système. Aussi, ce guide a vocation à aider au dimensionnement et à la mise en œuvre de ce type de système afin d’en optimiser l’efficacité en fonctionnement naturel.


1. Contexte et Généralités

1.1 Destination du guide

Ce guide a vocation à définir de façon pratique et concise les préconisations pour la conception et le dimensionnement, la mise en œuvre et la maintenance des Systèmes de Dépressurisation des Sols à fonctionnement Naturel (SDSNat). Il se fonde sur la bibliographie existante et sur la synthèse de l’ensemble des résultats et des enseignements capitalisés à travers le projet EVALSDS. Il vise principalement l’habitat et le petit tertiaire (surface au sol inférieure à 250 m²). Néanmoins, quelques éléments sont également donnés pour les bâtiments ayant une plus grande surface d’ancrage au sol.

Il constitue ainsi une aide à destination des maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre et de tout professionnel du bâtiment souhaitant recourir à cette technique innovante comme moyen de protection des bâtiments neufs vis-à-vis des remontées de polluants gazeux venant du sol (solvants chlorés, hydrocarbures, radon …). A noter que même s’il n’a pas été élaboré spécifiquement pour cela, le guide apporte aussi des éléments transposables pour la mise en œuvre de ces dispositifs sur bâtiment existant, par exemple à l’occasion d’une rénovation importante impliquant notamment une réfection du plancher bas.

1.2 Principes d’entrée des polluants gazeux du sol

L'entrée des polluants gazeux venant du sol dans un bâtiment résulte de nombreux paramètres environnementaux (concentration dans le sol et/ou les eaux souterraines, perméabilité et humidité du sol, présence de fissures ou de fractures dans la roche sous-jacente, conditions météorologiques, battement éventuel de nappe phréatique) ainsi que des caractéristiques propres au bâtiment (système constructif, fissuration de la surface en contact avec le sol, système de ventilation…).

Figure 1 : Entrée des polluants gazeux du sol dans les bâtiments

Les polluants gazeux du sol entrent principalement par les défauts d’étanchéité (fissures, joints, perforations, réseaux) de l'enveloppe du bâtiment en contact avec le sol, par transfert convectif de l'air contenu dans la porosité du sol. Ils entrent également par transfert diffusif à travers les matériaux. Le bâtiment, lieu relativement confiné et dont l'étanchéité avec le sol est plus ou moins bonne, peut ainsi accumuler ces polluants gazeux.


Transfert convectif En période de chauffage, l'air intérieur du bâtiment est plus chaud que l'air extérieur. Ceci entraîne un mouvement d'air dans le bâtiment appelé le " tirage thermique ". Ce tirage thermique génère une légère dépression au niveau du sol du bâtiment vis-à-vis de son environnement extérieur et notamment du sol sous le bâtiment. Le moteur de la convection est donc la différence de pression qui existe entre le sol et l'intérieur du bâtiment, qui entraîne un mouvement d'air depuis le sol vers le bâtiment. Les polluants gazeux du sol, présents dans l'air contenu dans la porosité du sol, sont alors aspirés dans le bâtiment et y séjourneront en fonction du niveau de renouvellement d'air de ce dernier.

On peut noter également que les battements de nappe phréatique ainsi que les infiltrations de pluies peuvent participer aux différences de pression entre l’air intérieur et la porosité du sol (FLUXOBAT, 2013).

Transfert diffusif Lorsque deux volumes d'air ayant des concentrations en polluants différentes sont mitoyens, les polluants vont se déplacer de manière à tendre vers une concentration homogène entre les deux volumes d'air. Ce phénomène, décrit par la loi de Fick est la diffusion moléculaire. Les polluants gazeux du sol vont donc diffuser depuis le sol vers l'air atmosphérique ou vers l'air intérieur d'un bâtiment. Ce mode de transfert peut être important dans le cas où l'interface sol/bâtiment est très ouverte (par exemple : sol de cave en terre battue) mais se produit également à travers tout type de matériau. Ceci explique le fait que même en l'absence de différence de pression entre le volume d'air intérieur et le sol, les polluants gazeux du sol continuent à entrer dans le bâtiment.

1.3 Principes de protection contre les polluants gazeux du sol

Les moyens à mettre en œuvre pour protéger un bâtiment correspondent en une combinaison appropriée d’étanchement de l’interface du bâtiment avec le sol, de ventilation du bâtiment et de traitement des soubassements (par ventilation ou par Système de Dépressurisation des Sols).

Figure 2 : Principes de protection des bâtiments contre les polluants gazeux du sol

Polluants gazeux venant du sol

Source CSTB

Traitement des soubassementsSelon la nature du soubassement (vide sanitaire, cave ou sous-sol, terre-plein), traiter ce dernier par ventilation naturelle ou mécanique pour réduire l’entrée des polluants gazeux du sol vers les volumes occupés. Pour le cas d’un terre-plein, on peut envisager la mise en œuvre d’un Système de Dépressurisation des Sols (SDS) consistant à

extraire l’air sous le dallage vers l’environnement extérieur.

Etanchement de l’interfaceAssurer le meilleur étanchement possible entre le bâtiment et le terrain sous-jacent ainsi qu’entre le sous-sol et le volume habité, le cas échant, de façon ponctuelle (passage de réseaux, fissures, joints périphériques, portes intérieures, trappes, regards …) ou par traitement de surfaces

(planchers et murs enterrés)

Ventilation du bâtimentLe renouvellement d’air du bâtiment par ventilation naturelle ou mécanique permet de diluer la présence de polluants gazeux dans l’air intérieur.

Selon la nature du système de ventilation, ce dernier aura également un impact favorable ou défavorable sur le niveau de pression de l’air intérieur et ainsi sur l’entrée des polluants venant du sol


1.3.1 Etanchement de l’interface L’objectif est de minimiser le transfert de polluant gazeux venant du sol en assurant le meilleur étanchement possible entre le bâtiment et le terrain sous-jacent ainsi qu’entre le sous-sol et le volume habité, le cas échéant.

1.3.2 Ventilation du bâtiment La ventilation du bâtiment permet de diluer les polluants gazeux provenant du sol grâce au renouvellement de l’air intérieur. De façon plus générale, la ventilation contribue à améliorer la Qualité d’Air Intérieur (QAI) du bâtiment. Selon la nature du système de ventilation, ce dernier aura également un impact favorable ou défavorable sur le niveau de pression de l’air intérieur et ainsi sur l’entrée des polluants.

1.3.3 Traitement des soubassements Dilution par ventilation du soubassement (cave, sous-sol, ou vide sanitaire)

Selon la nature du soubassement (cave, sous-sol, ou vide sanitaire), il est possible de traiter ce dernier par ventilation naturelle ou mécanique pour réduire l’entrée des polluants gazeux venant du sol vers les volumes occupés. Il est alors important d’éviter des « zones mortes » (peu ventilées) dans le volume en assurant un bon « balayage » de la ventilation (mettre les ouvertures en opposition de façade autant que possible).

Pour le dimensionnement de la ventilation d’un vide sanitaire, on peut citer à titre illustratif le NF DTU 61.1 mentionnant que « Un vide sanitaire est considéré comme ventilé si la section totale libre des ouvertures exprimée en centimètres carrés est au moins égale à 5 fois la surface au sol du vide sanitaire exprimée en mètres carrés ». A titre d’exemple, pour une surface au sol de 100 m², la surface totale d’ouverture sera de 500 cm².

Système de mise en Dépression du Sol (SDS) sous le bâtiment

Pour le cas d’un terre-plein, on peut envisager la mise en œuvre d’un SDS consistant à extraire l’air sous le dallage vers l’environnement extérieur pour éviter qu’il ne transite par l’intérieur du bâtiment. Le but est alors de générer une légère dépression du soubassement vis-à-vis du bâtiment afin d’éviter toute remontée des flux de polluant gazeux venant du sol vers le bâtiment (voir paragraphe 1.4).

1.3.4 Approche pour les bâtiments à construire L'adaptation de ces techniques à la construction neuve présente l'avantage de les intégrer dans la conception du bâtiment. Leur efficacité sera donc améliorée et le coût marginal au regard du coût total du projet. Des précautions simples peuvent être prises comme limiter la surface d'échange entre le sol et le bâtiment, ou encore limiter les points de réseaux fluides traversant le dallage en contact avec le soubassement. La ventilation doit être correctement réalisée vis-à-vis de la réglementation en vigueur.

De plus, la conception du bâtiment doit pouvoir intégrer la possibilité de mettre en place les techniques SDS, si on constate des concentrations en polluants restant élevées immédiatement après la construction ou au cours du temps. Pour cela, il est préconisé de préparer le soubassement du bâtiment en conséquence. Cela consiste à concevoir et réaliser un soubassement étanche à l’air vis-à-vis de remontées gazeuses du sol. Des réservations sont intégrées au soubassement et obturées, pour une utilisation éventuelle ultérieure. S'il s'avère nécessaire d'utiliser ce système, il ne reste qu'à installer un système d'extraction (passif ou actif) adapté aux réservations prévues (CSTB, 2008). L'activation du SDS, intégré dès la conception, permettra alors à moindre coût d'obtenir à nouveau une prévention efficace contre les remontées de polluants gazeux venant du sol.


1.4 Principe du SDS

Comme expliqué précédemment (§1.2), un bâtiment subit une légère dépression au niveau du sol vis-à-vis de son environnement extérieur et notamment du sol sous le bâtiment (Figure 3 a).

Le Système de Dépressurisation du Sol (SDS) est considéré comme un moyen de protection très efficace (CSTB, 2008). Il consiste à générer un champ de pression sous le plancher bas, inférieur à celui régnant au niveau du sol du bâtiment. Pour cela, l'air du soubassement est extrait vers l'environnement extérieur via un conduit d’extraction étanche reliant la sous face du plancher bas à l’extérieur du bâtiment, lieu de rejet des polluants gazeux. Les mouvements convectifs de l'air chargé en polluants contenu dans la porosité du sol sont ainsi bloqués vis-à-vis du bâtiment (Figure 3 b).

L’objectif de ce système n’est en aucun cas de chercher à extraire les vapeurs du sol pour traiter une source de pollution (venting), ni même épuiser une pollution résiduelle. L’objectif premier est de générer une légère dépression sous le bâtiment afin de bloquer les flux convectifs vers ce dernier et par là même de canaliser les vapeurs qui s’accumulent sous la dalle d’un bâtiment en les évacuant directement vers l’extérieur sans qu’elles ne transitent par les pièces de vie.

(a) (b)

(c)

Figure 3 : Principe de fonctionnement du Système de Dépressurisation des Sols (SDS)

(a) : sans système

(b) : SDS à fonctionnement mécanique

(c) : SDS à fonctionnement naturel

P+

P-P+

P+

P+

P-

Ventilateur

P--

P--

Source CSTB

P : niveau de pression

: circulation d’air

Source CSTB

P+

P-

P--

P--

Vent


L’efficacité du SDS dépend de plusieurs facteurs, dont les caractéristiques physiques du sol sous le bâtiment et de la dalle du soubassement, l’efficacité de l’extracteur en toiture, le niveau de pression dans le bâtiment dû au tirage thermique, la pression du vent sur l’enveloppe du bâtiment et le champ de pressions généré dans le bâtiment par le système de ventilation en place.

D’une manière générale, l’extraction d’air sous le plancher bas peut être assurée par un ventilateur de faible puissance. Néanmoins, il est également possible de générer une extraction sous plancher bas en se servant seulement des forces naturelles : tirage thermique et vent (Figure 3 c). Cela permet de minimiser les coûts de fonctionnement du système (absence de ventilateur) ainsi que la maintenance au cours du temps.

L’efficacité d’un SDS, définie comme la capacité du système à diminuer la concentration initiale du polluant dans le bâtiment, peut aller jusqu’à 98 % pour les systèmes à fonctionnement mécanique et de l’ordre de 30 à 70% pour les systèmes à fonctionnement naturel (Hodgson et al., 2011).

Cette différence s’explique par le fait que la performance d’un SDS à fonctionnement naturel reste tributaire des forces motrices suivantes :

Tirage thermique

En période hivernale, l’air venant du sol sous le bâtiment est plus chaud que l’air extérieur. Il a donc tendance à être extrait naturellement du soubassement vers l’extérieur via le conduit prévu à cet effet. De plus, le tronçon du conduit d’extraction traversant le bâtiment permet un certain réchauffement de cet air par échange thermique avec l’environnement intérieur, favorisant ainsi le tirage thermique dans le conduit et donc l’extraction d’air sous le plancher bas.

Impact du vent

L’impact du vent sur le terminal du conduit d’extraction exacerbe la dépressurisation en sortie de ce dernier, favorisant ainsi l’extraction d’air du conduit. La qualité de l’extracteur statique installé en sortie de conduit permet d’améliorer la performance globale du système en optimisant l’impact bénéfique des effets d’aspiration du vent en sortie de conduit.

2. Description du SDS à fonctionnement naturel

Dès l’avant-projet d’un bâtiment, en particulier lorsqu’une pollution résiduelle par des composés volatils persiste dans les sols d’un terrain à bâtir, la réflexion du maître d’ouvrage doit intégrer le plus en amont possible l’intégration de dispositions constructives de nature à réduire le risque d’entrée des polluants du sol.

Cela peut consister au soin particulier à porter à l’étanchement spécifique de l’interface entre le sol et le bâtiment : traitement de surface, passages VRD. Ces préconisations sont décrites par ailleurs (CSTB, 2008 ; BRGM, 2014)

En complément, ce présent document décrit la technique relative au Système de Dépressurisation des Sols à fonctionnement naturel (SDSNat). Cette dernière démarche permet d’optimiser l’efficacité et le coût de la solution préventive.

La solution optimale consiste ainsi à réaliser une interface la plus étanche possible entre le sol et le bâtiment. L’étanchéité peut être assurée par un système constructif étanche à l’air, éventuellement complétée par une membrane d’étanchéité à l’air ou par des revêtements d’étanchéité.

Les points de traversée de réseaux sont également traités afin de maintenir l’intégrité de l’étanchéité à l’air de la surface en contact avec le terrain. Ce traitement est réalisé de façon analogue au traitement des points singuliers dans la réalisation de cuvelage avec notamment l’utilisation de platine d’étanchéité (DTU 14.1 Travaux de cuvelage).

On détaille dans la Figure 4 et dans les paragraphes suivants les éléments clés de conception et de dimensionnement du système :


Figure 4 : Eléments clés et variantes d’un SDSNat

2.1 Lit de gravier

Le lit de gravier est installé sur la couche de forme et recouvert éventuellement d’une membrane d’étanchéité avant la réalisation du dallage. Il est d’une épaisseur d’environ 30 cm. Le diamètre moyen des graviers est de 30 mm minimum mais surtout, les graviers doivent être de taille homogène afin d’assurer une bonne perméabilité du lit de gravier.

Dans le cas d’un système utilisant un réseau de drains, on peut concevoir une épaisseur de gravier moindre, de l’ordre de 20 cm. Néanmoins, les drains doivent être bien recouverts par le gravier.

2.2 Plancher bas

L’intégration des spécificités propres au SDS doit être adaptée à la nature du soubassement et du plancher bas du projet de construction.

Il est déterminant pour l’efficacité de la protection préventive, d’intégrer dès l’Avant-Projet Sommaire (APS) et dans toutes les phases du projet du bâtiment, les éléments de conception et de dimensionnement nécessaire à cette intégration.

2.2.1 Intégration de membranes Les membranes ne sont pas obligatoires pour un bon fonctionnement du système. Elles sont néanmoins recommandées, notamment lorsque la nature du plancher est réputée peu étanche à l’air, comme par exemple dans le cas d’un dallage indépendant sur terre-plein. A minima, il est nécessaire de traiter les joints de périphérie de ces types de dallage (§2.3).

Lit de gravier§ 2.1

Plancher bas§ 2.2

Point d’extraction étanche

§ 2.3 et 2.4

Conduit d’extraction

§ 2.5

Chapeau extracteur

§ 2.6

Variante toiture pan

§ 2.6

Variante toiture terrasse

§ 2.6

Acrotère

Faîtage

Variante Puisard§ 2.4.1

Variante Réseau de drain

§ 2.4.2Source CSTB

isolation thermique

périphérique

§ 2.5


En cas de présence de membranes, ces dernières peuvent être mises en œuvre en s’inspirant des techniques de cuvelage (DTU 14.1 Travaux de cuvelage). Elles doivent être le plus résistantes possible à la diffusion des gaz du sol. La mise en œuvre doit être parfaitement étanche. Pour cela, un soin particulier doit être porté à l’étanchement de l’ancrage des membranes aux fondations périphériques et aux poteaux en béton armé (exemples Figure 5 et Figure 6) ainsi qu’à à l’étanchéité du recouvrement entre lés (Figure 7).

Figure 5 : Exemple de conception dans le cas d’une dalle portée sur terre-plein

Figure 6 : Exemple de conception dans le cas d’un dallage indépendant sur terre-plein

Figure 7 : Exemple de recouvrement entre membranes

I s o lant

C o ntre -c lo is o n

D alle b é to n

G ravie r

Me m b rane anti rad o n

Source CSTB

Membrane d’étanchéité éventuelle

Joint d’étanchéité

Coupure de capillarité

Forme

Gravier

Corps de dallage

Membrane d’étanchéité éventuelle

Coupure de capillarité

IsolantMatière adhésive ou thermo soudage

Recouvrement

Source CSTB

Source CSTBRecouvrement de 20 cm

Bande adhésive

Lés de membrane

Matière adhésive

Dallage


Il est préférable d’intercaler une couche protectrice (géotextile) entre la membrane et le lit de gravier, en y intercalant une couche de sable fin de quelques centimètres d’épaisseur, afin de limiter les risques de perforation de la membrane lors de la mise en œuvre du plancher bas (Figure 8).

Figure 8 : Principe de mise en œuvre d’une couche de sable intercalée entre la dalle et le lit de gravier

2.2.2 Autres produits d’étanchéité Au-delà des membranes, il est possible d’envisager des traitements avec des produits d’étanchéité du type époxy ou polyuréthane. Là aussi, les conditions de mise en œuvre sont déterminantes pour assurer une étanchéité efficace des éléments en contact avec le sol (plancher bas, mur enterré).

2.2.3 Membrane et revêtement d’étanchéité Besoin

La qualité de mise en œuvre de la membrane ou d’un revêtement d’étanchéité est déterminante pour assurer l’étanchéité vis-à-vis du flux d’air potentiel venant du sol. On privilégie ainsi les matériels ayant la meilleure facilité de mise en œuvre afin de garantir une bonne étanchéité vis-à-vis des transferts convectifs. L’étanchéité peut être assurée par une membrane d’étanchéité à l’air ou par un revêtement d’étanchéité (résines epoxy, ou polyuréthane par exemple).

Par ailleurs, ces matériels ont une résistance plus ou moins importante à la diffusion gazeuse. Il existe par exemple, dans le domaine du radon, des membranes spécifiquement proposées par des industriels, pour avoir une bonne résistance à la diffusion du radon.

Durabilité

Du point de vue de la durabilité de la solution, la tenue dans le temps des matériels (réseaux, membranes …) installés dans les fondations est à considérer au regard de potentielles agressions chimiques.

En se référant au guide du BRGM [2] :

« Le phénomène de corrosion (dégradation de l’état d’un matériau en lien notamment avec une pollution environnementale chimique et/ou biologique) touche principalement les métaux, mais peut également toucher les bétons (ainsi que ses armatures si le béton est armé) et d’autres matériaux non métalliques (PVC, PEHD constituant les réseaux enterrés, etc.). Les composés organiques classiquement rencontrés dans le domaine des SSP ne sont pas connus comme pouvant corroder les métaux et bétons armés dans des conditions dites « normales ». Dans le cas des matériaux non métalliques, deux causes principales ont été répertoriées : la solvatation (c’est-à-dire la diffusion de molécules de solvant dans le polymère) et l’apparition de craquelures sous l’effet de composés chimiques et de stress mécanique (par exemple, des frottements). Les solutions dépendent du support considéré et du type de corrosion. Une méthode courante dans la plupart des cas peut être la protection par l’application de revêtements adaptés ».

2.3 Etanchements des points particuliers

Il peut s’agir de traitements ponctuels (points singuliers, passages de réseaux …) ou linéiques (joints de retrait, joints de dilatation).

Quel que soit le type d’interface avec le sol, les points singuliers de traversées de réseaux doivent être conçus et réalisés étanches à l’air.

Les traitements ponctuels sont réalisés de façon analogue au traitement des points singuliers dans la réalisation de cuvelage avec notamment l’utilisation de platine d’étanchéité (DTU 14.1 Travaux de cuvelage).

Dalle

Sable

Lit de gravier

Membrane d’étanchéité

Géotextile

Source CSTB


Avec ou sans membrane générale

Figure 9 : Exemples de traitements de traversées de réseaux

Les traitements linéiques peuvent être réalisés de multiples façons (voir exemples en Figure 10).

Produit d’étanchéitésouple

Bride de fixation

Dalles

Source CSTB

(a) (b)

Figure 10 : Exemples de traitements linéiques (a) joint de dilatation (b) joint périphérique

2.4 Point d’extraction et dimension de la surface traitée

On considère qu’un point d’extraction permet de gérer le traitement d’une surface au sol d’environ 250 m². Il s’agit là d’un ordre de grandeur pouvant dépendre des perméabilités à l’air du sol et du plancher bas. Il est préférable de situer ce point le plus possible en partie centrale du bâtiment afin de profiter au mieux du tirage thermique et pour limiter les pertes de charges du réseau. Le résultat sera d’autant plus satisfaisant que le lit de gravier sera perméable et que le sol sous le bâtiment sera imperméable.

Source CSTB

Source CSTB

Source CSTB

Revètement d’étanchéité

100 mm

10

0 m

m


Dans le cas de configurations standards, la forme de l’ancrage au sol a relativement peu d’importance (carrée, rectangulaire). Pour des surfaces au sol plus importantes, une optimisation du nombre et de la position des points d’extraction doit être réalisée en fonction de la nature du projet.

Ce point d’extraction sera connecté à un puisard ou à un réseau de drain en lien avec le soubassement d’une part et à un conduit d’extraction étanche en lien avec l’extérieur du bâti d’autre part.

2.4.1 Puisard Le puisard correspond à un élément cubique ou cylindrique, présentant une hauteur légèrement inférieure à l’épaisseur du lit de gravier dans lequel il sera intégré, et une surface carrée d’environ 50 cm de côté ou un diamètre d’environ 50 cm. Il est conseillé que le puisard soit équipé d’un orifice bas permettant l’évacuation d’éventuels condensats.

Il doit avoir une surface d’ouverture d’environ 1/3 dans sa périphérie (voir exemple Figure 11).

Figure 11 : Exemples de puisard (source Radoncare Sump © et Monarflex ©)

Un puisard permet de générer une dépression relativement homogène dans un lit de gravier pour une surface au sol d’environ 250 m². Dans le cas de surface plus importante et/ou de présence de mur de refend ou longrine sous plancher, il est possible de connecter plusieurs puisards entre eux à l’aide de conduits de liaison, par exemple en PVC (voir Figure 12 et Figure 13).

Figure 12 : Principes de décloisonnements sous plancher bas

Figure 13 : Exemple de connexion entre puisards (source Easy sump©)

Conduit de liaison

Puisard

Point d’extraction

Source CSTB

Compartiments connectés par un conduit de liaison

Compartiments décloisonnés


2.4.2 Drains Dans le cas de mise en œuvre de drains, ces derniers sont installés dans le lit de gravier. Plusieurs possibilités sont envisageables, selon la forme et les cloisonnements éventuels du soubassement. La Figure 14 donne des exemples de mise en œuvre de façon circulaire ou en râteau.

(a) (b)

Figure 14 : Exemples d’installation d’un réseau de drain sous plancher bas. (a) : mise en œuvre circulaire (b) : mise en œuvre en râteau

Dans le cas d’une mise en œuvre en râteau, la distance inter drain peut être comprise entre 2 m et 4 m (EVALSDS, 2018). Plus le sol est considéré perméable sous le lit de gravier, plus cette distance doit être faible.

Dans le cas d’une mise en œuvre de façon circulaire, la distance aux fondations est d’environ 1,5 m.

De manière conventionnelle, les conduits de liaison ainsi que les drains ont un diamètre de 80 à 100 mm.

Les conduits de liaison peuvent être en PVC.

Les drains utilisés peuvent être des tuyaux en PVC percés sur toute leur circonférence (perforation ou fentes), classiquement utilisés pour le drainage de l’eau. Il est conseillé d’entourer le drain d'un géotextile qui retiendra les impuretés à l'extérieur de celui-ci, pour éviter l’obturation de ses ouvertures (voir Figure 15).

Figure 15 : Exemples de drain enrobé de géotextile

2.4.3 Puisard ou réseau de drains Le choix de réaliser l’extraction d’air dans le lit de gravier à partir d’un puisard ou d’un réseau de drain peut être avant tout un choix du maître d’œuvre, selon la nature de son projet et des différentes contraintes.

Comme précisé plus haut, quelle que soit la solution retenue, il est possible de générer une dépression relativement homogène dans un lit de gravier jusqu’à une surface d’environ 250 m². Le résultat sera d’autant plus satisfaisant que le lit de gravier sera perméable et homogène, et que le sol sous le bâtiment sera imperméable.

Conduit de liaison

Drain


Source CSTB

Obturation


Dans les cas standards, on privilégiera l’utilisation d’un matériel de type puisard, qui est simple à mettre en œuvre. Néanmoins, le réseau de drains peut être préféré lorsque le terrain naturel sur lequel repose le bâtiment est plutôt perméable. En effet, ce réseau permettra alors de générer une dépression plus homogène et efficace sur l’ensemble du lit de gravier. La Figure 16 donne des ordres de grandeur de perméabilité à l’air pour différents type de sols (k en m²).

Figure 16 : Perméabilités des sols en m2 (Nazaroff, 1992 ; Abdelouhab, 2011)

Selon les considérations précédentes, il est préférable d’installer un réseau de drain lorsque :

𝑘𝐺𝑟𝑎𝑣𝑖𝑒𝑟𝑘𝑆𝑜𝑙

⁄ ≤ 103

Avec kGravier, la perméabilité à l’air du lit de gravier (m²) et kSol, la perméabilité à l’air du sol sous le bâtiment (EVALSDS, 2018).

Egalement, toute chose égale par ailleurs, le réseau de drains permet de générer une dépression plus homogène dans le lit de gravier. Il permet ainsi, par point d’extraction, de traiter des surfaces légèrement plus importantes qu’un puisard.

Enfin dans le cas d’une configuration complexe de l’ancrage du bâtiment au sol, le réseau de drains peut apporter plus de souplesse dans la mise en œuvre (exemple Figure 17).

Figure 17 : Exemple de mise en œuvre d’un réseau de drain dans le cas d’un ancrage au sol particulier

Les matériels (puisard, drain) déjà disponibles dans le commerce peuvent convenir.

Dans le domaine du radon, il existe des industriels qui proposent des matériels spécifiquement adaptés.

10-7

10-8

10-9

10-10

10-11

10-12

10-13

10-14

10-15

10-16

Gravier Sable, mélange de

Sable et gravier

Sable très fin, limon

Organique et inorganique, mélange de

sable, limon et argile

Argile

homogène

Sa

ble

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r

un

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un

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rme

Arg

ile s

ab

leu

x

Arg

ile lim

on

eu

x

Arg

ile

Conduit de liaison

Drain


Obturation


Comme pour les membranes (voir ci-dessus), il peut exister un risque d’agressions chimiques sur ces matériels dont il est préférable de s’informer au préalable et de tenir compte vis-à-vis de la durabilité des matériels utilisés, au regard d’une situation particulière.

2.5 Conduit d’extraction

Le conduit vertical d’extraction doit être étanche sur toute sa hauteur. En partie basse, il est connecté au puisard ou au réseau de drains en traversant le plancher bas de façon étanche à l’air, avec un traitement équivalent à celui d’un point singulier (§ 2.3). En partie haute, il est équipé d’un terminal favorisant la mise en dépression du conduit (§ 2.6).

Comme les différences de pression créées naturellement par les différences de températures et le vent sont peu élevées, le diamètre préconisé pour le conduit d’extraction est de 200 mm afin d’y optimiser le phénomène de tirage thermique produisant l’extraction d’air et d’y minimiser les pertes de charge (rugosité du conduit, présence de dévoiement…).

Le conduit d’extraction doit également être vertical, rigide et à paroi intérieure lisse. Il peut être métallique (aluminium, inox, acier galvanisé) ou plastique (PVC). Il faut éviter les conduits flexibles présentant une perte de charge élevée.

Afin de favoriser le tirage thermique, le conduit d’extraction doit traverser l’ensemble du bâtiment, sans dévoiement ou au maximum avec un dévoiement réalisé avec 2 coudes de 30°. Il peut être introduit dans un boisseau pour des raisons esthétiques. Ce dernier ne doit alors pas être isolé afin de favoriser l’échange thermique depuis l’intérieur du bâtiment vers le conduit.

Les parties du conduit traversant un local non chauffé (cave, sous-sol, combles) ou situées à l’extérieur du bâti au-dessus de la toiture doivent avoir une isolation thermique en périphérie, avec au minimum une résistance thermique R=1,0 m².K/W.

Pour assurer un tirage thermique suffisant et s’affranchir des zones de contre-pression éventuelles dues au vent, le débouché du conduit d’extraction doit être situé au minimum à 40 cm au-dessus du faîtage du bâtiment ou de toute autre partie de construction distante de moins de 8m. Dans le cas d’un bâtiment avec une toiture terrasse, ce débouché doit être au minimum situé 1 m au-dessus de l’acrotère.

2.6 Chapeau extracteur statique

Il s’agit d’un dispositif de sortie d’air non motorisé, avec ou sans composants mobiles, destiné à être fixé en haut du conduit d’extraction. La fonction principale du chapeau extracteur statique est de générer une dépression à l’intérieur du conduit dès qu’il y a présence de vent, mais aussi de s’opposer à d’éventuelles inversions de circulation d’air dans le conduit d’extraction. Ces matériels sont classiquement utilisés dans le domaine de la ventilation naturelle des bâtiments par conduits. Leurs caractéristiques aérauliques (pertes de charge, potentiel anti-refouleur…) et leur aptitude à la fonction d’extraction naturelle d’air sont normalisées (NF E51-764-1 et NF EN 13141-5). Il existe plusieurs fournisseurs de tels matériels en France.

Comme écrit au paragraphe précédent, le chapeau d’extraction statique placé en extrémité du conduit d’extraction doit se situer au minimum à 40 cm au-dessus du faîtage pour une toiture en pan ou à 1 m au-dessus de l’acrotère dans le cas de toiture terrasse. Par ailleurs, ce point de rejet doit se situer à une distance d’au moins 8 m de tout ouvrant de bâtiment et de prise d’air extérieur.

Les chapeaux d’extraction statique sont en général axisymétriques, permettant ainsi de s’affranchir de l’influence de la direction du vent dominant. Néanmoins, il existe certains matériels équipés de girouette leur permettant de se placer dans la direction du vent. Par ailleurs, dans certaines situations particulières, il est préférable de tenir compte de la direction dominante du vent et de l’impact éventuel d’obstacles en périphérie pour prévoir l’installation optimale des points de rejet.


3. Réalisation, réception et maintenance

3.1 Matériels à utiliser

Globalement et comme il l’est expliqué dans les paragraphes ci-dessus, les matériels à utiliser pour la réalisation du système existent actuellement dans le commerce.

3.2 Mise en œuvre

On peut rappeler que la qualité de la mise en œuvre est déterminante, d’autant plus qu’une intervention au niveau du soubassement, après réalisation du bâtiment, peut s’avérer complexe.

De ce fait, l’intégration du système doit être pensée dès l’avant-projet du bâtiment et suivi dans toutes les différentes phases ultérieures, notamment de conception et de réalisation.

Des exemples de mise en œuvre expérimentale sont présentés en annexe, donnant également des éléments sur la performance des systèmes.

3.3 Compatibilité avec les règles de construction

Il n’existe pas d’incompatibilité de principe entre l’intégration de SDSNat dans les bâtiments et les règles de construction, notamment parasismique, au regard des techniques constructives actuelles. En zone sismique, les règles constructives imposent des liaisons renforcées de la superstructure à la fondation, notamment par le biais d’armatures entre les murs et la fondation. Un soin particulier doit donc être pris pour le traitement de ces points singuliers supplémentaires susceptibles de traverser des membranes d’étanchéité. On se reportera aux règles parasismiques référencées dans ce document.

3.4 Réception et Maintenance

L’intérêt de l’utilisation du SDSNat, au-delà du fait qu’il ne consomme pas d’énergie, est qu’il ne nécessite que très peu de maintenance.

Il est cependant nécessaire de vérifier que le point de rejet en toiture n’est pas obstrué (animaux tel que essaims d’abeilles, nids, dégradation dues aux intempéries).

A réception du bâtiment, l’aptitude mécanique du système doit être vérifiée, avec par exemple le contrôle de la dépression générée en pied de conduit, à l’aide d’une mesure de pression différentielle entre l’intérieur du conduit et l’environnement intérieur du bâtiment.

Egalement, à réception du bâtiment ainsi qu’au cours de son utilisation, il est justifié de réaliser des mesures de concentrations intérieures afin de vérifier l’efficacité du dispositif mis en œuvre. A titre illustratif, cette démarche rejoint les avis du Haut Conseil de la santé publique qui recommande que tout bâtiment neuf livré, en particulier ceux recevant du public mais pas uniquement, présentent des concentrations inférieures aux valeurs repères établies par cette organisation et ce depuis 2012 pour le benzène, depuis 2013 pour le trichloréthylène ou encore depuis 2015 pour le tétrachloroéthylène.

Au-delà de la maintenance du système, il est important de conserver la mémoire de la mise en place d’une solution de protection préventive. Aussi, les éléments techniques associés à sa mise en œuvre et à son fonctionnement doivent être conservés. Il est également recommandé d’envisager de formaliser une identification sur les différents composants du système (conduit traversant le bâtiment et point d’extraction, débouché en toiture).


3.5 Mécanisation du système

Si pour des raisons de défaut de mise en œuvre du SDSNat ou de perte de performance au cours du temps, le système en fonctionnement naturel ne donne plus suffisamment satisfaction, il sera toujours possible de le mécaniser afin de garantir une extraction d’air suffisante. Ceci pourra permettre une reprise des performances du système ou une amélioration notamment en cas de renforcement de certains seuils sur la qualité de l'air intérieur. On se rapprochera de la documentation classique donnant les éléments techniques à cette mise en œuvre mécanique (guides CSTB 2008 et BRGM 2014).


Références et Liens utiles

CSTB, 2008. Le radon dans les bâtiments. Guide pour la remédiation dans les constructions existantes et la prévention dans les constructions neuves. Guide technique CSTB, juillet 2008

BRGM, 2014. Guide relatif aux mesures constructives utilisables dans le domaine des SSP Rapport final BRGM/RP-63675-FR.

EVALSDS, 2018 (projet ADEME) Allard F, Abadie M, Romani Z, Burlot M, Collignan C, Druette L, Peigné P, Nicolle J. 2018. Evaluation de la Performance des Systèmes de Dépressurisation du Sol à Fonctionnement Naturel. 93 pages.

FLUXOBAT 2013 (projet ANR) Evaluation des transferts de COV du sol vers l’air intérieur et extérieur. Guide méthodologique. Traverse S., Schäfer G., Chastanet J., Hulot C., Perronnet K., Collignan B., Cotel S., Marcoux M., Côme J.M., Correa J., Quintard M., Pepin L. (2013). Novembre 2013. 257 pp

Abdelouhab M. (2011). Contribution à l’étude du transfert des polluants gazeux entre le sol et les environnements intérieurs des bâtiments. Thèse Université de La Rochelle.

Abdelouhab M, Collignan B, Allard F. Experimental study on passive Soil Depressurisation System to prevent soil gaseous pollutants into building. Building and Environment 45, 2400 – 2406, May 2010.

Collignan B., Abdelouhab M., Allard F. Experimental Study on Passive Sub-slab Depressurisation System. AARST’s 18th International Radon Symposium. Las Vegas, 14-17 sept. 2008

Collignan B., O’Kelly P., Pilch E. Basement Depressurisation using dwelling mechanical exhaust ventilation system. 4th European Conference on Protection against radon at home and at work. Praha, 28th june – 2nd july 2004.

Collignan B., O’Kelly P. Dimensioning of soil depressurization system for radon remediation in existing buildings. Proceedings of ISIAQ 7th International Conference Healthy Buildings 2003, Singapore, 7th – 11th December 2003, Vol. 1, pp 517-523.

Hodgson S.A., Zhang W., Bradley, E.J., Green B.R.M., McColl, N.P. An analysis of radon remediation methods. Healthy Protection Agency.HPA-CRCE-019. 2011.

Nazaroff W.W. (1992). Radon transport from soil to air, Reviews of Geophysics, 30, 137-160, 1992

Site CSTB d’information sur le radon et la protection des bâtiments : http://extranet.cstb.fr/sites/radon

DTU 14.1 Travaux de cuvelage

- Cahier des clauses techniques - Norme homologuée NF P11-221-1 (mai 2000) [Inclut l'Erratum au CCT de novembre 2000]

- Cahier des clauses spéciales - Norme homologuée NF P11-221-2 (mai 2000)

NF DTU 61.1 Travaux de bâtiment. Installations de gaz dans les locaux d'habitation Partie 1 : Terminologie. Aout 2006

NF E51-764-1 (juin 2016). Ventilation des bâtiments — Aptitude à la fonction des extracteurs statiques et hybrides — Partie 1 : Extracteurs statiques pour couronnement de conduits de ventilation — Ventilation naturelle

NF EN 13141-5. Ventilation des bâtiments. Essais des performances des composants/produits pour la ventilation des logements – Partie 5 : extracteurs statique et dispositifs de sortie en toiture.

Règles parasismiques

- NF EN 1998-1 (2005-09-01) : Eurocode 8 - Calcul des structures pour leur résistance aux séismes - Partie 1 : Règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments (Indice de classement : P06-030-1)

- NF EN 1998-3 (2005-12-01) : Eurocode 8 : Calcul des structures pour leur résistance aux séismes - Partie 3 : évaluation et renforcement des bâtiments (Tirage 3 (2013-10-01))

- NF EN 1998-5 (2005-09-01) : Eurocode 8 - Calcul des structures pour leur résistance aux séismes - Partie 5 : fondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques

.

http://extranet.cstb.fr/sites/radon


Annexe : Exemples de réalisation

Maison expérimentale MARIA du CSTB

La maison expérimentale MARIA, située sur le site du CSTB de Marne-la-Vallée, permet l’étude de l’impact de la ventilation et du chauffage sur la Qualité d’Air Intérieur. Certaines fonctions ont été automatisées afin de pouvoir reproduire certains comportements de l’occupant (ouverture des portes intérieures et des fenêtres). Elle dispose d’un aspect modulaire permettant de conduire des études de sensibilité relatives aux systèmes (ventilation, chauffage), à la perméabilité à l’air de l’enveloppe, aux matériaux intérieurs et à l’ameublement

Figure 18 : Vues de la maison expérimentale MARIA

3.5.1 Mise en place du SDSNat

Lors de la construction de la maison, des précautions particulières ont été apportées sur la mise en œuvre du soubassement afin qu’il dispose d’un Système de Dépressurisation des Sols (SDS).

La Figure 19 présente le principe d’intégration du SDS dans le soubassement de la maison expérimentale MARIA. Pour des raisons expérimentales, un système d’injection de gaz traceur a été adjoint ainsi que deux puisards, un en position centrale et un en position latérale.

Figure 19 : Principe d’intégration du SDS expérimental dans le soubassement de la maison MARIA

Ces adaptations ont consisté à mettre sous la dalle, une couche de gravier d’environ 350 mm d’épaisseur. Les graviers utilisés étaient de taille assez homogène et d’un diamètre assez gros (environ 40 mm), afin de permettre une perméabilité uniforme et significative de la couche de gravier sous la dalle. Par la suite, la couche de gravier a été recouverte d’une membrane bitumineuse étanche. Cette

Forme ou terre-plein

Gravier

Corps de dallage

Etanchéité

Puisards

Système d'injection

de gaz

Vers ventilateur en toiture


dernière a été soudée aux fondations lors de la construction. De plus, la longrine séparant le soubassement en deux volumes a été perforée afin de permettre le passage de l’air (Figure 20).

Longrine perforée Lit de gravier

Platine pour passage de réseau Platine mise en œuvre

Membrane verticale thermo soudée à la fondation Lit de gravier sous membrane soudée à la fondation

Membrane horizontale thermo soudée à la membrane verticale

Ferraillage sur membrane pour dalle béton

Vue d’un des puisards Point extérieur d’extraction avant remblaiement

Figure 20 : Intégration du SDS au moment de la construction de la maison expérimentale MARIA


Adaptation de la maison pour SDSNat Après la construction, il a été décidé de tester les performances d’un Système de Dépressurisation des Sols en fonctionnement naturel (SDSNat). Il a alors été nécessaire d’intégrer un nouveau puisard sous le plancher bas afin notamment de disposer d’un conduit d’extraction d’un diamètre adapté (Figure 21).

Percement de la dalle Conception du

puisard Couverture du puisard Etanchement et

reconstitution du dallage

Figure 21 : Mise en œuvre du puisard spécifique à l’extraction naturelle

Un conduit d’extraction de 200 mm de diamètre sortant du nouveau puisard a été introduit dans un boisseau de cheminée existant et situé au droit du piquage. Cependant, à environ un mètre cinquante du sol, le diamètre du conduit a dû être réduit à 160 mm pour pouvoir passer dans le boisseau de cheminée (Figure 22).

Figure 22 : Conduit reliant le puisard à l’extérieur, via un boisseau de cheminée

Enfin, deux extracteurs ont été testés lors des expérimentations (Figure 23) : l’extracteur initial constitué d’une cape à l’italienne et un extracteur stato-mécanique, permettant d’évaluer les performances statiques de l’extracteur et d’y adjoindre éventuellement un apport de performances associant un ventilateur.

Cape à l’italienne Extracteur stato-mécanique

Figure 23 : Extracteurs utilisés lors du suivi annuel


3.5.2 Résultats obtenus

Les expérimentations conduites ont permis d’évaluer les performances mécaniques du SDSNat installé. Pour cela, un suivi des paramètres de fonctionnement du système (débit extraits du SDS, dépressurisation engendrée dans le soubassement) a été réalisé durant une année : du mois de juillet de l’année n au mois de juin année n+1 (voir exemple de résultats Figure 24).

De plus, la cape à l’italienne, installée initialement en bout de conduit d’extraction a été remplacée au début du mois de mars par un extracteur stato-mécanique. Cela a permis de comparer les performances de ces deux extracteurs (Figure 25 et Figure 26.

Figure 24 : Evolution temporelle du débit d’air extrait du soubassement et de la dépressurisation engendrée dans le lit de gravier du soubassement (mois de Mars)

Figure 25 : Pourcentage mensuel de fonctionnement de l’extraction naturelle au-dessus de trois valeurs seuils de niveau d’extraction du SDSNat et de dépressurisation engendrée dans le soubassement

0

5

10

15

20

0

10

20

30

40

50

60

5/3 10/3 15/3 20/3 25/3 30/3

Pam3/h

Débit d'air extrait du soubassement

Dépressurisaion du soubassement


Figure 26 : Comparaison des débits d’air extraits du soubassement en fonction de la vitesse du vent, dans le cas avec extracteur statique et avec cape à l’italienne

Ces résultats permettent de mettre en évidence que le système peut fonctionner en condition naturelle une bonne partie de l’année et principalement en condition hivernale, permettant ainsi de protéger le bâtiment de l’entrée des polluants gazeux venant du sol durant cette période, qui est la plus sensible vis-à-vis de cette entrée par effet convectif. L’impact bénéfique d’un extracteur statique performant en sortie de conduit d’extraction par rapport à des extracteurs simples a également été démontré.

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8

m3/h

m/s

Avec extracteur statique

Avec cape à l'italienne


Maison expérimentale sur la Qualité des Environnements Intérieurs : Eurêka

La maison expérimentale Eurêka (Figure 27) est située au sein du parc bas carbone Atlantech à Lagord où est implantée la Plateforme Bâtiment durable : Tipee. Ce bâtiment test a été conçu tel un bâtiment d’habitation de 100 m² d’emprise au sol, sur 3 niveaux : 1 sous-sol enterré, 1 rez-de-chaussée (cuisine, salon et bureau) et 1 étage (3 chambres et 1 salle de bain). Cet outil expérimental à échelle 1 permet de tester en conditions réelles ou semi-contrôlées des systèmes, appareils ou matériaux, ainsi que leur impact sur la qualité des environnements intérieurs (Confort + Qualité de l’Air Intérieur). Différentes typologies de chauffage (au sol, au bois, électrique, etc.) et de ventilation (simple, double-flux, naturelle) peuvent être mises en place avec une maîtrise fine de la perméabilité de l’enveloppe et un pilotage à distance des ouvrants et brise-soleil orientables pour une simulation adaptée des usages. La grande modularité et l’installation de systèmes de régulation en température et humidité permettent d’étudier l’interaction des matériaux, du mobilier ou des usages sur la qualité de l’air intérieur.

Figure 27 : Photos de la maison Eurêka

3.5.3 Mise en place du SDSNat

La maison Eurêka a été construite en tenant compte de certaines prescriptions particulières pour l’étude du transfert de polluant du sol vers le bâtiment. La Figure 28 présente un schéma de principe de l’intégration du SDS dans la maison.

La Figure 29 présente les étapes successives du terrassement du sol en dessous de la maison Eurêka. La fondation de la maison, qui est posée sur un sol type calcaire (Figure 29 .a), est constituée principalement de trois couches :

La première couche posée directement sur le sol existant est un gravier de 20 cm d’épaisseur (Figure 29.c). Il a le principal rôle d’homogénéiser l’air à l’injection d’un gaz-traceur dans le fond de fouille (Figure 29.b). 2 points de mesure de température (en rouge), 3 points de prélèvement d’air (en bleu) et 5 points d’injection de gaz dans le sol ont été installés. Les tuyaux reposent sur un treillis soudé, lui-même reposant sur une couche de géotextile.

Une couche de remblai (graviers grossiers et particules plus fines) a ensuite été mise en place sur le lit de gravier (Figure 29.d).

Finalement, une seconde couche de gravier de 40 cm a été installée. Le rôle de cette dernière couche est d’homogénéiser l’air avant son transit à travers la dalle ou le puisard du système de dépressurisation du sol.

La mise en place du puisard (Figure 29.e) permet au système de dépressurisation du sol de collecter l’air transitant dans les fondations du bâtiment. Le puisard en béton de dimensions 42 x 48 x 48 cm (h x l x L) est posé sur la dernière couche de remblai. Les ouvertures du puisard sont placées sur les 4 côtés de celui-ci et sont protégées par une partie grillagée (Figure 29.f) permettant d’éviter que la couche de gravier grossier recouvrant les trous ne puisse tomber à l’intérieur du puisard.


Figure 28 : Schéma de principe de l’intégration du SDS dans la maison Eurêka

La Figure 30 présente les différentes parties du SDS. La remontée en PVC du puisard traverse la dalle indépendante en béton de 15 cm d’épaisseur dans le sous-sol (Figure 30.a).

Afin d’étanchéifier le plus possible les jonctions entre la dalle du sous-sol et les murs périphériques, il a été appliqué une pate en silicone tout le long (Figure 30.b). Il s’agit d’un joint périphérique en silicone pour étanchéité extérieure + l’ajout sur certains points singuliers d’un cordon de Polyuréthane (PU) pour combler les écartements trop importants. La flexibilité du silicone doit permettre de parer aux fluctuations de température et donc suivre les phénomènes de dilatation ou rétraction de la dalle béton.

Suite à cette étanchéification supplémentaire, la possibilité de variation de la perméabilité à l’air de la dalle béton est obtenue par la présence de 9 percements traversant. Des dispositifs étanches, en acier inoxydables et aluminium placés sur ces percements permettent d’augmenter ou de diminuer la taille des ouvertures (Figure 30.b).

Le conduit d’extraction allant du puisard jusqu’à l’extérieur du bâtiment est en matière PVC. Installé par emboitement, une étanchéification au niveau des jonctions entre deux longueurs de tubes est réalisée soit par la mise en place d’un adhésif adéquat, soit en apposant un manchon démontable pour canalisation (Figure 30.c et d.). Afin de pallier aux problèmes de condensation en bout de SDS, une isolation thermique a été installée sur toute la surface extérieure (Figure 30.e). Un chapeau extracteur statique est le dernier élément constitutif du SDS naturel.


a. Fondations de la maison au niveau du sol

b. Installation des points d’injection et de

prélèvement de gaz traceur

c. 1ère couche de gravier (entre 20 et 40 mm de

diamètre)

d. Couche de remblai

e. Puisard du SDS avant installation dans la 2ème

couche de gravier

f. Intérieur du puisard

Figure 29 : Etapes du terrassement du sol sous la maison


a. Dalle béton du sous-sol avec la remontée

en PVC du puisard du SDS

b. Etanchéification de la liaison dalle-murs périphériques et

dispositifs de réglage de l’étanchéité de la dalle

c. Partie inférieure du SDS

d. Partie supérieure du SDS

avec chapeau

e. Partie supérieure du SDS

avec chapeau extracteur statique et isolation

thermique

Figure 30 : Eléments du SDS

3.5.4 Performances Plusieurs campagnes d’essai ont été effectuées au cours de l’année 2017 afin d’évaluer la performance aéraulique du SDS sous différentes conditions climatiques. Différents éléments constitutifs du SDS tels que le type de chapeau extracteur, l’étanchéité de la dalle et la pression dans le sous-sol du bâtiment ont été également modifiés. Pour chaque campagne, les mesures de débit d’extraction, de températures dans le puisard et à la sortie du SDS, de différences de pression entre le puisard et le sous-sol et entre le sous-sol et l’extérieur et de données météorologiques en toiture de la maison (température, vitesse et direction du vent…) ont été effectuées. Les données recueillies pour chaque campagne correspondent en moyenne à 1-2 semaines avec une fréquence d’acquisition de 10s soit environ 75000-150000 données par campagne.

A titre d’illustration, l’évolution temporelle des débits mesurés lors de la campagne avec un chapeau extracteur optimisé (6-20 mars 2017) est présentée en Figure 31. La vitesse du vent reste modérée (V<10 m/s) pour une moyenne de 2,9 m/s. La température de l’air extérieur est majoritairement inférieure à la température de l’air du puisard ce qui implique un tirage thermique aidant à l’extraction de l’air par le SDS. Une moyenne de 17,5 m3/h a été enregistrée pour des pics jusqu’à 60 m3/h. Quelques inversions très brèves de sens d’une magnitude de -4,5 m3/h ont été également observées. On notera que le bâtiment n’était pas chauffé au moment des mesures, ainsi des débits positifs plus


importants sont attendus dans la réalité car une température constante du bâtiment autour de 20°C participera à l’augmentation du tirage thermique et donc du débit extrait.

Figure 31 : Evolution la vitesse du vent, des températures extérieure et en pied de conduit et du débit extrait pour le

cas de l’essai du chapeau optimisé

La Figure 32 présente les données statistiques de vitesse du vent, différence de température et de débit. L’expérimentation s’est déroulée sous des conditions de vents modérés (plus de 35% du temps avec des valeurs inférieurs à 2 m/s, 54% entre 2 et 5 m/s) et pour des gradients thermiques positifs (85%) et relativement élevés (19% supérieurs à 5°C). Dans ces conditions, il y a eu très peu d’inversion de débit (inférieur à 0,03%) et des débits positifs assez élevés (88% supérieurs à 10 m3/h).

Figure 32 : Données statistiques concernant les conditions environnementales et le débit extrait par le SDS pour le cas

de l’essai du chapeau optimisé

0

5

10

15

0 50 100 150 200 250 300 350 400

V (

m/s

)

Vitesse

0

10

20

30

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T (°

C)

Air extérieur

Air puisard

0

20

40

60

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Q (

m3/h

)

Temps (h)

Débit SDS

[0,2] [2,5] [5,10] > 10

34.6%

54.1%

10.8%

0.5%

V (m/s)

< -5 [-5,0] [0,5] > 5

1.4%13.1%

66.8%

18.8%

DT (°C)

< 0 [0,10] [10,20] > 20

0.0%

12.4%

58.7%

28.8%

Q (m3/h)


Cette étude expérimentale a permis de mesurer la performance d’un SDS naturel sur site et d’en étudier les paramètres influents principaux comme le chapeau extracteur ou la pression du bâtiment. L’amélioration de la capacité du chapeau extracteur à créer une dépression en sortie de SDS est un paramètre qui permet une augmentation substantielle des débits extraits (Figure 33).

Figure 33 : Influence de la performance du chapeau extracteur sur l’efficacité du SDS de la maison Eurêka

L’influence du système de ventilation sur les débits extraits par le SDS naturel a également pu être évaluée (Figure 34). Ainsi, un système de ventilation qui induit une pression positive du bâtiment (double-flux à pression positive ou simple flux à insufflation) entraîne des débits extraits supérieurs à ceux d’un système de ventilation par extraction (bâtiment en pression négative).

Figure 34 : Influence de la pression intérieure du bâtiment sur l’efficacité du SDS de la maison Eurêka

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Dé

bit

(m

3/h

)

Vitesse du vent (m/s)

Chapeau optimisé

Chapeau "cape à l'italienne"

+15%

-10

0

10

20

30

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Dé

bit

(m

3/h

)

Vitesse du vent (m/s)

Bâtiment en pression positive

Bâtiment en pression négative


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RECOMMANDATIONS POUR LA REALISATION D’UN SYSTEME DE DEPRESSURISATION DES SOLS A FONCTIONNEMENT NATUREL, DE LA CONCEPTION A LA MAINTENANCE Résumé L’entrée et l’accumulation de polluants gazeux venant du sol dans les

environnements intérieurs peut contribuer à la dégradation significative de la

qualité de l’air intérieur et entrainer des situations de risques sanitaires pour les

occupants. En France, la méthodologie nationale relative à la gestion des sites et sols

pollués prévoit, si nécessaire, la mise en place de mesures constructives dans les

processus de gestion d’un site pollué. En effet, même après des actions de traitement

des sources de pollution, une pollution résiduelle peut persister et être suffisante

pour entretenir la contamination de l’air intérieur d’un bâtiment. L’action de

protection sur le bâtiment agit alors en complémentarité de mesure de dépollution

pour se prémunir de ces risques.

A ce jour, le Système de Dépressurisation du Sol (SDS) est reconnu comme une

solution préventive efficace. Néanmoins, Il apparait qu’il n’existe aucune

préconisation particulière spécifiée pour optimiser le fonctionnement naturel du

SDS.

Aussi, ce guide a vocation à définir de façon pratique et concise les préconisations

pour la conception et le dimensionnement, la mise en œuvre et la maintenance des

Systèmes de Dépressurisation des Sols à fonctionnement Naturel (SDSNat) dans les

constructions neuves. Il vise principalement l’habitat et le petit tertiaire (surface au

sol inférieure à 250 m²). Néanmoins, quelques éléments sont également donnés

pour les bâtiments ayant une plus grande surface d’ancrage au sol.

Ce guide constitue un outil technique à destination des maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre et de tout professionnel du bâtiment souhaitant recourir à cette technique innovante comme moyen de protection des bâtiments neufs vis-à-vis des remontées de polluants gazeux venant du sol

RECOMMANDATIONS POUR LA REALISATION D’UN · 2019-11-04 · Néanmoins, aucune préconisation...

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