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Digeste de la construction au Canada, 1980-08-01
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Dangers créés par les produits de combustion et l'épuisement de l'air
ambiant dans des locaux habités
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction. Conseil national de
recherches Canada
CBD-207-F
Dangers créés par les produits de combustion et
l'épuisement de l'air ambiant dans des locaux habités
Veuillez noter
Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.
Publié à l'origine en août 1980. A. D. Kent
Une mauvaise aération peut entraîner une diminution de la teneur en oxygène ou accroître la concentration du dioxyde de carbone, créant ainsi des conditions ambiantes dangereuses. De plus, à ce danger peut venir s'ajouter l'émanation de monoxyde de carbone toxique lors de l'utilisation d'appareils alimentés au combustible en milieu non aéré. Le présent Digest fait état de l'effet de ces gaz et décrit une méthode pour établir les exigences d'aération à respecter en présence de quantités spécifiques de gaz toxiques.
Contaminants atmosphériques
A l'extérieur des habitations, l'air non contaminé se compose d'environ 78% d'azote (N2) et de
21% d'oxygène (O2) en volume, le, reste étant constitué de gaz inertes et d'oxydes de
carbone. Le dioxyde de carbone (CO2) représente 0,03% en volume et le monoxyde de carbone
(CO) constitue une ou deux parties par million (ppm) de la totalité. En atmosphère urbaine, le CO et le CO2peuvent> atteindre des concentrations dangereusement élevées. L'homme
contamine aussi son atmosphère. il inhale toutes les heures environ 0,5 m³ (18 pi³) d'air dont environ 4% est rejeté sous forme de CO2et environ 14 ppm (35 ppm. pour un fumeur) sous
forme de CO. Une telle pollution est négligeable en plein air mais présente des inconvénients dans des espaces clos dont l'aération est insuffisante. Dans les maisons étanches à l'air, l'infiltration normale renouvelle l'air environ toutes les 2 h; cette fréquence de renouvellement est plus élevée dans les bâtiments moins étanches. Même dans les habitations à densité
d'occupation plus élevée (tentes, cabanes ou caravanes), l'infiltration d'air assure généralement une aération suffisante. Cependant, la concentration du CO2rejeté par les poumons peut
dépasser la concentration limite sûre dans une construction très étanche à l'air. En l'absence d'aération, les appareils alimentés par combustible et utilisés pour la cuisson et le chauffage augmentent le danger d'une intoxication par le CO2auquel s'ajoute le risque d'une
contamination par le CO, en particulier par temps très froid alors que la consommation de combustible est élevée et que l'aération est parfois totalement coupée pour économiser de la chaleur.
Épuisement de l'air
Dans des habitations mal aérées, une faible teneur en oxygène ne constitue pas un problème aussi grave qu'une concentration élevée de CO2, car en trop grandes quantités ce dernier est
susceptible de provoquer l'évanouissement ou même la mort avant qu'une baisse d'oxygène correspondante n'entraîne des effets physiologiques dangereux. La concentration d'oxygène
peut tomber de 21% à une valeur aussi faible que 15% avant même de provoquer une simple sensation de fatigue.
Dioxyde de carbone
L'intoxication par le CO2se manifeste d'abord par des maux de tête, des nausées, de la
sudation et des tremblements. L'accroissement de la concentration de CO2influe sur le système
respiratoire, en particulier s'il s'accompagne d'une baisse de la teneur en oxygène. La
respiration devient plus profonde et plus rapide jusqu'à une concentration de 3% alors que le rythme respiratoire habituel d'une personne normale double, puis à 5% la respiration devient très laborieuse. En présence d'une concentration de 7 à 9%, il y a halètement puis
évanouissement dans les 15 mn qui suivent.
Monoxyde de carbone
L'intoxication par le CO se manifeste par des difficultés de perception visuelle, des maux de tête et des nausées. Une concentration supérieure à 400 ppm entraîne le coma puis la mort. Les effets dépendent de la concentration, de la profondeur de la respiration et du rythme respiratoire, de la durée d'exposition et, dans une certaine mesure, de la consommation de cigarettes si la personne exposée est un fumeur. Les poumons d'un fumeur sont exposés à environ 475 ppm de CO pendant 6 mn pour chaque cigarette qu'il grille; les grands fumeurs peuvent présenter une diminution importante de leur acuité visuelle la nuit. Des efforts
physiques intenses, particulièrement à des températures ou à des altitudes élevées, accroissent les effets du CO. On ne dispose guère de données sur l'effet combiné de deux ou plusieurs gaz, même si l'on estime généralement qu'il y a synergie additionnelle dans une certaine mesure.
Aération
Les personnes occupant un local étroit ressentent une certaine gêne en l'absence d'un système pour éliminer la chaleur, l'humidité et les odeurs dégagées par le corps. En l'absence d'un système de climatisation ou d'aération, la chaleur dégagée par le corps ferait monter la température au-dessus du seuil admissible, ce qui entraînerait éventuellement la mort. Les personnes emprisonnées dans l'immonde Trou noir de Calcutta ne sont pas mortes des suites d'un manque d'oxygène mais plutôt par épuisement dû à la chaleur.
Les exigences applicables à l'aération des locaux étroits doivent tenir compte de l'équilibre délicat qu'il faut maintenir entre la température, l'humidité et la composition de l'air. Pour éliminer l'excès de chaleur et d'humidité créé par un groupe de personnes se trouvant dans un local chaud et humide, il faut prévoir un apport d'air de l'ordre de 0,4 m³/mn (14 pi³/mn) par personne. Les odeurs désagréables ne constituent pas un problème direct pour la santé, mais leur élimination demande un apport d'air de 0,3 à 0,9 m³/mn (10 à 30 pi³/mn).
Pour éliminer les gaz toxiques, il faut tenir compte du volume de la pièce, du nombre de personnes qui s'y trouvent, du taux d'émission et de la concentration des gaz et du taux d'aération. Ainsi, on peut calculer le taux d'aération nécessaire pour maintenir la concentration des gaz au-dessous de la concentration limite supérieure jugée sûre, c.-à-d. de la concentration seuil (0,5% pour le CO2; 0,005% pour le CO). Par exemple, pour le cas de cinq personnes
assises dans un local étroit et exhalant chacune 0,019 m³/h (0,63 pi³/h) de CO2, on a
démontré qu'un taux d'aération d'environ 0,3 m³/mn (10 pi³/mn) permettrait de ne jamais dépasser la concentration seuil de 0, 5 % de CO21. Ainsi, chaque personne disposerait de 0,06
m³/mn (2 pi³/mn).
Ce taux d'aération doit être accru d'environ 50% pour chaque personne debout, car dans une telle position le rythme respiratoire et donc la quantité de CO2rejetée sont un peu plus élevés.
Les personnes dans un local étroit doivent respirer au minimum 0,09 m-1/mn (3 pi³/mn) d'air provenant de l'extérieur. Ce chiffre doit être multiplié par 10 pour assurer l'élimination du CO2produit lorsque ces personnes fournissent un effort (durs travaux ou exercice).
En connaissant la concentration initiale et finale du gaz, il est possible de calculer le temps nécessaire pour atteindre une concentration donnée. Si les cinq personnes de l'exemple
précédent occupent une pièce de 30 m³ (1000 pi³), c.-à-d. 6 m³ (200 pi³) par personne, il faudrait un peu plus de 3 h avec un taux d'aération d'environ 0,06 m³/mn (2 pi³/mn) par personne, pour atteindre un état d'équilibre à la concentration seuil de CO2de 0,5%. Si ce
même local était parfaitement hermétique et si le taux d'aération était nul, le temps nécessaire pour atteindre la concentration seuil de CO2serait de 90 mn. De tels calculs supposent que la
concentration des gaz est uniforme dans tout le local, et en l'absence d'un ventilateur pour assurer la circulation de l'air, il y aura une variation considérable de la température et de la concentration du CO2du plancher jusqu'au plafond; l'air chaud montera tandis que l'air «frais»
qui est plus froid restera au niveau du sol.
Le problème devient plus complexe en présence d'appareils utilisés pour la cuisson ou le chauffage et qui dégagent du CO2et du CO. Si on connaît la vitesse de combustion normale du
produit utilisé dans un appareil, on peut théoriquement calculer les taux d'émissions du CO et du CO2, et ainsi établir quel taux d'aération est nécessaire pour maintenir en deçà des limites
maximales admissibles la concentration des gaz toxiques dans l'atmosphère considérée. Malheureusement, on peut difficilement préciser, du moins en pratique, le moment où ce taux d'aération est atteint; on ne peut qu'accroître le taux d'aération lorsqu'on suppose que les conditions de toxicité sont critiques.
Appareils alimentés au combustible
Lorsqu'ils brûlent, les combustibles à base d'hydrocarbures dégagent de la chaleur, de la vapeur d'eau, du CO2et habituellement de faibles quantités de CO. La combustion complète de
1 g de kérosène, de mazout n° 1 pour poêle, de naphte ou d'essence produit environ 3,1 g de CO2, mais parce que ces combustibles ont des densités différentes le volume de CO2émis par
un volume donné de combustible varie de 1,2 à 1,5 m³/L (181 à 232 pi³/gal.). L'alcool méthylique produit 1,375 g de CO2/g (98 pi³/ gal. = 0,6 M³/L) et le propane 3,0 g de CO2/9
(154 pi³/gal. = 1,0 m³/L).
Si on connaît la vitesse de combustion du produit, on peut calculer le taux de production de CO2par l'appareil. Si la combustion est incomplète, il y a émission de CO et peut-être d'une
certaine quantité d'imbrûlés qu'il est plus difficile d'évaluer. La quantité de CO produite dépend du type de brûleur et d'autres facteurs tels que la température de la flamme. La surface des casseroles et des autres ustensiles de cuisson exposée au cône interne de la flamme «refroidit» la flamme et favorise donc la production de CO. L'épuisement de l'air (c.-à-d. diminution de sa teneur en O2) et l'accroissement correspondant de la quantité de CO2favorisent l'émission de
CO par ces appareils. Les concentrations maximales admissibles de CO que peuvent produire les différents appareils de ce type sont données dans les normes de l'Association canadienne de normalisation régissant les appareils catalytiques (Norme ACNOR B140.9.1 - 1972) et les réchauds de camping (Norme ACNOR B140.9.2 - 1975).
Études de toxicité
Un certain nombre d'appareils portatifs alimentés par combustible et utilisés pour le chauffage, l'éclairage et la cuisson ont été étudiés en vue de déterminer leurs caractéristiques de
combustion, en particulier leur rapport de production CO/CO2en présence d'une teneur en
oxygène suffisante et réduite1. Les essais ont été effectués dans une enceinte spéciale
comportant l'appareillage nécessaire pour mesurer en continu la température de l'air, l'humidité relative et la concentration de CO et CO2, ainsi que des appareils de mesure pour contrôler
périodiquement la consommation. L'air a été bien agité en vue d'obtenir une température et une humidité uniformes. Des essais supplémentaires ont été effectués avec le type de combustible prévu pour chaque appareil ainsi qu'avec d'autres types de combustible susceptibles d'être utilisés en cas d'urgence.
La plupart des appareils fonctionnaient bien, mais certains dégageaient plus de CO que d'autres dont le brûleur assurait le mélange, la vaporisation et l'inflammation convenable du
combustible et produisait beaucoup de chaleur. En général, la quantité de dioxyde de carbone émise était proportionnelle à la quantité de combustible brûlée.
Les appareils de chauffage catalytique émettent une quantité moindre de CO lorsqu'ils fonctionnent à faible capacité, comme lors d'un allumage «Ient» utilisant peu d'alcool. Si on utilise beaucoup d'alcool pour obtenir un allumage «rapide», la buse émet une quantité considérable de CO et d'imbrûlés. Cette quantité est si grande qu'une allumette enflammée maintenue au-dessus du grillage métallique incandescent suffit à enflammer les gaz imbrûlés et à produire une flamme.
Parmi les appareils fonctionnant au kérosène, les réchauds à mèche donnent un rapport de production CO/CO2assez constant quelle que soit la concentration du CO2; des concentrations
élevées de CO2diminuent considérablement la consommation. Cependant, un réchaud muni de
brûleurs alimentés à partir d'un réservoir pressurisé présentait un accroissement marqué du rapport CO/CO2lorsque la concentration du CO2dépassait 1,5%. Un appareil de chauffage avec
réflecteur, doté d'un brûleur à mèche d'allumage et d'un brûleur à manchon muni d'un grillage métallique hémisphérique partiellement entouré d'un réflecteur, présentait un accroissement de la quantité de CO produite lorsqu'il ne fonctionnait pas à pleine capacité. Une fois éteint, cet appareil de chauffage ainsi qu'un réchaud à mèche circulaire dégageaient une odeur âcre et désagréable tant que la buse n'était pas refroidie. Tous les appareils au kérosène qui ont été examinés, sauf l'appareil à réflecteur, pouvaient fonctionner avec du mazout n° 1 (réchaud) et même avec du mazout n° 2 (fournaises et chaudières), bien que la formation de dépôts de carbone nécessitait un entretien considérable.
Parmi les deux types d'appareils à l'alcool, le brûleur à mèche émettait beaucoup moins de CO que le brûleur avec vaporisateur. Cependant, le réchaud avec vaporisateur émettait beaucoup moins de CO lorsqu'il fonctionnait avec des combustibles difficiles à se procurer tels que l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique pur qu'avec de l'alcool méthylique ordinaire, ou de l'alcool isopropylique de qualité commerciale.
Parmi les appareils fonctionnant à l'essence ou au naphte, sauf ceux à éléments catalytiques, une lanterne et un réchaud à réservoir pressurisé présentaient tous deux un faible rendement en CO lorsque le combustible était constitué de pétrole lampant ou d'un solvant aliphatique et ce, indépendamment de la concentration de CO2. Comme le mentionne l'étiquette
d'avertissement, ces appareils s'encrassent rapidement et ne peuvent plus fonctionner lorsqu'on utilise de l'essence au plomb comme combustible. Un autre poêle à brûleur avec réservoir pressurisé, conçu pour fonctionner avec de l'essence au plomb, émettait une faible quantité de CO, sauf à des concentrations élevées de CO2.
Un petit réchaud à pique-nique fonctionnant au pétrole liquéfié (PL) produisait peu de CO, mais cette quantité augmentait beaucoup lorsque la concentration du CO2dépassait 1,5% et que la
consommation était réduite de moitié par rapport à la normale. Un tel réchaud est plus utile en été qu'en hiver, car le pétrole liquéfié s'évapore difficilement à de basses températures;
cependant, certains réchauds dotés de «bouteilles de gaz» sont spécialement conçus à cette fin. Certains poêles à alcool gélifié, qui sont conçus pour une utilisation limitée et dont le fonctionnement est relativement coûteux, présentent un rapport CO/CO2relativement faible
avec une flamme libre. Les réchauds à charbon de bois ne devraient être utilisés qu'en plein air; si on les utilise à l'intérieur, il faut les placer dans une cheminée (foyer) de façon à ce que les produits de combustion soient évacués à l'extérieur. Les quantités de CO qu'ils produisent sont si importantes que la concentration de CO pourrait facilement atteindre un niveau dangereux même dans une pièce bien aérée. Leur utilisation devrait être interdite dans les tentes ou dans les cabanes qui ne sont pas dotées d'un système d'aération spécial.
En résumé, nombreux sont les types d'appareils qui peuvent être utilisés en toute satisfaction et en toute sûreté dans des locaux relativement étroits. Leur consommation est assez bonne, ils ne dégagent que peu d'imbrûlés et ne produisent en général que de faibles quantités de CO si le milieu ambiant présente une teneur en oxygène suffisante. L'épuisement de l'air (baisse de la teneur en oxygène) accroît grandement la quantité de CO produite par certains modèles; il faut donc prendre des précautions particulières afin d'assurer une aération suffisante. Il y a lieu de ne pas oublier que la quantité de CO produite lors d'essais effectués en laboratoire, où
la répartition de l'air est très uniforme, peut différer des quantités produites en conditions d'utilisation réelles.
Outre les dangers de toxicité inhérents de l'appareil, le CO produit lors de l'utilisation d'un appareil de cuisson d'aération insuffisante peut parfois s'avérer dangereux. Un appareil qui normalement dégage une quantité négligeable de CO avec une flamme nue libre peut
constituer un danger lorsque la flamme touche à la surface intérieure de l'ustensile de cuisson. Les appareils conçus pour que la flamme touche à l'ustensile de cuisson devraient porter une étiquette d'avertissement faisant état du danger qu'une telle utilisation peut comporter dans un endroit étanche à l'air.
Parmi les autres risques que comporte l'utilisation d'appareils alimentés au combustible on compte: la présence de surfaces chaudes, le renversement de l'appareil et le déversement accidentel du combustible lors du remplissage. Dans certains appareils dont l'alimentation est réglée par valve et qui fonctionnent en conditions de faibles concentrations d'oxygène et, partant, de faibles taux de combustion, le taux maximal d'alimentation en combustible est supérieur au taux maximal de consommation, ce qui risque de provoquer un incendie à la suite d'un déversement causé par suralimentation. D'autres problèmes peuvent surgir lorsque des appareils en cours d'utilisation sont exposés au vent ou à des courants d'air; les appareils dépourvus de surfaces protectrices exposés risquent de voir leurs flammes dépasser les limites de l'appareil, créant ainsi un grave risque d'incendie. Dans le cas de réchauds dont
l'alimentation dépend de la pression interne on doit protéger le réservoir de flammes risquant d'être entraînées par des courants d'air, afin d'empêcher qu'il y ait évaporation du combustible accompagnée d'un accroissement de la pression interne puis déversement par suralimentation.
Commentaires de nature pratique
L'utilisation d'appareils de ce genre dans des endroits étroits et non aérés constitue un
problème. Les campeurs, les chasseurs et les adeptes du canot utilisent ce type d'appareils plus fréquemment et sur une plus grande période (plus tôt au printemps et plus tard en automne et même jusqu'en hiver) alors que les risques d'intoxication sont les plus élevés. Voilà pourquoi les précautions qu'il y a lieu de prendre doivent maintenant être envisagées dans le cadre d'une toute nouvelle perspective. Voici quelques directives simples qu'il serait bon d'appliquer:
1. N'utiliser que des appareils réputés sûrs; s'assurer qu'ils possèdent une étiquette apposée à cet effet par un organisme d'essai reconnu.
2. Suivre le mode d'emploi du fabricant.
3. N'utiliser que le combustible recommandé pour ce type d'appareil. 4. Bien aérer les lieux, en particulier lors de la cuisson et durant la nuit.
5. Placer les lits et les autres installations destinées au coucher près du sol, car la concentration des gaz toxiques est généralement supérieure près du plafond.
6. Connaître les symptômes d'une intoxication par gaz toxiques et faire preuve d'une vigilance constante.
La taille de la flamme d'un appareil à mèche constitue le seul indice simple de la présence de CO2en concentration dangereuse: une flamme réduite de moitié indique que la concentration
de CO2est d'environ 1,5%. Une flamme s'éteint d'elle-même en présence d'environ 3% de
CO2; il n'est pas trop tard pour éviter une tragédie.
Il est encore plus difficile de déceler la présence de monoxyde de carbone, car la flamme peut paraître absolument normale et dégager quand même de grandes quantités de CO. Les appareils de chauffage catalytiques fonctionnant à une alimentation élevée émettent parfois une luminescence rouge qui est agréable à la vue et qui est habituellement associée à une combustion complète, quand, en réalité, ils dégagent une quantité importante de CO. Les feux de bois dans les cheminées, tout comme les briquettes de charbon de bois, qui couvent sans flamme et sans fumée peuvent être très dangereux à cet égard; tous doivent être conscients que l'inversion soudaine de la direction du courant d'air dans la cheminée peut remplir très rapidement de monoxyde de carbone une pièce mal aérée.
Références
1. Kent, A. D., Hazards from products of combustion and oxygen depletion in occupied spaces, Occupational Health Review, Vol. 21, No. 1-2, 1970 p. 1-18.
Le présent Digest est l'oeuvre de notre service de rédaction dont les membres se sont inspirés d'une communication1signée par A. D. Kent (maintenant à la retraite).
