Qualité de l’air intérieur et CO2 dans les bâtiments : revue de réglementation et étude de cas en Suisse Romande

Sommaire

Introduction et contexte

Selon des recueils d’études menées par divers organismes internationaux , nous passons en moyenne 80 à 90% de notre temps dans un environnement intérieur (1). Il semble donc évident que la Qualité de l’Air Intérieur (QAI) est un enjeu majeur de santé publique pour les propriétaires et exploitants de bâtiments, qu’ils soient publics ou privés. L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) a édité en 2010 (2) un guide à destination des autorités de santé et des professionnels du bâtiment dans lequel elle identifie les principaux polluants usuellement présents dans l’air intérieur. Ce guide est issu de la compilation de nombreuses études spécialisées et donne des recommandations de gestion de ces polluants et de seuils à respecter. Les produits toxiques identifiés proviennent principalement des produits de nettoyage, des matériaux de construction ou de leur traitement de surface (formaldéhyde et autres composés organiques volatils ou COV ), de l’air extérieur pollué (oxydes d’azote, particules fines), d’équipements intérieurs à combustion (monoxyde de carbone), ou de la radioactivité naturelle du sol (radon). Dans certains pays et notamment en Suisse, une amélioration de la réglementation constructive et d’exploitation a été entrepris afin de limiter l’exposition des occupants des bâtiments à ces polluants les plus nocifs. Dans ce contexte, le dioxyde de carbone (CO2), lié à l’activité humaine, est généralement le produit affectant le plus la qualité de l’air intérieur pour les occupants (3), et est un marqueur fiable pour son évaluation.
Cet article propose une courte synthèse de la réglementation sur la concentration du CO2 dans l’air intérieur en Suisse, ainsi que la présentation d’un cas d’étude de qualité d’air et de confort thermique dans une école d’une commune ayant mandaté Energy Management SA pour une mission d’expertise. L’entreprise a en effet développé des compétences analytiques et matérielles pour le monitoring de la qualité d’air dans les bâtiments, et notamment à destination des communes.

Revue de la réglementation et des pratiques en Suisse Romande

Concentration en CO2 et impact sur les occupants

Bien que le dioxyde de carbone ne soit pas reconnu comme étant aussi toxique et nocif que les autres polluants pouvant affecter l’air intérieur (COV, radon, monoxyde de carbone, particules fines, etc.), des études empiriques ont établi un lien direct entre forte concentration de CO2 et baisse de la performance cognitive, notamment en milieu scolaire (4; 5; 6; 7). Les enfants subissant une mauvaise qualité d’air montrent une baisse de la concentration et de la mémoire. Il est également établi qu’une exposition à des taux de CO2 très élevés (supérieurs à 5000 ppm) peut provoquer des maux de tête, des étourdissements ou des nausées (8).

La réglementation sur la qualité d’air en taux de CO2 en Suisse Romande

Il n’existe pas en Suisse d’obligation spécifique concernant les concentrations de CO2 à respecter pour l’air intérieur des bâtiments, mais simplement des valeurs indicatives. Les normes SIA définissent des catégories de qualité d’air, et les labels définissent des valeurs maximales avec exigence de preuve par la mesure.

Le tableau ci-contre synthétise ces différentes sources et les valeurs associées.

La valeur de référence considérée pour la concentration dans l’air extérieur est de 400 ppm. On peut noter une évolution intéressante entre la version 2014 et 2025 de la SIA 382/1 : les plages de concentration sont définies plus précisément, et on voit que la version 2025 établit un seuil de mauvaise qualité à 1750 ppm.

Tableau 1: Synthèse des valeurs indicatives du taux CO2 dans les différentes sources du contexte Suisse. (INT : catégorie de qualité d’air intérieur selon SIA 382/1-2014, IDA selon 382/1-2025).

Les facteurs impactant la qualité de l’air intérieur

L’air intérieur d’un bâtiment est affecté par des facteurs exogènes, comme la qualité de l’air extérieur, et endogènes, comme l’occupation et l’activité humaine.

Un facteur endogène à considérer également est la recherche d’efficience énergétique dans les bâtiments. Dans un contexte global de réduction des dépenses énergétiques et de l’empreinte carbone de la Confédération, mais également dans le contexte récent de la forte augmentation des prix de l’énergie, la réduction de la consommation énergétique des bâtiments est une composante majeure de la politique énergétique de la Suisse et de ses cantons (10; 11). Dans le canton de Genève, la mise en place de l’Indice de Dépense de Chaleur (IDC) et des obligations associées, y compris pour les villas depuis 2023, est une des illustrations de cette politique (12), pilotée par l’Office Cantonal de l’Energie (OCEN). A l’échelle de la Confédération, on peut également citer le « Programme Bâtiments » mis en place par l’Office Fédérale de l’Energie (13), permettant de subventionner les rénovations énergétiques et financé en partie par la
taxe sur le CO2 (loi sur le CO2 Art.34).

Du point de vue de la technique bâtiment, les acteurs de la conception, construction et exploitation, vont par conséquent rechercher l’optimisation de l’isolation thermique et de l’étanchéité à l’air de l’enveloppe, mais également minimiser les consommations des équipements CVC. Du point de vue de la ventilation, cela peut se traduire par des dimensionnements minimalistes, ou bien l’utilisation de la ventilation naturelle reposant sur l’ouverture des fenêtres. Ces pratiques peuvent avoir un impact sur la qualité de l’air à l’intérieur des bâtiments si elles sont mal mises en œuvre. Certaines études comparatives ont en effet pu montrer que la rénovation énergétique avait mené à une qualité d’air dégradée dans des bâtiments rénovés par rapport aux mêmes bâtiments sans rénovation  (14; 15), lorsque les problématiques de physique du bâtiment ne sont pas prises en compte.

Au vu de ces éléments, il semble donc indispensable que les différents acteurs liés au secteur du bâtiment prennent en compte le sujet de la qualité d’air dans les différents projets, et notamment lors des projets de rénovation. De plus, un monitoring qualitatif de l’air intérieur apparait comme une solution intéressante, que ce soit dans une démarche de prévention pour la santé, ou d’aide à la décision pour une rénovation d’équipements de ventilation.

L’étude de la qualité de l’air intérieur en Suisse Romande par l’OFSP

Les quinze dernières années ont été l’objet d’une prise de conscience grandissante de la problématique de qualité d’air intérieur de la part des acteurs publics et privés du domaine du bâtiment, avec une possible accélération à la suite de la crise sanitaire du Covid-19 (16).

L’Office Fédéral de la Santé Publique (OFSP) a publié en 2021 une vaste étude transversale d’analyse du taux de CO2 dans une centaine de salles de classe au sein d’écoles réparties dans les cantons de Vaud, Berne et des Grisons (9). 94% de ses salles disposent uniquement d’une ventilation par ouverture des fenêtres. La figure ci-contre montre pour chacune des classes la proportion du temps d’enseignement (élèves dans les classes) effectué sous qualité d’air de chaque seuil. Les classes sont ordonnées par ordre de qualité d’air, en commençant à gauche par celles de meilleure qualité.

Figure 1: Répartition du temps d’enseignement selon le taux de CO2 mesuré dans l’air ambiant sur 4 jours consécutifs en période hivernale (11)

On voit que pour 41 (44%) de ces classes, au moins 20% du temps d’enseignement est fait avec un taux de CO2 supérieur à 2000 ppm, et que c’est même 50% du temps d’enseignement pour 9 classes (10% des classes testés).

L’étude a également consisté à tester l’effet d’une procédure d’aération quotidienne optimisée, afin d’établir un protocole pouvant être recommandé aux écoles. Le but de l’étude étant de mesurer si un protocole d’aération strict est plus efficace que l’aération spontanée déjà pratiquée par les occupants.

Figure 2: Distributions statistiques des mesures de concentration de CO2 pour les écoles sans procédure d’aération et avec procédure d’aération (10)

Les barres épaisses à l’intérieur des boites indiquent la valeur médiane de concentration de CO2 pendant la période mesurée, et les valeurs contenues dans les boites représentent 50% des mesures. On voit que la médiane de concentration de CO2 avec aération stricte est inférieure de plus de 500 ppm par rapport aux écoles avec aération spontanée.

Ces chiffres montrent l’importance du problème de la concentration de CO2 dans les écoles et de la nécessiter de monitorer la qualité d’air.  Ceci afin de procéder à minima à un constat d’un défaut de ventilation, et de définir des axes d’amélioration des équipements pour les bâtiments équipés de ventilation mécanique ou des procédures d’aération améliorées pour les bâtiments non équipés.

Etude de cas d’une école enfantine en Suisse Romande

Contexte et méthodologie

Dans le cadre d’un mandat d’expertise thermique sur une école de Suisse Romande, Energy Management a déployé des sondes IoT au sein de deux salles de classes et d’un réfectoire, permettant la mesure et l’enregistrement à distance. Dans ce contexte, nous avons pu monitorer les températures et mener à bien notre étude. Les sondes permettant également de monitorer la concentration de CO2 de l’air intérieur, nous avons constaté une ventilation insuffisante dans les deux salles de classe. En effet, la salle commune dispose de ventilation mécanique, mais pas les deux salles d’enseignement. La suite de cette étude présente les résultats des mesures de concentration de CO2 pour une des salles de classe, ainsi que le réfectoire de l’école.

L’étude de l’OFSP citée précédemment (9) est utilisée comme base de comparaison pour nos mesures, et les mêmes seuils de qualité d’air sont utilisés :

Tableau 2: Intervalles de qualité d’air utilisées pour l’étude
Tableau 3 : horaires de présence des élèves et occupation pour la prise en compte des mesures de concentration de CO2

Le bâtiment a été construit en 2015, possède une forte inertie thermique et une bonne étanchéité à l’air. Il est fortement soumis aux apports de chaleur par l’ensoleillement car les surfaces vitrées représentent une très grande proportion des murs extérieurs, et les protections solaires sont peu optimisées. Le tableau ci-dessous résume les horaires de présence des élèves au sein de l’école, et l’occupation maximale des salles.

La période de mesure prise en compte pour les analyses est la période hivernale du 1er décembre 2024 au 20 mars 2025. Les périodes de vacances scolaires ne sont pas prises en compte pour l’occupation.

 

Résultats et analyses

La figure ci-contre montre les répartitions statistiques (diagramme de type « boite à moustache ») des mesures de concentration de CO2 dans la salle de classe 1 et le réfectoire de l’école. Les mesures considèrent uniquement les périodes de présence des élèves dans les salles respectives, selon le tableau précédent.

La salle de classe montre des concentrations en CO2 nettement plus élevées que le réfectoire. Les mesures se répartissent dans tous les seuils de qualité, ce qui est une tendance observée pour les salles sans ventilation mécanique. La valeur médiane de concentration est de 1025 ppm, ce qui signifie que les élèves passent plus de la moitié du temps d’enseignement dans un air de qualité moyenne, médiocre ou mauvaise. On observe néanmoins que la valeur médiane reste inférieure à la valeur des salles de classes choisies pour expérimenter les mesures d’aération manuelles optimisées dans l’étude de référence (voir Figure 2).

Figure 3: Distributions statistiques des mesur es de concentration de CO2 pour les 3 pièces de l'école monitorée
Figure 4: répartition du temps d’enseignement selon le taux de CO2

La figure ci-dessous montre la répartition du temps d’enseignement dans la salle de classe en fonction de l’intervalle de concentration de CO2.

La proportion de temps d’enseignement avec une mauvaise qualité d’air (taux supérieur à 2000 ppm) est de 0,31%, et de 12,39% pour un air de qualité modérée (1400-2000 ppm). Ces données permettent de classer la qualité d’air de la salle de classe selon le benchmark de l’étude de l’OFSP (voir Figure 1), ainsi que présenté sur la figure suivante. On observe qu’elle se situe parmi les classes montrant les meilleures qualités d’air de la cohorte d’étude de l’étude de référence.

Concernant le réfectoire, la totalité des valeurs de concentration sont dans le seuil de bonne qualité d’air, avec une valeur médiane à 534 ppm, ce qui est très bon (voir Figure 3). La faible dispersion des mesures montre l’impact positif de la ventilation mécanique sur la maitrise de la concentration en CO2 dans cette pièce soumise à une forte occupation, en particulier durant le repas de midi.

Figure 5: Positionnement de la salle de classe selon le benchmark issue de l’étude de l’OFSP (10)

La figure suivante montre une semaine type (du lundi au vendredi) de mesure de taux de CO2 (graphe du bas) et de température de l’air à l’intérieur des deux salles (graphe du haut).

Figure 6: semaine type montrant l’évolution du taux de CO2 et de la température intérieure dans la salle de classe et le réfectoire de l’école étudiée

Ces mesures montrent bien la dynamique caractéristique observée pour chaque semaine de la période d’étude, avec des amplitudes pouvant varier.  La journée du mercredi, durant laquelle moins d’enfants sont présents et seulement en matinée, montre systématiquement des taux de CO2 plus faibles pour la salle de classe.

Concernant la salle de classe, il est intéressant d’observer la coïncidence entre la baisse de la concentration et la légère baisse de température, phénomène observé sur la plupart des journées, et qui indique l’ouverture des fenêtres par les enseignants. La figure suivante montre de façon plus précise les dynamiques dans la salle de classe sur la journée du 24 janvier 2025.

On observe que durant la matinée, la concentration de CO2 monte progressivement jusqu’à 9h45, moment où l’enseignant ouvre la fenêtre. Au vu de la température raisonnable dans la classe (19,8°C), il semble évident que l’objectif est bien de renouveler l’air de la pièce. Le taux passe alors de 1800 à 1000 ppm en environ une heure. Le bâtiment possédant une forte inertie thermique, la température intérieure baisse, mais de moins de 0,5°C. Puis, une deuxième aération de la classe a lieu durant la pause de midi.

On peut globalement observer ces phénomènes sur la plupart des journées de classe, ce qui indique que les enseignants sont bien conscients de la problématique de qualité d’air intérieur, et agissent en aérant la salle au mieux. Toutefois, cette ventilation manuelle ne doit pas dégrader fortement le confort thermique des enfants, et il semble donc logique que la ventilation manuelle soit limitée par les contraintes de température extérieure.

Figure 7: Mesures de la concentration de CO2 et de la température durant la journée type du 24 janvier 2025, dans la salle de classe 1.
Figure 8: Distribution de la concentration de CO2 dans la salle classe durant 7 semaines différentes, associée aux DJU

La figure ci-contre montre la distribution des concentrations de CO2 pour sept semaines différentes (de décembre 2024 à mars 2025) de classe durant la période de mesure, ainsi que les DJU associés à chaque semaine. Les DJU (Degrés-Jours Unifiés) représentent la rigueur climatique : plus la valeur est élevée, plus il fait froid à l’extérieur.

On peut voir que les semaines 51, 2 et 7, montrant de plus fortes concentrations de CO2, semblent bien associées à des températures extérieures plus froides (valeur DJU plus élevées).

Cette tendance doit toutefois être prise avec précaution, car ces données sont agrégées par semaine, et d’autres facteurs que la température extérieure peuvent venir influencer la ventilation manuelle : ensoleillement et position des stores extérieurs, comportement des enseignants, confort ressenti des enfants, etc. On peut d’ailleurs observer que la semaine 6 montre des concentrations de CO2 élevées malgré des températures extérieures plus clémentes.

Conclusion

Cette étude du confort thermique et de la qualité d’air intérieur de cette école de Suisse Romande a permis de mettre en valeur plusieurs points importants :

Le monitoring de la concentration en CO2 a permis un premier état des lieux simple sur la qualité d’air dans l’école, et donc sur la qualité de la ventilation. L’utilisation d’une étude de l’Office Fédéral de la Santé Publique dans le milieu scolaire permet de « situer » l’école étudiée au sein d’une cohorte de référence, afin d’évaluer son niveau de qualité d’air.

Pour cette école, et plus généralement pour les bâtiments sans ventilation mécanique, notre étude montre que le monitoring permet de déterminer le besoin d’aération manuelle par les occupants. Ce besoin peut varier en fonction de l’étanchéité à l’air du bâtiment. En cas de besoin important, le monitoring permet d’identifier si les occupants sont conscients de la nécessité d’aérer manuellement les locaux, et si les mesures mises en œuvre sont efficaces pour atteindre un bon compromis entre confort thermique et qualité d’air.

Pour les bâtiments disposant de ventilation mécanique, le monitoring du taux de CO2 permet de détecter une insuffisance ou un dysfonctionnement. Concernant les installations anciennes, elles peuvent être sujettes à une usure trop importante, de mauvais réglages, ou un dimensionnement qui n’est plus adapté à l’occupation actuelle. Concernant les installations modernes, dans les écoles comme les autres bâtiments, elles peuvent aussi faire l’objet de sous-dimensionnement, et parfois à cause de la recherche d’une forte efficience énergétique. Elles peuvent également souffrir de mauvais réglages : L’expérience nous montre que les supervisions modernes, notamment dans les grands bâtiments tertiaires, nécessitent une expertise forte et des réglages d’une qualité très aboutie pour atteindre un fonctionnement satisfaisant à la fois le confort thermique, la performance énergétique, et la qualité d’air intérieure.

De plus, que ce soit dans les bâtiments communaux sans supervision ou les tertiaires modernes, dont les supervisions sont accessibles uniquement par quelques personnes qualifiées, le monitoring permet aux exploitants, maitres d’ouvrages ou occupants de disposer d’un accès dédié à leurs données et d’avoir une vue en temps réel sur les conditions de l’air intérieur. Dans un contexte de fort développement de la data et de l’internet des objets, notre bureau souhaite en effet valoriser ce savoir-faire pour nos clients.

Références

  1. Indoor air quality guidelines from across the world: An appraisal considering energy saving, health, productivity, and comfort. Sani Dimitroulopoulou, Marzenna R. Dudzińska, Lars Gunnarsen, Linda Hägerhed, Henna Maula, Raja Singh, Oluyemi Toyinbo, Ulla Haverinen-Shaughnessy. 2023, Environment International.
  2. Organization, World Health. WHO Guidelines for Indoor Air Quality : selected pollutants. 2010.
  3. Gabriel Bekö, Pawel Wargocki, Nijing Wang, Mengze Li, Charles J. Weschler, Glenn Morrison, Sarka Langer, Lisa Ernle, Dusan Licina, Shen Yang, Nora Zannoni, Jonathan Williams. The Indoor Chemical Human Emissions and Reactivity (ICHEAR) project: Overview of experimental methodology and preliminary results. Indoor Air. 2020.
  4. Bakó-Biró, Zs, Kochhar, N, Clements-Croome, DJ., Awbi, HB. and Williams, M. Ventilation rates in schools and pupils’ performance using computerised assessment tests. ndoor Air 2008, Copenhagen, The 11th International Conference on Indoor Air Quality and Climate. 2008.
  5. Bakó-Biró, Zs., Kochhar, N., Clements-Croome, D.J., Awbi, H.B. and Williams, M. Ventilation rates in schools and learning performance. roceedings of CLIMA 2007 WellBeing Indoors, The 9th REHVA World Congress, Helsinki, Finland. 2007.
  6. D.J. Clements-Croome, H.B. Awbi, Zs. Bakó-Biró, N. Kochhar, M. Williams. Ventilation rates in schools. Building and Environment. 2008, Vol. 43.
  7. Zs. Bakó-Biró, D.J. Clements-Croome, N. Kochhar, H.B. Awbi, M.J. Williams. Ventilation rates in schools and pupils’ performance. Building and Environment. 2012, Vol. Volume 48.
  8. https://www.health.state.mn.us/communities/environment/air/toxins/co2.html. [En ligne]
  9. From spontaneous to strategic natural window ventilation: Improving indoor air quality in Swiss schools. Claudia C. Vassella, Jeremy Koch, Alexander Henzi, Alexander Jordan, Roger Waeber, Reto Iannaccone, Roland Charrière. 2021, International Journal of Hygiene and Environmental Health.
  10. https://www.bfe.admin.ch/bfe/fr/home/office-federal-de-lenergie/office-federal-de-lenergie.html. Office Fédérale de l’Energie (OFEN). [En ligne]
  11. https://www.bafu.admin.ch/bafu/fr/home/themes/climat/info-specialistes/mesures-reduction/batiments/programme-batiments.html. Programme Bâtiment. [En ligne]
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