CONCEPTION D UNE NOUVELLE MAISON AVEC SYSTÈME ANTI-RADON PASSIF Chemin des Mesanges 1 - Ste Croix

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1 CONCEPTION D UNE NOUVELLE MAISON AVEC SYSTÈME ANTI-RADON PASSIF Chemin des Mesanges 1 - Ste Croix Rapport de projet EPFL - FACULTÉ ENAC Projet interdisciplinaire semaine ENAC: Radon et énergie dans l'environnement construit avril 2013 Andrea Briccola Mirko Bösterli Pierre Cotherau Filippo Del Drago

2 INDEX 1. INTRODUCTION 3 2. LE RADON Ses origines Ses caractéristiques Le radon et nos poumons Quelques chiffres pour illustrer 4 3. ASPECT LÉGALE 4 4. CONTEXTE GÉOLOGIQUE 5 5. LE PROJET Structure du projet Le fonctionnement du système de ventilation passive Matériaux utilisés CONCLUSION 11 2

3 1. INTRODUCTION Notre projet consiste à construire une maison sur un terrain donné avec comme objectif moins de 300 Bq/m 3 à l'intérieur de celle-ci. Cette valeur fut choisie car la Confédération a pour projet de suivre les recommandations de l'oms sur le radon pour les nouvelles constructions d'ici Nous allons maintenant vous expliquer plus précisément ce qu'est le radon et les aspects légaux liés à celui-ci, puis nous parlerons du contexte géologique du terrain sur lequel nous voulons construire et du projet en luimême (idée générale, plans, matériaux utilisés... ). L'objectif finale restant de sensibiliser les futurs ingénieurs et architectes au problème, bien réel, du radon. 2. LE RADON 2.1. Ses origines Le radon-222 se trouve sur le chemin de désintégrations radioactives de l uranium 238 qui aboutit à un isotope stable du plomb, le plomb 206. C est un élément radioactif naturel. La demi-vie de l uranium 238 étant de 4,5 milliards d années, l épuisement de cette source (et par conséquent de tous les éléments de sa famille) n est pas encore d actualité. L uranium peut être présent dans tout type de roche, sol et aussi dans l eau. On peut donc le trouver un peu partout dans la croûte terrestre mais principalement dans les terrains granitiques et calcaires. L uranium se retrouve dans beaucoup de minéraux (pechblende) notamment sous forme d oxydes UO2 et UO3. Il compose également de nombreux minéraux cristallins. On peut en conclure que le radon est un phénomène qui concerne tout le monde tant dans le temps que dans l espace Ses caractéristiques La caractéristique du radon est d être le seul élément se trouvant à l état gazeux de la chaîne. Autant ses ancêtres (radium 226) que ses descendants (polonium, bismuth, plomb) sont des métaux qui se trouvent à l état solide dans la nature. C est la raison pour laquelle le radon s infiltre dans l air ambiant et dans les sols. Mais, le radon 222 a aussi un frère, le radon 220 ou thoron, qu il ne faut surtout pas oublier car il est plus rapide à se désintégrer et sa source, le thorium 232, est beaucoup plus abondant dans la croûte terrestre que ne l est l uranium. De plus, le thorium 232 se trouve dans un minéraux appelé monazite que l on retrouve dans le granite et qui est très résistant à l érosion ce qui provoque son accumulation dans les alluvions. La problématique du radon se pose lorsqu il a pénétré dans notre maison ou notre lieu de travail. Pour que cela se produise, il suffit d être localisé près d une source de radon (ce qui est assez fréquent puisque le sol en est une) et que le radon puisse cheminer jusqu à l intérieur (ce qui est plutôt facile pour un gaz). En effet, le plus gros problème du radon est qu il est un gaz et qu il peut donc se frayer un chemin à travers des fissures et des réseaux de pores. 3

4 2.3. Le radon et nos poumons Le radon est un émetteur de rayonnement alpha. Ce rayonnement peut à peine pénétrer les couches extérieures de la peau. Il n est donc dangereux que si la substance émettrice venait se loger à l intérieur de l organisme. Or, dans le cas du radon, c est bien ce qui se produit à travers nos voies respiratoires. Heureusement, le radon est aussi un gaz inerte donc la quantité inspirée est pratiquement totalement expirée. Les éléments qui seront directement à l origine des problèmes de santé sont les fils du radon redevenus métaux lourds radioactifs : le polonium, le plomb, le bismuth. Ces éléments vont également se trouver sur les poussières de l air ambiant (aérosols). Le pouvoir ionisant des radiations va alors faire son effet en perturbant les molécules de nos cellules, en particulier la molécule ADN, par la destruction de certaines liaisons et par la production de chaleur. Une modification très modeste de la structure de nos cellules peut suffire pour provoquer de graves maladies provenant de la mort ou de la mutation des cellules. Pour le radon, il s agira d une irradiation des cellules basales de la muqueuse qui peut conduire au cancer du poumon qui est particulièrement létal Quelques chiffres pour illustrer Nous sommes soumis environ à une dose effective d environ 5 msv/an (en prenant en compte une visite médicale). Dans un appartement ayant une activité de 300 Bq/m 3, on reçoit une dose annuelle de: msv / Bq. h. m -3 * h/an *300 Bq/m 3 = 5.25 msv/an (on est déjà au-dessus de la moyenne). L excès de risque est quantifié à 16% par 100 Bq/m 3, c est-à-dire que pour un risque relatif initial de 0,4 % pour les non fumeurs et de 25% pour les fumeurs, on monte respectivement à 0,6% et 37% d avoir un cancer du poumon lors d une exposition à 300 Bq/m ASPECT LÉGALE En connaissant les aspects dangereux que le Radon peut causer sur la santé humaine depuis désormais longtemps, la Suisse est le seul pays qui a adopté des vraies mesures législatives à ce sujet. L Office Fédérale de la Santé Publique (OFSP), a fait émané une Ordonnance en 1994 sur la radioprotection (ORaP) avec laquelle il établit les limites et les valeurs de référence à appliquer pour la construction ou l assainissement des bâtiments existants. L article 110 de l Ordonnance impose une limite de concentration de 1000 Bq/m 3 en moyenne par année dans les locaux d habitation, pour les fermes, écoles, etc. Ce niveau est augmenté à 3000 Bq/m 3 en moyenne par horaire de travail mensuel pour les secteurs de travail. Une valeur de référence pour une nouvelle construction ou un assainissement est fixée dans tous le cas à 400 Bq/m 3. L OFSP recommande quand même d'atteindre un niveau aussi bas que raisonnablement possible. Le standard MINERGIE-ECO prévoit de ne pas dépasser la valeur de 100 Bq/m 3. 4

5 Une autre autorité internationale impliquée dans la prévention du radon est l Organisation Mondiale de la Santé (OMS). Selon un communiqué que l association a émané en 2009, les pays devraient adopter un niveau de référence du gaz de 100 Bq/m 3 en moyenne par année et dans le cas, ou ce niveau ne peut pas être atteint elle recommande un niveau limite de 300 Bq/m 3 pour toutes nouvelles constructions. Le prochain pas de la Confédération pour 2015 est de s adapter aux recommandations de l OMS et d atteindre donc des niveaux plus stricts. En résumant: Suisse UE OMS Valeur directrices Nouvelle construction Constructions existantes Valeur limite 400 Bq/m3 400 Bq/m Bq/m Bq/m3 400 Bq/m3 100 Bq/m Bq/m Bq/m 3 4. CONTEXTE GÉOLOGIQUE Carte géologique de la région de Ste Croix Le point indiquant une concentration de Bq/m 3 dans le sol est situé à l'emplacement où nous devrions, théoriquement, bâtir une maison ayant une concentration de radon inférieure à 300 Bq/m 3. A!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Bq/m Bq/m 3 Soil gas radon concentration in Bq/m Meters 5 zone calcaire moraine

6 cet endroit, on pourrait rajouter un point de couleur bleu car on observe un effleurement de calcaire de Malm. En effet, la couche morainique y est très faible voir inexistante. ( Le propriétaire de la maison 4 rue des mésanges, nous a affirmé avoir creusé sous sa maison et être directement tombé sur la roche mère.) Dans cette zone, nous nous trouvons dans une situation que le professeur Parriaux a nommé paradoxe du Jura. En effet, le danger radon est bien réel, malgré le fait que les roches sont non radioactives. Pour expliquer cela, il faut savoir que les carbonates sont très solubles et dissous par les pluies acides. Or,les carbonates possèdent des petites traces d'uranium sous forme de ions U6+. Lors de la dissolution de la couche calcaire, les cations d'u6+ vont être fixés par les hydroxydes naturellement présents dans le sol, qui vont alors s'accumuler près de la surface. Il faut ajouter à cela que le Jura est placé sur un «panier percé», le karst, qui va laisser facilement circuler le radon et cela sur des grandes distances. De plus, dans notre cas, l'absence d'une couche morainique entre la roche calcaire et la surface est importante car cela signifie que le radon ne va pas être bloqué par cette dernière et va pouvoir facilement remonter à la surface. Le contexte géologique indique alors que le danger d'une accumulation de radon dans la future maison est bien réel et qu'il va falloir en tenir compte pour que l'intérieur de la maison soit bien endessous des 300 Bq/m 3 comme convenu. Pour confirmer la théorie, nous nous appuyons sur les mesures faîtes sur le terrain qui montre une concentration de Bq/m 3. En ce qui concerne l'eau, il n'y a aucun danger réel, vu que celle-ci à une concentration de 2.6Bq/L, ce qui est même en dessous de la moyenne des 5 Bq/L. 6

7 5. LE PROJET 5.1. Structure du projet système de drainage boîte éléctrique extérieure piliers creux, chéminées Coupe et plan de la maison L idée générale du projet est de réaliser une maison d'habitation sur pilotis dotée d un système de ventilation passif. L objectif est, en utilisant le fait qu il existe toujours un gradient de température entre l air intérieur et extérieur, de créer un «effet de cheminée» pour évacuer le radon dès son arrivée depuis le sol du terrain. Notre projet propose une structure ponctuelle à 2 étages consistant en 3 dalles portées par 4 piliers creux qui percent la maison entière et descendent jusqu à la roche calcaire ce qui permettra un ancrage solide de la structure. Les piliers, a part leur rôle de porteur seront également utilisés comme moteurs de notre système de ventilation profitant ainsi de leur continuité verticale et hauteur importante. Entre les ancrages des piliers et la première dalle de la maison se trouvera une couche de remblai pour laquelle nous proposons l'utilisation du matériau «Misapor», un agrégat de verre cellulaire d'un fabricant suisse. Dans l'épaisseur de cette couche seront trempés des tuyaux perforés( avec les perforations vers le bas, 7

8 face au sol) qui seront reliés aux bases des piliers et conduiront jusqu à la surface. Comme les piliers cette couche de remblai va jouer un rôle multiple : Elle assure l'isolation thermique vers le terrain ainsi que l évacuation, c'est à dire le drainage des eaux. qui permettront la canalisation des gaz provenant du sol. Elle permet également de séparer la dalle en béton (socle de la maison) du sol augmentant ainsi la distance de la source ce qui est une mesure efficace contre le radon. En plus, par sa densité faible et les tuyaux, elle fait partie de notre système de ventilation. Finalement, la dalle en béton sera recouverte d un film de polyéthylène qui servira de barrière étanche au radon et pourra recouvrir d éventuelles fissures dans la dalle et ainsi limiter tout moyen d entrée du radon dans l habitation Le fonctionnement du système de ventilation passive Le radon montant à travers le sol calcaire est un phénomène continu. Cette montée est particulièrement facilitée par la structure poreuse de la roche calcaire qui constitue un milieu facilement transmissible comparé à la couche d'argile la recouvrant. Une maison, indépendamment de son système structurel, doit reposer ou au moins être reliée d'une manière ou d'une autre à la roche calcaire. Une maison constitue donc une interruption de cette couche relativement étanche d'argile par laquelle le radon peut monter plus facilement. Le cas de notre maison ne fait pas exception. Le radon va donc pénétrer dans un premier temps dans la couche de remblai qui se trouve en dessous de la maison. A partir de là, il faut distinguer deux cas de situations météologiques appelons «hiver» et «été». Fonctionnement en hiver Le gradient de température entre l air dans la maison et l air dans la cavité du pilier est positif (plus chaud à l intérieur qu à l extérieur). 8

9 La chaleur ambiante d intérieur va chauffer l air dans la cavité du pilier. L air chaud, ayant une masse volumique plus faible que l air froid, aura tendance à remonter dans le pilier. La dépression causée par la montée d air va aspirer le radon dans le système de tuyauterie et l évacuer par en-haut. Fonc%onnement en été Le gradient de température entre l air dans la maison et l air dans la cavité du pilier est négatif (plus frais à l intérieur qu à l extérieur). L air dans les piliers va être refroidit par l air frais d intérieur et par conséquence aura tendance à descendre. Ceci va créer un engouffrement d air extérieur dans le pilier qui va chasser le radon à travers les tuyaux dans le drainage jusqu à leur sortie à la surface extérieure. Il faut noter ici l'importance d'un éloignement suffisant de ces sorties de la maison pour éviter à tout prix une pénétration de l'air contaminée à travers d éventuelles fenêtres ouvertes. De cette façon, été comme hiver, le radon sera évacué avant même d entrer en contact avec le socle de l habitation. 9

10 5.3. Matériaux utilisés Projet réalisé avec système de drainage et MISAPOR Tout d abord, les piliers devront être ancrés dans la roche calcaire en place. Pour ces piliers, on utilisera des profilés tubulaires en acier. Ces derniers seront pourvus d un moyen d assemblage avec les tuyaux perforés. Une problématique qui se pose au niveau des piliers, surtout si on considère un emploi éventuel de notre système dans un bâtiment plus grand, est celle de la sécurité en cas d'incendie. L'acier étant un matériau peu résistant au feu, devra forcément être revêtu par une couche isolante pour éviter l'effondrement du bâtiment en cas d'incendie. Un tel revêtement isolant serait en conflit avec l'échange de chaleur entre les piliers et l'air intérieur du bâtiment qui est le moteur de notre système de ventilation. Il faudra donc trouver, pour une l'application de notre système, une solution pour permettre cet échange de chaleur tout en assureront la sécurité en cas d'incendie. Un percement du revêtement par des éléments avec une haute conductivité thermique serait par exemple envisageable. Les tuyaux perforés seront également en acier avec un diamètre d une dizaine de centimètres. Le matériau de remblayage sera donc le «Misapor» qui est issu de verre cellulaire que l on mettra en place sur une épaisseur de 40cm. C est un bon isolant thermique et un matériau hydrophobe. Il est également facile à acheminer et à mettre en place. Le Misapor coûte environ 100 CHF/m3 ce qui est à peine plus cher qu un gravier plus classique. On peut ensuite directement couler la dalle en béton par-dessus le remblai. On pourra utiliser un béton de qualité standard. Le problème qui pourrait survenir est la fissuration de cette dalle. C est pourquoi on rajoute en dernier un film de polyéthylène qui est un polymère peu coûteux (surtout par rapport à une dalle en béton plus performant et moins susceptible aux fissurations), inerte et plus résistant que le PVC. Il faut noter ici que 10

11 la mise en place et la maintenance d'une telle couche est une entreprise très délicate vu que la moindre interruption de sa continuité est capable d'annuler complètement son effet. Les rencontres de cette couche avec des murs porteurs constituent des endroits particulièrement problématiques vu que du à la qualité portante des murs, la couche ne peut pas passer en dessous mais doit être remontée ce qui n'est pas idéale car le radon, étant un gaz, peut aussi pénétrer à travers les murs. Là encore, on constate un avantage décisive de notre système structurel grâce à lequel les parois seront réduits simplement à des cloisons sans aucun rôle portant, de manière à ce que la couche d'étanchéité puisse être continue sur presque toute la surface, interrompue seulement par les 4 piliers. Malgré cet avantage décisif, une mise en place, une maintenance soigneuse et un contrôle régulier seront nécessaires! 6. CONCLUSION Le Radon est un risque réel pour la santé humaine. Un risque qui est beaucoup sous estimé ou même pas du tout connu. Comme le montre une enquête de l OMS de 2008 par Maria Neira, le Radon résulte à la dernière place entre les risques radiologiques perçus par la population, après les rayons UV et les rayons X, tandis qu en réalité il représente le danger majeur! En effet, il est la deuxième cause de cancer des poumons en Suisse! Une sensibilisation aux acteurs principales sur la scène du radon est donc très importante: architectes et ingénieurs, souvent pas du tout informé sur le sujet. De ce que l on a appris durant cette semaine, le Radon est un risque pour la santé, mais peu pour le projet. On pourrait penser qu une bonne prévention au Radon pourrait gêner aux qualités architecturales du projet, mais ce n est pas du tout le cas et il est même très facile de trouver une bonne solution de prévention qui ne soit pas trop imposante au niveau du projet. Même pour ce qui concerne les coûts, prévoir une protection au Radon avant la construction du bâtiment à une influence très faible sur la dépense totale. Pendant cette semaine, on a aussi appris une façon de travail assez intéressante et précieuse. Le travail interdisciplinaire entre les trois sections de l ENAC nous a permis de s imaginer la collaboration qui nous attends dans le futur. En cherchant à résoudre la problématique donnée, chacun apportait ses connaissances au projet et voyait les choses sous un angle différent, ce qui a beaucoup enrichi le projet finale et notre expérience personnelle. 11