Rappel et conséquence de quelques notions élémentaires

— Nous reviendrons plus tard sur les moyens à employer pour assurer la circulation et le renouvellement de l’air, et nous continuerons pour le moment à mettre en relief les propriétés de ce fluide au point de vue qui nous occupe, ainsi que leurs conséquences générales.

Malgré son apparence de légèreté, l’air n’en est pas moins, comme on le sait, un corps pesant dont le mètre cube, à 0° et sous la pression barométrique de 0m,76 de mercure, a un poids de lk,30. Il est donc, comme tous les graves, soumis aux lois de la pesanteur et au principe d’Archimède, en

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vertu duquel tout corps plongé dans un fluide y perd une portion de son poids égale à celui du volume du fluide qu’il déplace.

L’air étant, ainsi que tous les autres corps, composé de molécules matérielles, il est aussi soumis à cette loi de l’inertie en vertu de laquelle un corps ne peut par lui-même modifier en rien son état de repos ou de mouvement et obéit au contraire à toutes les forces qui le sollicitent, en recevant de chacune d’elles et dans leur direction propre, des vitesses proportionnelles à leur intensité, à la durée de leur action et en raison inverse de la masse à mouvoir.

Ces principes élémentaires de la mécanique, qui régissent tous les corps, les fluides aussi bien que les solides, sont trop fréquemment mis en oubli par les personnes qui, par état même, s’occupent des questions de ventilation. Il n’est pas rare d’entendre énoncer comme un axiome incontestable que l’air tend à s’élever, que l’air froid ne saurait monter, ni l’air chaud descendre, qu’il ne faut pas les diriger horizontalement, etc., etc., autant d’erreurs, de notions fausses, qui conduisent à des appréciations inexactes des effets produits ou à produire.

En réalité, l’air ne tend ni à monter ni à descendre, il se meut comme tous les autres corps, dans toutes les directions que concourent à lui faire suivre les forces qui le sollicitent, et entre autres celles que la pesanteur lui imprime, selon qu’il devient en certaines parties de son volume ou en certains endroits de l’espace qu’il occupe, plus léger ou plus lourd que l’air qui remplit les espaces voisins.

Ainsi, à proximité d’une bougie, d’une lampe, d’un poêle, d’un individu, l’air qui s’échauffe à son contact, devenu moins dense que celui qui limite ou circonscrit l’espace qu’il occupe, s’élève en vertu du principe d’Archimède, attendu qu’il est plus léger que le volume de l’air ambiant qu’il déplace.

A l’inverse, au contact des fenêtres, des murs refroidis l’hiver extérieurement, l’air intérieur devient plus dense,

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plus lourd que celui qui l’entoure et alors il descend vers le sol.

Si de faibles variations de température produisent ces effets, des différences légères de pression, des appels, même peu énergiques, en déterminent d’analogues. Ne sent-on pas journellement, quand on se trouve entre une porte ou, une fenêtre mal close et une cheminée, un courant direct, horizontal ou descendant, selon les cas, qui se rend directement vers le foyer? N’a-t-on pas tous les jours sous les yeux l’exemple de ces foyers de magasins, sans cheminée apparente, et dont les produits de la combustion se rendent par des tuyaux descendant ou horizontaux vers des cheminées placées à certaines distance ? n’existe-t-il pas nombre d’usines dans lesquelles une seule cheminée placée au milieu d’une cour, et loin de tous les foyers auxquels elle est destinée, suffit à l’évacuation des fumées et au tirage actif de ces foyers ?

Les poêles, les calorifères qui ont des prises d’air dans des locaux inférieurs et frais ne fournissent-ils pas l’été de l’air relativement froid qui s’élève par le seul effet de la différence de température et de densité de l’air intérieur des locaux où ils sont placés?

Ne voit-on pas, à l’inverse, l’été ou au printemps l’air extérieur descendre par les cheminées non chauffées, pour refluer dans les appartements dont les fenêtres sont ouvertes quand Faction du soleil ayant échauffé les parois et l’intérieur, détermine dans ces appartements et le long de leurs murs extérieurs, une élévation de température et un courant ascendant? Et cet effet accidentel dans les appartements ne peut-il pas facilement devenir un état normal qui, par la seule action d’une aspiration bien réglée, permettrait de faire arriver dans les locaux à ventiler, de l’air pris à des points élevés au-dessus du sol où l’on prétend qu’il est plus pur et plus frais (ce qui n’est pas exact quant à ce dernier point), tout aussi bien qu’on a cru pouvoir le faire exclusivement à l’aide d’appareils mécaniques dispendieux et compliqués?

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56. Moyen à employer pour observer le phénomène de la circulation de Vair. — Il nous serait facile de multiplier à l’infini ces citations, en prenant pour exemple des phénomènes que chacun peut observer, mais nous nous bornerons à en indiquer le moyen que nous croyions avoir été employé pour la première fois, que nous sachions, par notre ami et collaborateur M. Tresca, mais qui avait été mis déjà en usage en Angleterre par la commission du Board of Health.

Il consiste à prendre un ballon en caoutchouc convenablement rempli de gaz hydrogène, et dont l’enveloppe, recouverte d’un vernis léger pour retarder l’échappement du gaz, est assez mince pour que le volume de l’air qu’il déplace soit plus lourd que le sien. Ce ballon tend naturellement à s’élever, et pour empêcher qu’il ne le fasse trop vite et d’une manière trop prononcée il convient de le lester par un bout de fil plus ou moins long et pesant. Après l’avoir ainsi amené à être à peu près en équilibre dans la partie de la salle où l’on peut supposer que l’air est à sa température moyenne, si l’on approche ce ballon d’un poêle, d’une lampe, d’une bouche de chaleur ou d’une cheminée où le feu brille, et qu’on l’abandonne, on le voit, ainsi que nous l’avons dit pour l’air, s’élever au plafond, y suivre horizontalement une direction qui le mène vers les côtés les plus froids, murs ou fenêtres, descendre le long de ces parois, raser le sol plus ou moins bas pour se rapprocher des sources de chaleur et répéter ce trajet en quelque sorte indéfiniment.

Il suffit d’avoir vu de semblables effets dus à des causes en apparence si faibles et cependant rendues si sensibles, pour reconnaître l’exactitude de ce que nous disions précédemment, savoir : que l’air obéit dans tous les sens aux différences de pression qui les sollicitent, qui peuvent être dues à une ou à plusieurs causes diverses, parmi lesquelles les différences de température ou de densité jouent presque toujours le principal rôle.

Nous reviendrons plus tard sur la manière de calculer ces

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effets, quand ils se produisent régulièrement et nous continuerons à nous occuper de quelques considérations générales qui indiqueront la marche à suivre dans les études de ce genre.

But et conditions de la ventilation.

67. But principal de la ventilation. — La ventilation peut être considérée au point de vue hygiénique ou au point de vue industriel. Dans le premier cas, elle a pour objet évident d’assainir les lieux habités, d’en extraire l’air vicié ; dans le second, que nous laisserons de côté pour le moment, on se propose principalement de dessécher les matières que l’on traite ou de leur enlever une certaine quantité d’humidité surabondante qu’elles contiennent, ce qui exige l’introduction d’air sec et chaud, et l’extraction de cet air après qu’il est surchargé de vapeurs.

La ventilation hygiénique, la seule dont nous nous occupions ici, a donc pour but et doit avoir pour effet principal d’extraire l’air vicié des lieux et des points même où il se produit. Mais toute extraction d’air d’un espace quelconque, qui n’est pas hermétiquement clos et dans lequel le vide ne peut exister, impliquant nécessairement la rentrée de l’air, on ne doit pas, dans la solution des questions de ventilation, séparer l’étude des dispositions à prendre pour assurer la rentrée de l’air de celles qui ont pour objet son extraction.

Cependant, quoique ces deux questions soient connexes et très-intimement liées l’une à l’autre, la première, celle de l’extraction, est évidemment la plus importante; la seconde n’en est que la conséquence forcée. Cela est si vrai que, quand la solution de la première est assurée, la nature seule se charge presque toujours d’une grande partie de la solution de la seconde.

Les ingénieurs qui, pour résoudre les problèmes que présente la ventilation hygiénique, se sont principalement préoccupés des moyens d’assurer l’arrivée de certaines quantités d’air nouveau dans les locaux à assainir, ont donc commis

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une erreur de logique et renversé la question. Et, en effet, il n’y aurait pas la moindre nécessité de s’occuper de cette ventilation si l’air n’éprouvait aucune altération, si, en un mot, il n’était, pas vicié ou échauffé outre mesure par la présence d’individus malades ou sains. Il serait tout à fait superflu de faire entrer de l’air nouveau dans des locaux qui ne contiendraient que de l’air pur et frais. Ce n’est donc que réchauffement ou l’altération de l’air qui exigent d’abord l’extraction de celui qui est vicié, et subsidiairement la rentrée de volumes correspondants d’air nouveau.

De ce renversement de la question il est résulté que la préoccupation exclusive de ceux qui ont suivi cette marche a été d’assurer l’arrivée abondante d’air nouveau, et qu’ils ont tous, plus ou moins, négligé les moyens de déterminer d’une manière régulière, uniforme et stable l’évacuation de l’air vicié ; nous le montrerons plus tard par l’examen des résultats constatés par divers observateurs.

Cette erreur, nous devons le dire, n’a pas été commise par les ingénieurs des mines qui ont traité l’importante question de l’aération des puits et des galeries des mines. Quels que soient les moyens que, selon les difficultés locales si nombreuses que présentent les exploitations, ils ont cru pouvoir proposer, tous, pour ainsi dire, ne se sont préoccupés que de résoudre le problème de l’extraction, laissant à la nature le soin d’assurer la rentrée de l’air.

58. Conditions de Vextraction de Vair vicié . — Non-seulement le principal problème que présente la ventilation hygiénique consiste dans l’extraction de l’air vicié et non dans la rentrée de l’air nouveau, mais c’est aussi cette extraction qui assure le succès d’une bonne ventilation. L’introduction, sans présenter de difficultés capitales, exige cependant des dispositions spéciales, sur lesquelles nous insisterons plus loin.

Il ne suffit pas d’enlever d’une salle d’hôpital, d’un amphithéâtre, d’une salle de spectacle ou de réunion, un volume

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d’air vicié ou trop échauffé, plus ou moins considérable, par quelques orifices plus ou moins bien ménagés, ainsi quon l’a fait parfois et qu’on le propose encore dans des projets à l’étude et presque acceptés. Il faut de toute nécessité, et autant qu’il est possible, régler les mouvements de l’air, enlever, extraire l’air vicié aux lieux, aux emplacements même où son altération a été produite, où les émanations malsaines ou désagréables ont été dégagées ; cela est évident de soimême. Si cette condition n’est pas satisfaite, il s’établira, à partir du foyer d’infection, vers les points d’évacuation et d’appel, des courants d’air vicié qui viendront incommoder ou infecter aux points intermédiaires. Dans les hôpitaux, par exemple, les odeurs nauséabondes, les émanations pestilentielles des plaies purulentes, qui propagent les affections contagieuses en passant d’un lit à un autre, y multiplieront les maladies, les affections morbides, et une ventilation qui suivrait une telle marche pourrait devenir en certains cas plus nuisible qu’utile et certainement plus défavorable que cette ventilation primitive qui, pour quelques hôpitaux, et même pour quelques hôpitaux que l’on croit bien ventilés, consiste encore à ouvrir les fenêtres pendant les nuits d’été et tous les matins en hiver.

Il ne convient pas non plus d’appeler l’air vicié par des orifices, même en grand nombre, ouverts dans les parties des salles où l’on circule, où l’on vient se réunir ; ce serait le faire respirer à des gens bien portants ou convalescents. A plus forte raison ne faut-il pas accoler les tuyaux ou les orifices d’appel de cet air vicié aux appareils de chauffage, auprès desquels se rassemblent naturellement les malades d’un hôpital.

Enfin il est nécessaire d’éloigner assez les orifices d’appel des orifices d’arrivée de l’air nouveau et surtout de disposer ceux-ci de façon qu’il ne puisse pas s’établir de courants directs des seconds vers les premiers, ce qui rendrait à la fois illusoires le renouvellement et l’évacuation de l’air vicié.

Il est juste de dire que la plupart des bons constructeurs

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ont senti la nécessité de produire l’appel de l’air directement aux lieux d’infection : dans les hôpitaux, derrière chaque lit ou de deux en deux lits; dans quelques amphithéâtres, sous les gradins ; mais l’on voit encore dans des établissements nouvellement pourvus d’appareils de ventilation des dispositions vicieuses par lesquelles l’extraction n’est faite qu’en quelques points, dans les quatre angles des salles, quelquefois en deux points seulement. Nous avons indiqué déjà les inconvénients que présentent aussi les dispositions en usage dans les théâtres, à la préfecture de la Seine et ailleurs ; nous n’y reviendrons pas pour le moment.

Nous croyons donc pouvoir poser comme règle générale que les orifices d’évacuation de l’air vicié devront être :

1° Placés le plus près possible des points où l’air s’altère, et loin des points de passage ou de réunion ;

2° Aussi multipliés que la construction le permettra.

Lorsque enfin on sera parvenu à obtenir des architectes que les projets de bâtiments ne soient arrêtés qu’en même temps que ceux des appareils de chauffage et de ventilation, il ne sera pas difficile de satisfaire à ces conditions générales sans nuire en rien à la solidité et à l’harmonie des constructions, et sans occasionner des dépenses aussi considérables que celles que nécessitent des dispositions prises après l’érection des édifices.

59. Indépendance et réunion des cheminées d'appel. — L’établissement des cheminées ou conduits d’évacuation de l’air vicié doit satisfaire à d’autres conditions.

Il est indispensable que ces cheminées soient, jusqu’à une assez grande distance de leur origine, indépendantes les unes des autres aux divers étages, afin qu’il ne puisse s’établir aucune prédominance de l’une sur l’autre; mais, ce qui est non moins important, il est nécessaire de les réunir plus loin, d’abord par groupes et ensuite toutes dans une seule et unique cheminée, afin de donner à l’ensemble des appels une énergie et une stabilité convenables.

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On a négligé complètement ces précautions dans un des pavillons de l’hôpital Necker, à l’hospice du Vésinet, et les inconvénients en ont été constatés par assez d’observateurs pour qu’il ne soit pas possible de se refuser à les reconnaître. Les cheminées d’évacuation qui, dans ces établissements, débouchent dans le premier au-dessus des toits, dans le second à fleur du sol des greniers, n’exercent d’autre appel que celui qui provient de l’excès de la température intérieure des salles sur la température extérieure, appel faible, variable et très-souvent contrarié par les vents. Aussi, dans ces deux établissements, se produit-il souvent, par les grands vents d’automne et de printemps, des rentrées d’air très-gênantes, souvent très-froides et parfois infectées par de l’air vicié passant ainsi d’une salle à une autre.

Si la réunion de tous les conduits d’évacuation dans une seule cheminée générale est nécessaire pour parer aux irrégularités inévitables qui résultent des différences de leur développement ou de leur disposition, elle est indispensable lorsque l’évacuation de l’air vicié est déterminée dans des cheminées partielles par des appels d’intensité différente, ainsi que cela a lieu à l’hôpital militaire de Yincennes. Des essais préliminaires, faits en juin 1861, ont en effet montré que dans cet hôpital, où l’appel est déterminé d’un côté par réchauffement de l’air produit par un tuyau à fumée, et de l’autre par une circulation d’air chaud qui est destinée à appeler par entraînement l’air intérieur, il y a parfois dans l’énergie de ces deux moyens une telle différence d’intensité, que le premier domine et annule le second, au point que l’air chaud, qui dans celui-ci doit produire l’évacuation, est lui-même appelé dans l’intérieur des salles et va gagner directement, en les traversant, la cheminée opposée où l’appel est déterminé par la chaleur du tuyau de fumée, qui est en général plus puissant que l’autre. Ces effets sont moins sensibles l’hiver, mais l’inégalité des deux appels existe encore dans cette saison.

Cette rentrée d’air chaud empêche tout à fait l’introduction

VENT. I. 8

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de l’air frais, qui ne pourrait monter des étages inférieurs que par l’action d’un appel suffisamment énergique, et dès lors il arrive que l’été, au lieu d’air frais, l’on fait rentrer dans tes salles de l’air chaud à quarante et quelques degrés, et qu’en outre, par suite du défaut de séparation des cheminées d’évacuation des divers étages, l’air vicié du rez-dechaussée arrive au premier et au second étages.

Il est également dangereux de réunir les conduits particuliers d’appel de plusieurs bouches inférieures en un seul, à une trop faible distance de leur origine, quand l’appel de celui-ci n’a pas une énergie suffisante. Il peut alors arriver que les conduits latéraux ne produisent aucune évacuation et qu’au contraire ils ne servent qu’à faire rentrer dans la salle une partie de l’air appelé par le tuyau principal. C’est ce qui s’est produit aussi à l’hôpital militaire de Vincennes en juin 1861. (Voir les résultats d’expériences.)

La réunion des conduits particuliers d’évacuation venant de chaque lit ou de chaque paire de lits doit d’ailleurs être faite de manière que tous les groupes de conduits indépendants, de même que leur ensemble, puissent toujours être visités et restent par conséquent visibles dans toute leur longueur, afin qu’il soit facile de s’assurer qu’ils ne contiennent aucun obstacle permanent ou accidentel à la rentrée de l’air et ne présentent aucune ouverture propre à favoriser la rentrée inutile de l’air extérieur aux dépens de l’évacuation. Il convient donc qu’autant que possible tous ces conduits soient verticaux et qu’on ménage des regards à chaque changement de direction.

Il faut enfin éviter le refroidissement de ces conduits, et à cet effet les placer à l’intérieur de greniers bien clos et plafonnés, et non dans les angles des longs pans de toitures plus ou moins ouvertes.

60. Dispositions a donner aux cheminées générales d'évacuation. — Mais il ne suffit pas que tous les conduits d’évacuation de l’air vicié soient réunis à leur débouché dans une

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même cheminée générale, il faut encore que cette cheminée, par sa hauteur, par sa construction et par l'énergie de son appel, assure au mouvement de l’air une vitesse suffisante pour lui donner une stabilité que le vent de l’extérieur, ou l’influence de l’ouverture des portes ou des fenêtres à l’intérieur des salles, ne puisse contrarier.

Dans les pavillons de l’hôpital Lariboisière, ventilés par insufflation, la cheminée générale en tôle, sans garniture extérieure en maçonnerie , permet à l’air qui la traverse et qui sort des salles de se refroidir considérablement; tellement que la température dans les salles étant de 19°, elle n’est plus parfois que de 9° dans la cheminée, ce qui crée une résistance à l’évacuation. Le peu de hauteur qui a été donné à cette cheminée n’assure pas le tirage, et le vent extérieur diminue beaucoup le volume d’air qu’elle laisse évacuer, tandis qu’à l’inverse l’ouverture des portes et des fenêtres dans les salles détermine parfois des rentrées d’air considérables par un grand nombre des cheminées d’évacuation *.

D’une autre part, l’été, même pendant la nuit, l’évacuation par cette cheminée n’ayant lieu qu’en vertu de la différence alors très-faible entre la température intérieure des salles et la température extérieure, l’appel n’a pas une énergie suffisante pour assurer l’écoulement de la quantité d’air nécessaire à l’assainissement **.

Pour que l’appel soit toujours assez énergique, il faut que l’excès de la température intérieure de la cheminée sur celle de l’air extérieur soit susceptible de produire une vitesse de 0m,70 à 0m,80 dans les cheminées partielles, et de 2 à 3 mètres par seconde dans la cheminée générale, ce qui exige que dans les bâtiments de cet hôpital cette différence de température soit de 20 à 25° au moins. Or, comme il arrive le plus souvent que cette différence n’existe pas naturellement,

* Voy. les expériences de MM. Trélat et H. Piligot, chapitre IV.

** Voy. lês expériences d’été sur ces pavillons, chapitre VI.

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il faut l’obtenir par un moyen de chauffage artificiel, et, si cela était impossible, on serait réduit à employer un moyen mécanique pour faire l’appel.

Enfin l’on verra plus loin et l’on comprend de suite que le volume d’air évacué par les cheminées d’appel et par la cheminée générale est directement proportionnel à l’aire de leur section transversale, ce qui permet d’augmenter l’action naturelle due à la simple différence de température; mais il ne faut pas que cette augmentation de section soit telle que les vitesses d’écoulement descendent notablement au-dessous des limites que nous avons indiquées ci-dessus.

Les conditions auxquelles il faut satisfaire pour assurer l’extraction de l’air vicié des locaux à assainir se résument donc ainsi qu’il suit :

1° Placer les orifices d’évacuation ou d’appel le plus près possible des points où l’air s’altère;

2° Les multiplier autant que la construction le permettra, mais n’en restreindre jamais, sans absolue nécessité, le nombre à moins d’un pour deux lits dans un hôpital;

3° Les proportionner d’après le volume d’air à évacuer par chacun d’eux, de telle sorte que la vitesse y soit de 0m,80 à 1 mètre au moins en une seconde ;

4° Ne les réunir que par groupes pour les faire aboutir dans un conduit commun ou dans une cheminée générale d’évacuation bien au delà de leur sortie des salles, et les disposer de telle façon qu’ils soient toujours faciles à visiter et à nettoyer; les mettre à l’abri du refroidissement; à cet effet, clore les greniers ou les caves où ils devront déboucher, et dans le premier cas plafonner les greniers ;

5° Donner à la cheminée générale d’évacuation toute la hauteur admissible, et disposer des moyens de chauffage tels qu’en tout temps l’air puisse y acquérir une température qui surpasse de 20 à 25° au moins celle de l’air extérieur; ce

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qui suffira dans la plupart des cas où les conduits de circulation de l’air ne seront pas trop compliqués, ainsi qu’on le verra par des exemples;

6° Se réserver enfin pour les cas extraordinaires les moyens d’accroître le volume d’air évacué dans les proportions que peuvent réclamer les établissements particuliers dont on s’occupe, en élevant convenablement la température dans ces cheminées.

61. Résumé. — Nous nous bornerons pour le moment aux considérations générales qui précèdent, et nous nous réserverons d’examiner et de discuter plus tard au point de vue théorique et expérimental :

1° L’influence de la hauteur des cheminées et la disposition qu’il convient d’adopter pour leur établissement ;

2° L’influence de la différence des températures sur les vitesses d’écoulement ;

3° La nécessité de renfermer les vitesses de circulation dans les conduits dans certaines limites, pour diminuer les pertes de force vive et le travail consommé par les frottements, tout en se réservant le moyen de donner à la vitesse de sortie de l’air une valeur qui assure la stabilité de l’évacuation;

4° Les avantages que présente, au point de vue de la meilleure utilisation de la chaleur, l’emploi des basses températures, et qui sont constatés par l’expérience.