CAUSES DE LA VICIATION DE L'ATMOSPHÈRE D'UNE ENCEINTE HABITÉE
1174. Influence de la respiration. — Une des principales causes de la viciation de l'air dans un lieu habité est la respiration, qui donne lieu à un dégagement d'acide carbonique et de vapeur d'eau, provenant de la combustion du carbone et de l'hydrogène des tissus de l'organisme humain.
L'air atmosphérique normal se compose d'oxygène et d'azote dans les proportions suivantes :
En poids. Ea ToloiBe.
Oxygène 0,28 0,208
Azote 0,77 o»79^
Cette composition est sensiblement la même sur toute la surface de la terre.
L'air atmosphérique contient en outre de Tacide carbonique en proportions variables, de a à 3/ 10000^' en volume, soit 20 à 3o litres par 100 mètres cubes.
Il renferme aussi de la vapeur d'eau en quantité très variable suivant la température et le degré de saturation.
Le degré hygrométrique peut varier de 4o* à gS* et, lorsque la température s'élève à Sa** et au delà, chaque mètre cube d air peut contenir jusqu'à 3o grammes et davantage de vapeur deau.
Enfin, on trouve dans Tair, mais en quantités excessivement faibles, des gaz sulfureux, sulfhydrique, ammoniac, azotique, etc., et des poussières de toute espèce dans lesquelles on rencontre de nombreux microbes.
A chaque mouvement respiratoire, Thomme introduit dans ses poumons environ un demi-litre d'air ; par une aspiration forcée il peut en introduire bien davantage.
Le nombre moyen de mouvements respiratoires par minute étant de 16 à 18 environ, il en résulte qu'en moyenne un homme fait pénétrer dans ses poumons, en une heure, pour les besoins de la respiration :
o',5 X 17 X 60 = 5 10 lit.
Soit, en nombre rond, 5oo litres d'air par heure, qui renferment :
o,2o8x5oo=io4 litres d'oxygène;
mais une portion seulement de cet oxygène est transformée dans l'acte de la respiration ; la plus grande partie ressort non altérée, pendant l'expiration.
Par conséquent, si on pouvait séparer complètement Tair exhalé de l'air inspiré, il suffirait, pour satisfaire aux besoins de la respiration, d'une alimentation de o'^^doo par heure et
par adulte ; en pratique, il est impossible d'effectuer cette séparation et Fair exhalé se mêle plus ou moins à l'atmosphère ambiante. C'est donc ce mélange qu'on doit chercher à toujours maintenir dans un état suffisant de pureté, et, pour cela, il faut une ventilation bien plus abondante qu'il n'était nécessaire dans l'hypothèse précédente.
La partie de l'oxygène inspiré qui se combine dans le corps, avec du carbone et de l'hydrogène, pour former de l'acide carbonique et de l'eau, varie dans d'assez grandes limites suivant les circonstances, le tempérament, l'âge et le sexe des individus.
On doit à Lavoisier des expériences très intéressantes sur ce sujet. Voici les résultats qu'il a obtenus :
Un homme adulte consomme par heure en oxygène :
Volume. Poids.
En repos à jeun à une température de 32% 5 24"Soo2 34*', 490
En repos à jeun à i5° 26 ,660 38 ,3io
En repos pendant la digestion . . 37 ,689 54 ,159 A jeun, effectuant un travail de
kgm
,72 par i". . 63 ,477 91 ,226
Pendant la digestion, effectuant
un travail de i''*'",72 par i", . . 91 ,248 i3i ,i23
Des expériences plus récentes montrent, comme celles de Lavoisier, l'influence considérable qu'exercent sur la respiration du même individu les circonstances dans lesquelles il se trouve placé. La quantité d'oxygène consommé varie presque du simple au quadruple.
Andral et Gavarret ont déterminé l'influence de l'âge. Ils ont trouvé que, pour des hommes d'une constitution ordinaire, le poids de carbone brûlé était en moyenne, par heure :
Age 8 ans. i5 16 1/2 28 5o 59 68 102
Carbone brûlé. . 5gr. 8,7 10,2 12,4 10,7 10 9,6 5,9
Le maximum de consommation de carbone a lieu de vingtcinq à trente ans. Les enfants de huit à douze ans ne brûlent que la moitié environ du carbone nécessaire à un adulte.
Andral et Gavarret ont trouvé que le poids de carbone brûlé par une femme de dix à trente ans était en moyenne de (>^%4- Pour un individu endormi, la proportion d'acide carbonique produit diminue dans le rapport de 5 à 6 environ d'après Scharling (Béclard).
Les résultats obtenus par Dumas, Barrai, Regnault, etc.. s'écartent en général assez peu de ceux que nous venons de donner. Les différences s'expliquent facilement par la variété des âges, des tempéraments, etc., et, en général, des conditions dans lesquelles on a opéré.
L'air expiré par un homme adulte en repos renferme en moyenne, d'après de nombreuses expériences, en volumes :
Oxygène o, i6oo
Acide carbonique 0,0420
En prenant la moyenne des nombres correspondant à seize ans et demi et vingt-huit ans, on trouve qu'un homme consomme environ 11*', 3 de carbone par heure, ce qui correspond sensiblement à 20,4 litres d'acide carbonique mesurés à 0** et à 760 millimètres. A ce chiffre il y aurait lieu d'ajouter celui qui correspond à l'acide carbonique fourni par la respiration cutanée ; mais cette quantité est toujours assez faible et on la néglige généralement.
Dans les calculs qui suivront, nous admettrons qu'un homme adulte produit, dans les conditions ordinaires, 2 1 litres d'acide carbonique en une heure.
La respiration donne également lieu à une production de vapeur d'eau ; l'air qui sort des poumons à 37** est, en effet, toujours saturé; il contient donc 43*',5i de vapeur d'eau par mètre cube; et, comme nous avons admis qu'un homme inspirait puis expirait environ 5oo litres d'air supposé sec par heure, l'émission de vapeur d'eau correspondante est de 21 ^',70.
1175. Influence de la transpiration. — Pour avoir la quantité totale de vapeur d'eau produite par le corps, iJ faut tenir compte de celle qui est dégagée par la peau. Cette quantité
est très variable suivant les circonstances atmosphériques, la température de l'air, son degré de saturation, suivant la constitution des personnes, l'état de repos ou de travail; aussi, n'y a-t-il pas lieu de s'étonner si les chiffres obtenus par les divers expérimentateurs sont peu concordants. On a trouvé que la quantité totale de vapeur d'eau exhalée par le corps (respiration et transpiration) était comprise entre i5 grammes et 77 grammes par heure. Le nombre moyen fourni par les expériences est de 62 grammes. Comme, d'après ce que nous avons vu, la respiration fournit 21 «'',75, la transpiration cutanée doit produire la différence soit 4o*%25, environ le double. Cette production peut s'élever jusqu'à 56 grammes.
En nombres ronds, on peut admettre que l'homme exhale en moyenne 1*^,500 de vapeur d'eau par vingt-quatre heures dont o^,5oo par le poumon et 1^,000 par la peau.
1176. Influence des appareils d'éclairage. — Les appareils d'éclairage contribuent également à vicier l'air, puisqu'ils absorbent de l'oxygène et dégagent de l'acide carbonique et de la vapeur d'eau.
Une bougie, brûlant 10 à 12 grammes à Theure, produit à peu près la même quantité d'acide carbonique et de vapeur d'eau qu'un homme adulte.
Une lampe (gros bec), brûlant 40 à 45 grammes d'huile, absorbe autant d'oxygène que quatre personnes.
Enfin un bec de gaz brûlant 100 litres absorbe 6 fois autant d oxygène qu'un adulte.
1177. Volume d'air nécessaire & la ventilation. — Pour que l'air d'une enceinte habitée se trouve dans des conditions convenables de salubrité, il faut que les divers produits exhalés par le corps, c'est-à-dire l'acide carbonique, la vapeur d eau et les matières organiques ne dépassent pas une certaine proportion limite; cette condition permet d'apprécier jusqu'à un certain point le volume d'air nécessaire à la ventilation. Comme nous le verrons plus loin, ce volume peut ôtre d'autant plus réduit que les précautions sont mieux prises pour que l'air neuf introduit arrive jusqu'aux individus, aussi peu mélangé
que possible avec les produits viciés prpvenant des sources diverses que nous avons indiquées.
1178. Proportion limite d'acide carbonique admissible dans une enceinte habitée. — Les expériences de Leblanc ont montré que, lorsque la proportion d'acide carbonique, provenant de la respiration, atteignait huit millièmes (0,008), l'air devenait lourd et pénible à respirer. D'autres expérimentateurs ont constaté le même effet pour des proportions moindres. D'après M. Pettenkofer, l'air est irrespirable lorsqu'il contient un centième (0,01) d'acide carbonique provenant de la respiration.
Dans les salles d'hôpitaux, où Toccupation est permanente, les hygiénistes admettent généralement qu'une proportion totale d'acide carbonique supérieure à un millième est nuisible aux malades et que le renouvellement d'air doit toujours être suffisant pour que cette limite de violation ne soit jamais dépassée. Il convient, d'ailleurs, de faire ouvrir les fenêtres chaque jour, matin et soir, pendant un certain temps, afin de balayer par un courant d'air pur toute la capacité des salles.
Quand le local habité est occupé d'une manière intermittente, son espace cubique influe naturellement sur la rapidité de l'altération de Tair. Cet espace constituant une réserve d'air pur, on peut diminuer dans une certaine proportion le volume d'air à introduire régulièrement.
Dans une enceinte occupée temporairement, la proportion d'acide carbonique en volume peut arriver à atteindre o,ooi5 à 0,0020 sans gêner sensiblement les occupants. Il convient dans ce cas de prendre la précaution d'ouvrir les fenêtres avant et après l'occupation.
1179. Proportion d'aeide carbonique dans Tatmosphère d'une enceinte babitée après un temps d'occupation donné. — Considérons le cas général d'une enceinte habitée, occupée d'une manière intermittente.
Soient : E l'espace cubique par personne, c'est-à-dire le rapport du cube total de l'enceinte au nombre de personnes qui l'occupent ; Z le temps compté en heures depuis que l'enceinte est
VENTILATIOiN. 657
occupée ; m la proportion en volume d'acide carbonique à ce moment; V le volume d'air introduit par personne et par heure.
Désignons d'une manière générale par m^ la proportion en volume d'acide carbonique qui se trouve dans l'air extérieur (environ o,ooo3) et par a le volume de ce gaz produit par personne et par heure (o"%o2i environ).
Dans le temps infiniment petit rfZ, le volume d'acide carbonique introduit dans l'enceinte avec l'air extérieur est m^VrfZ, le volume qui en sort est mYdZ et le volume qui y est produit par personne estadz; la proportion d'acide carbonique augmentant de dm y l'accroissement de la quantité de ce gaz contenue dans l'enceinte est Edm^ et on a la relation :
(moV + a-mVWZ = Erfm (i)
d'où
a -+- (mo — m) V
et, en intégrant depuis la proportion m^ à l'origine du temps jusqu'à celle m^ à la fin,
-lOg. nep.; rrr = Z
V ^ ^ mo — majV + a
qu^on peut mettre sous la forme
(mp — mi)V-i-a T (wo — ma)V-ha"~
e étant la base des logarithmes népériens
Si on prend l'intégrale depuis l'origine de l'occupation de l'enceinte, mj — m^^et la formule devient, en désignant par m
la viciation à un moment donné :
vz
(mQ--m)\-i-a
En posant «, = /i et effectuant les tranformations, il vient :
/n^mo-H^^i-^). (4)
Sbr. II. — 42
1180. Lorsqu'on connaît la proportion m, initiale d acide carbonique dans une enceinte, les relations précédentes permettent de résoudre les problèmes suivants :
i" Déterminer le temps Z au bout duquel la proportion d'acide carbonique dans l'enceinte^ supposée d'abord égale à m^, ma devenue m, pour un espace cubique connu E et une ventHaiion V.
Soient :
m, = 0,0010 m2 = 0,0020 E = 8™' V:=io«' m^=o,oool
La relation :
-log. nép. f-^ rri =Z
devient :
Z = — log. nép. -2 — ^=0,8 log. nép. 3,a
Z = o,8 X 2,3026 log. 3,5
2® Déterminer l'espace cubique E pour ne pas dépasser la proportion m, au bout d'un temps déterminé Z avec une ventilation V.
Soient :
mo = o,ooo3 m, = 0,0010 m2 = o,oo2o Z = 2** Y=io".
De la relation :
-log.nép. )— ^î ^rz =Z
on tire
log. nép.
2,3026 log 3,5
3* Calculer la proportion tu, d acide carbonique qui se trouve dans ttne enceinte après un temps d'occupation Z. Soient :
/Wp = o,ooo3 m4 = o,ooio E=8m^ \=zi6m^ Z^a** £r=2-
El
a=o,oai
On aura en remplaçant dans la formule les lettres par leur
valeur :
0,021 — 16(0,0010 — o,ooo3) . w. 1^ .,
0,021 — iom2+ 10 X 0,0000 ^ ^
54,5q6û X o,o258-ho,ooû8 ,,
4* Déterminer la ventilation V nécessaire pour que^ fespace
