5. Les notions de prevention des risques lies aux legionnelles et principaux équipements collectifs de production d’eau chaude sanitaire

Introduction :

Les légionelles sont a l’origine de deux types de maladie :

• • • une bénigne appelée « fièvre de Pontiac », difficile à diagnostiquer en raison de ses symptômes peu spécifiques.
    • une grave appelée « légionellose » nécessitant l’hospitalisation des personnes infectées.

Conditions favorables de développement dans les eaux artificielles

Les légionelles ont la capacité de coloniser et de se disséminer dans les eaux artificielles (réseaux d’eau chaude, circuit des tours aéro-réfrigérantes par voie humide) si les conditions physico- chimiques leur sont favorables.

• température de l’eau

Ces bactéries peuvent survivre dans une large gamme de températures, mais leur développement est optimal dans des eaux dont la température est comprise entre 25 et 45°C.

L’eau chaude sanitaire est susceptible d’être contaminée par des légionelles. En effet, naturellement présentes dans les ressources en eau, les légionelles peuvent gagner le réseau public d’eau potable, ou elles ne prolifèrent généralement pas en raison d’un milieu défavorable à leur développement (température basse, vitesse de circulation élevée, présence d’un résiduel de désinfectant…).

Par contre, les réseaux d’eau chaude offrent des conditions plus favorables à leur développement et à leur prolifération pouvant aboutir à la contamination des personnes exposées à des aérosols (lors de la prise d’une douche par exemple).

Il est donc primordial pour le gestionnaire du réseau d’eau chaude de maitriser l’ensemble des installations de son réseau afin d’éviter la prolifération des légionelles.

Cette maitrise passe par la connaissance parfaite :

• • • de la configuration des différents réseaux d’eau, des matériaux utilises, des éléments de protection contre les pollutions
    • des installations de production de l’eau chaude
    • des traitements chimiques et physiques
    • de l’hydraulique du réseau

La production d’eau chaude doit permettre d’assurer la livraison d’eau chaude a température satisfaisante (> 50°C) en tout point du réseau, à toute heure du jour et de la nuit.

Pour assurer une température de 50°C dans l’ensemble du réseau, l’eau produite par le système de production, doit atteindre une température supérieure à 55°C.

Afin d’atteindre ces objectifs, le système de production d’eau chaude doit être adapte aux besoins journaliers et aux besoins lors des pics de consommation.

Le choix du préparateur d’eau chaude doit donc intervenir après la définition des usages de l’eau chaude dans l’établissement et la détermination des besoins.

Parmi les différents systèmes existants, on distingue 3 grandes familles :

• • • la production instantanée : l’eau chaude est produite au fur et à mesure des sollicitations des usagers
    • la production par accumulation : l’eau chaude est produite dans un réservoir (ballon de stockage), offrant ainsi une réserve d’eau chaude disponible à tout moment en cas de demande
    • la production semi-instantanée : combinant les deux systèmes précédents

Production instantanée : l’échangeur à plaques

L’échangeur a plaques est constitué de deux circuits d’eau indépendants circulant simultanément de part et d’autre de plaques en acier inox, permettant l’échange de chaleur entre les deux fluides.

Les différents circuits sont :

• • • le circuit primaire fonctionnant en boucle fermée : l’eau contenue dans ce circuit est chauffée par une chaudière (gaz, fioul) à une température très élevée. L’eau du circuit primaire peut également être fournie par un réseau urbain de chaleur produit au niveau communal ou intercommunal (chaufferie centrale, incinérateur)
    • le circuit secondaire fonctionnant en boucle ouverte (eau chaude délivrée aux points d’usage) : l’eau froide mélangée à l’eau du retour de boucle est véhiculée dans ce circuit et est chauffée par transfert de chaleur du circuit primaire grâce à une surface d’échange importante constituée de la paroi séparant les deux circuits formes en nids d’abeilles.

Son dimensionnement est directement lie à la puissance thermique de la chaudière du circuit primaire et au débit de l’eau chaude sanitaire souhaite.

Ce système, quand il est bien dimensionné, présente peu de risque de prolifération de légionelles si la température de production est suffisante (> 55°C). En effet, l’absence de stockage limite ainsi les phénomènes de stagnation de l’eau propices au développement des bactéries.

Entretien :

Si l’eau du circuit d’eau chaude sanitaire est dure (forte concentration en ions calcium et magnésium), il existe un risque d’entartrage de l’échangeur a plaques. Il se forme alors un dépôt de tartre (appelée gaufrette en raison de sa forme) qui va nuire à l’écoulement de l’eau et au transfert de chaleur. Il est donc indispensable de réaliser un traitement par adoucisseur de l’eau froide avant passage dans l’échangeur à plaques.

L’examen des plaques doit être réalisé au moins une fois par an.

Surveillance :

Un thermomètre doit être place sur le départ de l’eau chaude afin de s’assurer que la température de l’eau produite est bien supérieure a 55°C.

Toute perforation des parois séparant les 2 circuits doit pouvoir être détectée par l’intermédiaire d’une alarme (visuelle ou sonore).

L’alimentation en eau froide de la chaudière du circuit primaire doit être protégée par un disconnecteur (généralement de type BA). Celui-ci doit faire l’objet d’un contrôle annuel.

L’eau du circuit primaire n’est pas potable, elle ne doit pas être mise en contact avec l’eau chaude sanitaire.

Production par accumulation : ballon d’accumulation

Il s’agit d’un système permettant de chauffer l’eau contenue dans un ballon de capacité généralement supérieure a 1000 litres. L’eau peut être chauffée par l’intermédiaire d’une résistance électrique. Cependant, en usage collectif, l’eau est le plus souvent chauffée par l’intermédiaire d’un réseau primaire ou circule une eau à très haute température produite par une chaudière a gaz ou au fioul ou issue d’un réseau urbain de chauffage. Le transfert de chaleur se réalise par l’intermédiaire d’un serpentin du circuit primaire, plonge dans le ballon de stockage. L’eau du ballon n’est pas en contact direct avec le fluide du circuit primaire, l’échange de chaleur se faisant à travers les parois du serpentin.

L’alimentation en eau froide du ballon est réalisée en bas de ballon. L’eau est chauffée par contact avec le serpentin du réseau primaire. Par phénomène physique, l’eau chaude produite migre vers le sommet du ballon. Il existe donc un gradient de température entre la base et le sommet du ballon. Pour alimenter le réseau d’eau chaude, l’eau est pompée en partie haute du ballon.

La base du ballon, en raison de sa température moins élevée que son sommet peut devenir un lieu privilégié de croissance des légionelles. Pour éviter ce phénomène, il est recommandé de réaliser un bouclage en installant une pompe de recirculation sur une petite boucle entre l’entrée et la sortie du ballon. Cette opération permet ainsi d’homogénéiser la température à l’intérieur du ballon de stockage.

Le volume du ballon de stockage doit permettre de couvrir les besoins journaliers. Son dimensionnement doit donc être bien réfléchi.

En effet :

• • • un volume insuffisant risque de ne pas permettre de couvrir les besoins journaliers, la température de l’eau peut diminuer en cas de forte sollicitation et en fin de journée
    • un volume trop important entrainera un temps de stockage plus long, favorisant la stagnation de l’eau et la prolifération de légionelles.

Entretien

Afin d’assurer la maintenance du ballon de stockage, celui-ci doit être équipe d’un trou d’homme (trappe de visite) d’un diamètre de 50 cm au minimum.

Cette trappe permet une intervention aisée, notamment lors des nettoyages annuels des surfaces intérieures du ballon.

Lorsque l’eau est dure (TH > 15° F), des dépôts de tartre peuvent se former sur les parois du ballon. Plus la température de l’eau est élevée, plus ce phénomène est accentué. Un traitement par adoucisseur permet de réduire la formation des dépôts.

Un robinet de purge doit être installe au point bas du ballon afin de pratiquer des vidanges partielles hebdomadaires.

En effet, les dépôts de tartre remis en suspension et les particules de corrosion du réseau vont se déposer en fond de ballon et former à moyen terme une boue favorisant le développement bactérien. La pratique d’une purge hebdomadaire permet d’évacuer l’ensemble des résidus.

L’évacuation des eaux de vidange doit se faire vers le réseau d’eaux usées. Cependant le ballon ne doit pas être relie directement au réseau d’eaux usées.

L’évacuation doit se faire par l’intermédiaire d’une rupture de charge en surverse avant le raccordement au réseau d’eaux usées.

Le ballon de stockage doit également être équipe d’un purgeur d’air en partie haute du ballon, afin d’éliminer les gaz à l’origine des coups de bélier et des phénomènes de corrosion (CO2).

Surveillance

Les dispositifs de protection de l’alimentation en eau froide doivent être vérifies annuellement, notamment les clapet anti-retour (type EA) installes au plus proche de l’entrée du ballon ou du mélange avec le retour de boucle.

L’installation d’un thermomètre en départ d’eau chaude permet de vérifier que la température de l’eau est supérieure à 55°C.

Production semi-instantanée

Il s’agit d’un système de production combinant un échangeur a plaques et un ballon de capacité réduite (inferieur a 1000 litres en général) installe afin de pallier les crêtes de consommation (on utilise le terme de ballon tampon).

Le dimensionnement du ballon doit être choisi en fonction des besoins (temps de séjour théorique de l’eau compris entre 4 et 8 heures).

En raison du faible stockage d’eau, le risque de stagnation est faible.

Si la température dans le ballon est bien homogène et maintenue à plus de 55°C (circulation continue de l’eau par une pompe de recirculation), le risque de développement des légionelles est limite.

Toutes les mesures d’entretien et de surveillance des échangeurs a plaques et des ballons d’accumulation sont à suivre pour les productions semi-instantanées.

Les installations de distribution d’eau chaude sanitaire

Produire une eau suffisamment chaude ne suffit pas pour se prémunir contre les légionelles.

En effet, si le réseau de distribution est mal conçu, des phénomènes de stagnation et de corrosion peuvent se produire et faciliter le développement des légionelles.

Ainsi, les types de matériaux constituant les canalisations, le trace du réseau et le bouclage du réseau sont les paramètres indispensables à maitriser pour éviter la prolifération des légionelles.

Le choix des matériaux

Les matériaux utilisés pour les canalisations d’eau chaude ne doivent pas être susceptibles d’altérer la qualité de l’eau, ni la rendre impropre à la consommation. Il convient donc de vérifier avant toute installation que les matériaux sont conformes à des dispositions spécifiques fixées réglementairement et disposent de preuves de leur conformité sanitaire pour la consommation humaine.

Les matériaux pouvant être utilisés sont soit métalliques :

• • • l’acier galvanise
    • cuivre
    • acier inoxydable

soit organiques (matériaux d’origine synthétique).

Certains matériaux sont interdits et d’autres sont a exclure en raison de leur comportement sous l’effet de la chaleur :

• • • acier noir
    • plomb
    • certains matériaux organiques (polyéthylène (PE), polyéthylène basse et haute densité, polychlorure de vinyle).

Le choix des matériaux est intimement lié aux paramètres suivants :

• • • la nature de l’eau distribuée : pH, dureté, chlorures…
    • les conditions de service et d’exploitation : température de l’eau transportée, traitement chimique…
    • les compatibilités entre matériaux : l’acier galvanise ne doit pas être installe en aval d’une canalisation en cuivre, l’acier galvanise subit alors une corrosion accélérée. Le mélange des deux produits dans un réseau boucle est interdit.
    • l’environnement : les matériaux de synthèse sont à proscrire si les canalisations doivent traverser des locaux contenant des solvants.

Le tracé du réseau

Le tracé doit être aussi simple et aussi court que possible. Plus le réseau sera réduit, plus la circulation de l’eau sera aisée. Pour la même raison, les changements brusques de direction doivent être évites, les coudes à grand rayon sont préférables.

La réalisation des plans du réseau d’eau chaude de l’établissement permet de repérer des canalisations terminales ne desservant aucun point d’usage (par exemple : retrait des bidets dans les salles de bain).

Ces canalisations dans lesquelles l’eau stagne sont dites ≪ bras morts ≫. Les désinfectants circulant dans le réseau n’atteignent pas ces zones. La température de l’eau y est réduite. Ces conditions favorisent alors le développement des légionelles.

Sous l’effet d’une demande forte d’eau chaude à un instant T, l’eau des bras morts peut regagner le réseau et ainsi contaminer l’ensemble des points d’usage. Les désinfections ≪ choc ≫ n’ont que très peu d’effet sur ces bras morts en raison de l’absence de circulation de l’eau dans ces zones.

Les bras morts doivent être systématiquement recherches et supprimes au plus près du piquage sur la canalisation d’alimentation principale.

La circulation de l’eau

Les réseaux de distribution de l’eau froide et de l’eau chaude doivent être dimensionnes afin de satisfaire les besoins en eau en fonction des usages (lavabo, douche, baignoire…).

L’article R.1321-58 du Code de la Sante Publique impose que la pression de l’eau distribuée par les réseaux intérieurs soit au moins égale à 0.3 bars (hauteur piézométrique de 3 mètres) en tout point de mise à disposition lors de l’heure de pointe de consommation.

Pour respecter les prescriptions de l’article R.1321-58 du Code de la Sante Publique et offrir un confort d’utilisation satisfaisant, il est nécessaire de déterminer le débit à apporter.

Celui-ci est dépendant du diamètre des canalisations et de la vitesse de circulation de l’eau.

La détermination du diamètre est réalisée en fonction du nombre de puisages et de leur usage. Le DTU 60.11 (Document Technique Unifie) définit les règles de dimensionnement permettant de fournir les débits désires aux points d’utilisation.

La vitesse dans les canalisations, quant à elle doit être adaptée afin :

• • • de ne pas être excessive, ce qui entrainerait des nuisances sonores et générerait des coups de bélier. En outre, une trop grande vitesse accélère les phénomènes de corrosion.
    • de ne pas être trop faible, ce qui favoriserait la formation du biofilm et de Dépôts (produits de corrosion et tartre).

Outre ces règles valables aussi bien pour le réseau d’eau chaude sanitaire que pour le réseau d’eau froide, il faut tenir compte également de la nécessite de réaliser un bouclage du réseau d’eau chaude afin de faire circuler en permanence l’eau dans l’ensemble du réseau et ainsi conserver constamment une température de l’eau supérieure à 50°C au plus proche des points d’usage. Le piquage du retour de boucle doit se faire en amont du préparateur d’eau chaude afin que l’eau du circuit soit remise en température.

Le dimensionnement du circuit de distribution d’eau chaude doit donc comprendre :

• • • le dimensionnement des colonnes montantes
    • le dimensionnement des colonnes descendantes
    • la définition et le réglage des dispositifs d’équilibrage
    • le dimensionnement des collecteurs horizontaux
    • le calcul de la puissance de la pompe de circulation.

Les dimensionnements des canalisations doivent tenir compte des contraintes de vitesse, notamment pour éviter l’apparition de nuisances sonores :

• • • Colonnes montantes : < 1,50 m/s
    • Collecteur aller : < 2,00 m/s
    • Colonnes descendantes : entre 0,15 m/s et 0,5 m/s
    • Collecteur horizontal retour : entre 0,2 m/s et 0,5 m/s

Pour obtenir une circulation de l’eau régulière dans l’ensemble du réseau d’eau chaude, une opération technique est essentielle : l’équilibrage hydraulique.

Cette opération consiste à réguler les débits dans chaque colonne descendante par l’intermédiaire des dispositifs de réglage installes en bas des colonnes.

En effet, sans ces dispositifs, les colonnes les plus proches du retour de boucle (c’est à dire de la pompe de circulation) sont favorisées, et l’eau circule de façon privilégiée dans celles-ci.

Par contre, les colonnes les plus éloignées n’ont plus de débit, créant des zones de stagnation propices au développement bactérien.

Le réglage des dispositifs d’équilibrage doit être précis. Il nécessite une compétence technique particulière. Il est donc indispensable de confier cette tâche, ainsi que la détermination de la puissance de la pompe de circulation a un spécialiste en hydraulique des réseaux.

Le calorifugeage des canalisations

Le calorifugeage des canalisations d’eau chaude a plusieurs intérêts :

• • • éviter la déperdition de chaleur le long du réseau, surtout si celui-ci est long ;
    • éviter le réchauffement des canalisations d’eau froide (en cas de stagnation de l’eau froide, celle-ci peut alors être contaminée par les légionelles).

Il est donc utile de calorifuger aussi bien les canalisations d’eau chaude (colonnes montantes et descendantes, les deux pouvant être calorifugées ensemble, permettant ainsi de limiter les baisses de température excessives dans la colonne descendante) que les canalisations d’eau froide (afin d’éviter leur réchauffement).

IMPORTANT : En cas de calorifugeage, il est important de conserver une signalétique permettant d’identifier facilement les canalisations entre elles.

Les purgeurs d’air

La production d’eau chaude provoque la formation de gaz carbonique (CO2). La présence de ce gaz peut être à l’origine de bruits dans les canalisations et favoriser les phénomènes de corrosion. Pour éviter ces désagréments, des purgeurs de gaz automatiques sont à installer en aval du préparateur d’eau chaude sanitaire et au niveau des points hauts des colonnes montantes.

Les robinets de chasse

Les bas de colonnes (montantes et descendantes) doivent être équipes de robinets de chasse positionnes de manière à réaliser facilement des purges lors d’interventions techniques sur le réseau. Dans le cas des réseaux corrodés ou entartrés, il peut être utile de réaliser des chasses régulièrement pour évacuer les dépôts qui s’accumulent en bas des colonnes.

Les eaux ainsi extraites doivent être évacuées vers le réseau d’eaux usées, par l’intermédiaire d’une rupture de charge, afin d’éviter des phénomènes de retro-contamination.

Les vannes d’arrêt

En cas de dysfonctionnement ou lors d’interventions techniques, il est important de pouvoir fermer certaines parties du réseau. Des vannes de type 1/4 de tour doivent donc être judicieusement installées pour permettre d’isoler les différents équipements techniques (préparateur d’eau chaude, traitement chimique, colonne…).

Ces vannes doivent être actionnées régulièrement afin de contrôler leur fonctionnement.

Les robinets de prélèvement

Afin de réaliser une surveillance des différents paramètres, des robinets de prélèvement doivent être installes sur le réseau, notamment au niveau de production d’eau chaude :

• • • en amont et en aval de l’adoucisseur
    • en aval du préparateur d’eau chaude
    • en aval des dispositifs d’injection de traitement
    • en amont de la pompe de circulation sur le retour de boucle

Les manchettes témoins

Ces portions de canalisation démontables permettent de vérifier l’état intérieur des canalisations et de vérifier l’impact des différents traitements sur le réseau de distribution.

Une manchette témoin doit être installée en aval de l’ensemble des traitements.

Afin de vérifier l’action des traitements tout le long du réseau, une seconde manchette doit être installée sur le retour de boucle.

Les thermomètres

La mesure de la température en certains points précis du réseau d’eau chaude sanitaire permet de contrôler le bon fonctionnement de la production d’eau chaude et de la circulation dans la boucle. Les thermomètres sont à placer :

• • • sur l’arrivée de l’eau froide
    • en aval immédiat du préparateur d’eau chaude
    • en retour de boucle
    • en bas des colonnes descendantes les plus défavorisées.

Un étalonnage régulier des thermomètres est à réaliser.

La protection du réseau

La coexistence de différents réseaux et de différentes sections dans un réseau impose d’installer des dispositifs de protection des réseaux afin d’éviter les contaminations par phénomènes de retour d’eau lies aux fluctuations de pression dans les réseaux.

Les dispositifs de protection doivent être positionnes au niveau de 3 points :

• • • au niveau du branchement sur le réseau public d’adduction d’eau potable : il est positionné au plus près du compteur général
    • au niveau des piquages du réseau intérieur d’eau destinée à la consommation humaine à chaque changement de type de réseau ou lorsque la distance entre le piquage et le point d’usage peut entrainer une dégradation de la qualité de l’eau (stagnation par exemple) : il est positionné au plus près du piquage
    • au niveau des équipements : tous les équipements raccordés à un réseau doivent être munis d’un dispositif de protection (robinetterie, traitement chimique, préparateur…)

De nombreux types de dispositif de protection existent, selon le niveau de sécurité nécessaire. Au niveau des équipements, les dispositifs de protection sont généralement inclus.

Les équipements répondant à la norme NF sont équipes des dispositifs de protection exigés.

Au niveau du réseau d’eau chaude sanitaire, les dispositifs de protection les plus courants sont :

• • • les clapets de non-retour anti-pollution contrôlable (type EA).
    • Les disconnecteur à zone de pression réduite contrôlable (type BA), offrant une protection supérieure aux clapets anti-retour
    • Les ruptures de charge (type YA).

Lexique réseau d’eau dans le bâtiment :

Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) propose dans son guide technique de conception et de mise en œuvre des réseaux d’eau destinée à la consommation humaine à l’intérieur des bâtiments une codification simple permettant de distinguer chaque type de réseaux alimentes par l’adduction publique d’eau potable. Les différents réseaux-types proposes par le CSTB sont :

La représentation sur les plans des différents réseaux suit une codification par couleurs et symboles, respectant la norme NF X 08-100 relative à l’identification des fluides par couleurs conventionnelles.

Le schéma d’organisation des réseaux doit rester un document simple. Ainsi les bouclages du réseau d’eau chaude ne seront pas détaillés, les dispositifs de protection à installer au niveau des interconnexions ne figurent pas sur ce document.

Les installations techniques sont simplement signalées sans détailler leur mode de fonctionnement.

L’EAU CHAUDE SANITAIRE DANS LE COLLECTIF

Plusieurs façons de la produire collectivement :

La production classique

Trois systèmes sont adaptés à la production d’eau chaude collective :

• • • l’eau est produite et stockée dans un (ou des) ballon(s). La température de l’eau chaude est stable et la chaudière n’a pas à être surdimensionnée en puissance 

• • • l’eau est produite à la demande par un échangeur instantané (en général échangeur à plaques). Ce dispositif est rare en collectif. La puissance en chaufferie doit être adaptée pour faire face aux besoins instantanément ;

• • • une solution mixte, avec échangeur instantané et ballon-tampon, représente un bon compromis (encombrement et puissance en chaufferie raisonnables, régularité de la température de l’eau

La production solaire

La production collective d’eau chaude sanitaire grâce à l’énergie solaire est maintenant bien au point. L’installation est en général dimensionnée pour fournir 40 à 60% des besoins. Les besoins restants sont assurés par une chaudière ou une résistance électrique dans le ballon (système d’appoint).

L’ADEME et les professionnels ont mis en place un système de garantie de résultats. Des aides financières sont accordées pour les projets d’opérations solaires collectives.

La production thermodynamique

Également appelée chauffe-eau thermodynamique, il s’agit d’une production d’eau chaude sanitaire par pompe à chaleur électrique. Le système se compose d’un ballon à accumulation et d’une pompe à chaleur dédiée.

La pompe à chaleur récupère une partie de son énergie dans l’air extérieur (ou dans l’air de la chaufferie) pour la transférer à l’eau chaude.

Pour améliorer son efficacité, le circuit d’air de la pompe à chaleur peut se raccorder au système de ventilation de l’immeuble.