Piscines couvertes

Une piscine couverte est une grande surface d'eau chaude sous un toit. L'eau s'évapore sans arrêt, et le traitement d'air sert d'abord à reprendre cette vapeur avant qu'elle ne se condense sur les vitrages, dans les parois et dans les gaines. Ce chapitre part de la physique de l'évaporation, en tire le débit d'air qui sèche la halle, compare les deux manières de le faire et chiffre ce que coûte une nuit sans couverture.

52.1 Un bâtiment à part

Le cas d'exemple est une piscine publique couverte, sans client réel derrière : un bassin sportif de 25 × 12,5 m (312,5 m²) et un bassin d'apprentissage de 12,5 × 8 m (100 m²), dans une halle de 34 × 24 m sur 7 m de hauteur moyenne (5 712 m³), vitrée sur une longue façade. Elle ouvre 13 h par jour et ferme 11 h la nuit.

Les conditions retenues sont les conditions usuelles, présentées comme telles : eau du bassin sportif à 27 °C, eau du bassin d'apprentissage à 29 °C pour les jeunes enfants, air à 29 °C et 55 % d'humidité relative. L'air porte alors 13,79 g d'eau par kilogramme d'air sec et son point de rosée est à 19,04 °C : toute surface plus froide se couvre d'eau.

Quatre traits font de ce bâtiment un cas à part. L'humidité : c'est le seul local tertiaire courant où l'on tient l'air près de 20 °C de rosée en plein hiver. La chimie : le chlore qui désinfecte l'eau réagit avec la sueur et l'urine des baigneurs et forme des chloramines, dont la plus volatile, la trichloramine, passe dans l'air, irrite les yeux et les bronches et attaque les métaux. La corrosion, qui en découle, des gaines, suspentes et fixations. L'enveloppe, enfin : la vapeur qui traverse une paroi froide s'y condense. Par-dessus, la consommation d'énergie est dominée par un seul poste, la chaleur que l'eau perd en s'évaporant.

52.2 L'évaporation d'un plan d'eau

Au contact de l'eau, une mince couche d'air est saturée à la température de l'eau : sa pression de vapeur p_w est la pression de saturation. L'air de la halle a une pression de vapeur p_a plus faible. La vapeur passe de l'une à l'autre, poussée par l'écart p_w − p_a, et le brassage de l'air et de l'eau accélère son transport. C'est un transfert de masse, analogue à la convection : un moteur, l'écart de pression de vapeur, et un coefficient d'échange qui dépend de l'agitation.

La ligne directrice allemande VDI 2089 Blatt 1, consacrée aux installations techniques des piscines couvertes, écrivait ce débit, dans son édition de 2010, sous la forme :

W est le débit évaporé en kg/h, A la surface d'eau en m², R_v = 461,52 J/(kg·K) la constante de la vapeur d'eau, T une température absolue moyenne entre l'eau et l'air, et β un coefficient de transfert de masse en m/h. Toute l'expérience est dans β. Les présentations publiques de l'édition 2010 en donnent des ordres de grandeur, repris ici comme tels : 7 m/h pour une eau au repos, 28 m/h pour un bassin sportif public en usage, 40 m/h pour un bassin peu profond où l'on s'agite davantage, 0,7 m/h sous une couverture. L'édition en vigueur, de septembre 2023 (rectifiée en janvier 2024), garde un chapitre sur l'évaporation mais n'a pas été lue ici : ni cette forme ni ces β ne lui sont attribués, et l'on vérifie les deux dans son texte avant tout dimensionnement.

L'ASHRAE Handbook, volume HVAC Applications, reprend dans sa section sur les piscines couvertes une forme empirique différente :

W y est en kg/s, p en kPa, V est la vitesse de l'air sur l'eau en m/s, Y la chaleur latente en kJ/kg. La formule descend d'essais de laboratoire du début du XX^e siècle ; les publications qui la citent donnent a = 0,089 et b = 0,0782, et pour le facteur d'activité F_a 1,0 dans une piscine publique, 0,5 dans un bassin inoccupé (le Handbook lui-même n'a pas été lu ici). Même structure : surface, écart de pression de vapeur, coefficient qui croît avec le mouvement.

Elles ne donnent pas les mêmes kilogrammes. Pour le bassin sportif plein, avec V = 0,1 m/s (hypothèse), la forme de l'ASHRAE donne 60,7 kg/h et celle de la VDI, avec le β de 28 m/h de l'édition 2010, 85,5 kg/h : un rapport de 1,41. Ce sont des corrélations empiriques, pas des lois physiques : leurs coefficients résument une agitation moyenne, et leur écart mesure l'incertitude sur cette agitation. Le concepteur choisit une méthode, l'annonce et garde une marge sur la déshumidification.

52.3 Occupation, température et humidité de l'air

Dans la halle d'exemple, l'écart moteur vaut 1 359 Pa sur le bassin sportif (3 557 Pa de saturation à 27 °C contre 2 198 Pa dans l'air) et 1 798 Pa sur le bassin d'apprentissage, plus chaud. À pleine occupation, les deux bassins évaporent 137,1 kg/h ; au repos, 30,4 kg/h, soit 4,51 fois moins ; sous couverture, 3,0 kg/h. L'occupation pèse plus que le climat. Les attractions (jets, vagues, toboggans) brisent la surface et projettent des gouttes : les bassins de loisirs ont les coefficients les plus forts.

Chaque kilogramme évaporé emporte sa chaleur latente, 2 436,9 kJ/kg à 27 °C, prise à l'eau du bassin. Les 137,1 kg/h d'une heure d'affluence font 92,8 kW que le chauffage de l'eau doit rendre ; au repos, 20,6 kW ; sous couverture, 2,1 kW.

L'air est tenu 1 à 2 K au-dessus de l'eau pour deux raisons. Un air plus chaud porte plus de vapeur à humidité relative égale : p_a monte, l'écart moteur baisse. À 55 %, passer l'air de 29 à 31 °C réduit l'évaporation de 18,2 % ; le descendre à 27 °C l'augmente de 16,5 %. Ensuite, un baigneur mouillé perd beaucoup de chaleur par évaporation à sa peau : dans un air plus frais que l'eau, il a froid (chapitre 14). Le personnel habillé, lui, supporte mal un air beaucoup plus chaud.

L'humidité relative joue plus fort encore. Descendre de 55 à 45 % semble prudent pour les vitrages, mais fait évaporer 26,7 % d'eau en plus ; en janvier, l'air neuf qui l'évacue passe de 12 063 à 21 300 m³/h, 77 % de plus. Monter à 65 % réduit l'évaporation d'autant, mais approche la rosée des surfaces froides. Les valeurs usuelles, 50 à 60 %, sont un compromis entre la facture et l'enveloppe.

La figure 52.1 refait ces calculs en direct ; les volutes de vapeur, seules pièces en accent, se multiplient avec l'évaporation. Le curseur d'humidité montre l'arbitrage : vers le bas, l'eau évaporée et l'air neuf augmentent ; vers le haut, l'alerte de condensation s'allume sur le vitrage par grand froid.

52.4 Le bilan d'humidité et l'air neuf

En régime établi, l'eau évaporée doit sortir de la halle. C'est le problème inverse de l'humidification du chapitre 38 : on retire de l'eau à l'air au lieu d'en ajouter. Si l'air neuf seul l'emporte, chaque kilogramme d'air sec qui entre à x_ext et ressort à x_int emporte la différence (chapitres 1 et 2) :

Tout se joue sur le dénominateur. En hiver, l'air extérieur est froid donc sec et un débit modeste suffit. En été, il est presque aussi humide que la halle et le débit explose. Par un jour lourd, il l'est davantage : l'air neuf apporte de l'eau au lieu d'en retirer.

1. Exemple 1 : évaporation du bassin sportif. Air à 29 °C et 55 %, eau à 27 °C, bassin plein. La température moyenne vaut 28 °C, soit T = 301,15 K, et R_v · T = 138 987 J/kg.
2. Avec β = 28 m/h, β / (R_v · T) = 2,015·10⁻⁴ kg/(h·m²·Pa) ; multiplié par 1 359 Pa, cela donne 0,2737 kg/(h·m²).
3. Sur 312,5 m², le bassin évapore 85,5 kg/h et perd 57,9 kW de chaleur latente.
4. Au repos (β = 7 m/h), il évapore encore 21,4 kg/h et perd 14,5 kW : un bassin vide n'est pas un bassin sec.
5. Avec le bassin d'apprentissage (51,6 kg/h en usage), la halle reçoit 137,1 kg/h à pleine occupation, 83,8 kg/h à mi-occupation, 30,4 kg/h la nuit.

1. Exemple 2 : air neuf de déshumidification, deux saisons. Halle à 13,79 g/kg, bassins pleins à 137,1 kg/h. L'humidité extérieure de chaque mois suit la règle de la FAO : la pression de vapeur vaut la saturation à la température minimale moyenne (normales de Paris-Montsouris).
2. En janvier, à 5,4 °C et 3,2 °C de rosée, x_ext = 4,75 g/kg. L'écart de 9,04 g/kg demande 15 170 kg/h d'air sec, soit 12 063 m³/h, 2,11 volumes de halle par heure.
3. En juillet, à 20,9 °C et 16,2 °C de rosée, x_ext = 11,49 g/kg. L'écart tombe à 2,30 g/kg : 59 502 kg/h, soit 50 484 m³/h, quatre fois plus pour la même eau.
4. Par grand froid, à −7 °C et 90 %, x_ext = 1,87 g/kg : 8 701 m³/h suffisent.
5. Un jour lourd à 28 °C et 20 °C de rosée porte 14,66 g/kg, plus que la halle : l'air neuf ne sèche plus. Il faut alors une batterie froide ou une pompe à chaleur pour retirer l'eau.

Un minimum d'air neuf est dû de toute façon, pour les occupants et les chloramines. D'après une réponse ministérielle de 2006, le règlement sanitaire départemental type fixe 22 m³/h par occupant dans les piscines couvertes, soit 3 300 m³/h pour 150 personnes ; valeur non lue ici dans un règlement départemental, seul applicable. Le cas d'exemple retient 5 000 m³/h pendant l'ouverture, soit 12,1 m³/h par m² de plan d'eau et 0,88 volume par heure ; c'est un choix de conception, pas une valeur réglementaire.

52.5 Air neuf avec récupération ou pompe à chaleur

La première façon de sortir l'eau est celle de l'exemple 2 : souffler de l'air neuf sec, extraire l'air humide, avec un récupérateur entre les deux (chapitre 40). La centrale module l'air neuf sur l'humidité de la halle, du minimum hygiénique au débit d'été. C'est simple et robuste, mais la chaleur latente part avec l'air rejeté : un récupérateur sensible ne la reprend pas.

La seconde est la déshumidification thermodynamique. Une pompe à chaleur (chapitres 48 et 39) refroidit l'air repris sous son point de rosée ; l'eau se condense sur l'évaporateur, et la chaleur prise à l'air, plus le travail du compresseur, est rendue au condenseur, à l'air soufflé ou à l'eau du bassin. La chaleur latente revient au bassin d'où elle est partie. Ces machines se caractérisent par leur taux d'extraction spécifique (SMER), en kilogrammes d'eau par kWh électrique ; le cas d'exemple suppose 3 kg/kWh, ordre de grandeur et non donnée d'un appareil. Par kilogramme d'eau, la machine consomme 0,333 kWh et rend 1,010 kWh de chaleur, dont 0,677 kWh de latent. L'air neuf ne sert plus qu'à l'hygiène.

1. Exemple 3 : une année, deux solutions. Mois par mois, normales de Montsouris, 13 h d'ouverture à 50 % de l'occupation maximale. Récupérateur d'efficacité 0,75 ; ventilateurs à 800 Pa et 0,65 de rendement, soit 684 W pour 1 000 m³/h d'air neuf ; chaudière à 0,90 sur PCS ; prix moyens Eurostat hors TVA du premier semestre 2026, 0,0955 €/kWh PCS pour le gaz (tranche de moins de 1 000 GJ par an ; la solution à air neuf en consomme 1 800) et 0,2049 €/kWh pour l'électricité. On ne compte que ce qui distingue les deux solutions : déperditions, eau de renouvellement et douches sont communes.
2. Sans couverture, la piscine évapore 519,6 t d'eau par an. Avec l'air neuf seul, 9 869 m³/h passent en moyenne ; il faut rendre 351,5 MWh de latent au bassin et 99,1 MWh à l'air neuf après récupération, soit 450,6 MWh, dont 78 % de latent : 500,7 MWh de gaz, 59,1 MWh d'électricité, 59 931 € par an.
3. Avec la pompe à chaleur, l'air neuf moyen tombe à 2 708 m³/h. La machine récupère 341,3 MWh ; il reste 64,4 MWh de chaleur à produire (71,5 MWh de gaz) et 128,8 MWh d'électricité, dont 112,6 MWh au compresseur : 33 228 € par an. En été, le surplus de chaleur récupérée n'est pas compté.
4. Bassins couverts la nuit dans les deux cas, la pompe à chaleur économise 294,7 MWh de gaz, consomme 45,6 MWh d'électricité de plus et coûte 18 805 € de moins par an, soit 40 %.

Ce sont des ordres de grandeur, sensibles au SMER, au rapport des prix et au climat, calculés sur des moyennes mensuelles. Le sens du résultat est solide : tant que l'évaporation domine, récupérer le latent vaut plus que récupérer le sensible. Les centrales de piscine combinent souvent les deux dans le même caisson et règlent l'air neuf sur l'humidité et la qualité de l'air.

52.6 Condensation sur les vitrages et dans les parois

La surface intérieure d'une paroi se place entre l'air intérieur et l'extérieur selon la part de la résistance superficielle intérieure dans la résistance totale (chapitre 5) :

R_si vaut conventionnellement 0,13 m²·K/W pour un flux horizontal (EN ISO 6946) ; le modèle garde cette valeur pour un vitrage balayé. Le long d'un vitrage, l'air refroidi s'alourdit et descend en nappe ; sans soufflage, la couche limite s'épaissit. Le modèle prend alors 0,25 m²·K/W, hypothèse d'ordre de grandeur, et le U du vitrage devient 1,480 W/(m²·K).

1. Exemple 4 : le vitrage par grand froid. Halle à 29 °C et 55 %, rosée à 19,04 °C ; dehors −7 °C ; vitrage d'U = 1,8 W/(m²·K).
2. Balayé par le soufflage, il est à 20,58 °C : 1,53 K au-dessus de la rosée. Il l'atteint si l'humidité monte à 60,5 %.
3. Non balayé, il tombe à 15,68 °C, 3,37 K sous la rosée : la vitre ruisselle. Sans soufflage, il faudrait descendre la halle à 44,5 % et payer l'évaporation correspondante.
4. Un vitrage d'U = 1,1 W/(m²·K) monte à 23,85 °C balayé ; un vitrage ancien d'U = 2,8 W/(m²·K) reste à 15,90 °C même balayé.

D'où le soufflage le long des vitrages (lèche-vitrage) : une gaine en pied de façade, une grille linéaire sous chaque travée, et l'air chaud et sec de la centrale qui remonte en nappe sur la vitre. La reprise se fait en partie haute, pour que l'air balaie la halle avant de repartir. Les menuiseries comptent autant que le verre : un profilé sans rupture de pont thermique ou un intercalaire métallique condensent avant la vitre.

Dans les parois opaques, la vapeur migre vers l'extérieur froid et se condense là où la paroi passe sous la rosée de la halle. La règle de l'art : un pare-vapeur continu côté chaud, des jonctions soignées, une paroi qui sèche vers l'extérieur. Toitures légères et traversées de gaines sont les points faibles. La vérification relève de l'EN ISO 13788 et du chapitre 16, qui l'applique à une paroi de cette halle.

52.7 La nuit : couverture et ralenti

La nuit, le bassin vide évapore toujours : 30,4 kg/h, 20,6 kW perdus. Arrêter la centrale est l'erreur classique. La halle contient 6 528 kg d'air sec ; il suffit de 7,26 kg d'eau pour amener sa rosée au niveau du vitrage non balayé de janvier (20,27 °C). Centrale arrêtée, air supposé tenu à 29 °C et sans infiltration, la condensation commence en 15 min sur bassins découverts ; couverts, en 153 min, et la centrale peut tourner au ralenti. Une couverture (bâche, lames flottantes, enrouleur en bout de bassin) divise l'évaporation par dix avec les β retenus et réduit aussi les pertes de surface par convection et rayonnement, que ce chapitre ne compte pas.

1. Exemple 5 : le gain d'une couverture nocturne. Même année que l'exemple 3, bassins couverts 11 h par nuit.
2. L'évaporation annuelle passe de 519,6 à 409,7 t : 109,9 t de moins, 21,2 %.
3. Avec l'air neuf seul, l'économie vaut 105,9 MWh de gaz et 12,5 MWh d'électricité, soit 12 676 € par an ; l'air neuf moyen passe de 9 869 à 7 782 m³/h.
4. Avec la pompe à chaleur, qui récupérait déjà le latent, le gain n'est que de 4 779 € : la couverture rapporte le plus là où la récupération est faible.

52.8 Qualité de l'air et chloramines

La trichloramine dégaze surtout là où l'eau est agitée et s'accumule juste au-dessus du plan d'eau, là où respirent les baigneurs. Selon l'INRS, l'Afsset (aujourd'hui Anses) a recommandé en 2010 une valeur de 0,3 mg/m³ de trichloramine dans l'air, valeur indicative et non réglementaire ; selon la réponse ministérielle de 2006, les rhinites et asthmes liés aux chloramines figurent au tableau des maladies professionnelles depuis 2003. Les premiers leviers sont dans l'eau : douche avant la baignade, renouvellement de l'eau, chloration maîtrisée. Le traitement d'air vient ensuite, avec un air neuf suffisant et une diffusion qui balaie le plan d'eau sans courant d'air sur les baigneurs mouillés.

Les dispositions techniques applicables aux piscines, longtemps fixées par l'arrêté du 7 avril 1981, relèvent désormais de l'arrêté du 19 décembre 2025, qui l'a abrogé. D'après sa version publiée par l'Ineris, il traite de l'eau et des sanitaires, sans débit d'air pour la halle. Le chapitre 15 traite de la qualité de l'air intérieur et des débits d'air neuf dans les locaux en général, sans cas propre aux halles de bassin ; l'hygiène des installations relève du chapitre 73.

52.9 Ordre de grandeur des consommations

Sans couverture et avec l'air neuf seul, le cas d'exemple consomme 559,8 MWh par an pour la seule part liée à l'évaporation et à l'air neuf, soit 1 357 kWh par m² de plan d'eau. Avec la pompe à chaleur, cette part tombe à 200,3 MWh, 486 kWh par m² ; avec la couverture en plus, 466 kWh par m². La consommation totale ajoute l'enveloppe, l'eau de renouvellement, les douches et la filtration. Son suivi poste par poste relève des chapitres 74 et 76.

52.10 Erreurs fréquentes

Centrale arrêtée la nuit sans couverture : en un quart d'heure, la rosée de la halle rejoint la température des vitrages, qui ruissellent jusqu'au matin. Humidité trop basse : elle protège l'enveloppe en faisant évaporer davantage, et se paie en chauffage de l'eau et en air neuf. Vitrages froids non balayés : grille de soufflage masquée par du mobilier, gaine de pied de façade supprimée, et les châssis condensent. Corrosion : gaines galvanisées, suspentes, chevilles et visseries ordinaires cèdent dans l'air chloré ; on choisit des matériaux adaptés et l'on inspecte les fixations au-dessus du bassin. Centrale bridée en été : sans pompe à chaleur ni batterie froide, l'air neuf de juillet est quatre fois celui de janvier, et l'humidité monte.

À retenir

• W = β (p_w − p_a) A / (R_v T) : écart de pression de vapeur, surface, et un coefficient qui croît avec l'agitation.
• Deux méthodes publiées peuvent différer de 40 % sur le même bassin : annoncer la méthode, garder une marge.
• L'occupation pèse plus que le climat : 137,1 kg/h en affluence, 30,4 au repos, 3,0 sous couverture.
• Air 1 à 2 K au-dessus de l'eau, 50 à 60 % : plus sec, il fait évaporer davantage.
• m_air = W / (x_int − x_ext) : facile en hiver, quatre fois plus en été, impossible par jour lourd.
• La pompe à chaleur rend le latent au bassin : beaucoup moins de gaz, un peu plus d'électricité.
• Un vitrage non balayé passe sous la rosée par grand froid : soufflage en pied de façade, menuiseries performantes, pare-vapeur continu.
• La nuit, couvrir et laisser la centrale au ralenti ; jamais d'arrêt sur un bassin découvert.

Sources publiques : VDI 2089 Blatt 1, « Technische Gebäudeausrüstung von Schwimmbädern, Hallenbäder », 2023-09, rectificatif 2024-01 (sommaire public seul ; forme et β tirés de présentations publiques de l'édition 2010-01) ; ASHRAE Handbook, HVAC Applications, section sur les piscines couvertes ; EN ISO 6946:2017 ; EN ISO 13788 ; R. G. Allen et al., FAO Irrigation and Drainage Paper 56, 1998 ; normales de Météo-France, Paris-Montsouris ; Eurostat, prix du gaz et de l'électricité non résidentiels, premier semestre 2026 ; CoolProp (I. H. Bell et al., 2014) pour l'eau ; Afsset (Anses), avis de 2010 sur les risques sanitaires des piscines, cité par l'INRS ; règlement sanitaire départemental type, cité par les réponses ministérielles n° 84815 (JO du 16 mai 2006) et n° 3790 (JO du 20 avril 1998) ; arrêtés du 7 avril 1981 et du 19 décembre 2025 (NOR SFHP2528835A, modifié le 23 juin 2026) sur les dispositions techniques applicables aux piscines, version publiée par l'Ineris (AIDA). Nombres : le modèle du cours, qui importe le modèle commun du cours.