La ventilation de laboratoire est un composant indispensable de la conception des laboratoires. Pour éviter que le personnel de laboratoire n’inhale ou n’ingère des substances chimiques toxiques, pathogènes ou toxicologiquement inconnues ainsi que des organismes, le laboratoire doit disposer d’une bonne ventilation afin de préserver la santé physique et mentale du personnel. Pour empêcher l’absorption de certaines vapeurs, gaz et particules (fumée, suie, poussières et aérosols), les polluants doivent être éliminés par des hottes aspirantes, des hottes d’extraction ou une ventilation locale. La hotte aspirante est l’un des équipements de sécurité les plus importants du laboratoire : c’est un moyen efficace de protection locale, qui protège les utilisateurs et les autres membres du personnel des réactifs chimiques et autres substances dangereuses, et elle est résistante au feu et aux explosions.

I. Hottes aspirantes

1. Structure

Une hotte aspirante a une structure supérieure-inférieure : la partie supérieure comporte une ouverture d’extraction où un ventilateur peut être installé. L’armoire supérieure contient un déflecteur (déflecteur aérodynamique), un interrupteur tactile à commande de circuit, des prises de courant, etc. ; la fenêtre de visualisation est en verre trempé et peut se déplacer latéralement ou verticalement pour permettre les manipulations. L’armoire inférieure est du type paillasse latérale de laboratoire, avec un plan de travail sur le dessus et le corps de l’armoire en dessous. Un petit évier encastré et un robinet peuvent être installés sur le plan de travail. Voir la figure 7-39.

Les hottes aspirantes sont fabriquées dans des matériaux tels que l’acier intégral, l’acier-bois, le bois intégral, l’aluminium-bois, le PVC-acier et la structure en PVC ; le plan de travail, qui entre directement en contact avec les échantillons expérimentaux, est généralement constitué de panneau de résine époxy, de stratifié compact massif (panneau physico-chimique), d’acier inoxydable, de PVC, de céramique et d’autres matériaux. Voir la figure 7-40.

Les hottes aspirantes anciennes étaient principalement en bois, mais les modèles modernes sont majoritairement en acier revêtu d’époxy. Les largeurs d’armoire courantes sont de 1200 mm, 1500 mm, 1800 mm et 2000 mm, avec une profondeur de 700–900 mm et une hauteur de 1900–2400 mm. Elles peuvent être utilisées simultanément par 1–3 personnes. Les hottes aspirantes sont généralement installées contre un mur.

Au milieu de la face avant se trouve une fenêtre transparente mobile verticalement (généralement en verre), dont la hauteur d’ouverture est généralement de 100–550 mm. Derrière la fenêtre se trouve la surface de travail sur laquelle les expériences sont réalisées, avec les raccordements nécessaires aux expériences tels que les conduites d’eau, les évacuations, l’alimentation électrique, les pompes à vide et les conduites de gaz, ainsi qu’un éclairage blindé au-dessus. L’air est aspiré par la partie avant supérieure de l’intérieur de l’armoire via le ventilateur d’extraction, puis soit évacué par des conduites vers un autre endroit (appelé ventilation à extraction totale), soit filtré et recirculé (appelé ventilation sans conduit).

La plupart des hottes aspirantes déclenchent une alarme lorsque le volume d’extraction est trop faible ou que la fenêtre en verre avant est trop ouverte, afin d’alerter l’opérateur. La vitesse du ventilateur d’extraction interne et l’éclairage disposent tous deux d’interrupteurs réglables.

Pendant l’utilisation, l’opérateur se tient debout ou assis devant l’armoire, maintient la fenêtre en verre aussi basse que possible, et passe les mains sous la fenêtre dans l’armoire pour réaliser l’expérience. Comme le ventilateur d’extraction aspire l’air vers l’intérieur à travers la fenêtre ouverte, dans des conditions normales, les gaz dangereux ne s’échappent pas en grande quantité.

[Figure : Fig. 7-39 Structure d’une hotte aspirante (schéma structurel en coupe ; dimensions : largeur 1800 mm, profondeur 800 mm, hauteur de l’armoire supérieure 1500 mm, hauteur totale 2350 mm, hauteur de l’armoire de base 850 mm ; composants : orifice d’extraction de 250 mm de diamètre, évier et robinet, plan de travail en panneau PP blanc porcelaine de 8 mm, interrupteur tactile, corps d’armoire en panneau PP blanc porcelaine de 8 mm, fenêtre de visualisation transparente en verre trempé de 5 mm, porte d’accès, déflecteur, prises de courant, poignées PP bleues, rebord de rétention des déversements PP, charnières PP bleues, 4 pieds de nivellement à la base de l’armoire ; note : la hotte aspirante contient une lampe fluorescente avec un écran de protection)]

[Figure : Fig. 7-40 Hotte aspirante tout acier (photographie du produit réel)]

2. Types

2.1 Hotte aspirante à extraction par le haut : caractérisée par une structure simple et une fabrication facile ; adaptée aux applications générant de la chaleur. 2.2 Hotte à fumées à fentes : des fentes d’extraction sont aménagées en haut et sur la paroi arrière ; elle donne de bons résultats dans de nombreuses situations, mais sa structure est plus complexe et sa fabrication plus contraignante.

2.3 Hotte à fumées à dérivation : idéale lorsque le laboratoire doit évacuer de grands volumes d’air intérieur par la hotte, car le renouvellement d’air de la pièce n’est pas affecté même lorsque la fenêtre coulissante de protection est complètement fermée.

2.4 Hotte à fumées à air d’appoint : idéale pour les laboratoires équipés de systèmes de climatisation ou les laboratoires propres, car elle permet à la fois d’économiser de l’énergie et de ne pas perturber l’organisation des flux d’air de la pièce.

2.5 Hotte à fumées à tirage naturel : avantages — elle ne consomme pas d’électricité ; elle peut assurer une ventilation continue jour et nuit (le renouvellement d’air intérieur mesuré peut atteindre 6 renouvellements d’air par heure), ce qui favorise la ventilation de la pièce ; elle n’émet aucun bruit ni vibration ; sans équipement mécanique, elle est facile à entretenir ; sa construction est simple et son coût faible. Cependant, son utilisation est limitée par certaines conditions : elle ne doit pas être utilisée pour des expériences très toxiques ou des expériences qui ne génèrent pas de chaleur, et dans certaines pièces, elle n’est pas adaptée en période estivale.

2.6 Hotte à fumées mobile : dans les bâtiments de laboratoires modernes, on aménage parfois un laboratoire polyvalent (halle de laboratoire) dans lequel les paillasses de laboratoire, les hottes à fumées intégrées à des éviers et autres équipements peuvent être déplacés à tout moment et rangés dans une salle de stockage adjacente lorsqu’ils ne sont pas utilisés. Ces hottes à fumées doivent être fabriquées en bois, en plastique ou en métal léger pour faciliter leur déplacement. Voir Fig. 7-41.

[Figure : Fig. 7-41 Hottes à fumées mobiles (photographies de deux hottes à fumées mobiles)]

3. Classification

3.1 Par mode d’extraction

Elles sont divisées en trois catégories : extraction par le haut, extraction par le bas et extraction combinée haut et bas. Pour garantir une vitesse d’air uniforme dans la zone de travail, il faut recourir à l’extraction par le bas pour les hottes à fumées de procédé à froid et à l’extraction par le haut pour les hottes de procédé à chaud ; pour les procédés dont la génération de chaleur est instable, des ouvertures d’extraction peuvent être aménagées à la fois en haut et en bas, le rapport entre les débits d’extraction supérieur et inférieur étant ajusté en fonction de la chaleur dégagée à l’intérieur de la hotte, ce qui permet d’obtenir une vitesse d’air uniforme.

3.2 Par mode d’admission d’air

Hotte à fumées à extraction totale : l’air intérieur entre dans la hotte, y circule, puis est évacué vers l’extérieur — c’est le type à extraction totale ; il s’agit d’un type très largement utilisé.

Hotte à fumées à air d’appoint : lorsqu’une hotte est installée dans une pièce chauffée ou à température et humidité contrôlées, pour économiser l’énergie de chauffage et de climatisation, l’air d’appoint est prélevé à l’extérieur, circule dans la hotte puis est évacué vers l’extérieur — c’est ce qu’on appelle une hotte à air d’appoint.

Hotte à fumées à débit d’air variable (VAV) : un système classique à débit d’air constant nécessite de régler manuellement le registre à aubes fixes pour ajuster le débit d’extraction de la hotte ; lorsque le registre est réglé sur un certain angle, la vitesse de face souhaitée est obtenue. Le système de régulation VAV modifie le débit d’air grâce à un capteur placé sur le registre pour atteindre la vitesse de face définie. Les systèmes standards sont bien sûr peu coûteux, tandis que les systèmes VAV coûtent plus cher et sont adaptés aux applications nécessitant une haute précision.

3.3 Par configuration d’usage

Elles sont divisées en type intégral à partie inférieure ouverte, type autoportant, type double face, type à trois faces vitrées, type de paillasse et type combiné (modulaire), ainsi que des hottes à fumées à usage spécial conçues pour les expériences radioactives, les expériences de synthèse et les expériences à l’acide perchlorique, selon les différents besoins expérimentaux.

3.4 Selon la présence ou non d’un raccordement à un réseau de gaines extérieur

Elles sont divisées en hottes à fumées raccordées à des gaines (à extraction extérieure) et en hottes sans gaine. Une hotte raccordée à des gaines évacue directement les gaz toxiques et dangereux générés pendant les expériences vers l’extérieur par des gaines extérieures. Une hotte sans gaine adsorbe directement les gaz toxiques et dangereux générés pendant les expériences grâce à un filtre à charbon actif. Voir Fig. 7-42.

[Figure : Fig. 7-42 Hottes à fumées sans gaine (photographies de deux hottes à fumées)]

3.5 Fonctions principales d’une hotte à fumées La fonction la plus importante d’une hotte à fumées est sa fonction d’évacuation. Dans un laboratoire de chimie, les opérations expérimentales génèrent divers gaz nocifs, odeurs, humidités, ainsi que des substances inflammables, explosives et corrosives. Pour protéger la sécurité des utilisateurs et empêcher les polluants expérimentaux de se propager dans le laboratoire, une hotte à fumées doit être utilisée à proximité de la source de pollution. Autrefois, les hottes à fumées étaient utilisées en petit nombre, uniquement pour les expériences impliquant des gaz particulièrement dangereux et à risque, ainsi que celles générant de grandes quantités de chaleur ; la hotte à fumées n’assurait qu’une fonction auxiliaire par rapport au plan de travail de laboratoire. Dans le but d’améliorer l’environnement expérimental, les expériences auparavant réalisées sur des plans de travail ouverts ont progressivement été déplacées dans des hottes à fumées, ce qui impose à la hotte de disposer de fonctions parfaitement adaptées aux équipements utilisés. En particulier, la plupart des laboratoires nouvellement construits nécessitent une climatisation : le nombre de hottes à fumées doit donc être intégré au plan du système de climatisation dès la phase préliminaire de conception du bâtiment. Comme la hotte à fumées occupe une place très importante dans les laboratoires de biochimie, son nombre d’unités utilisées a considérablement augmenté dans l’optique d’améliorer l’environnement du laboratoire, les conditions d’hygiène professionnelle et l’efficacité du travail. Parallèlement, les conduits de ventilation, les canalisations, le câblage et l’évacuation de l’air sont tous devenus des sujets majeurs dans la construction de laboratoires.

L’objectif premier de l’utilisation d’une hotte à fumées est d’évacuer les gaz dangereux générés lors des expériences et de protéger la santé du personnel de laboratoire, c’est-à-dire d’offrir un haut niveau de sécurité et une excellente maniabilité. Cela impose à la hotte à fumées de disposer des fonctions suivantes :

Fonction de rejet : un mécanisme doit diluer les gaz dangereux générés à l’intérieur de la hotte en aspirant de l’air depuis l’extérieur de l’enceinte, puis les évacuer vers l’extérieur du bâtiment.

Fonction anti-refoulement : elle doit empêcher le flux d’air généré par le ventilateur d’extraction de ramener les gaz dangereux présents à l’intérieur de la hotte dans la pièce. Pour garantir cette fonction, la meilleure méthode consiste à relier une hotte à fumées à un ventilateur d’extraction par un conduit dédié unique ; lorsqu’un raccordement à conduit unique n’est pas possible, seules les hottes situées au même étage et dans la même pièce

peuvent être raccordées en parallèle, et le ventilateur d’extraction doit être installé à l’extrémité du conduit (ou sur le toit) dans la mesure du possible.

Fonction d’isolation : à l’avant de la hotte à fumées doit se trouver une fenêtre d’observation en verre antidérapante qui sépare l’intérieur et l’extérieur de la hotte.

Fonction d’apport d’air (de compensation) : un conduit ou un dispositif alternatif doit permettre d’aspirer de l’air depuis l’extérieur de la hotte pendant l’évacuation des gaz dangereux.

Fonction de régulation de la vitesse frontale de l’air : pour empêcher les gaz dangereux de s’échapper de la hotte à fumées, une certaine vitesse d’aspiration est nécessaire. Les facteurs déterminant la vitesse d’aspiration d’une hotte à fumées sont la chaleur générée par le contenu expérimental et sa relation avec le taux de renouvellement de l’air ; les facteurs principaux sont le contenu expérimental et la nature des substances dangereuses. Les normes nationales stipulent que la vitesse frontale d’une hotte à fumées doit être de 0,5 m/s ± 10 %. Pour garantir cette vitesse, le ventilateur d’extraction doit disposer de la pression statique nécessaire, c’est-à-dire la résistance de frottement de l’air traversant les conduits de ventilation. Lors de la détermination de la vitesse, le bruit doit également être pris en compte : la vitesse de l’air dans le conduit doit être limitée à 7–10 m/s ; au-delà de 10 m/s, du bruit est généré. La limite de bruit habituelle pour les laboratoires (niveau de bruit de fond intérieur) est de 70 dBA ; augmenter la section transversale du conduit réduit la vitesse et donc le bruit. Compte tenu des coûts des conduits et des contraintes de construction, la puissance des conduits et du ventilateur d’extraction doit être choisie avec soin. Résistance à la corrosion par la chaleur, les acides et les alcalis : certaines hottes aspirantes doivent accueillir des fours électriques, et certaines expériences génèrent de grandes quantités de gaz toxiques et dangereux hautement corrosifs, tels que des acides et des alcalis. Le plan de travail, la paroi intérieure, les panneaux latéraux de la hotte aspirante, ainsi que les raccords d’eau et de gaz sélectionnés, doivent tous être résistants à la corrosion. Lorsque des acides forts tels que l’acide sulfurique, l’acide nitrique et l’acide fluorhydrique sont utilisés dans l’industrie des semi-conducteurs ou lors d’expériences corrosives, l’ensemble du matériau de la hotte aspirante doit être résistant aux acides et aux alcalis ; il est généralement constitué d’acier inoxydable, de PVC ou de PP.

4. Sécurité

La sécurité est la mission première que poursuit une hotte aspirante ; l’utilisation d’une hotte aspirante en laboratoire vise avant tout à garantir la sécurité de l’utilisateur et à prévenir la contamination de l’environnement adjacent.

4.1 Une structure d’extraction à fentes évacue efficacement les gaz dangereux.

4.2 Une poignée profilée avec un espace entre la poignée et la vitre ; comme le flux d’air au-dessus du plan de travail est rotationnel, une admission d’air efficace est garantie.

4.3 Goupille anti-chute de la vitre coulissante : si le câble en acier se rompt et que la vitre coulissante tombe de manière inattendue, la goupille anti-chute la retient, évitant ainsi des blessures au personnel.

4.4 La vitre coulissante est en verre trempé ; même si le verre se brise ou se fragmente accidentellement, aucun accident corporel ne se produira.

4.5 Des ouvertures de ventilation sont prévues en haut de la hotte aspirante, afin que l’air puisse entrer même lorsque la vitre coulissante est fermée, évitant ainsi une dépression excessive.

4.6 L’enveloppe de la hotte aspirante est en métal : elle est ignifugée et incombustible. La paroi intérieure utilise des matériaux ignifugés ou incombustibles tels que le stratifié compact ou l’acier inoxydable, et le plan de travail utilise du stratifié compact massif ou de l’acier inoxydable pour sa résistance aux acides/alcalis, sa résistance à la chaleur et son ignifugation.

4.7 La hauteur utile de la vitre coulissante est de 800 mm, la cavité intérieure de 1200 mm et la hauteur du plan de travail de 800 mm : cette configuration est ergonomique, pratique à utiliser, offre un espace utilisable suffisant et améliore la sécurité.

4.8 Les raccords d’eau et de gaz disposent de poignées de commande à distance à l’extérieur de l’armoire, ce qui est plus pratique et plus sûr qu’une manipulation manuelle directe.

5. Précautions

5.1 Avant de commencer une expérience, vérifiez que la hotte aspirante est en fonctionnement avant d’effectuer les manipulations expérimentales.

5.2 Avant de terminer une expérience, la hotte doit continuer à fonctionner pendant au moins 5 minutes supplémentaires avant d’arrêter le ventilateur, afin d’évacuer les gaz résiduels présents dans le conduit. Il est également possible d’envisager l’installation d’un relais temporisé d’extraction pour garantir un fonctionnement retardé du ventilateur.

5.3 Pendant les expériences, ne placez aucun équipement à moins de 150 mm de la vitre coulissante ; les grands équipements expérimentaux nécessitent un espace suffisant et ne doivent pas obstruer le flux d’air ; la vitre avant doit être maintenue aussi fermée que possible pendant l’utilisation.

II. Bras d’extraction articulés (hottes d’extraction universelles)

Le bras d’extraction articulé est principalement un dispositif permettant d’évacuer rapidement les poussières en petite quantité, l’air chaud, les gaz volatils, les gaz dangereux et autres fines matières particulaires en suspension ou gaz générés lors des expériences ou des processus de production ; il permet d’extraire complètement tous les gaz dangereux et constitue l’un des équipements de sécurité indispensables au laboratoire.

[Figure : Fig. 7-43 Bras d’extraction articulé à une articulation]

[Figure : Fig. 7-44 Bras d’extraction articulé à deux articulations]

[Figure : Fig. 7-45 Bras d’extraction articulé à trois articulations]

[Figure : Fig. 7-46 Bras d’extraction mural]