Tours aéroréfrigérantes : fonctionnement et risque de légionelle #

Qu’est-ce qu’une tour aéroréfrigérante?? Définition, rôles et secteurs d’usage #

Une tour aéroréfrigérante, ou tour de refroidissement, est un échangeur de chaleur air/eau à fonctionnement évaporatif, conçu pour évacuer la chaleur d’un circuit de refroidissement vers l’air ambiant, en utilisant la évaporation partielle de l’eau[6][8]. L’eau chaude issue d’un condenseur de groupe froid, d’une turbine de centrale thermique ou d’un process industriel passe dans la tour, y cède une partie de sa chaleur, puis revient refroidie vers l’installation.

En France, des acteurs comme EDF, producteur d’électricité, utilisent des batteries de tours sur leurs sites de production thermique ou de cogénération, tandis que des sociétés comme OVHcloud, opérateur de data centers, recourent à des tours pour gérer les rejets thermiques de leurs centres de calcul en Roubaix ou à Gravelines. Le secteur de la chimie, avec des groupes tels que Arkema, et celui de la pharmacie, avec des sites de Sanofi en région lyonnaise, exploitent des TAR pour stabiliser la température de leurs réacteurs. On retrouve ces équipements dans :

• Les centrales électriques thermiques et nucléaires (sites de EDF en Occitanie ou en Nouvelle-Aquitaine)
• Les data centers de grande taille, opérés par OVHcloud, Equinix ou Google Cloud
• L’industrie chimique et pharmaceutique (sites de Arkema, Sanofi)
• L’agroalimentaire (usines de Danone ou Lactalis) et la sidérurgie (ArcelorMittal à Dunkerque)
• Les bâtiments tertiaires de grande taille : hôpitaux, centres commerciaux, campus de bureaux

À notre avis, une bonne compréhension du rôle de ces tours dans les chaînes de refroidissement est le premier levier pour évaluer correctement le risque sanitaire associé?: une tour n’est pas un simple auxiliaire, elle est au centre du bilan thermique de l’installation.

À lire Génie des procédés : comment cette discipline optimise l’industrie moderne

Composants principaux d’une tour aéroréfrigérante #

Une tour aéroréfrigérante associe plusieurs éléments critiques, dont le comportement conditionne à la fois l’efficacité du refroidissement et le risque de légionelle[5][8]. On y retrouve :

• Bassin de réception : réservoir inférieur où se collecte l’eau refroidie, souvent source potentielle de stagnation et dépôts.
• Système de distribution d’eau en partie haute (gicleurs, rampes) assurant la pulvérisation et la répartition sur les remplissages.
• Packings / remplissages : structures alvéolées augmentant la surface de contact air/eau, zones sensibles à la formation de biofilm et d’algues[2].
• Séparateurs de gouttelettes : dispositifs limitant l’entraînement de gouttes vers l’extérieur, donc la dispersion de bactéries.
• Ventilateurs (tirage forcé) ou géométrie hyperboloïde (tirage naturel) générant le flux d’air nécessaire à l’évaporation[6][8].
• Dispositifs de purge et de complément d’eau : régulation de la concentration en sels et du renouvellement.
• Instrumentation de surveillance : sondes de température, capteurs de pH, de conductivité, parfois capteurs de biocide résiduel.

Chaque composant peut amplifier ou réduire le risque de Legionella. Un bassin mal purgé, un packing encrassé ou un séparateur de gouttelettes peu performant favorisent la prolifération bactérienne et la génération d’aérosols contaminés[1][2]. Nous considérons que la conception mécanique et hydraulique de ces éléments doit être abordée comme une mesure de prévention à part entière, au même titre que le traitement d’eau.

Tours ouvertes, fermées et hybrides : impact sur le risque sanitaire #

Les systèmes de refroidissement évaporatifs se déclinent en plusieurs architectures, qui n’exposent pas les populations au même niveau de risque. Les travaux publiés par l’École des Hautes Études en Santé Publique (EHESP) en 2012 distinguent trois grandes catégories : tours humides ouvertes, tours à circuit fermé et tours hybrides[5].

• Tours à circuit ouvert : l’eau du process est directement mise en contact avec l’air, puis revient au bassin. Ce sont les équipements les plus sensibles aux dépôts, à la corrosion et au développement de biofilm[2].
• Tours à circuit fermé : l’eau de process circule dans un échangeur, un second circuit d’eau évaporative assure le refroidissement. Le risque de contamination du circuit process est réduit, mais l’eau évaporative reste exposée.
• Tours hybrides : associant une batterie sèche et un circuit évaporatif, elles réduisent le panache visible et, dans certaines conditions, le volume d’aérosols rejetés[5].

Le choix de typologie influe directement sur la gestion du risque de légionellose : facilité du traitement d’eau, sensibilité à l’entartrage, niveaux de corrosion. Nous estimons que le risque ne disparaît jamais complètement, même sur une tour fermée, mais qu’une conception adaptée – volumes minimisés, accès facilité au nettoyage, séparateurs de gouttelettes performants – permet de le réduire de manière significative.

À lire Comment choisir entre plaques ou tubulaires pour un échangeur de chaleur

Fonctionnement thermodynamique des tours aéroréfrigérantes #

Sur le plan thermodynamique, une tour aéroréfrigérante exploite la chaleur latente de vaporisation de l’eau pour évacuer des quantités importantes de chaleur vers l’atmosphère[8]. L’eau chaude issue d’un condenseur ou d’un process, typiquement à 30–40 ?C, est pulvérisée en partie haute de la tour, s’écoule sur les remplissages, tandis qu’un flux d’air – généré par un ventilateur ou par tirage naturel – traverse la structure.

Une fraction de l’eau s’évapore, en absorbant de l’énergie, ce qui abaisse la température de l’eau restante, qui retombe vers le bassin. La température de sortie du circuit se rapproche de la température de bulbe humide de l’air extérieur, ce qui explique que ces équipements soient particulièrement efficaces dans des climats tempérés et humides[8]. À titre d’ordre de grandeur, les guides techniques de Eurofins indiquent qu’un évaporation d’environ 1 à 2 % du débit d’eau permet de dissiper plusieurs centaines de kW, dans des tours de puissance moyenne[8].

• Évaporation partielle de l’eau comme moteur du transfert de chaleur
• Flux d’air naturel ou forcé pour assurer le renouvellement et l’évacuation de la chaleur
• Température de bulbe humide comme limite théorique de refroidissement
• Perte d’eau par évaporation et entraînement à compenser par des appoints contrôlés

Nous constatons que cette efficacité thermodynamique s’accompagne d’un revers: la production systémique de aérosols, conséquence directe de la pulvérisation et du passage de l’air, crée un vecteur potentiel de diffusion de Legionella si le circuit d’eau n’est pas maîtrisé[1][8].

Paramètres de performance et efficacité de refroidissement #

Pour optimiser à la fois la performance et la sécurité sanitaire, les exploitants suivent plusieurs paramètres clés : température d’entrée, température de sortie, température de bulbe humide, approche (écart entre sortie et bulbe humide), débit d’eau, débit d’air, puissance thermique dissipée, et consommation électrique des ventilateurs[8][9]. Une approche de 3 à 5 ?C est fréquemment visée sur des installations industrielles standard.

À lire Comment la distillation utilise la chaleur pour séparer les liquides efficacement

• Approche thermique : plus l’écart avec le bulbe humide est faible, plus la tour est performante, mais au prix d’un débit d’air plus élevé.
• Débit d’eau et débit d’air : ajustés pour éviter les zones de faible vitesse, synonymes de stagnation et de développement bactérien[1].
• Puissance dissipée : exprimée en kW, conditionne le régime ICPE (déclaration, enregistrement)[1][7].

Notre avis est clair : l’optimisation énergétique ne doit jamais se faire au détriment du renouvellement d’eau et d’air. Des zones à faible circulation, créées par des réglages trop conservateurs, augmentent la probabilité de formation de biofilm et la prolifération de légionelles. La recherche d’un rendement global élevé doit être couplée à une analyse fine des risques hydrauliques.

Contrôle, traitement et surveillance du circuit d’eau #

Le traitement d’eau fait partie intégrante du fonctionnement des tours aéroréfrigérantes. Les exploitants mettent en œuvre des stratégies combinant purge pour maîtriser la concentration en sels, traitement anti-tartre, anti-corrosion, anti-biofilm et désinfection régulière par biocides oxydants ou non oxydants[3][1]. Les sociétés de traitement comme Veolia Water Technologies ou SUEZ Eau France proposent des solutions de dosage automatisé pour les parcs de tours multi-sites.

• Gestion de la concentration : purges pilotées par la conductivité de l’eau, mesurée en continu.
• Biocides oxydants (chlore, brome) et non oxydants (isothiazolinones, glutaraldéhyde) pour limiter le biofilm[3].
• Inhibiteurs de tartre et de corrosion pour protéger les matériaux et éviter les dépôts propices à la bactéries[2].
• Analyses microbiologiques, dont Legionella spp. et Legionella pneumophila, à une fréquence définie par la réglementation.

Les guides de bonnes pratiques édités par Eurofins en 2020 insistent sur la nécessité d’une surveillance proactive : mesure du pH, de la conductivité, de la température, analyses microbiologiques régulières, suivi des dérives de qualité d’eau, avec déclenchement d’actions correctives documentées[8]. À notre sens, cette approche anticipative, associée à des dispositifs d’automatisation du dosage, est l’un des points forts des politiques de prévention moderne.

Les risques de légionelle associés aux tours aéroréfrigérantes #

La légionellose est une infection respiratoire grave, principalement sous forme de pneumonie, causée par des bactéries du genre Legionella, en particulier Legionella pneumophila[3][6]. Elle se transmet par inhalation d’aérosols contaminés, et non par ingestion. Les personnes âgées, les sujets immunodéprimés et les patients atteints de pathologies chroniques sont particulièrement vulnérables, avec des taux de mortalité pouvant atteindre 10 à 15 % dans certains clusters hospitaliers, selon les chiffres du Centre Européen de Prévention et de Contrôle des Maladies (ECDC).

À lire Comment simuler efficacement les écoulements dans vos équipements avec la CFD

Les tours aéroréfrigérantes sont classées parmi les installations à risque, car elles réunissent plusieurs conditions favorables à la bactérie : une eau tiède souvent comprise entre 20 et 45 ?C, la présence de nutriments, de matières organiques, de dépôts de tartre et de corrosion, des surfaces encrassées favorisant le biofilm, et la formation de micro-gouttelettes rejetées largement dans l’environnement[6][1]. Nous considérons que cette combinaison en fait un environnement idéal pour la prolifération des légionelles, ce que les autorités sanitaires rappellent régulièrement.

• Inhalation d’aérosols comme vecteur de transmission reconnu
• Température de 20–45 ?C propice à la croissance de la bactérie[6]
• Biofilm et dépôts comme réservoirs microbiologiques[2][3]
• Exposition de populations parfois éloignées du site industriel, par dispersion atmosphérique[1][7]

Conditions de prolifération de Legionella dans les tours #

Les facteurs favorisant la multiplication de Legionella dans les tours sont bien documentés. Les études de l’EHESP et les fiches de Apave mettent en avant : la gamme de température propice, la stagnation de l’eau, les faibles vitesses de circulation, la présence de matières organiques, de boues, de tartre, de corrosion, et les défauts de traitement d’eau[1][5]. Les arrêts prolongés des installations sans procédures de remise en service adaptées augmentent nettement le risque.

• Stagnation dans les bassins, canalisations ou points morts des réseaux[1].
• Dépôts : boues, tartre, corrosion formant un support pour le biofilm[2].
• Biofilm : matrice visqueuse où les bactéries se protègent des biocides et colonisent les surfaces[3].
• Arrêts et redémarrages : phases critiques si le nettoyage et la désinfection ne sont pas systématiques.

Le biofilm joue un rôle clé, il agit comme un réservoir et une barrière protectrice pour Legionella, rendant la simple désinfection chimique insuffisante si elle n’est pas couplée à des opérations de nettoyage mécanique. Nous sommes convaincus qu’une stratégie efficace doit articuler nettoyage + désinfection, avec une vision globale des circuits, et non se limiter à un dosage de biocides.

Mécanisme de dispersion et exposition des populations #

Le processus de génération d’aérosols est au cœur du risque lié aux tours aéroréfrigérantes. La pulvérisation de l’eau sur les remplissages, combinée au passage du flux d’air, crée des gouttelettes de taille variée, dont une partie est entraînée vers l’extérieur malgré la présence de séparateurs de gouttelettes[8][2]. Le phénomène de condensation en sortie de tour, au contact de l’air humide, augmente la visibilité du panache et peut intégrer des gouttes chargées de bactéries.

À lire Pourquoi les bilans matière et énergie sont essentiels en génie des procédés

• Génération d’aérosols lors du passage de l’eau sur les surfaces d’échange[8].
• Entraînement de gouttes par la ventilation, mal filtrées par des séparateurs peu performants[2].
• Dispersion par le vent, parfois sur plusieurs centaines de mètres, selon la configuration du site[1][7].
• Exposition du voisinage : zones d’habitation, parkings, établissements recevant du public.

Des épisodes documentés, comme la série de cas survenus à Lens en 2003 ou à Québec en 2012, ont montré que des tours implantées sur des sites industriels ou des centres commerciaux pouvaient être à l’origine de clusters de légionellose touchant des habitants ou des visiteurs éloignés des équipements. À notre avis, ces retours d’expérience justifient pleinement la prise en compte de l’urbanisme et des vents dominants dans la conception et l’implantation de nouvelles tours.

Données épidémiologiques et statistiques récentes #

Les données de Santé publique France indiquent une augmentation progressive du nombre de cas de légionellose déclarés, principalement liée à l’amélioration des capacités de surveillance et du diagnostic. Entre 2015 et 2022, le nombre de cas annuels est passé d’environ 1 300 à plus de 2 000 sur le territoire métropolitain. La majorité des cas est imputée aux réseaux d’eau chaude sanitaire, mais les tours aéroréfrigérantes restent régulièrement impliquées dans des épisodes groupés urbains.

• Augmentation des cas de légionellose déclarés en France depuis 2015.
• Proportion significative liée aux installations de refroidissement évaporatif en milieu urbain.
• Attention accrue des agences régionales de santé (ARS) sur les TAR classées ICPE.

Nous estimons que cette tendance doit être interprétée comme une alerte positive : le système de surveillance se renforce, les cas sont mieux détectés, et les tours aéroréfrigérantes font désormais l’objet de suivis beaucoup plus rigoureux, notamment après les révisions réglementaires de 2013 et 2017.

Mesures préventives pour éviter le risque de légionelle #

La prévention du risque légionelle repose sur une approche globale, articulant conception adaptée, traitement d’eau performant, procédures d’exploitation rigoureuses, maintenance et nettoyage, et surveillance analytique et documentaire[1][3]. Le cadre des plans de gestion du risque Legionella, inspiré des référentiels réglementaires et normatifs, est désormais largement partagé dans l’industrie.

• Analyse de risques pour chaque tour, intégrant contexte urbain et industriel.
• Plan de traitement d’eau détaillé : produits, dosages, fréquences, suivis.
• Procédures d’exploitation et de maintenance consignées dans un carnet sanitaire[2].
• Actions correctives et préventives documentées, avec indicateurs de performance.

Nous sommes convaincus qu’un plan de gestion bien structuré, mis à jour annuellement, est le socle pour réduire durablement le risque. Les exploitants qui le considèrent comme un outil de pilotage, et non comme une simple exigence administrative, obtiennent généralement les meilleurs résultats.

Bonnes pratiques de conception et d’installation #

La conception des tours joue un rôle décisif dans la maîtrise du risque. Les formations de Cerfha et AFPMA insistent sur plusieurs principes : limiter les volumes d’eau stagnante, faciliter la vidange complète des circuits, choisir des matériaux limitant la corrosion et l’accrochage du biofilm, garantir une accessibilité suffisante pour le nettoyage, installer des séparateurs de gouttelettes à haute efficacité[4][9].

• Circuit hydraulique conçu sans points morts, avec pentes adaptées à la vidange.
• Matériaux résistants à la corrosion (acier inoxydable, composites) et peu favorables au biofilm.
• Accessibilité aux bassins, packings et conduites pour les opérations de nettoyage.
• Implantation prenant en compte vents dominants et distances aux zones sensibles (écoles, hôpitaux).

Notre position est que chaque nouvelle tour devrait faire l’objet d’une étude d’impact sur la dispersion des aérosols, intégrant la modélisation des panaches à l’aide d’outils de simulation numérique, comme ceux développés par EOLIOS Ingénierie, afin de limiter l’exposition des riverains[6].

Traitement de l’eau, désinfection et maintenance préventive #

Le traitement