Laboratoires pharmaceutiques
avec salles blanches

Une activité de laboratoire nécessite un bâtiment et des infrastructures adaptées spécifiquement au type d’activité : chimique, pharmaceutique, cosmétique, biotechnologies ou santé.

Cependant, ces types d’activité partagent des problématiques communes qui conditionnent le process de conception et de construction de leurs bâtiments.
Toute rénovation ou construction de laboratoires implique de nombreux problèmes à résoudre et de nombreuses décisions à prendre.

Santé environnementale et sécurité

Tout au long des phases de planification, de conception et de construction d’un projet de rénovation ou de construction du laboratoire, une attention particulière doit être accordée aux questions de santé et de sécurité au travail.

Les contraintes environnementales, de sécurité et de santé influencent chaque décision majeure, de la sélection de l’emplacement du site et du foncier à la proximité avec la communauté voisine, qui peut être préoccupée par l’impact local d’une installation chimique, jusqu’aux contraintes de conception de la construction du bâtiment lui-même pour limiter les risques (qui peuvent nécessiter, par exemple, de renforcer la structure en cas d’explosion avec un effet soupape : souffle dirigé vers le haut) et protéger le personnel.

Ces risques dont l’objet d’un réglementation contraignante (ICPE pour les installation Classée pour la Protection de l’Environnement et ATEX pour les zones explosives) qui nécessitent des délais longs d’autorisation administratives de 9 mois à 1 an en général.

Ces demandes d’autorisation pour la construction dépendent du type d’activité, de l’évaluation des risques (dangerosité chimique ou bactériologique, toxicité des gaz et effluents, pollution air-eau, incendie) et peuvent nécessiter des études d’impact auprès des riverains.

Il convient donc d’anticiper ces démarches en amont du projet de construction.

Il est nécessaire de posséder une expertise en matière de sécurité en laboratoire, de protection de l’environnement et de contrôle de la pollution, être expérimenté dans le travail avec les autorités de réglementation compétentes, et connaître les systèmes d’ingénierie des installations capables de créer des laboratoires efficaces, sûrs et conformes.

Les professionnels concernés doivent également être impliqués dans le processus de mise en service qui précède l’occupation d’une installation nouvellement construite ou rénovée afin de garantir l’intégrité opérationnelle de tous les systèmes d’ingénierie qui protègent la santé et la sécurité des utilisateurs du laboratoire.

Exigences réglementaire habituelles qui affectent la plupart des projets de construction de laboratoire :

• Ventilation pour maintenir le confort et la santé au travail
• Prévention des incendies pour détecter et supprimer les incendies, en partie en limitant les quantités de produits chimiques inflammables et dangereux
• Alimentation électrique de secours pour maintenir en fonctionnement les systèmes vitaux de sécurité des personnes tels que l’éclairage de sortie, les systèmes de détection d’incendie et de protection pendant les interruptions électriques
• Contrôle des gaz dangereux pour réduire les risques et contrôler les rejets accidentels de gaz
• Évacuation et stockage des effluents pour limiter la pollution des nappes phréatiques ou des cours d’eau
• Hauteur du bâtiment pour limiter la hauteur des bâtiments de laboratoire en fonction de l’utilisation de produits chimiques
• Exigences sismiques pour réduire les risques liés aux tremblements de terre

En règle générale, un projet doit être conforme aux codes du bâtiment, de l’incendie, de l’électricité, de la plomberie et de la mécanique qui peuvent être normatifs ou basés sur la performance.

Équipements spécifiques au fonctionnement des laboratoires

Salles blanches et salles propres en atmosphère contrôlée

Les salles blanches sont utilisées dans de nombreuses laboratoires tels que l’industrie pharmaceutique, les biotechnologie, la cosmétique, la microélectronique et les nanotechnologie.

Les salles blanches peuvent être de taille différente, de petite à complexe, avec des structures multiniveaux complexes.

La salle blanche est un emplacement contrôlé où différents produits sont fabriqués. La concentration de particules en suspension dans l’air est contrôlée dans des limites spécifiées. Il faut donc installer un processus de contrôle de l’élimination des contaminants ultrafins dans l’air.

Les contaminations sont générées par les personnes, les processus, les installations et les équipements. Ils doivent être continuellement retirés de l’air.

Le niveau de propreté de l’air dans la pièce est défini par des normes. La norme la plus fréquemment utilisée est la norme ISO 14644. C’est un document qui établit des classes standard de pureté de l’air en termes de niveaux de particules en suspension dans l’air.

Contraintes de fonctionnement des laboratoires

Les exigences en matière de qualité de l’air d’alimentation ont augmenté en raison du développement de nouvelles technologies de pointe dans différents secteurs des activités humaines.

Les principaux facteurs de fonctionnement qui caractérisent la qualité de l’air sont la température, l’humidité, la pression et la propreté. Les paramètres sont choisis en fonction de chaque processus technologique.

Les exigences maximales pour la qualité de l’air sont la concentration de particules de suspension par unité de capacité d’air et quantité maximale admissible de micro-organismes viables par unité de capacité d’air.

Il faut une technologie spécifique pour atteindre et maintenir ces objectifs qui peuvent avoir un impact sur la conception et la construction de l’espace hébergeant la salle blanche au sein du bâtiment du laboratoire.

Systèmes de distribution d’eau dans les laboratoires

L’eau est l’utilité la plus consommée dans l’industrie pharmaceutique. Elle est utilisée en tant qu’excipient, pour reconstituer un médicament, lors des étapes de synthèse d’un principe actif ou de la formulation d’un produit fini, comme l’élément principal ou comme solvant dans le nettoyage des contenants, des équipements ou des conditionnements primaires.

L’eau intervient également dans la stérilisation des équipements et la sanitisation des systèmes. Elle entre donc en contact direct ou indirect avec le produit qui sera administré au patient et c’est à ce titre que le législateur a imposé un cadre réglementaire.

Les systèmes de production d’eaux à usages pharmaceutiques peuvent poser des problématiques complexes et font appel à des domaines d’expertise variés.

Il peut être nécessaire de construire des infrastructures spécifiques tels que des égouts dédiés de collecte d’évacuation des eaux usées, des bassins de réserve et des citernes de stockage.

Problèmes environnementaux liés aux laboratoires pharmaceutiques

Les lois de protection de l’environnement ont une incidence directe sur le fonctionnement des laboratoires et concernent notamment :

• l’élimination et de la réduction des déchets dangereux
• la lutte contre la pollution des eaux couvre l’amélioration et la protection de la qualité de l’eau
• la qualité de l’air et ses effets sur la santé humaine
• le droit de l’agglomération locale de connaître quelles sont les matières dangereuses qui sont présentes dans les installations de sa communauté, ce qui permet aux autorités locales d’intervention d’urgence et aux services d’incendie locaux de se protéger des dégagements de gaz ou de produit chimique, ou autre urgence.

Une grande partie de cette législation a pour objectif majeur la prévention de la pollution.

Gestion des déchets dangereux des laboratoires

L’équipe de projet doit envisager la gestion des déchets dangereux lors de la planification et de la conception d’une installation de laboratoire. L’équipe doit comprendre le cycle de vie des produits chimiques dans l’installation, la manière dont ils sont achetés, livrés, stockés de manière centralisée, transférés dans des laboratoires individuels, utilisés, convertis en déchets, traités plus avant et emballés pour élimination.

La mise en place d’un système permettant de gérer ce processus est importante pour une exploitation en toute sécurité de l’installation, ainsi que pour assurer la conformité réglementaire.

Contrôle des émissions de vapeurs chimiques des laboratoires

La réglementation impose de limiter les émissions de dioxyde de soufre, de composés organiques volatils, de polluants atmosphériques dangereux et de produits chimiques qui appauvrissent la couche d’ozone.

Le besoin potentiel de traitement de l’air évacué par les hottes est un problème environnemental majeur qui affecte la conception des laboratoires et représente un défi de taille pour le concepteur des laboratoires. La technologie permettant un contrôle maximum possible augmentera les coûts et l’espace requis.

Contrôle des effluents liquides des laboratoires

Les effluents liquides rejetés par les laboratoires sont moins difficiles à manipuler correctement que les gaz d’échappement. Les exigences en matière de contrôle des rejets de polluants sont définies par les autorités locales chargées des égouts ou par les installations de traitement publiques.

Les eaux usées des éviers de laboratoire doivent passer par un système de neutralisation des acides qui ajuste le pH des effluents avant leur rejet. Dans les nouvelles constructions, cette exigence est généralement satisfaite en installant un réservoir de dilution central du bâtiment doté d’un système de surveillance qui mesure le pH et ajoute automatiquement un acide ou une base afin de garantir la conformité avec les normes en matière d’effluent.

Gestion de la sécurité des personnes dans les laboratoires

Problèmes de santé

Un établissement doté de laboratoires est tenu de mettre en place son propre programme visant à protéger la santé et la sécurité de ses employés.

L’équipe de projet doit connaître le plan d’hygiène chimique de son institution, la pièce maîtresse du programme de réglementation, et s’y référer tout au long du processus de conception.

Hottes chimiques de laboratoire

La hotte est le principal appareil utilisé dans un laboratoire pour protéger la santé des travailleurs. La sélection, l’emplacement et l’installation de la hotte constituent collectivement le problème de santé le plus important que l’équipe de projet examinera.

Une mauvaise sélection et une mauvaise installation des hottes créeront un problème sérieux qui mettra en danger la santé des travailleurs ou réduira considérablement l’utilisation du laboratoire pour des expériences potentiellement dangereuses.

Le nombre et la taille des hottes nécessaires varient considérablement selon le type de laboratoire.

Par exemple, les expériences de laboratoire de biochimie impliquent des quantités infimes de produits chimiques et sont généralement effectuées sur un banc ouvert.

Système de ventilation de laboratoire

Le système de ventilation des laboratoires de chimie doit répondre à deux objectifs principaux en matière de santé : la santé au travail, obtenue grâce à une installation et un fonctionnement correct des hottes de laboratoire de chimie, et le confort des occupants, obtenu en chauffant et en humidifiant l’air général du laboratoire en hiver, et le refroidir en été.

Une fonction secondaire du système de ventilation du laboratoire est d’empêcher la migration de contaminants causée par des rejets accidentels de produits chimiques du laboratoire dans d’autres zones du bâtiment. Ceci est accompli en partie en fournissant de l’air en un seul passage (évacuation de l’air du laboratoire directement à l’extérieur) et en partie en contrôlant la direction du flux d’air.

Le système de ventilation doit être conçu de manière à ce que l’air puisse s’écouler des zones les moins susceptibles d’être contaminées vers les zones les plus prometteuses.

Contrôle d’accès et traçabilité des flux entrants et sortants (personnes et produits)

Le concept d’accès contrôlé est pertinent dans tous les domaines pouvant présenter un risque pour la santé. L’objectif est de protéger les personnes qui ne sont pas affectées au laboratoire des expositions susceptibles de nuire à la santé. Le degré de contrôle sur l’accès doit correspondre au niveau de risque.

Par exemple, dans les zones à haut risque, l’accès devrait être limité aux personnes spécialement formées et affectées à des travaux dans la zone. Dans les zones à faible risque, il peut être suffisant de concevoir des corridors de laboratoire afin qu’ils ne soient pas perçus comme des tarifs publics complets.

Sorties d’urgence

La protection la plus importante pour la prévention des blessures graves qu’un bâtiment peut fournir est un moyen d’évacuation permettant l’évacuation rapide des occupants du bâtiment en cas d’incendie ou de toute autre situation d’urgence.

La réglementation incendie exige comme moyen d’évacuation un itinéraire continu et sans obstacle de n’importe quel point du bâtiment vers une voie publique.

Équipements d’urgence

Les douches de sécurité et les fontaines de lavage des yeux sont des équipements d’urgence essentiels dans les bâtiments de laboratoire de chimie.

Des douches de sécurité et des fontaines pour la douche oculaire devraient être disponibles dans les zones où des produits chimiques sont manipulés. Les douches de sécurité doivent être situées dans le couloir près des portes de sortie de chaque module de laboratoire ou dans le laboratoire du côté articulé de la porte de sortie.

Espaces de stockage dédiés dans les laboratoires

La sécurité des occupants dans un bâtiment de laboratoire de chimie et la conformité aux réglementations environnementales peuvent être améliorées en fournissant un espace dédié et conçu de manière appropriée pour le stockage de produits chimiques, de déchets dangereux et d’équipements de secours. Les exigences en matière de stockage de produits chimiques dans les entrepôts et les laboratoires varieront considérablement en fonction de leur nature, des risques et des quantités stockées.

Une attention particulière doit être accordée aux exigences de stockage pour les liquides inflammables et combustibles, les bouteilles de gaz, les substances hautement réactives, les substances toxiques et les substances contrôlées.

Un espace dédié à l’intérieur ou à proximité du laboratoire est souhaitable pour l’accumulation et le stockage temporaire de déchets chimiques dangereux. Ces zones pourraient également être utilisées pour encourager et soutenir les programmes de recyclage et de réutilisation.

Les considérations de sécurité doivent être une préoccupation majeure dans la conception de ces espaces. Par exemple, les zones ne doivent pas interférer avec les opérations de laboratoire normales, et un stockage ventilé peut être nécessaire.

Dans les grandes zones d’accumulation, il peut être nécessaire de prendre en compte les systèmes d’extinction d’incendie, la ventilation et des digues pour éviter la contamination des égouts en cas de déversement.

Considérations sur la conception des bâtiments de laboratoire

Les considérations de conception vont de celles nécessitant des décisions à grande échelle, telles que la construction d’un nouveau bâtiment par opposition à la rénovation d’un bâtiment existant, via des options à une échelle intermédiaire, telles que la planification des sols, à des problèmes à petite échelle, tels que la configuration du laboratoire. Ils incluent également des considérations relatives aux systèmes structurels, mécaniques, électriques et de plomberie.

Beaucoup de considérations de conception sont interdépendantes. Les décisions concernant les problèmes à plus grande échelle, qui devraient être prises tôt dans le processus de conception, peuvent limiter ou empêcher de nombreuses décisions de conception à plus petite échelle. La connaissance de ces dépendances contribuera à rationaliser le processus de conception et à maximiser le potentiel d’une solution de conception optimale et rentable.

Parmi tous les critères mentionnés, la flexibilité est le critère majeur. La flexibilité est la capacité d’un chantier de construction, de la conception d’un bâtiment ou d’un laboratoire individuel à répondre aux besoins actuels et futurs. Les ajouts, les rénovations et les modifications à apporter aux laboratoires peuvent être mis en œuvre de manière rentable, rapide et avec moins de perturbations pour les autres utilisateurs si l’installation de laboratoire est conçue pour être flexible.

La flexibilité peut impliquer une augmentation du coût de construction initial. Cependant, étant donné que de nombreux changements seront apportés à un laboratoire au cours de sa durée de vie, le surcoût de construction d’un laboratoire flexible sera plus que récupéré au cours de la vie du laboratoire.

Conception du bâtiment et sélection du site de construction

La conception et l’emplacement de tout grand bâtiment impliquent de nombreuses considérations.

Rénovation ou nouvelle construction ?

La phase de préconception du projet de laboratoire inclut souvent la recommandation de rénover une installation existante, d’ajouter une installation à une installation existante, de construire une nouvelle installation ou de combiner les trois approches.

Les rénovations recommandées peuvent concerner un bâtiment de laboratoire existant ou la conversion d’un bâtiment autre qu’un laboratoire en laboratoire. Le principal avantage de la rénovation d’un bâtiment existant réside dans les économies potentielles résultant de la réutilisation de la structure, de l’enceinte, des cloisons et des systèmes et équipements existants.

Toutefois, pour les rénovations ou les ajouts importants, les économies potentielles peuvent être minimes, car une partie ou la totalité des composants du bâtiment peuvent nécessiter des modifications ou une réhabilitation.

L’un des avantages de la construction d’un ajout est la possibilité de réduire les coûts en étendant simplement les systèmes existants. Ces économies sont le plus souvent réalisées si les systèmes et équipements existants ont été initialement conçus avec des ajouts futurs à l’esprit. Si les systèmes n’étaient pas conçus et dimensionnés pour être étendus, les modifications nécessaires au système existant réduiraient les économies potentielles. Un autre avantage de la construction d’un ajout par rapport à un nouveau bâtiment indépendant est sa proximité avec les installations existantes, la connexion d’installations adjacentes pourrait soutenir la tendance à la collaboration, à l’interaction et à la recherche interdisciplinaire.

Construction d’un nouveau bâtiment de laboratoire

Si la recommandation de préconception consiste à construire une annexe ou un nouveau bâtiment, il faut alors sélectionner un site de construction.

Alors que le processus de sélection d’un chantier de construction est compliqué par de nombreux facteurs et peut être difficile, la décision concernant le chantier de construction devrait en définitive reposer sur une approche environnementale globale.

La construction d’un bâtiment de laboratoire, comme pour tout grand bâtiment, impose des contraintes à l’infrastructure locale de routes et de services publics. Des améliorations de l’infrastructure sont souvent nécessaires, et le coût doit être supporté par le projet ou la communauté locale. Par exemple, il peut être nécessaire de moderniser les lignes électriques, téléphoniques et de communication, ainsi que les conduites d’égout et d’eau.

Accès au bâtiment de laboratoire

Le site d’un ajout de laboratoire ou d’un nouveau bâtiment de laboratoire doit permettre un accès illimité aux personnes et aux véhicules.

L’accès à un bâtiment de laboratoire par de gros véhicules, tels que des camions semi-remorques, est nécessaire pour la livraison et le ramassage du matériel et des fournitures. Un accès approprié au quai de chargement et une conception appropriée de celui-ci sont également nécessaires pour la manipulation en toute sécurité des matériaux pouvant présenter des risques chimiques ou biologiques. De manière tout aussi importante, un bâtiment de laboratoire doit être accessible de plusieurs côtés par de gros véhicules de protection incendie, d’autres équipements et véhicules d’intervention d’urgence.

Approche modulaire de la disposition de laboratoire

Une approche modulaire de la disposition des sols de laboratoire est généralement recommandée et souvent utilisée. Le module de laboratoire unique est le point de départ de la configuration du sol.

Les grands laboratoires, qui peuvent soutenir des activités de recherche de groupe, le partage d’installations de soutien et la plus grande surface requise pour les laboratoires d’enseignement, peuvent comprendre plusieurs modules de laboratoire. Lorsqu’un agencement au sol est modulaire, des cloisons pour séparer les unités de laboratoire peuvent facilement être ajoutées aux unités de laboratoire les plus grandes afin de définir un espace pour différentes activités en cas de besoin.

La taille du module de laboratoire et la configuration de la grille sont souvent déterminées en même temps – l’un en informe généralement l’autre. À leur tour, le nombre de modules et la configuration de la grille déterminent la taille globale de l’empreinte du bâtiment. La grille structurelle est définie par les emplacements des colonnes et des poutres structurelles.

Planifier un agencement de sol selon une approche modulaire et normaliser les tailles et les formes des laboratoires individuels créera un plan de sol flexible, peu encombrant et moins coûteux à construire que celui comportant des laboratoires de tailles différentes fixes.

Développer une conception de laboratoire générique avec des fonctionnalités qui répondent à la majorité des besoins des chercheurs peut également permettre de créer un laboratoire de recherche extrêmement efficace.

Une certaine personnalisation est toutefois nécessaire pour répondre aux besoins spécifiques des laboratoires de recherche.

Laboratoires, bureaux et espaces adjacents

La relation entre les laboratoires, les bureaux, les espaces de support de laboratoire et les autres espaces de support dans un bâtiment est essentielle à la fonctionnalité du bâtiment et à l’efficacité du centre de recherche.

Par exemple, la fonctionnalité de l’installation de recherche peut être optimisée si les zones de laboratoire sont configurées de manière contiguë et l’efficacité de la suite de recherche peut être maximisée si les espaces de support de laboratoire sont situés à proximité des laboratoires de recherche.

Mais certaines installations de laboratoire peuvent nécessiter des activités particulières pour être séparées.

Les laboratoires sont l’espace le plus coûteux d’un centre de recherche. Ils doivent être organisés à proximité des zones de support de laboratoire, des espaces de stockage, des bureaux et des zones de support de bâtiment afin de maximiser l’utilisation rentable de tous les espaces du bâtiment.

Les espaces de support de laboratoire, les espaces de stockage et, dans la mesure du possible, les bureaux doivent être conçus de manière à faciliter la conversion future en laboratoires.

L’augmentation modeste des coûts du projet résultant de la conception de cette future adaptabilité sera économisée plusieurs fois au cours de la vie du bâtiment grâce aux économies réalisées lors de futures rénovations de laboratoires et de modifications mineures.

Bureaux centralisés ou délocalisés  ?

Lors de la planification de l’étage du laboratoire, les chercheurs sollicitent généralement des bureaux situés à proximité des laboratoires. Les bureaux décentralisés adjacents aux laboratoires et séparés par des laboratoires permettent aux chercheurs de circuler entre bureaux et laboratoires avec un minimum d’effort.

Cependant, les bureaux centralisés peuvent encourager les interactions entre chercheurs. De plus, les bureaux pouvant utiliser de l’air recyclé, ils peuvent être desservis par un système dédié de chauffage, de ventilation et de climatisation s’ils sont centralisés.

Les fonctions de support de laboratoire, notamment les salles d’instruments, les salles d’équipement, les salles de culture tissulaire, les salles de lavage de verrerie et les salles d’entreposage, sont également souvent centralisées dans des zones spécifiques.

Parfois, des zones de support de laboratoire bordent un corridor de circulation central avec des laboratoires de recherche situés à la périphérie. Dans ces cas, les bureaux sont souvent regroupés et situés aux coins du laboratoire afin de garantir que chaque bureau dispose d’une fenêtre extérieure. Cette configuration garantit également que les laboratoires sont adjacents aux salles abritant des fonctions de support de laboratoire.

D’autres configurations localisent des espaces de support de laboratoire dans une zone centrale séparée des zones de laboratoire périphériques par un corridor de circulation. Un corridor de service peut couper en deux cette zone de support de laboratoire.

Des zones de stockage appropriées et adéquates doivent être incluses dans les phases de planification, en particulier pour le stockage de produits chimiques potentiellement dangereux qui nécessitent des environnements uniques. La supervision et la gestion des zones de stockage peuvent être aussi critiques que la fourniture d’espaces de stockage adéquats et bien conçus.

Construction d’une maquette du laboratoire

Une maquette d’un espace de laboratoire typique et même de zones adjacentes, telles que des corridors de service ou des centres de support de laboratoire, est un outil de pré-construction extrêmement utile.

Les maquettes de laboratoire peuvent être construites dès la phase de développement de la conception ou, plus généralement, au cours de la phase de construction du processus de conception.

La maquette du laboratoire remplit deux fonctions principales :

• L’une consiste à permettre un retour d’information rapide et le plus efficace sur la conception du laboratoire, les finitions et les sélections de matériaux des futurs occupants du bâtiment, des professionnels de la santé et de la sécurité et du personnel de maintenance.
• La seconde fonction d’une maquette de laboratoire est de donner un aperçu général à l’entreprise de construction en charge des travaux. L’inspection des composants principaux, des matériaux et de la qualité de la construction offre des informations importantes sur l’intention de la conception et complète les documents de conception.

Aujourd’hui, la technologie permet de construire des maquettes numériques en 3D (modèle BIM).