Embed Size (px)
DESCRIPTION
CALCULO DO POÇO CANADENS
Citation preview
PUITS CANADIEN
SOURCE WWW.FIABITAT.COM
Introduction au puits canadien
Le « puits canadien » est sorti peu à peu de l'oubli à partir de 2003, suite à la canicule, et
grâce à la visibilité croissante des énergies renouvelables. S'il existe de nombreuses solutions
écologiques pour produire de la chaleur, les solutions alternatives à la climatisation sont peu
nombreuses. Le puits canadien est l'une d'elle, la plus facilement transposable sur l'habitat
individuel.
Devant le développement de ce système, il nous a paru utile de réaliser ce dossier pour
présenter le fonctionnement du puits canadien, de présenter son usage, les conditions de
bonne réalisation, et de mettre en garde contre les mauvaises mises en oeuvre de celui-ci. En
effet, si la mise en place d'un puits se traduit par des économies d'énergie, il ne faut pas
qu'elles se fassent au détriment de la qualité de l'air ambiant. L'objectif de ce dossier est de
mettre à disposition toutes les informations essentielles à la compréhension de la technique et
de permettre son développement.
Dossier réalisé par Frédéric Loyau
Quelques rappels sur la ventilation
Pourquoi ventiler ?
La première raison de la ventilation est liée à l'évolution de l'utilisation des maisons :
Elles sont de plus en plus isolées pour conserver la chaleur et de ce fait, sont de plus en plus étanches à l'air (condition de la performance de l'isolation). Ainsi, l'humidité produite par les appareils et métabolismes est confinée dans les pièces chauffées et conduisent à des risques de prolifération bactérienne et fongique (moisissures, champignons...) sur le bâti.
Les personnes consomment l'air des pièces et doit être renouvelé pour être maintenu sain. La respiration diminue la quantité de dioxygène disponible et augmente le Co2 et l'humidité de la pièce.
La deuxième raison est liée aux pollutions de l'air:
Liées aux matériaux utilisés pour la construction de la maison (colles, solvants, émanations post séchage... voir dossier « La maison toxique »), aux matériels de production de chauffage (monoxyde de carbone), aux produits dispersés volontairement (pesticides, désodorisants...).
Liées à l'environnement sur lequel est situé le bâti. Le radon par exemple est un gaz radioactif naturel susceptible de remonter du sol dans la maison par les fuites d'étanchéité et de s'accumuler dans l'air ambiant en cas de déficit de ventilation.
Comment ventiler ?
On retrouve dans les maisons deux grandes familles de ventilation :
La ventilation par pièces séparées : Fenêtres de grande dimension, grilles de ventilation placées en bas et en haut d'une pièce, extracteurs fonctionnant avec un interrupteur, mise en route manuelle ou sur hygrostat, détecteur de présence, minuterie.
Dans ce principe, toutes les pièces de vie et d'eau ont
un moyen de renouveler leur volume d'air, soit
manuellement (ouverture des fenêtres, extracteurs),
soit naturellement par les effets du vent et du tirage
thermique (non étanchéité des ouvrants, grilles de
ventilation). Ce système n'est plus autorisé sur la
construction neuve - il ne permet pas d'assurer des
débits de ventilation minimum d'un point de vue sanitaire en toute saison, et génère des
consommations d'énergie importantes.
La ventilation par balayage : L'air neuf pénètre par des entrées d'air dans les pièces de vie, transite dans le logement à travers les passages de transit, l'air vicié est extrait dans les pièces de services par les bouches d'extraction, et est rejeté à l'extérieur. Le débit d'air neuf est proche du débit d'air repris, et est fixé réglementairement. La ventilation peut être naturelle (tirage thermique) ou mécanique (VMC).
Si la VMC (ventilation mécanique contrôlée) est dite à simple
flux -un simple réseau d'extraction-, des entrées d'air sont
positionnées au dessus des fenêtres, elles sont autoréglables (à
débit constant), ou hygroréglables (dépendant de
l'hygrométrie des pièces).
Si la ventilation est dite à simple flux par insufflation (VMI) -
un simple réseau d'insufflation-, des bouches d'extraction
statiques sont positionnées dans les pièces de service (cuisine,
salle d'eau, wc).
Si la ventilation est dite à double flux
-un réseau d'extraction et un réseau d'amenée d'air centralisé-, l'air
est prélevé àl'extérieur par un ventilateur qui va amener l'air dans les
pièces de vie, l'air vicié étant extrait par un autre ventilateur, à débit
similaire. Les ventilations double flux sont pourvues d'un échangeur
de chaleur, système quiva récupérer les calories de l'air évacué pour
réchauffer l'air rentrant (avec des rendements de 60% pour des
échangeurs à courants croisés et 80-90% pour les échangeurs à contre
courant et les échangeurs rotatifs).
La ventilation doit pouvoir satisfaire toutes ses
problématiques.
La ventilation est déterminée en volume/heure
pour représenter le taux de renouvellement
d'air. Le volume considéré est le volume
chauffé. Les débits d'air sont mesurés en m3/h.
Ventiler, une perte d'energie ?
La mauvaise étanchéité à l'air d'un logement
est sa première source de renouvellement d'air.
Pour exemple, le bâti ancien assure un taux de renouvellement d'air d'environ 1 volume/heure
naturellement. Un tel taux permet d'assurer une qualité d'air sans ajout de système mécanique
mais a pour conséquence des consommations d'énergie importantes.
Une maison neuve construite avec les technologies actuelles présente des défauts d'étanchéité
assurant un renouvellement de 0,3 volumes/heure. Ce renouvellement d'air parasite peut être
réduit à 0,2 volumes/heure si les entreprises font attention lors de la réalisation. Les bâtiments
dits « passifs – voir dossier La maison passive » réduisent les fuites à 0,03 volumes/heure.
Les règlementations thermiques imposent des débits d'extraction minimum dans les pièces de
service, permettant une ventilation d'environ 0,50 volumes/heure du bâtiment. Si la ventilation
est hygroréglable, le taux moyen de ventilation est abaissé à 0,35 volumes/heure.
La ventilation d'un logement doit permettre de répondre à un besoin minimum d'extraction,
calculé selon le nombre et la typologie des pièces de service. Elle doit également répondre à
un taux minimum de renouvellement d'air, en application du ratio 35m3/h par personne. Elle
doit répondre enfin à un taux minimum et maximum de renouvellement d'air global, compris
entre 0,3 et 0,7 volumes/heure.
Il est conseillé de ventiler une maison à 0,5 volumes/heure.
Diffusion de chaleur dans une maison
Le choix du système de ventilation et de la technique constructive est déterminant dans la
consommation d'énergie future du bâtiment.
Ainsi, la technologie la plus répandue sur les maisons neuves est la VMC simple flux,
généralement autoréglable. Dans ces systèmes, l'air qui entre dans les pièces de vie l'hiver
vient directement de l'extérieur, l'air que l'on chauffe est alors aspiré vers les pièces de service
et extrait vers l'extérieur. Cette déperdition est une source d'inconfort importante, puisque la
température de la maison ne peut être homogène, elle nécessite de prévoir des appareils de
chauffage conséquents pour chauffer rapidement cet air neuf. Généralement, le chauffage est
assuré par convection (on chauffe l'air), la conservation de chaleur n'est pas possible puisque
cet air ne reste pas plus de 2h dans le bâtiment avant d'être évacué.
La ventilation représente entre 20 et 30% des déperditions d'une maison. Cette déperdition est
liée au taux de renouvellement d'air et à la qualité de l'étanchéité de l'enveloppe. Elle peut être
réduite selon plusieurs stratégies (la pertinence varie selon les climats) :
Diffuser la chaleur par rayonnement. Ce choix permet de réduire les pertes par
convection et donc les déperditions liées à la ventilation. Un plancher chauffant, par
exemple diffuse 60% de sa chaleur par radiations infrarouges et 40% par convection.
La sensation de confort thermique est obtenue avec une température d'air réduite
(19°C généralement). Les calories sont stockées dans la masse du plancher, il y a
conservation de la
chaleur.
Réduire les pertes de la ventilation. En réduisant les fuites d'étanchéité du bâtiment
(par exemple en faisant réaliser un test d'infiltrométrie après la mise hors d'air de la
construction, qui permet de visualiser toutes les fuites d'air et les faire corriger avant
reception des travaux), en réduisant le taux de renouvelement d'air du bâtiment par la
mise en place d'une extraction hygroréglable (mais cela se fait au dépend de la qualité
d'air), en récupérant les calories de l'air extrait par la mise en place d'une VMC double
flux à récupération de chaleur.
La mise en place d'une ventilation en cascade
nécessite de concevoir la maison de manière à
créer un flux d'air des chambres vers le séjour vers
les pièces d'eau.
Cette technique permet d'augmenter les débits
d'aération douce dans les chambres et supprimer
l'entrée d'air dans le séjour, en partant du principe
que l'air va se vicier soit dans la chambre, soit
dans le séjour, parce que les pièces ne sont pas
occupées en même temps.
Ex: 4 chambres-1 séjour en cascade
4x30m3/h -> 120m3/h -> air extrait.
Ex: 4 chambres-1 séjour en balayage
4x20+1x60m3/h -> 140m3/h -> air extrait.
Pour un débit global inférieur, toutes les pièces sont
ventilées avec des débits supérieurs aux débits
sanitaires.
Dans un bâtiment très performant, les pertes par fuites d'étanchéité sont minimes (0,03
volumes/heures) et la récupération de chaleur de 85% sur l'air extrait. Si cette démarche est
combinée avec une excellente isolation thermique, on peut envisager de maintenir une
ambiance tempérée dans la maison sans système de chauffage dédié. La ventilation n'est plus
une contrainte thermique.
Classement des différents systèmes de ventilation pour les économies d'énergie l'hiver,
du moins bon au meilleur :
Cout Qualité d'air Déperdition Avis
Ventilation naturelle * ** *****
Débits variables selon le tirage
thermique naturel et le vent.
Pas d'ajustement selon
l'utilisation du bâtiment.
VMC SF
Autoréglable * **** ****
Débits constants réglés en
usine, consommation d'énergie
importante, très bon marché.
VMC SF
hygroréglable ** ** ***
Fait varier les débits d'air en
fonction du besoin d'extraction.
Soit la VMC est équipée d'une
sonde hygro, soit les bouches le
sont. Un peu plus cher que la
VMC classique. Vous permet
d'économiser de 10 à 35% sur
vos pertes par ventilation.
VMI autoréglable ** **** ****
La maison est en surpression.
Débits constants,
consommation d'énergie
importante, est généralement
accompagné d'une batterie pour
chauffer l'air dans les pièces de
vie.
Le puits
canadien+VMC SF *** **** **
Vous insufflez de l'air
préchauffé dans les pièces de
vie. Débits constants. La
maison est en légère
surpression. Rafraichissement
en été.
La VMC Double
flux *** **** *
Son échangeur de chaleur
intégré vous permet de
récupérer une partie de la
chaleur de l'air sortant pour
réchauffer l'air entrant. Préferer
les échangeurs haut rendement.
puits
canadien+VMC DF **** **** -
Le puits canadien évite le
givrage de l'échangeur de la
VMC. L'effet du puits canadien
l'hiver est anecdotique, sauf
fortes amplitudes de
Cout Qualité d'air Déperdition Avis
températures l'hiver.
Rafraichissement en été.
VMC
thermodynamique **** **** *
VMC avec pompe à chaleur sur
air extrait. Dans une maison
passive, la vmc est le système
de chauffage. Rafraichissement
en été.
Tous ces systèmes agissent au niveau de la ventilation. Ils ne préchauffent pas, ils diminuent
les pertes thermiques causées par le renouvellement d'air
Ne pas avoir besoin de climatiser sa maison
La plupart des problèmes de surchauffes pourraient ne
pas exister si les maisons étaient réfléchies par rapport
aux contraintes climatiques qu'elles ont à supporter.
L'association d'un thermicien dès la conception du projet
permet de visualiser les problèmes de conception et
d'apporter des solutions passives pour limiter l'évolution
des températures lors de périodes de canicule et par
extension le recours à un système mécanique de
climatisation.
Les surchauffes sont dûes à quatre phénomènes :
L'excédent d'apports solaires passifs. L'orientation solaire des vitrages et leur
inclinaison déterminera les calories récupérées en été. Leur position, les protections
solaires (masques, occultations) sont déterminantes. L'inertie thermique des façades
extérieures déterminera le déphasage thermique de la paroi: si le matériau isolant est
dense, il fera barrière à la pénétration de chaleur sur les parois opaques.
L'excédent d'apports internes. Le fonctionnement continu d'appareils électroménagers
contribue à réchauffer l'air ambiant. Des pièces éclairées artificiellement en continu ou
contenant un nombre important d'appareillages peuvent être problématiques pour le
confort d'été. La chaleur dégagée par les métabolismes est une autre cause de
surchauffe dans les écoles, bureaux...
Le manque d'inertie thermique : La masse thermique de la maison détermine sa
capacité à amortir les excédents de chaleur intérieure. Il est nécessaire d'apporter de
l'inertie par des cloisons (parpaing plein, brique de terre cuite ou crue) et dalles
massives. Cette masse limitera l'élévation des températures dans le bâtiment. Une
maison construite uniquement avec des matériaux légers n'a aucune capacité
d'amortissement de l'onde thermique.
La gestion de la ventilation. Renouveler l'air par de l'air extérieur conduit à réchauffer
la maison en été. La ventilation peut être réalisée par un puits canadien pour traiter le
problème. La maison doit pouvoir être surventilée par des ouvrants judicieusement
placés pour évacuer facilement les excédents de chaleur la nuit.
Des parois qui transpirent
Le terme "respirer/perspirer" signifie que la paroi n'est pas étanche à la vapeur d'eau.
Lorsqu'il existe une différence de pression de vapeur entre l'intérieur d'une maison et
l'extérieur, la vapeur d'eau va exercer une pression sur le mur pour passer de l'intérieur vers
l'extérieur.
La vapeur d'eau n'est pas seulement produite par la cuisine et la douche, les occupants
rejettent entre un et cinq litres d'eau par jour par personne, en fonction de leur activité. Les
activités ménagères contribuant en moyenne pour 3 litres d'eau par jour par personne. Ces
quantités de vapeur vont s'ajouter à l'hygrométrie de l'air intérieur. On considère une
ambiance hygrométrique confortable pour un taux de vapeur compris entre 45 et 65%. En
deçà, si l'humidité est inférieure à 30%, la muqueuse respiratoire est desséchée, et ne peut plus
arrêter les germes pathogènes. Au delà de 80%, il devient impossible de transpirer, d'ou
inconfort.
Le problème posé par les parois étanches : Dans les maisons conçues sur le principe de
l'isolation par l'intérieur, un pare vapeur est disposé en face intérieure de l'isolant pour
empêcher cette migration de vapeur et protéger l'isolant. Par exemple, dans le cas d'un
mur monté en parpaing avec un doublage intérieur en laine minérale, le mur en
parpaing est étanche à la vapeur d'eau. Si la vapeur d'eau migre à travers l'isolant, il est
bloqué en face intérieure du parpaing. Comme en hiver ce matériau est froid, la vapeur
d'eau condense. L'eau formée annule le pouvoir isolant de la laine minérale qui va
progressivement se dégrader. D'ou le pare vapeur. Toutefois, le pare vapeur ne peut
être parfaitement jointif sur tout le pourtour de l'isolation (problème de l'isolation par
l'intérieur). La migration de vapeur se produit toujours mais seulement dans ces points
localisés que sont les ponts thermiques. La vapeur d'eau condense en ces points et
abîme l'isolant, créant une zone favorable au développement de moisissures. La seule
réponse apportée à ce problème est de ventiler, pour ne pas avoir d'importantes
différences de pression de vapeur, ou de ne pas mettre l'isolation à l'intérieur mais à
l'extérieur pour ne pas avoir de ponts thermiques.
Le problème posé par les parois à ossature bois : On peut empêcher la vapeur d'eau de
migrer à travers le mur mais que faire de l'humidité présente dans les parois ? Les bois
des constructions en ossature bois, et des charpentes ne sont jamais parfaitement secs
lorsqu'ils sont mis en oeuvre. Ils vont sécher progressivement et si la paroi est étanche,
la vapeur d'eau est confinée dans l'isolant. D'ou la nécessité de mettre en place un pare
pluie étanche à l'eau mais perméable à la vapeur d'eau, et un freine vapeur
hygrovariable coté intérieur.
Différents matériaux intérieurs, comme la terre crue par exemple, ont une possibilité
d'absorption de vapeur d'eau. La cloison peut faire office de régulation passive des surplus de
vapeur d'eau et amortir les variations du taux d'hygrométrie de l'air intérieur, limitant
considérablement la pression de vapeur sur la paroi extérieure.
Les parois perspirantes permettent l'évacuation des surplus de vapeur vers l'extérieur
naturellement. Pour cela, les différents matériaux composant la paroi doivent opposer une
résistance de plus en plus faible au passage de la vapeur de l'intérieur vers l'extérieur. Il est
nécessaire que le matériau isolant puisse accepter le passage de vapeur sans perte de pouvoir
isolant.
Mettre en place une stratégie de paroi perspirante sur un projet fait qu'il n'est plus absolument
nécessaire de mettre en place une VMC pour assurer l'évacuation de vapeur d'eau, sous peine
de voir sa maison moisir en une semaine. Toutefois, si l'objectif est de faire une maison
performante, celle ci doit être impérativement étanche à l'air. Il faut donc mettre en place une
ventilation sur son projet, qui doit permettre d'assurer des débits d'aération de confort
équivalents à ceux nécessaires pour la vapeur d'eau. Une paroi respirante est un non sens, elle
peut être perméable à la vapeur d'eau, mais ne peut évacuer toutes les autre pollutions de l'air
ambiant.
Le principe du puits
L'histoire du developpement du puits en France
Le puits canadien "traditionnel" associé à un procédé de ventilation naturelle
On trouve quelques exemples de stratégies de préchauffage/rafraichissement traditionnelles
utilisant l'inertie thermique de la terre sur des bâtiments traditionnels, dans tous les climats.
Il existe de nombreux principes de fonctionnement de puits canadiens selon le climat et
l'architecture du projet. Nous avons choisi de nous concentrer sur les puits canadiens récents,
issus des problématiques climatiques locales.
Le puits canadien associé aux démarches de constructions basse énergie
Le puits canadien est d'abord réapparu dans les pays
germanophones et scandinaves sur les premières
constructions à basse consommation d'énergie, pour
lesquels les fabriquants de ventilateurs ont été
sollicités pour concevoir des systèmes adaptés à la
démarche. Les parois des maisons sont surisolées et
l'étanchéité à l'air parfaitement
réalisée, la ventilation est
repensée pour qu'elle puisse
assurer un renouvellement
sanitaire confortable, mais sans avoir d'impacts sur les consommations
de chauffage. Les systèmes de ventilation à double
flux représentent cette première évolution, ils remplacent la ventilation
naturelle par tirage thermique.
Le rendement de l'échangeur de
chaleur est déterminant, les technologies actuelles
permettent de récupérer 90% de la chaleur de l'air
extrait. Au lieu d'insuffler de l'air à température
extérieure, l'air pénètre dans la maison à 18°C. La mise
en oeuvre de cette démarche permet de réduire
considérablement les besoins de chauffage.
La deuxième démarche aura été de réduire la
consommation d'électricité des ventilateurs (modèles à
courant continu), et la consommation de la batterie de
protection antigel de l'échangeur à plaques de la VMC.
A partir de 3°C, cette batterie se met en route pour
relever la température de l'air pour éviter le givrage.
Pour réduire ses consommations, on va utiliser l'inertie
du sol et réaliser la prise d'air neuf à plusieurs dizaines
de mètres linéaires de la maison. L'air passant dans le
sol va gagner quelques degrés avant d'arriver dans la VMC et ainsi, la batterie n'est plus utile.
La question du confort d'été dans ces pays a toujours été secondaire, puisque la contrainte
climatique estivale n'est pas très forte. Le puits canadien associé à une VMC double flux
permet de répondre au confort d'été. Il suffit pour cela de by-passer l'échangeur de chaleur de
la VMC en été.
Ainsi, de nombreuses installations comprenant des échangeurs d'airs géothermiques ont vu le
jour depuis une vingtaine d'années sur des maisons neuves et des rénovations lourdes, qui ont
permis le développement de collecteurs de puits canadien adaptés à cet usage. Le puits
canadien n'est ici qu'un ajout au système de ventilation à double flux qui permet d'augmenter
le rendement global de l'installation, et d'apporter un petit rafraîchissement. A l'heure actuelle,
le puits canadien à air est souvent remplacé par un puits canadien à eau glycolée (SEWT).
L'intégration au marché français
Malgré la faible distance qui sépare la France
de ses voisins suisses et allemands, il existe
une différence d'approche importante entre les
standards de constructions règlementaires
français et les démarches basse énergie initiées
depuis deux décennies en Europe.
Pendant que les allemands migraient de la
ventilation naturelle à la VMC double flux, en
France la VMC simple flux autoréglable se
généralise sur le marché de la maison neuve,
dont l'évolution aura été la VMC simple flux
hygroréglable. Ces systèmes relativement peu
coûteux et simples à mettre en oeuvre
permettront à une profession non spécialisée de
la proposer. Ainsi, encore aujourd'hui, il
n'existe pas de métier artisanal spécifique à la
ventilation en France, l'électricien comme le plombier peuvent le proposer mais aucun n'en a
fait sa spécialité.
De ce fait, peu de fabriquants de VMC performantes ont cherché à distribuer ses systèmes sur
le marché français. La différence de coût d'investissement, l'absence de professionnels et
d'intérêt manifesté par le public français sont en cause. Ce n'est que maintenant que les
fabriquants de VMC mettent sur le marché des VMC haut rendement, et s'intéressent aux
puits canadiens, couplés à une ventilation double flux.
Depuis peu, la combinaison d'une hausse du prix des énergies fossiles et la canicule de 2003
aura fait naitre une demande, essentiellement exprimée par le particulier en recherche d'une
solution pour augmenter le confort de son projet de construction, et de collectivités ou
d'entreprises en recherche de solutions innovantes sur des projets conséquents. Le
développement est essentiellement dû aux autoconstructeurs, qui vont s'inspirer des
techniques traditionnelles ou des réalisations outre-rhin et faire le pari du puits canadien sur
leur projet.
Cet engouement n'est pas tout de suite suivi par les constructeurs de maisons qui voient
l'innovation avec scepticisme, craignent le développement de problèmes sanitaires et refusent
ou dissuadent leurs clients de réaliser un puits canadien. Les professionnels habitués aux
« traditionnelles » VMC sont également frileux car n'ont aucune idée des conduits à utiliser et
prescriptions de mise en oeuvre à suivre pour faire un réseau puits canadien ou VMC double
flux haut rendement.
Les fabriquants de ventilateurs présents en France sont pour la plupart au même point, et
refusent de garantir le fonctionnement de leurs VMC à partir de puits canadien.
Les premières réalisations de particuliers pionniers sont donc courageuses puisque réalisées
sans informations précises et fiables. La mise en ligne des expériences sur Internet permet une
explosion de la demande en très peu de temps, et la multiplication des réalisations dans tous
les climats francais.
Du fait de la demande, il est possible de trouver des solutions puits canadien en France, tous
les produits sont issus des réflexions « maisons basse énergie » Outre- Rhin.
La capacité thermique des sols
La terre à deux mètres de profondeur, a une température pratiquement constante tout au long
de l'année, elle varie entre 10 et 18°C selon les saisons alors que l'air extérieur peut varier de -
5°C à +35°C dans la plupart des climats français. Un puits canadien va exploiter cette
température constante : l'air, au lieu d'être amené directement de l'extérieur, va circuler dans
un collecteur enterré au contact avec le sol pour en échanger ses calories. L'objectif étant que
l'air à la sortie du collecteur soit à la température du sol. Le collecteur est soit à air et on parle
de puits canadien (LEWT), soit à eau et l'on parle d'échangeur d'air géothermique à eau
glycolée (SEWT).
Tous les sols ne se valent pas : plus celui-ci sera dense et humide et plus l'échange sera
important. Les dimensionnements de puits sont donc fonction à la fois des conditions de
ventilation souhaitées dans le bâtiment, et de la capacité thermique du sol.
Quelles performances en hiver ?
Dans n'importe quel bâtiment, le fait de ventiler conduit à des dépenses d'énergie (voir plus
haut). Le puits canadien va remplacer les grilles d'aération en menuiseries et amener par le
biais d'un réseau de gaines connecté au collecteur enterré un air plus chaud que l'air extérieur.
L'amenée d'air dans la maison est généralement mécanique, par le biais d'un ventilateur. Il
permet de diminuer l'impact de la ventilation sur les consommations de chauffage.
Les économies sont fonction des caractéristiques des maisons (bâti ancien ou pavillon neuf ou
récent) et du mode de diffusion de la chaleur (convection ou rayonnement). Le puits canadien
va avoir une consommation électrique dérisoire et récupère en moyenne 10 fois plus d'énergie
qu'il n'en consomme. Toutefois, son intérêt est variable selon la localisation climatique du
projet :
Dans les climats méditerranéens, océaniques et semi-continentaux, les températures
extérieures restent souvent clémentes en hiver. Le différentiel température du sol –
température de l'air extérieur est rarement supérieur à 10°C. Le puits n'est donc pas
obligatoirement une solution pertinente pour le préchauffage. Si le système de
chauffage est convectif ou si l'objectif est de mettre hors gel une maison secondaire, le
puits canadien pourra toutefois diminuer sensiblement la puissance et la
consommation de l'équipement de chauffage.
Dans des climats continentaux, le différentiel température du sol – température de l'air
extérieur est souvent supérieur à 10°C. Un système de ventilation efficace est donc
une nécessité. Le puits canadien peut être couplé à une VMC double flux pour réduire
l'impact de la ventilation sur les consommations énergétiques. Le puits canadien
servira à monter la température en amont du ventilateur pour éviter le givrage de
l'échangeur de chaleur
Quelles performances en été ?
L'été, le puits sera plutôt "provençal", dédié au rafraîchissement. L'insufflation d'un air à 20°C
dans la maison permet de limiter l'élévation des températures et évite le recours à un système
de climatisation. Le puits canadien est le seul moyen de ventilation passive permettant un
rafraîchissement. Il n'est pas nécessaire de modifier l'installation pour qu'elle fonctionne
correctement en été.
La technologie puits canadien présente de nombreux avantages sur la climatisation : il
consomme dix fois moins d'énergie, ne diminue pas l'hygrométrie synonyme d'air sec
(irritations des muqueuses qui n'arrêtent plus les germes).
L'apport d'un puits canadien sur le confort thermique d'été est beaucoup plus difficile à
prévoir que le même système utilisé en hiver (ou les gains en kwh sont facilement estimables
avec des logiciels). Pour évaluer l'impact d'un puits, il faut commencer par évaluer le potentiel
de surchauffe d'une pièce et les moyens existants pour traiter cette surchauffe (occultations,
surventilation naturelle, etc...).
L'écart en température va être déterminé par le taux de ventilation. En hiver, le taux est proche
de 0,5 volumes/heure. En période de canicule, il est nécessaire d'augmenter ce taux à 1 voire 2
volumes/heure. Si une pièce à une température de 30°C et que le puits insuffle un air à 20°C,
l'impact sur la température de la pièce est négligeable si le taux de ventilation est inférieur à
0.5 volumes/heures.
L'impact va dépendre de la température de base. Si la pièce est à 25°C, l'impact du puits sera
moindre que si la pièce est à 30°C. L'intérêt du puits canadien en été dépend donc pleinement
du climat sur lequel il est réalisé.
Dans les climats océaniques et continentaux, les températures extérieures restent souvent clémentes en été. Le différentiel température du sol – température de l'air extérieur est rarement supérieure à 10°C. Le puits n'est pas impératif car il existe des moyens passifs pour éviter la surchauffe du bâtiment. L'air arrivant par le puits canadien est tempéré mais il n'est pas nécessaire de prévoir une augmentation des taux de ventilation pour maintenir la maison confortable.
Dans les climats méditerranéens, les températures extérieures sont souvent inconfortables en été. Le différentiel température du sol – température de l'air extérieur est souvent supérieur à 10°C. Il est difficile de maintenir une ambiance confortable sans puits canadien. L'air arrivant par le puits canadien est tempéré mais il est nécessaire de dimensionner le puits pour un fonctionnement de rafraîchissement, et de le combiner avec une surventilation nocturne.
Pour autant, le puits canadien n'est pas seulement une mini-climatisation, car il traite en
partie le problème de la surchauffe des maisons qui est provoqué par ... leur ventilation
continue avec de l'air extérieur. Une maison constamment ventilée par un puits canadien voit
ses courbes de température intérieure considérablement amorties par rapport à la même
maison qui ventile 0.5 volumes/heures en journée caniculaire avec de l'air extérieur. Si les
apports solaires des vitrages sont traités et les gains internes gérables, entre le matin et le soir,
les pièces considérées prennent 2 ou 3°C au maximum.
Mais ce n'est pas le fait d'amener de l'air froid qui rafraîchit la maison, c'est le fait de ne pas
faire rentrer de l'air chaud.
Les précautions sanitaires
La radioactivité naturelle / le radon
Ce gaz est issu de la décomposition naturelle de certains isotopes radioactifs, au départ il y a
dans l'écorce terrestre de l'uranium, il est présent partout en quantités variables. L'Uranium
238 se transforme via désintégration radioactive en Radium 226, qui lui se transforme en
Radon 222, puis polonium 218, plomb 214, bismuth 214, polonium 214 et enfin plomb stable.
Tous ces composants sont donc radioactifs puisqu'ils se désintègrent progressivement en un
autre composé. Seul le plomb stable final n'est plus radioactif.
Pour résumer, la radioactivité pose deux problèmes :
- Le danger des radiations
- Le danger toxicologique
Le radon n’est dangereux que s’il est respiré. En effet, il est le seul composé de la liste de
transformation de l'uranium ci-dessus qui est gazeux. Il est donc possible de respirer ce gaz, et
les particules ionisantes de radon sont alors emprisonnées dans les poumons qui n’ont aucun
moyen de les réduire. Le radon inspiré poursuit son cycle de transformation et se transforme
dans les poumons en des composés radioactifs qui eux, sont solides, comme le polonium, le
bismuth ou le plomb. Ces composés continuent leur cycle radioactif bloqués dans les
poumons ce qui peut finir par provoquer un cancer.
<!--[endif]--> Le radon est la seconde cause de cancer du poumon après le tabac.
Le risque lié au radon est linéaire sans seuil (à concentration deux fois plus importante, le risque est deux fois plus élevé ; il n’y a pas de niveau minimal en dessous duquel le radon ne présente aucun risque),
<!--[if !supportLists]--> Le risque est beaucoup plus élevé pour les fumeurs que pour les non fumeurs, mais le radon est la principale cause de cancer du poumon chez les non fumeurs.
Le radon est présent dans tous les sols en concentrations diverses. Il peut pénetrer dans
l'habitat de deux manières :
Parce que la maison est mise en dépression : Le radon vient du sol. Il peut pénétrer par les fuites d'étanchéité entre le dallage et le sol, ou entre le vide sanitaire/cave et la dalle. Les systèmes de VMC simple flux fonctionnent par la mise en dépression du bâtiment qui permet d'attirer naturellement l'air extérieur par les orifices de ventilation (les grilles d'aération et fuites d'étanchéité). On peut réduire les concentrations de deux manières : En surventilant sous le dallage (hérisson ventilé si dallage terre plein – surventilation du vide sanitaire ou de la cave), ou en optant pour une ventilation par mise en surpression (Puits canadien – VMC double flux).
Parce que le puits canadien n'est pas étanche au radon : Si un puits canadien est réalisé dans un sol qui présente des risques de concentrations de radon importantes, il faut veiller à faire réaliser une installation parfaitement étanche (étanchéité des joints type IP68), et ne pas réaliser de puits perdu sur le point de collecte des condensats.
L'IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) a établi une carte française des
zones ou les concentrations de radon dans le sol sont les plus importantes. Cette carte est
"sujette à caution" car le nombre de mesures est insuffisant (1 mesure pour 50 km²). Aussi, il
convient avant de faire réaliser un puits canadien de vérifier que celui ci ne risque pas
d'accompagner dans la maison un air qui se chargera en gaz radioactif, en vérifiant sur la carte
de France du risque radon la moyenne des concentrations.
Selon la CRIIRAD, Il n’existe pas à de tests simples permettant d’estimer le potentiel
d’accumulation de radon induit par la mise en place d’un puits canadien sur un terrain donné.
Il est possible d’effectuer des mesures de radon en profondeur d’un terrain et des mesures de
flux de radon sur une surface donnée, mais les résultats sont difficilement extrapolables dans
la mesure où la configuration du puits canadien joue un grand rôle. Il est en revanche possible
d’effectuer a posteriori des mesures comparatives dans une habitation desservie par un puits
canadien (une première série de mesures est effectuée avec le puits canadien en
fonctionnement. Une seconde série de mesures est effectuée avec le puits canadien à l’arrêt).
Concernant le côté préventif, il est préférable d’installer un dispositif prenant en compte le
risque radon, quelle que soit la région. A ce sujet, nous avons récemment eu l’occasion de
contrôler un bâtiment tertiaire construit sur un secteur ne présentant pas a priori un potentiel
radon élevé, mais dans lequel un puits canadien entraînait une accumulation importante de
radon. En effet, les puits canadiens « directs » présentent un risque potentiel en terme de
radon, dans le cas où :
1) le circuit n’est pas parfaitement étanche vis-à-vis du terrain traversé (les principaux
défauts d’étanchéité potentiels correspondent à la canalisation proprement dite, aux jonctions
entre différents tronçons de canalisations et au point d’écoulement des condensats),
2) la canalisation souterraine est en dépression par rapport au terrain environnant (certains
dispositifs contournent ce problème en plaçant un insufflateur à l’entrée du puits canadien
plutôt qu’un extracteur à la sortie du puits).
Si ces points ne sont pas maîtrisés, le puits canadien est susceptible d’entraîner un apport de
radon dans le bâtiment, y compris sur des terrains dont le potentiel d’émanation en radon
n’est pas élevé. Ces problèmes pourraient probablement être évités en choisissant un système
« indirect » (par exemple à eau glycolée) correctement dimensionné.
La proliferation bactérienne
La bactérie de la légionelle prolifère dans une plage de température allant de 25 à 43 °C, avec
un maximum de croissance à 37 °C. Elle survit en deçà de 25 °C et peut être présentes dans
les eaux de 0 à 63 °C.
Au delà de 50 °C, la destruction des légionelles survient plus ou moins rapidement.
L’environnement extérieur peut favoriser la prolifération des légionelles :
•les dépôts de tartre,
•les résidus métalliques issus de phénomènes de corrosion (fer, zinc),
•certains matériaux (caoutchouc, chlorure de polyvinyle (pvc), polyéthylène, silicone),
La contamination du public se fait par l’inhalation des aérosols d’eau contaminée. Il s’agit de
micro-gouttelettes d’eau de 1 à 5 μm de diamètre en suspension dans l’air. Lors de la
respiration, ces aérosols atteignent les alvéoles pulmonaires, infestent les macrophages
pulmonaires et provoquent leur destruction.
La légionellose n'est pas contagieuse.
Problème lié aux condensats :
Dans une ambiance, la température et l’humidité relative de l’air définissent une température
appelée “point de rosée”. Par exemple, à 25 °C et 50 % d’humidité relative, le point de rosée
se situe à 14 °C. Au contact d’une paroi dont la température est inférieure à celle du point de
rosée, il y a condensation: l’eau contenue dans l’air sous forme d’humidité passe sous forme
liquide. On désigne par “condensats” ces eaux de condensation, que l’on retrouve à chaque
fois qu’il y a production de froid, et qu’il est nécessaire de recueillir dans des bacs, puis
d’évacuer. (source : Legionelles et systèmes de refroidissement)
Moyens de résoudre le problème : Il faut permettre à la condensation d'être collectée et
récupérée (ou infiltrée) pour éviter que de l'eau ne stagne dans le conduit puits canadien. Il est
impératif que les collecteurs soient étanches par rapport à l'eau du sol, et ne permettent pas la
contamination du puits.
Les pollens allergisants
Le pollen provient des jeunes pousses de plantes. Le vent dissemine le pollen partout. Il peut
déclencher des réactions allergiques (le rhume des foins).
Pour toutes les plantes de grande taille, les pollens ont pour fonction de transporter le
patrimoine héréditaire masculin sur les ovules lors de la fécondation. Les grains de pollen
individuels sont difficilement visibles à l’oeil nu, leur taille varie en fonction de l’espèce de
10 à 100 millièmes de millimètres. Ils présentent des formes très variées que l’on peut
distinguer au microscope. Les pollens renferment des liaisons protéiques qui sont identifiées
comme des substances étrangères par le corps et qui, à ce titre, sont combattues par lui. Le
rhume des foins est une hyper-réaction
du système immunitaire intrinsèque du corps au contact de ces allergènes.
Deux conditions doivent être remplies afin que les pollens puissent déclencher de façon
certaine le rhume des foins: premièrement, les pollens doivent renfermer des allergènes qui
seront combattus en tant qu’envahisseurs par le corps. Tous les pollens ne sont pas pourvus de
ces allergènes agressifs. Deuxièmement, les pollens doivent être présents dans l’air en
quantité importante.
(source : AHA! Guide suisse des pollens )
Dimmensionner un puits canadien
Tout dimensionnement de puits canadien doit partir des besoins réels liés à la maison,
l'environnement extérieur (terrain et nature du sol). Le dimensionnement intègre :
L'évaluation des besoins énergétiques, L'évaluation du risque sanitaire environnemental, Le diamètre des conduites, le choix du matériau qui compose la conduite et ses
caractéristiques propres, Le parcours du puits et les pertes de charges qu'il génère, sa longueur, la capacité thermique
du sol, La gestion des condensats, La ventilation qui est mise en place dans la maison, le calcul des débits d'aération en fonction
du potentiel de surchauffe, la régulation du fonctionnement du puits, La distribution intérieure, la typologie des conduits, le positionnement des bouches,
L'évaluation des besoins énergétiques
Une simulation thermique peut vous permettre d'appréhender précisément le comportement
thermique de votre projet : quelles déperditions, comment chauffer et ventiler, à quel coût,
quelles pertes thermiques sont liées à la ventilation, comment la maison se comporte en saison
estivale, est-il besoin de climatiser...
C'est le seul moyen de valider ou non la solution puits canadien par rapport à son impact sur
les consommations d'énergie, de définir le système de ventilation le plus adapté au projet, et
les économies réalisées sur la puissance de l'équipement de chauffe, et sa distribution.
Pour cela, il est nécessaire d'anticiper la réalisation du puits canadien le plus en amont
possible du projet.
Ci-dessus, ce graphique compare une maison optimisée au niveau thermique avec des
protections passives d'été avec une maison ossature bois, légère, avec ouvrants principaux sur
l'ouest. Cette simulation tient compte du fait que les volets de la maison sont fermés en
journée. Les deux modélisations permettent de déterminer le véritable besoin d'un puits
canadien : la maison en rouge doit être munie d'un système de rafraichissement par puits
canadien, la maison en vert n'en aura pas besoin pour l'été.
L'évaluation du risque sanitaire environnemental
Une analyse du site permet de déterminer de quelles pollutions le puits canadien doit se
prémunir.
Généralement, elles se résument :
- Aux pollutions des gaz d'échappement. Il convient d'éviter de positionner la borne de prise
d'air à proximité d'une route fréquentée, ou d'un lieu de stationnement des véhicules.
- Aux rejets de la maison : Hotte de cuisine, air extrait par la VMC, par l'équipement de
chauffage.
- Aux pollens végétaux. Le vent dominant et les essences proches vous donneront une idée du
type de pollens que vous pouvez rencontrer, Ex: Une rangée de thuyas disposée pour couper
le vent qui redirige ses pollens allergisants vers la borne de prise d'air.
Une liste des pollens allergisants est disponible ici
Le réseau de collecteurs enterrés
La borne de prise d'air
La borne de prise d'air est l'élément par lequel rentre
l'air dans la maison. Il est situé en départ de circuit. La
plupart des prises d'air disponibles dans le commerce
sont des éléments complets qui comprennent les
différentes protections nécessaires à un bon
fonctionnement du puits, à savoir :
- Une grille à mailles fines, dont le but est d'empêcher
les petits rongeurs de pénétrer dans le collecteur. Des
ailettes orientées, ou un chapeau de protection, dont
l'objectif est d'empêcher les eaux de pluie verticales ou
orientées par les efforts de vent de pénétrer le
collecteur.
- Une préfiltration, de maillage G2 à G4. L'objectif de
cette protection est de limiter l'encrassement du
collecteur par différentes poussières extérieures. Le
collecteur n'étant pas un élément facile à entretenir, on
cherchera à limiter les possibilités d'accumulation de
petites pollutions. Il complète la grille dans la
possibilité de rétention et captation des polluants.
Toutefois, on ne retrouve pas ce type de protection sur toutes les bornes d'entrées d'air. Sa
présence nécessite une visite mensuelle pour vérifier
l'encrassement du filtre, et il peut être nécessaire de le
nettoyer à l'eau ou de le changer, en fonction de son
état. Plus celui-ci est encrassé et plus il opposera de
résistance au passage de l'air, ce qui se traduira par des
débits d'insufflation plus faibles et une
surconsommation du ventilateur.
Les expériences montrent que pendant l'année qui suit
la réalisation du puits, avant que la végétation ne se
soit développée et que le sol est nu, les poussières peuvent pénétrer relativement facilement
dans le collecteur, cette première protection permet d'éliminer une partie des risques liés à un
brassage de polluants extérieurs.
Plus le filtre a de surface d'échange et plus il est performant. Aussi, les filtres « à chaussettes »
se généralisent dans cet emploi spécifique.
Une prise d'air à environ 1.00m de hauteur.
Cela évite que le ventilateur n'aspire les
polluants généralement concentrés sur les
premiers trente centimètres de hauteur.
La borne est fixée dans le sol afin de limiter sa
prise au vent. Ce socle généralement en béton
sur 10cm crée une assise propre pour éviter le tassement de la borne avec le terrain. Il
évite le soulèvement des éléments lors de grands vents.
La borne doit avoir une fixation étanche avec le collecteur. Tout défaut d'étanchéité
entraînerait une inefficacité des protections précédentes, l'air étant aspiré à la jonction.
La borne sera soumise aux intempéries pendant toute la durée de vie du système, il
n'est pas inutile que sa composition lui permette de résister à l'extérieur. (exemples
matériaux à privilégier et éviter)
A quels endroits ne pas positionner sa borne de
prise d'air ?
La règlementation fixe une distance minimale de 8m
entre la prise d'air et un lieu de stationnement de
véhicule. Pour se protéger des gaz d'échappement des
véhicules, il faut donc éloigner la borne du garage ou
de places de stationnement. L'éloignement de la route
est fonction de la fréquence de passage des
automobiles. L'usage voudrait qu'au delà de X
véhicules par jour, la borne de prise d'air ne soit pas
placée à moins de 8m du passage.
Le bon sens voudrait également que la position de la
borne d'air soit fonction des essences d'arbres présentes sur le site et la position des vents
dominants. Lorsque les arbres et haies dégagent des pollens, le vent dominant peut les rabattre
sur la borne et ensuite dans la maison. Les pollens sont des éléments qui peuvent provoquer
des allergies, ils sont également relativement difficiles à filtrer efficacement. (voir chapitre la
filtration)
Est-il possible de construire sa borne de prise d'air
?
Il est possible pour minimiser les coûts en construisant
sa borne de prise d'air en maçonnerie, le collecteur
remontant jusqu'à un mètre de hauteur où il est
connecté à une sortie de toit du diamètre équivalent au collecteur. Dans l'idéal, le système doit
être concu pour être démontable afin de positionner un préfiltre qui peut être fixé dans la
jonction entre le collecteur et la sortie de toit, de manière étanche.
Il est préférable de fonctionner sur un élément maçonné plutôt qu'un conduit plastique ou
métallique de récupération. Il est important de protéger la borne contre les usures extérieures
et le métal peut rouiller avec le temps. Les conduits plastiques (essentiellement le PVC)
peuvent émettre des COV s'ils montent en température.
D'autres solutions existent également pour réaliser son entrée d'air :
- Un muret de soutènement relevé de un mètre par rapport au sol, l'air est pris à l'horizontale,
un grille pare pluie du diamètre adapté faisant la liaison avec le collecteur.
Quel diamètre choisir :
Si la borne contient une préfiltration, il est primordial que son diamètre corresponde à la
surface d'échange du collecteur. Une borne sous-dimensionnée génèrerait une vitesse
importante dans la borne, et provoquerait de très grosses pertes de charges par le filtre. Ainsi,
il conviendra d'éviter de dépasser une vitesse de 3m/s dans la borne.
La canalisation
Le diamètre est déterminé par le débit d'air calculé en
amont. En général entre 160 et 250 intérieur. Un
diamètre supérieur ne permet pas un échange
uniforme (bon en périphérie, mauvais au centre), un
diamètre inférieur est insuffisant pour ventiler
une maison. Pour un échange optimal, l'air ne
dépasse pas 2m/s dans le puits, plus la vitesse est
importante et moins l'air se réchauffe ou refroidit.
Pour obtenir un réchauffement correct, l'air doit passer
plus de 20s sous terre.
Le collecteur est l'élément le plus important du
système puits canadien puisque c'est celui qui va
échanger des calories avec le sol dans lequel il est
enfoui.
Quel matériau utiliser ?
Le choix du matériau va prendre en compte de
nombreux paramètres :
La mise en oeuvre du conduit : Travaillant sur
des profondeurs pouvant être supérieures à
1.20m, selon le procédé choisi il peut être
nécessaire de blinder la fouille (protéger la
fouille avec des coffrages amovibles pour éviter que le déblai ou la tranchée ne
s'effondre sur la personne qui travaille dans le trou) ou travailler sur un talutage de
30% ce qui augmente considérablement la quantité de déblai pour le terrassier. Tout
dépend du sol en place et de sa stabilité.
Dans certains cas, lorsque le système est composé de plusieurs collecteurs disposés en
parallèle, l'espace de travail dans la fouille devient plus important. Ce travail de
blindage/talutage ne s'impose alors plus.
Lorsque le circuit utilise les fouilles existantes
d'adduction des réseaux d'eau potable ou
d'électricité, ou fait le tour des fondations de la
construction, le conduit peut être disposé en
fond de fouille. Dans ce cas, tout dépend de la
profondeur prévue, le terrassement peut être
plus large et profond pour intégrer cette mise
en oeuvre spécifique.
Si le collecteur est réalisé en gaine souple, les
interventions en fouille se limitent aux
connexions avec la maison ou le regard, si le
collecteur est en conduit rigide,
l'intervention en fouille peut poser un
problème de sécurité lors des jonctions
étanches entre les différents conduits.
La durée de vie du conduit et son étanchéité : Pour assurer une qualité d'air qui ne
décline pas avec le vieillissement du conduit, il est nécessaire de considérer le conduit
et ses joints pour mettre en oeuvre un système
qui :
1 – Soit parfaitement étanche à l'eau, au
moment de sa mise en oeuvre, et pendant toute
l'utilisation du puits canadien. Il ne faut pas que
le conduit s'use une fois en place, et il faut
surtout que les joints soient parfaitement
réalisés et durables.
2 – Est une capacité à supporter les charges
dûes à la profondeur du conduit. Dans les cas
contraires, il finirait par se tasser et perdrait son
étanchéité.
3 – Soit étanche à l'air, et imperméable aux infiltrations de radon venant du sol.
Comme ce gaz ne se trouve pas dans des concentrations similaires sur tous les terrains,
un test de la radioactivité de votre terrain permet de répondre à cette question.
La non emissivité de polluants du conduit : Il est évidement préférable que le choix du
conduit se porte vers des produits qui ne dégageront pas par le frottement de l'air sur
ses parois des émissions de polluants toxiques.
La non rugosité des parois du conduit : Rugosité est synonyme de perte de charge pour
le collecteur, les aspérités freinant l'air. Le cas des gaines annelées est spécifique,
lorsqu'elles ne sont pas doublées à l'intérieur : Leurs anneaux sont autant de
possibilités pour l'eau de condensation d'être retenue dans le collecteur (voir
récupération des condensats).
Le traitement antistatique des surfaces intérieures : On parle de traitement
antibactérien sur certains conduits spécifiques. Cette propriété découle du traitement
antistatique (qui modifie le comportement de la goutte d'eau sur la paroi plastique, et
facilite l'écoulement des condensats).
Le traitement antibactérien est un traitement de
surface, il ne permet pas d'améliorer la qualité
de l'air, il limite la possibilité de
développement bactérien sur la surface du
conduit. On le retrouve sur certains conduits
spécifiques. Il n'est pas prouvé aujourd'hui que
ce traitement ait une incidence positive sur la
qualité de
l'air
intérieur.
La résistance à l'écrasement
(rigidité circonférentielle SN) : Le puits
canadien doit pouvoir supporter la
charge verticale, qui est la somme du
remplissage de la tranchée
(terrain) et du poids des véhicules qui
peuvent circuler dessus. Le cas échéant,
on ajoutera l’influence du niveau
phréatique existant.
- Si le conduit est enfoui entre 0.80m
et 4.00m, la classe 4 (SN4) est suffisante
(Sauf cas exceptionnel).
- Si le conduit est enfoui à plus de
4.00m, la classe 8 est requise (SN8).
Ces prototypes de tranchée
constituent les cas de base,
mais il est absolument recommandé d’effectuer le calcul mécanique qui permettra de
connaitre, à partir des conditions d’installation, le comportement du tube et de définir
ainsi précisément sa classe SN et, au besoin, de modifier n’importe quel autre
paramètre de l’installation.
L'étanchéité à l'eau/radon (Protection contre l'infiltration IP) : Les conduits sont
classés selon la norme IP (ingress Protection / protection contre l'infiltration). Cette
norme est employée pour indiquer la protection environnementale des gaines. La cote
IP est composée de deux chiffres, le premier se rapportant à la protection contre les
contacts accidentels et corps étrangers, le second contre l’eau et les liquides. Plus le
nombre est élevé, meilleure est la protection.
Un niveau d'étanchéité de réseau insuffisant peut conduire à ce que l'installation soit
noyée par l'eau du terrain, rendant le puits canadien définitivement inutilisable sans
nettoyage complet de l'intérieur des collecteurs. Il est donc impératif que le conduit
puisse être immergé sans dommage. La classe d'étanchéité IP68 est recommandée
en cas de problème d'infiltration d'eau ou de radon.
Les collecteurs :
La gaine "électrique" en polyéthylène type TPC
Elle est annelée et est disponible en couronne de 25m, extensible
avec un manchon. Ce tuyau est utilisé pour le passage de gaines
électriques à environ 80cm du sol.
Le conduit doit avoir une paroi lisse intérieure, l'eau de condensation stagnerait
dans les anneaux autrement, et faciliterait les proliférations bactériennes. Le
poinçonnement possible du tuyau fait qu'il est impératif de réaliser un lit de sable.
En général, la gaine électrique obtient un classement SN4 (résiste jusqu'à 4m de
profondeur) mais dans tous les cas, elle n'est pas étanche. Le conduit comme les
raccords peuvent laisser passer les gaz (radon notamment) et l'eau contenue dans le
sol.
Avis : Bon marché mais le collecteur peut être noyé si le sol est peu perméable ou présente
des risques de remontées de nappe phréatique ou rivière. Comme tous les conduits souples, la
mise en oeuvre doit être soignée sur du sol compacté et lit de sable pour éviter la formation de
points bas non désirés.
Le béton, la terre cuite
Les éléments sont disponibles en dimension 6m ou 3m selon leur taille, du diamètre X
à X. Les conduits ont une extrémité male et femelle et sont fichés les uns dans les
autres par emboitement, un joint en bitume réalise l'étanchéité entre les éléments. Ces
produits sont usuellement utilisés pour réaliser des réseaux de collecte des eaux de
pluie et eaux usées.
Les conduits en béton ou assimilés ont une bonne conductivité thermique, ce qui leur
permet d'assurer un bon échange de calories avec l'air circulant dans le puits, ils sont
en revanche relativement perméables, ce qui peut permettre au radon de s'infiltrer dans
le réseau. Ils sont obligatoirement mis en oeuvre en tuyaux rigides, qui nécessite un
engin de terrassement pour soulever et disposer l'élément dans la fouille. Les conduits
ont une excellente durée de vie mais leurs joints doivent être réalisés dans de bonnes
conditions pour être étanches. Cette étanchéité est liée à la durée de vie de ce joint,
généralement réalisé à base de X. Le béton est neutre d'un point de vue sanitaire.
Les conduits sont généralement rugueux en face interne, et il n'est pas aisé de réaliser
des courbes, qui ont un rayon de courbure important
Avis : Solution coûteuse et difficile à mettre en oeuvre. Etanchéité difficile à assurer.
Le PVC rigide d'assainissement
C'est une alternative bon marché qui ne présente pas de garanties pour permettre son
emploi comme échangeur géothermique. Le matériau fait l'objet d'une polémique : les
problèmes environnementaux liés à son utilisation intensive font que quelques pays en
ont déjà restreint l'utilisation (Suède - réduction du phtalate de DEHP ; Danemark -
réduction des phtalates ; Allemagne/Autriche/Suisse - abandon progressif du PVC).
Celui-ci peut également poser des problèmes de santé à deux niveaux. Le PVC rigide
contient beaucoup de chlore (55%) qui peut être dégagé dans l'air ambiant à cause de
la lumière et de la chaleur, et du frottement de l'air sur le matériau. La composition du
produit intègre également des additifs (stabilisants, retardateurs de flamme, charge, ...)
dont les composés peuvent être dangereux s'ils sont relâchés dans l'air : cadmium,
phtalates, pigments à base de chrome ou plomb.
Utiliser un tuyau en PVC qui est enterré dans le sol devrait le protéger de l'usure
provoquée par les rayonnements UV, mais il faut garder à l'esprit qu'aucune étude
sérieuse n'a été faite pour mesurer la quantité de COV dégagée par le frottement de
l'air sur le tuyau (les différents additifs sont plus nocifs que le chlore), sur une longue
période.
Attention toutefois à ne pas tomber dans la psychose : s'il existe des possibilités
d'échange entre le conduit en PVC et l'air insufflé, la proportion possible de polluants
présents dans l'air de la maison à cause de cet échange reste anecdotique par rapport
au PVC présent dans d'autres matériaux en contact direct avec les occupants.
Les préconisations de mise en oeuvre sont les mêmes que pour le béton -voir plus
haut-
Avis : Bon marché mais les produits PVC d'assainissement ne sont pas de qualité alimentaire.
Ils ne devraient pas être utilisés pour cet usage.
Le PEHD souple qualité alimentaire
Cette gaine souple est la solution la plus utilisée Outre- Rhin pour
réaliser des puits canadiens. Ces tuyaux ont reçu un traitement
antistatique et disposent d'une rigidité annulaire de 8KN/m² qui en
font une solution sécurisée pour ce type d'utilisation. Ils sont
disponibles en diamètre 160 et 200 selon les fabriquants et en
longueur de 25 ou 50m afin de limiter les liaisons intermédiaires.
Les raccords étanches classent le produit IP68.
Le PEHD rigide qualité alimentaire
Variante de la gaine souple dans le cadre où les
conduits rigides sont plus adaptés. Ce polyéthylène
haute densité est un mélange de carbone et
d'hydrogène et est utilisable en tuyau pour des usages
"alimentaires". Il est généralement disponible en barres
de 6m. L'absence de composés toxiques rend le produit
plus sécurisant dans le cadre d'une utilisation comme
échangeur thermique de puits canadien. Les
préconisations de mise en oeuvre sont les mêmes que
pour le béton -voir plus haut-.
- Le grès vitrifié ou le polypropylène rigide
Il est utilisé pour des puits canadiens réalisés avec des collecteurs en barre rigide. Ils se
présentent en barre rigide de 6 m et nécessitent des liaisons étanches intermédiaires. La
surface intérieure a reçu un traitement antistatique et antibactérien. Les préconisations de mise
en oeuvre sont les mêmes que pour le béton -voir plus haut-
Le circuit du puits
Tout dépend de votre terrain et des contraintes qu'il génère. Dans les constructions neuves,
vous pouvez utiliser les tranchées d'adduction
pour réduire les coûts de terrassement (il suffit
juste de creuser plus profondément). Vous
pouvez également réduire la longueur de la
tranchée (voir paragraphe suivant) en faisant
plusieurs conduites en parallèle. Comme le
débit d'air est réparti sur chaque conduite, le
diamètre de celle-ci peut être réduit, le transfert
de chaleur en est
amélioré.
Il faut éviter les coudes car ils conduisent à
une augmentation des pertes de charges. Le
trajet doit être fonction de l'altimétrie du
terrain pour réduire la quantité de terre à
déplacer.
La possibilité d'utilisation en couple avec les tranchées techniques dépend du tuyau que vous
aurez retenu. Les prescriptions de mise en oeuvre diffèrent entre une gaine souple et un tuyau
rigide. Ne réalisez pas votre tranchée d'assainissement sur un tuyau de puits canadien. Le sol
compacté se tassera et cassera votre tuyau d'assainissement.
La longueur de la conduite enterrée est déterminée en fonction du renouvellement d'air
souhaité. C'est la donnée la plus importante. Plus le trajet est important et plus la température
de l'air sera proche de celle de la terre. Il faut compter "en moyenne" un trajet d'au moins 50m
pour obtenir un impact intéressant (ou 2x 25m) quand le collecteur est en diamètre 200.
Comme le montre le graphique, au-delà d'une certaine longueur, augmenter la distance ne fait
plus que générer des gains très faibles. Cette simulation a été créée par rapport à une situation
donnée et ne s'applique évidemment en aucun cas à tous les projets.
La profondeur d'enfouissement du collecteur détermine l'amplitude maximale des gains. Plus
la conduite est profonde, plus la température du sol est stable, aux alentours de 15°C.
Il faut descendre au-delà de 1.20m minimum, ensuite plus on descend en profondeur et plus le
gain en température sera faible. Tout du moins, il ne se justifiera plus par rapport à
l'investissement en terrassement. 1.80m pour la profondeur d'une conduite est un bon
compromis.
La distance minimale entre la canalisation et la maison à préchauffer est de 80cm. De même si
des conduits sont disposés en parallèle. En deçà, l'impact du puits canadien diminue
considérablement à l'usage.
Le puits doit être disposé à l'extérieur. Éviter les installations sous maison. Une part du
rendement d'échange est déterminée par la teneur en eau du sol. Un sol sous maison est sec
car il n'est pas lessivé par les pluies. Les calories contenues ne sont pas renouvelées par les
apports solaires.
La gestion des condensats
L'air qui circule dans la conduite enterrée va en se
réchauffant/refroidissant, condenser sa vapeur d'eau en
fines gouttelettes. Celles-ci vont stagner dans le puits,
favorisant ainsi un développement fongique et
bactérien, et risquant à court terme d'empêcher l'air de
circuler. Aussi, des mesures sont à prendre pour
évacuer la condensation du puits.
Les quantités d'eau constatées dans les puits canadien
en fonctionnement varient entre pas d'eau du tout et
quelques litres par an. L'été, où le phénomène est le
plus important, l'air peut condenser jusqu'à un litre
d'eau par jour.
Une pente de 2% est réalisée pour permettre à l'eau de
circuler dans le puits jusqu'au point bas, duquel on
pourra facilement traiter tous ces condensats. Il convient donc lors du terrassement de faire
attention à la constance de cette pente et de prévoir une conduite lisse pour éviter la stagnation
d'eau.
Ci-dessous, un contre-exemple ou le collecteur n'est
pas posée sur une assise parfaitement compactée; la
terre supportant le puits canadien s'est affaissée sur le
dernier mètre avant la pénétration du collecteur dans le
bâtiment. (Ici un siphon en sous sol récupère les
condensats), L'eau de condensation du puits canadien
stagne dans ce point bas, ne peut pas être évacuée.
Infiltration ou récupération ?
Si la maison possède un sous-sol, la récupération des condensats ne pose pas de problèmes,
puisqu'elle peut se faire dans celui-ci avec un double té
avec siphon. Il est possible de nettoyer ou rejeter les
condensats dans les eaux pluviales parce que l'endroit
est accessible.
Dans le cas d'une maison sans sous-sol, le point le plus
bas se trouve avant la maison et il convient donc de
réaliser un regard de visite qui permettra soit
l'infiltration des condensats dans le sol, soit la
récupération des condensats par une pompe de
relevage des condensats.
Si les deux solutions existent, la prudence est de mise.
Tous les sols ne se prêtent pas à l'infiltration des
condensats dans le sol. Le risque n°1 de toute
installation puits canadien est que l'eau du sol soit
aspirée par le regard et immerge le collecteur qui est
alors définitivement hors service.
Ci-dessous, un exemple classique de regard béton avec infiltration des condensats. On
constate des remontées d'eau du sol par le regard et l'inondation du collecteur. L'eau remonte
par le bas et par la perméabilité à l'eau du regard béton. Sur cet exemple, la pompe de
relevage n'a pas pu délivrer des débits suffisants et la sécurité l'a coupée, noyant le puits
canadien.
Si le moindre doute sur la présence d'eau existe, il est vivement conseillé de réaliser un regard
en polyéthylène, connecté de façon étanche avec les collecteurs.
Système puits canadien avec siphon pour récupération des condensats
Système puits canadien avec regard pour récupération des condensats
Le système puits canadien à eau glycolée
L’échangeur d’air à eau glycolée + ventilateur
Ce système complet fonctionne sur le même principe
que le puits canadien, sauf que le collecteur ne fait pas
circuler l'air extérieur dans le sol mais de l'eau
glycolée.
le circuit peut être réalisée autour de la maison, dans la
tranchée des fondations.
- Le système est utilisable partout, et devra être
privilégié dans toutes les configurations où le puits à
air est difficilement réalisable. Couplé à une VMC hygroréglable, le rendement global du
système permet une économie d’environ 50% sur les pertes de chaleur dûes à la ventilation.
Adapté pour : - Rafraîchissement d'une ou plusieurs pièces
- Préchauffage et mise hors gel de locaux
- Ventilation en continu de la maison sur toute l'année
- Problèmes d'eau sur le terrain (remontée de nappe) ou de dureté de sol (difficulté de
terrassement)
- Le système SEWT a été dimensionné pour un climat germanique où la problématique de
surchauffe en été existe peu. En France, il convient parfaitement pour l'hiver mais n'atteint pas
les performances d'un puits canadien à air pour le rafraîchissement. Dans l'attente d'une
adaptation du système pour le climat français.
La régulation, le ventilateur et l'automatisation du puits
La ventilation :
La ventilation est réalisée par un ventilateur
simple (pour fonctionnement avec VMC simple
flux par exemple) : Le ventilateur est
dimensionné pour amener le débit d'air voulu
avec une perte de charge d'environ 100 Pa. Il
est généralement disposé en intérieur (il peut
être mis à l'extérieur) et est commandé par un
boîtier de commande à plusieurs vitesses. Pour
des raisons acoustiques, le ventilateur n'est pas
dans une pièce de vie, même s'il est dans un caisson silencieux (SilentBox).
La ventilation est une VMC double flux, le
ventilateur de la VMC est dimensionné pour
amener le débit voulu avec une perte de charge
d'environ 100 Pa. Selon la gamme de la VMC,
le boitier de commande est un boîtier 3
vitesses, ou une horloge (programmation du
fonctionnement de la VMC), ou un capteur Co2
ou hygrométrique qui fait varier le taux de
ventilation.
Il faut pouvoir by-passer l'échangeur de la
VMC en été pour que l'effet positif du puits
canadien sur les températures estivales soit possible. Soit l'échangeur est enlevé et
remplacé par un « kit été », soit le by-pass est un clapet qui fait bifurquer l'air
automatiquement.
La régulation du fonctionnement du puits est rendue
nécessaire par le fait que l'action de ventiler en
intersaison avec un puits canadien a une conséquence
négative sur le bilan thermique de la maison. S'il fait
20°C en air extérieur, passer par le puits canadien
ramène la température d'air à 12°C, produisant un
inconfort thermique. Cette régulation du
fonctionnement peut être manuelle (une simple vanne
étanche pour transiter le passage de l'air vers une grille
extérieure directe), ou automatique : un thermostat
extérieur pilote un clapet avec servomoteur pour le
fonctionnement de la ventilation.
Thermostat extérieur
La distribution intérieure, la typologie des conduits, le positionnement des
bouches,
Les bouches
Le puits canadien est raccordé sur toutes les pièces de
vie du bâtiment. Les bouches du puits se substituent
aux grilles d'aération en menuiserie qui n'ont plus lieu
d'être. Les bouches d'extraction et le système de VMC
n'est pas modifié par la réalisation d'un puits canadien.
Les bouches sont placées dans les séjours, salons,
bureaux, chambres. Il n'est pas nécessaire d'en prévoir
sur les pièces de transit.
Les bouches sont placées de manière à disposer d'un
renouvellement d'air de pièce le plus total. Si les
diffuseurs sont au plafond (type diffuseurs rond), ils
sont placés à l'opposé de la porte (qui est détalonnée
pour le transit de l'air). Si les bouches sont murales
(type grilles à ailettes orientables) elles sont
positionnées à 0,80m du sol, assez loin des lits. Les
bouches peuvent être disposées au dessus des portes de
transit dans le cas où des grilles à ailettes poussent l'air
vers le fond de la pièce. Les bouches au sol sont à
éviter (poussières, entretien, usage des pièces...)
En cas de diffusion filaire (voir plus loin), des bouches
proches peuvent transmettre les bruits d'une pièce à
l'autre (la téléphonie). Des atténuateurs spécifiques
sont prévus pour limiter ce phénomène. Ce sont des
éléments à disposer dans le conduit avant la bouche.
Les conduits de ventilation
Il est une chose à préciser en introduction : les conduits d'insufflation d'air ne sont pas les
mêmes que les conduits d'extraction. Le réseau doit être pensé et mis en oeuvre de manière à
avoir une acoustique irréprochable.
Le réseau principal est généralement réalisé en
conduits rigides, acier galvanisé, conduits en PE à
emboitements. Ce réseau principal est isolé
thermiquement par 50mm d'isolant autour du conduit.
Ce sont des conduits de diamètre 160 au minimum. Ils
comprennent le réseau de la sortie du collecteur puits
canadien au ventilateur, le réseau d'air neuf direct, les
accessoires (silencieux de gaines, caissons filtres,
batteries de chauffage, etc...). Les conduits doivent être
étanches à l'air (évidemment) et comprendre le moins
de coudes possibles à l'aspiration immédiate du
ventilateur.
La distribution intérieure est réalisée par branches (réseau filaire) auquel cas, le
conduit principal se divise en plusieurs tronçons jusqu'à chaque bouche. Les réseaux
filaires nécessitent un équilibrage des débits au niveau des bouches car chaque tronçon
va répartir l'air en fonction de sa perte de charge (longueurs, coudes,...). Les débits
sont régulés au niveaux des bouches (régulateurs ou atténuateur de débit) pour
atteindre des débits semblables sur tout le réseau.
On utilise des conduits rigides en acier galvanisé, des conduits souples en aluminium
isolé acoustiquement par 25mm de laine minérale, où le cas échéant des conduits
plastiques plats à disposer en faux plafond.
La distribution intérieure est réalisée par un
répartiteur (réseau en pieuvre) auquel cas, le
répartiteur décompose le réseau en autant de
conduits que de bouches à desservir, chaque
conduit dessert une bouche au maximum. Si les
distances sont égales entre les tronçons, il n'est
pas nécessaire d'équilibrer les débits.
On utilise des conduits flexibles en
polyéthylène de petit diamètre 75 ou 90 mm
pour la distribution intérieure.
Il y a plusieurs niveaux de qualité pour les conduits, et également des systèmes qui sont mieux
conçus que d'autres, qui permettent de minimiser les fuites au niveau des raccords et de
gagner du temps à la mise en oeuvre.
Les conduits en aluminium souple ne sont pas
chers, mais ils sont difficiles à parfaitement
étancher. Ils sont plutôt utilisés pour des
réseaux filaires et dans ce cas avec les raccords
nécessitent un temps de mise en oeuvre
important. Ils restent fragiles. En insufflation,
on utilise plutôt des conduits microperforés
avec de la laine de verre de 25mm pour avoir
une acoustique convenable. Aldes propose une variante avec les algaines qui sont en
PVC. Les conduits en PE type flexpipe sont nettement plus chers, quand on ajoute le prix du
caisson de répartition et des plénums de distribution (pièces permettant le raccordement du conduit sur la bouche d'insufflation ou d'extraction). Cependant, ils sont nettement plus robustes et permettent d'obtenir une bonne acoustique par le caisson de répartition et des débits calibrés de fait, sans réglage. Ces conduits peuvent être entretenus. Les professionnels se régalent avec ses produits par rapport aux conduits alu parce que la mise en oeuvre est simple et rapide. Les fabriquants ont estimé que le temps de mise en oeuvre était divisé par deux, (si le gain de temps est répercuté sur le devis, cela doit complètement pondérer le surcoût du produit.)
Les conduits en acier galva sont plutôt utilisés pour faire les conduits principaux de
gros diamètre. Ils ont une bien moindre perte de charge que les conduits souples alu,
mais ils ne sont pas adaptés pour faire la distribution directement au niveau des
bouches. Une alternative existe depuis peu de temps avec les conduits "isopipe", qui
sont des conduits rigide en polypropylène, qui s'emboîtent sans raccord. Ils devraient
bientôt devenir une vraie alternative à l'acier galva étant donné le gain de temps de
mise en oeuvre.
Les conduits rigides en plastique sont des alternatives plutôt utilisées pour l'extraction,
mais on peut les utiliser aussi pour l'insufflation, il faut par contre équilibrer les débits
sur les bouches et améliorer l'acoustique en amont (avec des silencieux). Très pratique
pour les passages en faux plafond.
Les conduits rigides en acier à disposer en dalle sont très peu utilisés car on fait peu de
double flux en France et l'usage de ce type de conduit ajoute un coût à la ventilation
qui fait fuir tout le monde. Mais ce n'est pas forcément justifié.
Les conduits de distribution n'ont pas à être isolés thermiquement s'ils sont placés dans un
volume chauffé. Réduisez au maximum les longueurs et évitez le passage dans des volumes
non chauffés (combles, vide sanitaire, etc..).
Les conduits principaux (rejet et prise d'air) doivent être isolées thermiquement par 50mm
d'isolant au minimum si la ventilation est à double flux.
Evaluer la rentabilité financière
Coût moyen d'un puits canadien
On voit circuler sur internet beaucoup d'exemples de puits canadiens dont le coût
d'investissement est inférieur à 1000 euros. Il est important de voir au-delà de ces prix ce que
comprend l'installation. Le présent article montre que sous la dénomination puits provençal ou
puits canadien, on retrouve une installation de ventilation complexe, qui peut être
autoconstruite avec des matériaux bon marché mais pas forcément garants d'une bonne tenue
dans le temps, ou réalisée par des professionnels couplée à une vmc double flux et un réseau
de distribution d'air.
Il est des équipements dont l'usager ne peut se passer : - Un tuyau enterré dans le sol avec une pente suffisante
- Une récupération des condensats
- Un ventilateur adéquat pour souffler l'air dans la maison
Il est des équipements qui permettent à l'installation de pouvoir durer dans le temps et
limitent les risques sanitaires mais qui ne sont pas toujours mis en oeuvre : - Une entrée d'air avec grille et préfiltre
- Deux points de visite pour entretien de l'installation
- Un tuyau sans émissions de polluants, dont les joints sont IP68, qui est enrobé dans du sable
Il est des équipements qui améliorent le confort de l'installation : - Un ventilateur silencieux, et des gaines isolées, des silencieux ou atténuateurs de débit
- Un filtre en bout de circuit, pour assurer une qualité d'air optimum
- Un by-pass automatique avec thermostat et entrée d'air direct, pour fonctionnement régulé
optimum
Et enfin, le choix entre un ventilateur ou une installation double flux avec échangeur génère
un surcoût d'investissement mais offre des avantages supplémentaires.
Il n'existe pas de norme à ce jour qui définisse précisément ce que doit comprendre un
puits canadien pour être appelé puits canadien. Il n'existe donc pas de coûts permettant
une juste comparaison mais une fourchette de prix dépendant du niveau d'équipements
compris dans l'installation, la qualité des produits et l'automatisation, et de la réalisation ou
non du procédé par un professionnel qualifié.
Avant d'émettre un jugement sur le coût important d'une installation par rapport à d'autres
installations présentées sur internet, comparez les prix par rapport au matériel présent dans les
solutions, ainsi que les conditions de mise en oeuvre (professionnel, autoconstructeur). Dans
certains cas, le puits canadien se limite à l'enfouissement d'une gaine électrique sur 30m et un
petit ventilateur axial qui dessert une pièce. Il est évident qu'une installation de 50ml de
conduits de qualité IP68 avec borne en inox, régulation automatique du puits, VMC double
flux haut rendement et distribution intérieure en conduits souples PE, réalisée par un
professionnel ne coûteront pas le même prix. Mais les installations n'ont rien de comparable.
La fourchette de prix varie entre 300 euros et 10000 euros pour un pavillon de 150m² en
fonction de tous ses paramètres. L'objectif étant bien sur de se situer dans une fourchette de
prix se situe le moins cher possible mais en disposant au minimum des élements permettant
d'assurer la performance et la qualité sanitaire de l'installation.
Rentabilité d'un puits canadien ou d'une vmc double flux
Les économies de fonctionnement que permet un puits canadien dépendent de nombreux
paramètres. Ces exemples sont réalisés sur des bases optimales (climat, distribution,
énergie).
Le cas d'école : chauffage convectif bon marché mais onéreux en
fonctionnement :
Le projet est une maison neuve, construite selon des techniques récentes, niveau d’isolation
correct mais peu d’inertie. Elle est construite dans un lotissement, sans aucune préoccupation
d’orientation des façades. Elle peut facilement surchauffer.
Le chauffage de la maison est tout électrique, par panneaux rayonnants et convecteurs.
Analyse du graphique : Le puits canadien sur une maison “traditionnelle” est généralement rentable car les
consommations de chauffage sont importantes. Ce n’est toutefois qu’une solution
palliative, permettant d’apporter un rafraichissement (nécessaire) à moindre coût, qui trouve
son interêt uniquement parce que ce type de construction surchauffe
très facilement.
La rentabilité de l’installation est dépendante du coût d’achat de l’énergie. Plus le prix du kwh
est important est meilleure est la rentabilité de l’installation.
Le COP (coeff de performance) est de l’ordre de 12, le puits fonctionne 4500 heures/an et
consomme 135 kwh. Il permet des économies de 1700 kwh par an.
L’installation diminue de 16% la facture énergétique du projet et apporte une solution de
rafraichissement.
Note sur les résultats :
Maison de 120m² hab, climat continental, consommations énergétiques évaluées à 80 kwhef/m²/an,
soit 9600 kwh. Le cout énergétique moyen est de 0.095 euro/kwh (moyenne heures creuses/ heures
pleines).
La VMC Double flux pour distribuer la chaleur dans la maison
Le projet est une maison neuve, construite selon des techniques récentes, niveau d’isolation
correct mais peu d’inertie. La problématique estivale est ici secondaire. Le chauffage
principal est un poêle à bois.
Analyse du graphique : Un poêle à bois convectif seul ne peut pas diffuser sa chaleur dans toute la maison, il faut
donc investir dans un chauffage de complément, dans l’exemple ci-contre un
chauffage électrique par le sol (PRE).
Une VMC double flux performante permettrait de répartir la chaleur du poêle dans toute la
maison. C’est un investissement qui se substituerait au chauffage de complémentélectrique.
Ce couplage est donc toujours rentable. Le puits canadien augmente le rendement global de la
VMC en hiver mais n’est ici utile que pour produire un rafraichissement estival.
Le COP est de l’ordre de 6, la VMC fonctionne 8760 heures/an et consomme 430
kwh. Elle permet des économies de 2500 kwh par an. L’installation diminue de 45% la facture
énergétique du projet et apporte une solution de rafraichissement.
Note sur les résultats :
Maison de 120m² hab, climat continental, consommations énergétiques évaluées à 80 kwhef/m²/an,
soit 9600 kwh. Le cout énergétique moyen est de 0.070 euro/kwh (moyenne électrique/bois) dans la
1ere solution, 0.040 euro/kwh dans la deuxième solution (bois uniquement).
Avertissement : le fonctionnement de ce couplage dépend des déperditions de la maison, du
rendement du poêle et de la distribution des pièces, il est conseillé de faire vérifier le couplage par
un thermicien pour en vérifier la faisabilité.
Ces deux premières comparaisons permettent de montrer la pertinence d'une installation
double flux (ou d'un puits canadien) dans le cas d'un système convectif pour une utilisation
hivernale en climat continental.
Le deuxième exemple est transposable facilement sur une maison "basse énergie" ou
"passive". Le surcoût d'installation d'un réseau de ventilation double flux dans la maison est
en réalité un "moindre coût" puisque cette installation est l'installation de diffusion de chaleur
du chauffage, soit directement (batterie électrique ou eau chaude sur l'insufflation, soit
indirectement (poêle à bois). Il n'est pas utile d'investir dans un plancher chauffant.
Le puits canadien avec un chauffage radiant performant
Même maison que précédement mais avec chaudière automatique à bois granulés et plancher
chauffant.
Analyse du graphique : Le puits canadien sur une maison récente équipée d’un chauffage central performant (pompe à
chaleur, chaudière bois) avec une diffusion par plancher chauffant n’est jamais rentable car le
prix d’achat de l’énergie est faible.
Le puits est une solution de confort, qui améliore la qualité de l’air (filtration) et préchauffe
l’air entrant mais l’investissement ne peut pas être envisagé uniquement dans une approche
économique.
Le COP est de l’ordre de 4.5, le puits fonctionne 4500 heures/an et consomme 135
kwh. Il permet des économies de 1200 kwh par an. L’installation diminue de 12% la facture
énergétique du projet et apporte une solution de rafraichissement.
Note sur les résultats :
Maison de 120m² hab, climat continental, consommations énergétiques évaluéesà 80 kwhef/m²/an,
soit 9600 kwh. Le cout énergétique moyen est de
0.045 euro/kwh.
Conclusion : Il est évident que les ordres de grandeur de prix mentionnés dans ce comparatif
sont une base indicative pour déterminer le seuil de rentabilité du puits canadien. Ils
dépendent de nombreux paramètres, notamment des aides locales qui n'ont pas été prises en
compte. Les prix comme les ratios de fonctionnement sont amenés à évoluer, il est donc
possible que vous constatiez des prix plus ou moins élevés.
Cet exemple ne vise qu'à montrer que le puits canadien est une solution économique quand il
est réalisé dans une optique de substitution à un tiers équipement. Il y a de plus grandes
chances que la vmc puisse se coupler avec un poêle si la maison est performante, mais cela
peut ne pas fonctionner. Dans tous les cas, faites dimensionner ses systèmes pour vérifier leur
adéquation à votre projet.
Note sur les pièges des calculs de rentabilité du puits canadien :
Il est assez fréquent que les entreprises qui proposent des puits canadiens appuient leur
démarche sur des calculs de rentabilité. Quelques remarques pour ne pas se faire avoir.
Le choix de l'équipement de ventilation est déterminant dans la rentabilité d'une
installation. Nous vous conseillons de vérifier que son coût de fonctionnement est
intégré lorsque l'on vous donne des économies en kwh générées par le puits canadien.
Il n'est pas rare que lorsqu'un ventilateur ou une vmc est surdimensionnée, le coût de
fonctionnement des auxilliaires pondère largement les gains attendus du puits.
Les économies en kwh calculées sont dépendantes pour une large part des débits pris
en compte dans la simulation. Il est très facile de sur-estimer les gains en économie
d'énergie d'hiver en doublant les débits de ventilation en hiver (ce qui induit des pertes
thermiques bien supérieures à un fonctionnement normal). Le gain attendu en kwh est
très important mais il n'a rien de réaliste. Pour une maison individuelle de 150m², les
économies de fonctionnement en hiver ne dépassent jamais 1500 kwh si le puits
fonctionne avec un ventilateur, 3000 kwh avec une VMC double flux haut rendement.
Si l'on vous annonce plus, c'est parce que les hypothèses de calcul favorisent un taux
de renouvellement d'air très largement supérieur à la règlementation.
Les échangeurs de chaleur des VMC double flux dépassent très rarement 90%, même
dans le meilleur des cas. Il ne faut pas se fier aux données constructeur et leur retirer
12% par défaut (sauf si certificat type PHI). Le rendement réel d'un échangeur de
chaleur varie selon la position de la VMC (espace chauffé ou non), l'isolation des
conduits d'air neuf et rejet. Ne pas prendre en compte ces données revient à surestimer
largement le rendement réel de récupération de chaleur.
Les économies estivales calculées ne sont pas réalisées selon un besoin mais une
possibilité matérielle. La nuance est importante car dans la plupart des climats
francais, le nombre de jours de surchauffe dépasse rarement 15jours par an. Les
apports du puits peuvent être sur-estimés en sur-estimant la capacité de la maison à
surchauffer (et donc la nécessité d'apporter du froid). Quand il s'agit d'une maison
neuve (permis de construire déposé après septembre 2006, hors zone H3), nous
signalons également que son constructeur se doit de la maintenir en situation de
confort en toute saison sans recours mécanique.
La seule manière d'estimer un gain de puits canadien en été est la simulation
thermique dynamique. Les logiciels de calculs gratuits ne font qu'estimer une
possibilité.
Etudes de cas
Note concernant les schémas : Les notes attribuées aux différentes solutions ne prennent pas
en compte la conception de la maison, ni le climat. Si votre maison ne surchauffe pas (parce
qu'elle est bien conçue ou se situe dans un climat favorable), il est évident que la note d'été
n'est pas à prendre en compte de la même manière qu'une maison qui monte en température
facilement.
Ces solutions décrites ne sont pas les seules qui existent.
VMC Simple flux par extraction
Ce procédé qui est le système de base installé dans les maisons parait absurde dès lors que
l'on le schématise. Pour avoir chaud, on va chauffer l'air, et pour maintenir une ambiance
agréable, on le fait sortir dehors. Plus les différences de température entre l'intérieur et
l'extérieur sont fortes et plus les consommations d'énergie seront importantes.
Si la VMC est hygroréglable, les débits sont régulés en fonction de l'humidité relative des
pièces. Les fabricants estiment le gain thermique de l'ordre de 10 à 35% (Des pertes par
ventilation).
Il est possible de connecter sur un ventilateur un puits canadien, décentralisé par rapport au
système de VMC, généralement, seule une pièce est desservie directement par l'air du puits,
les chambres conservant leurs entrées d'air directes. Les débits sont réglés pour que la somme
de l'air insufflé corresponde à l'air repris.
Le puits canadien est utilisé de façon ponctuelle, uniquement en hiver ou en été. Soit l'on
"by-pass" l'air du puits pour prélever l'air en direct, soit le ventilateur est éteint, et des entrées
d'air dans la pièce d'insufflation sont mises en fonctionnement.
A
retenir :
Une installation sur VMC simple flux donne un effet variable au cours de
l'année.L'hiver, on préchauffe, l'été on rafraîchit, mais en demi-saison, le puits canadien doit
être arreté sinon il refroidit la maison, augmentant la note de chauffage.
Le COP (coefficient de performance) du puits est de l'ordre de 10 à 15.
Ventiler l'été à partir d'un ventilateur dimensionné pour cette utilisation est une solution
interessante. Les débits peuvent être augmentés afin de correspondre à un renouvellement du
volume d'air de la pièce inférieur à une demi-heure.
VMC Double flux
Récupérer la chaleur de l'air extrait pour réchauffer l'air entrant permet d'assurer de bons
renouvellements d'air, sans se préoccuper des déperditions engendrées par l'action de ventiler.
Cette solution est d'autant plus pertinente que la maison est étanche à l'air et que ses occupants
ont un mode de vie correspondant (l'ouverture des portes et des fenêtres gène le
fonctionnement du procédé).
Le puits connecté à une ventilation double flux est une solution qui peut être pertinente
comme n'apporter qu'un plus négligeable. Généralement, il sert à éviter à l'échangeur de
chaleur de givrer sans utiliser de batterie de préchauffage. Comme il réhausse la température
en amont, il diminue la performance de l'échangeur. Mais en été, il permet de rafraîchir l'air
de la maison. Les solutions sont moins bien notées l'été : l'échangeur de la vmc doit être by-
passé, et la possibilité d'augmentation des débits d'insufflation reste faible.
Il est un
point à vérifier lors du choix de la VMC, il s'agit du débit maximum en fonction de la perte de
charge du réseau. Celui-ci déterminera la capacité de la VMC à prendre l'air du puits canadien
à pleine vitesse, et à le répartir en mode rafraîchissement correctement dans les pièces (type
de bouches). Toutes les VMC double flux ne sont pas à même de fonctionner avec un
puits canadien.
Le COP (coefficient de performance l'hiver) du puits est de l'ordre de 1 à 3.
A retenir :
Une installation sur VMC double flux permet un fonctionnement sur l'année et une
installation complètement automatique.
Conclusion :
Un puits canadien est un moyen très intéressant pour rafraîchir l'air, mais comme tous les systèmes,
il se doit d'être mis en oeuvre dans de bonnes conditions. N'oubliez pas également que tous ces
systèmes s'entretiennent, pour donner la même qualité d'air dans le temps et garantir un
fonctionnement durable.
Les conduits en polypropylène traité "antibactérien" sont-ils les seuls qui
puissent être utilisés pour faire un puits canadien ?
Un titre un peu provocateur, pour un sujet qui n'est pas anodin.
En avant propos, nous signalons aux lecteurs que proposant des kits utilisant la gaine du
fabricant Hegler, nous ne sommes pas "neutres".
A la suite d'un courrier de protestation du groupe Rehau, nous précisons, si l'article
pouvait laisser un doute sur ce point que l'argumentation commerciale que nous
relatons ici n'est pas celle du groupe Rehau, mais uniquement de certains installateurs
peu scrupuleux.
Ce qui nous a poussé à poser la question, c'est l'attitude de certains commerciaux qui
proposent et installent des puits canadiens. Cela fait des années que le système existe mais
jusqu'à présent, son usage plutôt confidentiel a conduit les sociétés qui le proposaient à rester
mesurées dans leurs propos. Depuis peu, certains franchissent un peu allègrement la ligne
jaune en tenant un discours pour le moins simpliste. En substance :
Tous les conduits en gaine annelée conduisent à des problèmes de prolifération bactérienne. Il n'y a
que le conduit AWADUKT de rehau (qui fait l'objet d'un brevet) qui, par son traitement antibactérien
est sécurisé pour cette fonction de ventilation. Et, en filigrane, on vous fait comprendre que c'est l'air
que vous respirez, vous et votre famille, donc il ne faut pas faire n'importe quoi.
Cette question est un "épouvantail" dans le sens où il suffit pour un commercial de poser le
mot "dé veloppement bactérien" pour faire peur et convaincre le client de ne pas acheter le
produit de la concurrence. C'est d'ailleurs également une façon de mettre en avant son produit
en disant qu'il n'y a pas d'alternative, car tout ce que font les autres est dangereux à l'usage.
Qu'en est-il au juste sur ce sujet ?
Si nous prenons l'exellent document de minergie sur l'aération qui relate l'expérience de la
Suisse sur les systèmes de ventilation performants et les puits canadiens, la partie puits
canadien détaille le sujet de cette manière :
Le document renvoie sur une étude réalisée par l'université polytechnique de Zurich en 1997.
B. Flückiger: Mikrobielle Untersuchungen von Luftansaug-Erdregistern.
L'étude va mesurer des installations existantes, qui sont représentatives des différents tracés et
collecteurs et chercher les concentrations de différentes bactéries et champignons. Chaque
couple de données représente les données d'une installation différente, présentée dans le
document d'étude.
Le graphique ci dessous présente les concentrations de champignons en hiver sur l'air
extérieur (bleu), la borne de prise d'air (grenat), et en sortie de bouche (jaune).
Le graphique ci dessous présente les concentrations de bactéries en hiver sur l'air extérieur
(bleu), la borne de prise d'air (grenat), et en sortie de bouche (jaune).
Puis mêmes mesures en été :
Les bactéries et champignons sont ensuite classées sur le diagramme suivant leur type et leur
localisation.
La troisième colonne de chaque saison considère les mesures de bactéries et champignons au
niveau des bouches d'air insufflé. On constate que au contraire de certaines affirmations
gratuites, les études ont plutôt tendance à montrer que le puits canadien réduit la concentration
bactérienne et fongique, par rapport à l'air extérieur.
Pour être complet, signalons l'étude mentionnée sur la documentation de Rehau sur les
propriétés bactéricides de son conduit (Lien retiré à la demande de la société Rehau), étude
réalisée en 2003 par un laboratoire indépendant (Laboratoire Fresenius), qui présente les
résultats du conduit traité aux sels d'argent par rapport à un polypropylène classique.
Cette étude, plus sommaire que l'étude précédente, se borne à disposer sur la surface
intérieure d'un conduit une quantité donnée d'une bactérie pathogène, et d'observer sa
propagation en 24h. On y observe que la surface du conduit de Rehau diminue de façon
sensible la concentration de ses bactéries.
Toutefois, cette étude n'apporte pas de contradiction par rapport à celle menée par le
laboratoire Suisse, à savoir :
- Est-ce que globalement, des problèmes de developpements bactériens sont rencontrés sur les
conduits sans traitement bactéricide ? Ici, on ne mesure pas des installations existantes, les
bactéries mesurées ont été inséminées volontairement.
- On ne mesure pas, dans la durée, la performance de cette surface bactéricide.
Cette étude n'est donc pas une preuve que le conduit de Rehau est meilleur d'un point de vue
sanitaire que les conduits classiques.
En conclusion, nous faisons remarquer que entre la documentation minergie qui préconise entre
autre du drain agricole et certains qui suggèrent que seuls les conduits traités aux sels d'argent
fonctionnent d'un point de vue sanitaire, il y a un grand écart.
Au niveau de Fiabitat, nous pensons que tous les conduits qui sont étanches par rapport aux
aggressions extérieures (norme IP 67-68) peuvent fonctionner. La principale problématique étant la
présence d'eau dans le puits canadien.
Car si de l'eau stagnante est constatée dans l'installation, que le conduit soit de qualité alimentaire,
traité antistatique ou antibactérien, il y aura des problèmes de developpements bactériens.
A l'inverse, la problématique bactérienne ne se résume pas à "y a t-il ou pas des bactéries dans l'air
que j'inspire ?", mais "y en a t-il plus que dans l'air extérieur ?". Aussi, méfiance par rapport à toutes
les personnes qui dressent cet argument, sans que leur niveau de connaissance du sujet dépasse le
mot "bactéries".
Suite à l'article « Installer un puits canadien » du numéro 51 de "la maison
écologique", nous avons reçu un courrier nous alertant des dangers
potentiels des conduites en matière plastique transportant l'air jusque dans
la maison. Elles seraient à l'origine d'une ionisation positive des molécules
de l'air. Qu'en est-il ?
La encore, un peu comme la question précédente, le propos vient d'un
professionnel qui propose des puits canadiens en grès vitrifié, et qui
stigmatise de manière plutôt virulente l'article que nous avait proposé
d'écrire la maison écologique, car il ne comprend pas que l'on puisse
parler d'autre chose que du conduit en grès vitrifié.
On trouve ainsi sur son site internet :
Les Tubes :
Ils doivent être en matière minérale pour permettre un bon transfert
thermique mais aussi pour assurer une très bonne qualité ionique de l'air circulant dans les tubes.( il
est important de ne pas générer une ionisation positive de l'air)
Les tubes plastiques quels qu'ils soient sont à proscrire en raison du déséquilibre ionique de l'air
qu'ils provoquent. L'étanchéité de ces tubes est aussi un point très important afin d'éviter les
problèmes éventuels de radon et de pollution bactérienne.
Nous avons répondu ceci dans le magasine la maison écologique :
Les phénomènes naturels produisent une grande quantité d'ions négatifs (orages, chutes d'eau,
vent…). À l'inverse, les phénomènes artificiels ont plutôt tendance à produire des ions
positifs. Ainsi, les lieux les plus pollués par les composés organiques volatils (issus de la
fumée de cigarette, des colles, des peintures…) ou autres particules sont souvent pauvres en
ions négatifs et chargés d'ions positifs. Les effets physiologiques bénéfiques des ions négatifs
ont été mis en évidence sur des animaux en laboratoire, mais pas encore sur l'Homme.
Certains en concluent que les ions négatifs sont un plus pour la santé, d'autres préfèrent
simplement parler de révélateur d'une bonne qualité de l'air.
Dans le cas d'un puits canadien, qui véhicule de l'air dans des conduites le plus souvent en
plastique, le revêtement peut absorber les ions négatifs, voire même produire des ions positifs.
La quantité d'ions positifs ainsi produits doit tout de même être relativisée au regard des
autres sources bien plus actives dans les habitations : matériaux émetteurs de composés
organiques volatils, appareils électriques…
Mais si ces ions positifs vous inquiètent, il y a tout de même quelques alternatives : mettre des
plantes vertes dans la maison (elles absorbent ces particules), utiliser des conduites en
plastique de qualité alimentaire (avec un revêtement antistatique) qui sont peu conductrices et
annulent ainsi le phénomène d'ionisation positive, voire des conduites en grès.
La encore, nous ne nous considérons pas comme des spécialistes du sujet, mais nous avons lu la
documentation qui existe sur ce sujet, et rien ne permet d'affirmer qu'un puits canadien réalisé en
polyéthylène génère pour les occupants des problèmes de santé lié à une importante ionisation
positive de l'air. La suggestion que nous pouvons faire aux personnes qui présentent ce problème
serait de présenter objectivement les données qu'ils ont collecté et de les publier quelque part, car
en l'état, il n'existe rien qui aille dans ce sens. Par contre, les conduits de ventilation en polyéthylène
traités antistatiques sont présentés par leurs fabricants comme évitant ce phénomène.
Quel est l'impact de la conductivité thermique d'un conduit sur le
rendement d'une installation ?
Il peut paraître évident, de prime abord, que le matériau qui compose le conduit et notamment
sa conductivité thermique va être essentielle pour que le rendement de l'installation soit
correcte. C'est un argument avancé fréquement que le choix de la conduite déterminera la
performance de votre installation. Par exemple sur la documentation qui vante les mérites du
conduit de marque Rehau :
"Optimisation de la formulation : une amélioration significative de la conductibilité
thermique"
"Transfert de chaleur optimisé du sol au travers du tube et donc de l'air en circulation"
Ou encore cet argument tiré de la doc Euroceramic (grès vitrifié)
Inertie totale,
Echange sol/tuyau/air optimisé : le grès comme la pierre du simple fait de sa masse accumule
et restitue selon les saisons frigories ou calories,
La question posée, indirectement, est : quelle est l'influence de la masse thermique du conduit
pour l'échange de la chaleur, en plus du paramètre de départ du conduit qui est sa résistance
thermique. Est-ce que le conduit, s'il a une masse thermique plus importante augmente le
rendement ? Si cet échange n'est pas impactant, il ne sert à rien que le conduit ait une bonne
capacité thermique.
Pour que l'échange soit bon, nous suposons que le conduit est correctement adapté au passage
de l'air, car autrement, seule la partie proche du sol est réchauffée, le rendement est donc
mauvais.
Il faut également, en préalable faire en sorte que la conductivité thermique ET la capacité
thermique du sol soit correcte. Ces élements vont déterminer le temps qu'il faudra à la chaleur
pour transferer ses calories, et la quantité de calories que le sol peut contenir.
Nous avons réalisé, en simulation thermique, une analyse comparative des températures en
sortie de puits canadien, en faisant varier le paramètre "collecteur géothermique", sans
toucher aux autres paramètres. L'outil de simulation est ici le plus précis, car en plus d'estimer
la température de sortie du puits (et donc l'échange géothermique), il permet de mettre en
relation cet échange avec l'impact réel sur la baisse de température des pièces.
Nous avons dans un premier temps calculé en prenant en base certains dimensionnements
circulant sur la toile, à savoir :
50 ml de conduit annelé en PE est équivalent à 40 ml de conduit rigide en PP, qui est
équivalent à 30 ml de conduit rigide en grès vitrifié.
Cette base est interessante car les attributs du collecteur sont présentés comme un facteur
déterminant pour le rendement de l'installation. Le grès, qui a une meilleure conductivité
thermique et une très bonne capacité thermique doublera quasiment l'échange thermique par
rapport à la gaine annelée.
La simulation représente les températures en sortie de puits canadien, en été. Seul le choix du
collecteur géothermique et la longueur de l'installation ont été changées.
On voit que l'installation en grès (rouge) ou PP rigide (vert) donnent de moins bons résultats
que l'installation en gaine PE (bleue). Si cette équivalence était vérifiée, les trois courbes
seraient superposées.
Surpris par le résultat, nous avons simulé une variante ou tous les conduits ont la même
longueur, on fait juste varier le paramètre conduit.
par rapport
au graphique précédente, l'échelle des températures à été agrandie pour mieux voir les
différences.
On voit que le grès obtient les meilleurs résultats, et que la gaine PE et le conduit en PP rigide
obtiennent des résultats équivalents. Mais les courbes sont quasiment superposées.
On peut interpreter cette différence de rendement en la mettant en relation avec la température
de la pièce, en fonction de ce même scénario.
Ici, 0.1 °C de différence de température en sortie de puits est équivalent à 0.06°C de baisse de
température intérieure dans notre pièce.
A chacun de juger quel est le conduit le plus pertinent sur son installation. Il apparait nettement que
la conductivité du conduit n'impacte qu'à la marge le rendement d'un puits canadien, bien moins que
les dimensions (longueur/diamètre) du puits et les caractéristiques des sols. Cette analyse est
d'ailleurs correllée par les mesures de température de puits canadiens réalisés en gaine PE
(l'essentiel des installations) qui donnent des résultats pertinents.
