LE PUITS CANADIEN A LA LOUPE - Sommaire
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LE PUITS CANADIEN A LA LOUPE Sommaire • Introduction au puits canadien • Quelques rappels sur la ventilation • -- Pourquoi ventiler ? • -- Comment ventiler ? • -- Ventiler, une perte d'énergie ? • -- Ne pas avoir besoin de climatiser sa maison • -- Des parois qui "transpirent" • Le principe du puits • -- L'histoire du développement du puits en France • -- La capacité thermique des sols • -- Quelles performances en hiver ? • -- Quelles performances en été ? • Les précautions sanitaires • -- La radioactivité naturelle / le radon • -- La prolifération bactérienne • -- Les pollens allergisants • Dimensionner un puits • -- L'évaluation des besoins énergétiques • -- L'évaluation du risque sanitaire et environnemental • -- La borne de prise d'air • -- La canalisation • -- La canalisation - critères de choix • -- Les collecteurs • -- Le circuit du puits • -- La gestion des condensats • -- Le système puits canadien à eau glycolée • -- Le ventilateur, régulation du fonctionnement • -- La distribution intérieure, conduits et bouches • Evaluer la rentabilité financière • -- Coût moyen d'un puits canadien • -- Rentabilité d'un puits canadien ou d'une VMC double flux • -- Les pièges des calculs de rentabilité • Etudes de cas • -- Sur VMC Simple flux • -- Sur VMC Double flux • Questions / réponses • -- Quelles performances attendre d'un puits canadien ?
• -- Le puits canadien est-il source de développement de bactéries pathogènes ?
• -- Quelles garanties encadrent la réalisation d'un puits canadien ?
• -- Pourquoi la VMC double flux n'est pas une solution pertinente dans les climats
océaniques et semi-continentaux ?
• -- Coupler un puits canadien avec une pompe à chaleur aérothermique ?
• -- Quel est l'intérêt de coupler un puits canadien sur une maison existante ?
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.
• Pour plus d'informations, consulter notre dossier La maison toxique
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 à l'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 qui va 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'énergie ?
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 réglementations 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
réception des travaux), en réduisant le taux de renouvellement 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
Débits variables selon le tirage
thermique naturel et le vent. Pas
Ventilation naturelle * ** ***** d'ajustement selon l'utilisation
du bâtiment.
Débits constants réglés en usine,
VMC SF
Autoréglable
* **** **** consommation d'énergie
importante, très bon marché.
Fait varier les débits d'air en
fonction du besoin d'extraction.
Soit la VMC est équipée d'une
VMC SF sonde hygro, soit les bouches le
hygroréglable
** ** *** sont. Un peu plus cher que la
VMC classique. Vous permet
d'économiser de 10 à 35% sur
vos pertes par ventilation.
La maison est en surpression.
Débits constants, consommation
d'énergie importante, est
VMI autoréglable ** **** **** généralement accompagné d'une
batterie pour chauffer l'air dans
les pièces de vie.
Vous insufflez de l'air
préchauffé dans les pièces de
Le puits
canadien+VMC SF
*** **** ** vie. Débits constants. La maison
est en légère surpression.
Rafraichissement en été.
Son échangeur de chaleur
intégré vous permet de récupérer
une partie de la chaleur de l'air
La VMC Double flux *** **** * sortant pour réchauffer l'air
entrant. Préférer les échangeurs
haut rendement.
Cout Qualité d'air Déperdition Avis
Le puits canadien évite le
givrage de l'échangeur de la
VMC. L'effet du puits canadien
puits
canadien+VMC DF
**** **** - l'hiver est anecdotique, sauf
fortes amplitudes de
températures l'hiver.
Rafraîchissement en été.
VMC avec pompe à chaleur sur
air extrait. Dans une maison
VMC
thermodynamique
**** **** * passive, la VMC est le système
de chauffage. Rafraîchissement
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 dues 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.
Pour plus d'infos :
Voir notre dossier sur le chauffage et le bioclimatisme
Voir notre panneau sur la manière de positionner la végétation sur un terrain
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 développement du puits en France Le puits canadien "traditionnel" associé à un procédé de ventilation naturelle On trouve quelques exemples de stratégies de préchauffage/rafraîchissement 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 fabricants 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 réglementaires 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 fabricants 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 fabricants 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 naître 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 fabricants 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 français. 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 finit invariablement par provoquer un cancer.
Le radon est présent dans tous les sols en concentrations diverses. Il peut pénétrer 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.
Des cartes départementales peuvent être téléchargées ici
La prolifération bactérienne
La bactérie de la légionellose 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 larespiration, 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. 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 dissémine 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’œil 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.
Dimensionner 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 rafraîchissement 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 pourVous pouvez aussi lire
