13-1 - Puits climatique, canadien ou provençal : les principes (V2016)

Le sommaire des infos et concepts des maisons passives

La recherche du confort a toujours été une quête imposée aux hommes qui ne peuvent survivre, du fait de leur métabolisme, que dans des conditions de température dont la plage de variation est somme toute très réduite. Au fil de leur évolution, l’habillement leur a permis d’augmenter considérablement les températures minimales qu’ils ont pu supporter. La découverte du feu puis la réalisation de leurs propres habitations, à l'étanchéité sommaire, parfois isolée de manière rudimentaire avec des végétaux, leur ont permis de vivre dans des climats qui auraient été trop froids sans ce recours à l'énergie et aux protections qu'ils se sont créées. C’est ce même habitat qui a résolu une partie du confort d’été notamment grâce à l’ombrage et parfois, dans certaines régions, grâce à l’inertie thermique des parois réalisées avec des matériaux de construction locaux massifs, notamment la terre ou la pierre. La ventilation, notamment nocturne, a également été une source d'amélioration naturelle du confort estival.


La nécessité de ventiler

L'homme a toujours cherché à améliorer son confort bien au-delà de ce que lui permettait la nature seule. De spartiate, il est devenu fastueux et omniprésent grâce, le plus souvent, à une débauche importante d'énergie abondante et peu chère dont le caractère polluant a souvent été éludé, par méconnaissance des risques dans le passé, mais toujours du simple fait de sa facilité d'usage inégalable et sans aucune autre limite que financière. L'usage de l'énergie en tant que solution au confort de nos habitations est la première idée qui nous vient souvent à l'esprit non seulement pour ces raisons, mais aussi parce que c'est le plus rapide à mettre en œuvre et le moins cher en terme d'investissement. Cette façon de faire, généralisée durant des décennies, a contribué à augmenter de manière vertigineuse le taux de de gaz carbonique présent dans l'atmosphère, avec pour corollaire une aggravation planétaire de l'effet de serre.

La prise de conscience somme toute récente du réchauffement climatique qui en est la conséquence directe, couplée à l'augmentation du prix des énergies dont la raréfaction est désormais amorcée, a conduit, entre autres, à l'obligation réglementaire d'améliorer les performances de nos habitations. La dernière règlementation thermique RT 2012 est la traduction française actuelle de cette obligation.


La règlementation

La règlementation française concernant la ventilation est définie dans l'article Choix du type de ventilation en maison passive. Pour résumer, toutes les pièces de la maison doivent être ventilées par balayage avec des débits minimum d'extraction au moins pendant la période ou la température extérieure oblige à maintenir les fenêtres fermées.

La nécessité de réduire la consommation d'énergie des bâtiments, notamment pour le chauffage, a, de plus, imposé de réduire celle qui résulte de leur ventilation sans perdre de vue l'objectif de conserver en permanence un air intérieur de bonne qualité.

L'obligation de respecter les débits d'extraction et l'a nécessité de réduire la consommation, qui impliquent de fait une ventilation stable et sans interruption, ont fini par imposer quasi systématiquement, depuis de nombreuses années maintenant, l'usage de systèmes de Ventilation Mécanique Contrôlée, les VMC, dont le fonctionnement doit être continu.


Les différents types de VMC

Les VMC simple et double flux, les VMC simple flux et VMC double flux, ainsi que les Ventilations Mécaniques Répartie simple et double flux, les VMR simple flux et VMR double flux et, enfin, la ventilation mécanique par insufflation, la VMI, sont les différents types de ventilation disponibles dans le commerce. Il faut toutefois remarquer que ce n'est pas parce que des produits de ventilation sont distribués en France qu'ils sont conformes à la réglementation définie par l'arrêté du 24 mars 1982 relatif à l’aération des bâtiments. Les VMC simple flux et double flux sont conformes à la réglementation. Les VMR simple flux le sont également mais doivent être réservés à la rénovation. Ce n'est pas le cas des VMR double flux et encore moins des VMI. Les informations précises concernant ces différents types de VMC sont disponibles dans l'article Choix du type de ventilation en maison passive.


La ventilation et les maisons passives

Le concept de « Maison passive » est basé sur une amélioration de tous les composants de la construction ayant une incidence sur son bilan énergétique en limitant les actions à l'obtention du meilleur rapport qualité/prix global. Ce dernier est atteint lorsqu’il devient possible de remplacer le réseau de chauffage classique par celui de la VMC auquel est attribué, à peu de frais, une double fonction de ventilation et de chauffage. Les actions doivent simultanément porter sur les parois de l’enveloppe et leurs jonctions sans pont thermique, les portes et fenêtres ainsi que sur la qualité de la ventilation.

Comme le réseau aéraulique qui amène l'air neuf doit être présent par le seul fait du concept passif, le système de ventilation d'une maison passive ne peut être qu'une VMC double flux. Le surcoût de cet équipement , qui peut atteindre un facteur 10 par rapport à une VMC simple flux, est alors plus que compensé par les économies réalisées sur le réseau de chauffage qui peut être remplacé par celui de la VMC.


Le but des puits climatiques
Les infos et concepts Maison Passive

L'obligation de mettre en œuvre une VMC et le constat de l’augmentation de la fréquence des périodes de canicule, ont fait resurgir une méthode ancestrale, mais mise au goût du jour, pour tenter d'améliorer le confort thermique de nos habitations tout en limitant ses besoins énergétiques grâce à la réduction de ceux qui résultent de la ventilation obligatoire.

On peut l'appeler puits provençal s'il doit assurer le confort en été, puits canadien s'il a le même rôle en hiver. Certains l'appellent encore puits climatique sans faire référence à la saison, mais il ne s'agit en fait que d'un échangeur géothermique superficiel de chaleur entre l’air, qui circule dans des canalisations, et le sous-sol, à la température faiblement variable dans lequel elles sont généralement placées à une profondeur de 1,5 à 2 m.

Si la quasi totalité des informations trouvées sur internet concernent les puits climatiques à air, probablement parce qu'il s'agit d'une évolution d'une méthode ancestrale, le fluide caloporteur peut également être de l'eau, glycolée ou non, en fonction des risques de gel qui dépendent autant du mode de fonctionnement du puits que du climat local pendant les périodes les plus froides de l’hiver. Dans cette solution, l’air de ventilation passe dans un échangeur alimenté par l’eau du puits en récupérant une partie de la chaleur ou de la fraîcheur qu’elle à elle même puisée dans le sous-sol.

L'objectif des puits climatiques est de réchauffer de manière passive, sans source d'énergie calorique active, l'air entrant dans une habitation en hiver ainsi que de le rafraîchir en été, sans production thermodynamique énergivore de froid et sans utilisation de fluide frigorigène à l'effet de serre très élevé.. La seule énergie nécessaire est celle qui permet la circulation des fluides caloporteurs.

Dans le cas d'un puits à air et d'une VMC simple flux, un simple ventilateur pourra insuffler l'air neuf conditionné dans les locaux et même, si nécessaire, surventiler pour améliorer le confort en été. S'il s'agit d'une VMC double flux, le ventilateur qui amène l'air neuf dans la maison effectuera cette même tâche sans qu'il soit nécessaire d'investir dans un ventilateur supplémentaire. Il s'agit là d'un autre avantage de ce type de VMC. Dans le cas d'un puits hydraulique, le fonctionnement pourra être identique à partir de l'échangeur, mais il faudra ajouter une pompe pour faire circuler l'eau dans tout le réseau du puits climatique.


L'énergie des puits climatique est l'inertie du sol

Le fonctionnement des puits climatiques est basé sur l'inertie du sous-sol dont la température dépend exclusivement du climat à la profondeur de 1,5 à 2m. L'incidence de la chaleur provenant du noyau terrestre est en effet inexistante à ce niveau. Les variations de leurs températures peuvent être réduites par rapport à celles qui règnent à l'extérieur sur des périodes de quelques mois, mais leur intérêt est plus évident sur une période quotidienne parce qu'ils permettent un écrêtement des températures les plus chaudes et les plus froides de la journée. Les puits climatiques ont alors le même rôle que des parois massives intérieures qui jouent un rôle d'éponge thermique en absorbant et en relâchant la chaleur quand les variations de température sont rapides et importantes, comme c'est notamment le cas en été, entre le jour et la nuit. Il stabilise les températures et évites les pics trop froids comme trop chauds. Un puits climatique rajoute en quelque sorte, grâce à la ventilation mécanique obligatoire, une inertie externe importante à des constructions qui n'en ont parfois que très peu, notamment si elles sont isolées par l'intérieur ou en bois.

La capacité d'un puits climatique à réchauffer ou refroidir l'air qui le traverse résulte de la température et de l'inertie du sous-sol qui lui permet d'absorber plus ou moins fortement et rapidement, suivant sa composition et son degré humidité, les variations de température du fluide caloporteur et dont de les limiter


Les espoirs d'amélioration du confort grâce aux puits climatiques

Les variations de température du sous-sol sont bien plus faibles que celles de l'air. Alors que ces dernières peuvent passer de -15°C en hiver à +35°C en été, soit un écart de 50°C qui peut parfois atteindre jusqu'à 70°C lorsque les records sont pris en compte, elles ne varient, à 2m de profondeur, que dans une plage qui va très rarement en dessous de 5°C en hiver et au-delà de 17°C en été soit une amplitude annuelle de variation limitée à 12°C. Avec un puits canadien efficace, déterminé en fonction du débit d'air souhaitée, la température de l'air neuf introduit dans les locaux pourrait s'approcher de 5°C même lorsque la température est largement négative. Avec un puis provençal tout aussi performant, même lorsqu’une surventilation importante est prévue, elle pourrait être limitée à légèrement plus de 17°C en été même lorsqu'il fait très chaud.


De la théorie à la pratique en deux questions

Les principes physiques sollicités dans les puits climatiques, qu'ils soient provençaux ou canadiens, et les techniques mises en œuvre exposées ci-dessus sont-ils toujours à la hauteur des espoirs d'amélioration du confort qu'ils sont censés produire dans les maisons passives?

La réponse est clairement NON. Les puits climatiques ne sont pas toujours efficaces. Ils sont parfois inutiles. Mal conçus, ils peuvent même être contreproductifs et notamment augmenter le besoin énergétique d'une habitation tout en réduisant simultanément l'amélioration possible du confort. Leur rapport prix / efficacité énergétique globale peut, en rajoutant la consommation électrique des ventilateurs et pompes nécessaires, être tellement mauvais que l'investissement n'est jamais rentabilisé. Pire, ils peuvent avoir une incidence néfaste sur la santé.

Les puits climatiques sont-ils un intérêt dans les maisons passives?

La réponse est parfois OUI, mais uniquement dans certains cas et très souvent NON. Ils peuvent également être mal conçus, mal réalisés, mal régulés ou simplement mal utilisés. Enfin, leurs performances peuvent être améliorées notamment en été.

L'intérêt des puits climatiques doit être analysé tant en terme d'écologie, de pollution, de confort, que d'économie d'énergie ou encore de rentabilité financière. Toutes ces analyses ne vont pas forcément dans le même sens. Les réponses peuvent varier en fonction de la qualité de la construction, passive ou seulement RT2012, et de celle des matériels utilisés ou utilisables.


En résumé :
  • Les puits climatiques sont des échangeurs géothermiques superficiels
  • L'objectif des puits climatiques est d'améliorer le confort tout en limitant les besoins énergétiques
  • Les puits climatiques ne sont pas toujours utiles et peuvent parfois être contreproductifs s'ils sont mal conçus, mal réalisés, mal régulés ou simplement mal utilisés


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