Puits canadien + VMC double flux : comment ça marche

lundi 29 septembre 2008 Écrit par  Alexandra Lianes

puits-canadien.jpgAu premier abord, rien de plus simple que le puits canadien : un tuyau enterré à côté de la maison ou dans le jardin dans lequel circule l'air avant qu'il ne pénètre dans la maison. En été l'air est refroidi par la relative fraîcheur du sol, en hiver l'air est réchauffé par la relative tiédeur du sol.  Le puits canadien combiné avec un système de ventilation double-flux est une installation de confort pour assurer la qualité de l'air éviter les déperditions d'énergie liées à la ventilation. Présentation et décryptage de ce type d'installation.

L'installation d'un puits canadien couplé à un système de ventilation double flux peut-être une source d'économie d'énergie. Dans un logement bien isolé, la ventilation peut représenter 25 % des déperditions de chaleur. Mais ce type d'installation s'avère plus intéressant dans les régions à fortes variations de températures que dans les régions tempérées. En outre : le coût d'une installation de puits canadien dans une habitation couplée avec un système de ventilation double flux est onéreux. D'autant que ce type d'installation n'est pas éligible au crédit d'impôt.

Un puits canadien pour quoi faire ? 

Le puits canadien combiné à une ventilation double-flux permet d'assurer un renouvellement de l'air sans avoir d'impact sur la consommation de chauffage. Ce système est indispensable dans les maisons sur-isolées de type basse consommation et il est obligatoire dans les maisons passives : pour des questions de santé (composés organiques volatils, gaz carbonique, humidité) et pour limiter les déperditions de chaleur. Ce système permet aussi de préserver l'habitat contre les moisissures. Cela est primordial dans les maisons récentes (au minimum celles correspondant à la Réglementation Thermique de 2005) mais c'est moins vrai dans l'ancien où, souvent, les parois ne sont pas étanches et assurent indirectement une ventilation de l'air.

Principe de fonctionnement

Il existe plusieurs systèmes d'installation du puits canadien. Mais l'installation du puits canadien couplé avec une  ventilation double-flux est la solution la plus intéressante. C'est pourquoi, nous avons choisi ici de ne vous présenter que ce type d'installation.

puits-canadien-helios.jpg Le puits canadien est dit de géothermie de surface. Il est généralement implanté entre 1,5 mètres et 2,5 mètres de profondeur. L'air circule dans les canalisations enterrées grâce à une centrale double flux équipée de deux ventilateurs : un pour l'extraction de l'air de la maison vers l'extérieur, l'autre pour l'insufflation de l'air depuis le puits canadien vers l'intérieur de la maison.  Mais il serait peu judicieux de rejeter l'air vicié de la maison sans avoir récupéré ses calories, du moins en hiver (Voir schéma ci-contre. Cliquer pour voir en grand. DR : Helios Ventilateur). C'est le rôle de l'échangeur à plaque : l'air, avant d'être rejeté à l'extérieur, passe entre un réseau de plaques métalliques qu'il réchauffe de ses calories. L'air neuf passe dans le même réseau, mais sur les faces opposées des plaques dont il prend les calories avant d'être distribué dans les pièces à vivre via des bouches et des grilles de ventilation. Ainsi, au lieu d'insuffler de l'air à température extérieure, il pénètre dans la maison à une température variant entre 13 et 18°C. Le rendement de l'échangeur à plaques peut atteindre 90%, c'est-à-dire que 90 % de la chaleur de l'air extrait du logement est récupéré.  C'est donc une caractéristiques de l'installation à laquelle porter la plus grande attention.  

La mise en oeuvre

Les canalisations du puits canadien sont implantées entre 1,5 mètres et 2,5 mètres.  Pour limiter la perte de charge et obtenir le meilleur rendement possible, le diamètre des conduits doit mesurer entre 160 et 200 mm. Les tuyaux doivent être lisses à l'intérieur pour limiter les rétentions d'eau. Il faut veiller à ce que l'épaisseur du tube soit suffisante pour résister sous la pression due au poids de la terre.

Caractéristiques techniques et critères de qualité d'une installation :

- Les canalisations du puits canadien sont implantées entre 1,5 mètres et 2,5 mètres.  A cette profondeur la température reste constante, environ 10 °C en hiver et 17 °C en été (selon les régions).
Les canalisations du puits canadien sont implantées entre 1,5 mètres et 2,5 mètres sous terre. A cette profondeur, la température reste constante avec une variation saisonnière de plus ou moins 4 degrés entre l’été et l’hiver, soit une moyenne nationale comprise entre 8 et 16 °.  [La température moyenne annuelle en France est de 12,4 °  (IFEN : Température moyenne annuelle en France de 1901 à 2000 - PDF).
- Pour limiter la perte de charge et obtenir le meilleur rendement possible, le diamètre des conduits doit mesurer entre 160 et 200 mm, selon la surface à ventiler et le débit d’air.
- Les tuyaux doivent être lisses à l'intérieur pour limiter les rétentions d'eau.
- Les tubes d’un puits canadien de qualité alimentaire doivent avoir une épaisseur suffisante pour supporter le poids de la terre. Dans le cadre d’un puits canadien ils doivent correspondre à la classe de rigidité CR8 au minimum.
- Conduits d'un diamètre compris entre 160 mm et 200 mm. Utiliser un diamètre de 200 mm est considéré comme le meilleur compromis pour augmenter la surface d’échange et le transfert thermique
- Pour l'évacuation des condensats, il est recommandé d'installer un siphon.
- Lors de l'implantation des tuyaux, éviter les coudes pour que l'air transite plus facilement dans les conduits
- Les tuyaux doivent être inclinés d'au moins 2 % dans le sens de la circulation de l'air pour évacuer les condensats.
- Le système de by-pass du puits canadien permet de prendre l'air directement à l'extérieur si sa température est plus favorable (par exemple au printemps la terre est froide et l'air est chaud).
- Le choix du matériau est important : le polyéthylène semble être l’option la plus appropriée mais il reste assez cher (voir ci-dessous).

Quel dimensionnement ?

Avant tout, Marc Bénard, du cabinet d'architecture parisien Equateur, recommande de faire une étude thermique pour évaluer les bénéfices d'une telle installation. (Voir l'interview de Marc Bénard dans le contexte de la construction d'une maison passive à Paris). Cette étude thermique permettra de calculer la quantité le calories que l'on peut puiser de la terre, les pertes de charges liées aux surfaces de frottement et surfaces d'échange, les besoins en air chaud. Car le dimensionnement dépend : de la nature du sol, de la localisation géographique, du volume de la maison à ventiler,  du diamètre de la conduite.

Le choix du matériau des tuyaux 

Pour un  bon rendement du système mais aussi pour votre santé, le choix des conduits du puits canadiens s'avère primordial [une mauvaise installation peut entraîner une pollution importante de l'air intérieur]. Ainsi, il est recommandé d'utiliser un matériau constitué d'une matière stable qui ne dégage pas de substances au fil du temps. Ainsi, l'utilisation du PVC n'est pas souhaitable.  « Un PVC de mauvaise qualité relâche des solvants et des phtalates », précise Marc Bénard qui conseille d'utiliser un matériau inerte moins polluant tel que le polyéthylène (PE) de qualité alimentaire. L'utilisation de tuyaux en fonte ou en terre cuite n'est pas recommandée en raison du risque de fuites au niveau des joints et de leur prix important. Pour Rémy Bieber :  « Quel que soit le matériau employé, le plus important est que l'installation soit réalisée dans les règles de l'art. » C'est-à-dire qu'il n'y ait pas de risque d'infiltration d'eau dans les conduits et que l'air soit correctement filtré. « La pose est capitale », insiste le gérant.

En outre, il est recommandé de protéger l'entrée du puits canadien avec une grille pour éviter que rongeurs, insectes et autres animaux pénètrent dans l'installation.

Quelle longueur de tuyaux ?

La longueur des tuyaux dépend du débit d’air selon la surface en mètre cube à ventiler. Souvent la longueur du tuyau doit s’adapter aux dimensions que permet le terrain. Pour calculer le dimensionnement du tuyau, l’important est le temps de contact entre le fluide (l’air) et le solide (le sous-sol). Le temps de contact doit être compris entre 15 et 20 secondes pour assurer un échange thermique satisfaisant. 

La qualité du sol

«  Plus le sol est compact et humide plus la longueur de tuyaux nécessaire sera courte », explique l'architecte, Marc Bénard. Car une terre grasse permet un meilleur échange calorifique qu'un sol sec et sablonneux qui nécessitera, lui, d'augmenter la longueur du tuyau, pour obtenir le meilleur rendement.

Etre vigilant à la présence de Radon

Le radon est un gaz radioactif inodore et incolore d'origine naturelle. Il provient de la désintégration de l'uranium et du radium présents dans la croûte terrestre. Il est présent partout à la surface de la planète et provient surtout des sous-sols granitiques et volcaniques ainsi que de certains matériaux (comme par exemple le béton, les pierres naturelles, les briques en terre cuite, le plâtre)  de construction. Le radon peut s'accumuler dans les espaces clos, et notamment dans les maisons. (Voir le document du Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) : Le radon dans les matériaux de construction)
Le radon est un des agents responsables du cancer du poumon, toutefois bien loin derrière le tabac. Le radon peut être insufflé dans la maison par un puits canadien si le tuyau, apportant l'air depuis l'extérieur, n'est pas étanche.
D'un autre côté, la bonne ventilation d'un logement réduit sensiblement le risque de trop forte concentration de ce gaz. Consulter l'Atlas Radon sur le site de l'institut de radioprotection et de sûreté nucléaire.

Le climat

L'installation d'un puits canadien est plus intéressante dans les régions à forte variation de température annuelle. Dans le sud de la France, il sera plus intéressant l’été, dans le nord, il aura un intérêt plutôt l’hiver.
Pour chaque installation, il est conseillé de consulter les données météo de la région et plus particulièrement de la commune d’implantation. La température du sol varie sensiblement entre Chamonix et Aix-en-Provence tout comme les apports du puits canadien.
D'après Marc Bénard, l'installation du puits canadien au sud de la Loire est souvent sans grand intérêt.  Une remarque qu'il faut moduler selon la situation géographique. Les régions où le climat subit à la fois l'influence du massif central et celle de la méditerranée (typiquement l'Aveyron) subissent  des amplitudes annuelles de 55 °. Précisons toutefois qu'il s'avère plus intéressant (écologiquement et économiquement), d'installer un puits canadien pour rafraîchir un logement qu'un climatiseur.

Avantages et inconvénients

Là où une VMC simple flux fait pénétrer l'air à température extérieure directement dans la maison (par exemple à 0° l'hiver), une VMC double flux fait pénétrer l'air à une température variant entre 13 et 17° selon le rendement. Ce type d’installation permet également de filtrer poussières et pollens afin d’obtenir un air intérieur plus sain.
L’inconvénient de ce système est essentiellement financier puisqu’il nécessite l’installation d’un double réseau de conduites et d’un échangeur thermique au niveau de l’extracteur. Il nécessite également l’isolation des gaines et le raccordement des caissons au réseau d’eaux usées pour évacuer les condensats.
La pose d'une ventilation double flux nécessite d'être planifiée dès la conception de la maison afin de prévoir l'espace suffisant pour l'installation d'un double réseau de conduites liées à toutes les pièces de la maison.

Quels apports énergétiques ?

" Au prix de l'énergie actuel, il faut trente ans pour rentabiliser un tel système ", prévient Rémy Bieber. Car pour les équipements les plus efficaces, il faut compter entre 8 000 et 10  000 € (pour le matériel et la pose TTC d'un puits canadien combiné avec une ventilation double-flux). Il est très difficile de quantifier les économies que l'on peut faire grâce à ce type d'installation. Pour Marc Bénard plus les écarts de température sont importants (entre l'été et l'hiver ) plus l'installation est intéressante. Car la ventilation double-flux avec un système de récupération de chaleur, si elle permet de limiter ( pour les systèmes les plus efficaces) de 90% les déperditions liées à la ventilation de l'air, le système requiert le fonctionnement de deux moteurs. Cette consommation supplémentaire est à prendre en compte car les gains en calories que l'on peut faire d'un côté peuvent être perdues par la consommation de ces deux moteurs.

Le choix du matériel est dans ces conditions primordial. Il existe par exemple des moteurs à basse consommation d'énergie qui consomment 11 W au lieu des 35 W consommés par un moteur de ventilation classique. Avec une ventilation double-flux et un puits canadien, " le maximum de puissance que l'on peut récupérer c'est 2 kW/h", ajoute Rémy Bieber. Dans une maison passive c'est une grosse économie mais cela reste très faible dans une maison traditionnelle.
Et Rémy Bierber d'insister sur le fait que le puits canadien couplé avec une ventilation double-flux n'est pas un système pour faire des économies, " c'est avant tout pour un meilleur confort ".

Les principaux fabricants : 

Aldes,  spécialiste français de la ventilation

Atlantic-Clim Ventilation : filiale du groupe français Atlantic, spécialiste du confort électrique et thermique. 

Eole, spécialiste du puits canadien

Helios, groupe allemand spécialiste européen de la ventilation. Filiale en France, Helios Ventilateur.

Rehau, entreprise d'origine allemande spécialiste des matériaux du BTP.  

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