Un puits climatique

Matériaux

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L’amplitude thermique annuelle de l’air extérieur peut dépasser 50 °C entre le plus froid et le plus chaud dans la plupart des régions françaises, sauf aux Antilles et en bord de mer. L’idée de tempérer ces écarts est séduisante.

Principe du puits climatique

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Cela consiste à utiliser l’inertie du sol pour réchauffer ou rafraîchir l’air nécessaire au renouvellement de l’ambiance intérieure. Dans le premier cas, le puits est provençal, dans le second canadien. Le sol a en effet la caractéristique de réagir avec retard aux évolutions de la température, dans la journée, sur la saison ou sur l’année. Cette capacité dépend de sa nature et, surtout, de son humidité. Plus le sol est sec, moins il est sensible. Pour un terrain normal, l’amplitude thermique n’est plus que de 10 °C environ à 2 m de profondeur. Elle sera pratiquement nulle à… 7 m environ. En première approche, il est intéressant d’utiliser cet air tempéré pour ventiler la maison.

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Pour plus d'efficacité, le puits climatique est associé à une ventilation mécanique. Elle peut être indépendante mais le plus simple est de coupler le puits à une VMC.

Sa technique

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Le puits climatique standard se compose d’un grand tuyau étanche, enterré à une certaine profondeur, qui relie une prise d’air extérieure à une bouche de soufflage intérieure. Le déplacement d’air est assuré par la ventilation naturelle de la maison, le conduit de cheminée, par exemple. Ce procédé est trop rustique pour garantir les exigences de la réglementation, sur le renouvellement d’air et sur les économies d’énergie. Le conduit est alors associé à une ventilation mécanique.
Elle peut être indépendante, mais le plus simple est de coupler le puits à une VMC. En version simple flux, les arrivées d ‘air sont distribuées dans les pièces principales, par un réseau indépendant, afin de respecter le principe du balayage. L’air vicié reste extrait dans les pièces de service. En double flux, l’air provenant du puits est amené directement à l’échangeur.
- L’hiver, l’air extérieur, fréquemment à une température inférieure à 5 °C, chemine ainsi dans le sol et se réchauffe progressivement. Le diamètre et la longueur du circuit sont spécialement calculés pour obtenir le meilleur échange possible. Au débouché dans la maison, il atteint alors une température supérieure à 10 °C. Avec une VMC double flux, il est encore réchauffé par l’air sortant et il est diffusé dans la maison à une température proche de la valeur de consigne (19 – 20 °C).
- Un by‑pass permet de court-circuiter en été, afin que l’air frais entrant ne soit pas inutilement réchauffé par l’air chaud sortant. Le raccordement à une VMC double flux permet d’améliorer la circulation de l’air et de quantifier précisément les débits, puisqu’ils sont réglés par des ventilateurs en entrée et en sortie.

L'intérêt du puits climatique en été

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Il est différent de celui de l’hiver.
En effet, en été, si le réseau est bien réalisé, l’air entrant est toujours plus frais que l’air ambiant. Il assure donc une fonction de rafraichissement permanente, même la nuit. Mais c’est aussi vrai en hiver. Car, même s’il est moins froid qu’à l’extérieur, l’air entrant reste plus frais que l’air ambiant. Il faut donc toujours apporter de l’énergie pour le chauffer. Le passage dans l’échangeur d’une VMC DF réduit ce besoin. Mais celui-ci est déjà très performant sans puits canadien. L’apport de ce dernier, sur le plan des économies d’énergie, est alors faible.

Le fonctionnement même du puits climatique est différent en fonction des saisons. En été, il faut évacuer la chaleur intérieure rapidement. Il faut donc un gros débit de ventilation. Cela fait perdre un peu d’efficacité dans les échanges avec le sol, mais grâce à la fraîcheur de la nuit et au fonctionnement permanent, le bilan sur 24 h est positif. A l’inverse, en hiver, il faut favoriser les échanges thermiques avec le sol, réduire la vitesse de déplacement de l’air, afin de conserver le stock de chaleur du sol tout au long de la saison. Tout cela a une influence directe sur la conception du puits.

En région tempérée, pour l’été, les périodes de canicule sont réduites ; le sol peut se rafraîchir régulièrement (pluies, nuits fraîches, gradient de température, …). Le réseau peut donc être enterré à faible profondeur, entre 70 et 90 cm. En revanche, il doit être calibré pour des vitesses, et donc des débits, élevés. Plutôt que d’augmenter le diamètre du conduit, il faut les multiplier pour allonger la longueur totale du réseau (par exemple 3 canalisations parallèles de 35 m de long chacune, espacées de 60 cm).
En hiver, avec une vitesse lente, un conduit trop long induit des pertes de charge. Un seul élément de 15 à 25 cm de diamètre et de 30 à 40 m suffit. Mais, pour réduire l’amplitude thermique saisonnière, il faut l’enterrer beaucoup plus profond, à 1,50 m voire 2,5 m.
Pour un fonctionnement à l’année, le dimensionnement du puits climatique est donc le résultat d’un compromis. Dans tous les cas, il doit faire l’objet d’une étude complète qui doit tenir compte du mode de ventilation de la maison, de sa conformation, de son niveau d’isolation et d’étanchéité à l’air, de la nature du terrain, dans le cadre d’un projet en construction neuve ou en rénovation, selon le mode de fonctionnement choisi, rafraîchissement estival, réchauffement hivernal ou les deux.
La rentabilité économique du projet doit alors être vérifiée entre le coût de l’investissement nécessaire et les réductions de consommation d’énergie attendues, comparées à une solution de ventilation standard. En rénovation, cette rentabilité est rarement atteinte. Il est souvent plus efficace de concentrer l’effort financier sur d’autres postes comme l’isolation thermique, l’étanchéité à l’air ou le système de chauffage.