Pourquoi est-ce important?
Entre 1971 et 2019, la production mondiale d’énergie a été multipliée par 2,6. Nous produisons et consommons de plus en plus d’énergie. Les énergies fossiles ont représenté plus de 80 % de la production d’énergie en 2019, avec le pétrole, le charbon et le gaz qui restent les sources d’énergie les plus importantes. En ce qui concerne l’électricité, le charbon est le principal contributeur à l’échelle mondiale. Consommer de l’énergie et plus précisément de l’électricité aujourd’hui, c’est encore utiliser des combustibles fossiles (1).
Les bâtiments résidentiels représentent à eux seuls 22 % de la consommation mondiale d’énergie et 17 % des émissions de gaz à effet de serre (2). La construction est un secteur où des améliorations massives en termes de consommation d’énergie et d’émissions doivent être apportées. Sachant que la majeure partie de l’énergie provient de sources fossiles et que la demande énergétique ne cesse d’augmenter, la priorité doit être d’économiser l’énergie partout où cela est possible. La sobriété est un principe clé. Les systèmes intégrés à la construction ou à la rénovation qui permettent de réduire considérablement les dépenses énergétiques d’un bâtiment doivent devenir la norme. L’un de ces systèmes est le puits climatique.
Quelle est la solution?
Les puits climatiques – également connus sous le nom d’échangeurs air-sol, de puits canadiens ou de puits provençaux – sont une solution passive, de ventilation naturelle et peu technique pour refroidir un bâtiment en été et le chauffer en hiver. Cette technique éprouvée est utilisée depuis des siècles, depuis les empires perse et romain.
Pendant la saison chaude, le sol est plus frais que l’air ambiant. Pendant la saison froide, c’est l’inverse. Ceci est dû à la température quasi constante du sol à partir d’une certaine profondeur (environ deux mètres). Grâce à un système de tubes souterrains enfouis dans le sol, les puits climatiques utilisent cette caractéristique naturelle pour chauffer ou refroidir l’air qui circule dans les tuyaux. Cet air va ensuite ventiler le bâtiment.
Les échangeurs air-sol se composent généralement de 5 éléments : une entrée d’air avec un filtre et une grille ; un conduit extérieur enterré dans le sol (à une profondeur comprise entre 1. 5 et 3 mètres) sur 30 à 50 mètres, avec une pente comprise entre 1 et 3 % pour évacuer la condensation et limiter les risques de moisissures ; un registre de by-pass (petite pièce mécanique qui permet de passer du chaud au froid sans intervention humaine) ; un regard (petite plaque, semblable à celle des égouts, qui vous permet, à vous ou à votre technicien, de vérifier votre installation) ; et un système de ventilation (simple, double flux, insufflation) pour répartir l’air dans tout le bâtiment (3).
Les puits climatiques sont utiles à condition que leurs tuyaux soient installés dans un climat où la température du sol est adéquate, qu’ils aient un diamètre suffisamment grand, qu’ils soient suffisamment longs, qu’ils soient enterrés suffisamment profondément, qu’ils soient capables d’exclure le radon (un gaz toxique qui peut se trouver sous terre) et qu’ils soient installés de manière à minimiser les problèmes de condensation potentiels. Plus les tubes sont enterrés profondément, plus ils sont performants. La taille des conduits doit être calculée en fonction de la taille du bâtiment, du débit d’air souhaité, de la nature du sol, de la zone géographique et du type d’installation choisi.
Les échangeurs air-sol peuvent être utilisés dans les infrastructures collectives, les bureaux et les bâtiments résidentiels, ainsi que dans les installations agricoles telles que les serres. Ils sont préférables pour les nouvelles constructions, car l’enfouissement des tuyaux et l’installation du système de ventilation nécessitent d’importants travaux. Une planification bien anticipée permet de réduire les contraintes logistiques.
Ce système offre une alternative durable pour réduire ou éliminer le besoin de systèmes de climatisation et de chauffage conventionnels à base de compresseurs dans certains climats. En outre, ils offrent l’avantage supplémentaire d’un apport d’air frais contrôlé, filtré et tempéré, ce qui est particulièrement précieux dans les bâtiments étanches et bien isolés.
Actions clés
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#1 Évaluer la situation, l'emplacement et le système
Certains climats chauds et humides ne présentent que de faibles avantages pour de tels systèmes. De même, certains types de sol, qu’ils soient trop difficiles à creuser ou simplement trop secs et chauds, présentent des contre-indications à l’installation. Évaluer les coûts et les avantages de l’installation d’un tel système à long terme. Évaluer les impacts environnementaux et les atténuer.
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#2 Choisir avec soin les matériaux et la conception
Lors de la conception d’un système de puits climatique, le matériau des tubes doit être soigneusement choisi pour répondre au mieux aux besoins du bâtiment. Les grands bâtiments ont tendance à utiliser des tuyaux en béton, et les petits bâtiments des tubes en plastique de différents diamètres. Le système peut bénéficier d’une légère pente pour faire circuler l’eau de condensation vers un drain, évitant ainsi l’humidité dans les tubes. Les angles doivent également être soigneusement étudiés, les virages serrés étant à éviter car ils interrompent la circulation de l’air.
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#3 Surveiller les indicateurs environnementaux
Mesurer la température de l’air sortant des tubes par rapport à la température de l’air extérieur. Surveiller l’humidité de l’air et les concentrations de radon. Réagir rapidement en cas de résultats anormaux, car l’humidité et le radon peuvent entraîner de graves problèmes de santé.
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#4 Nettoyage et entretien
En fonction de la taille du système, il peut être utile de former et d’engager une personne responsable de sa surveillance et de son entretien. Si nécessaire, les tubes doivent être nettoyés et le système doit être entretenu en fonction de son usure naturelle (qui devrait être minime s’il a été correctement installé). Malgré les mesures de protection, des feuilles et des animaux peuvent s’introduire dans les conduits. Dans ce cas, avoir quelqu’un prêt à intervenir ou engager un professionnel pour l’occasion peut s’avérer très utile.
À considérer
Co-bénéfices potentiels
- Réduction des dépenses énergétiques
- Réduction des coûts d’exploitation des bâtiments
- Certification potentielle de la performance du bâtiment
- Ventilation contrôlée, air filtré et frais
Conditions de réussite
- Le sol dans lequel les tubes sont enterrés doit être de préférence dense et humide, avec beaucoup d’ombre.
- Le climat doit être tempéré, avec une variation saisonnière des températures.
- Le système doit être inspecté et traité pour éviter la colonisation par les moisissures.
- Les bouches d’aération doivent être sécurisées pour empêcher les insectes et les animaux de pénétrer dans le système.
- Un filtre est préférable pour garantir la qualité de l’air entrant dans le bâtiment.
- Les tubes eux-mêmes doivent avoir un diamètre et une longueur suffisants.
Conditions préalables et spécificités
- Doit être installé pendant la construction du bâtiment.
- N’est pas efficace pour refroidir et déshumidifier les bâtiments dans les climats chauds et humides.
- Plus la température ambiante de la terre est élevée, moins le système sera efficace pour le refroidissement.
Risques potentiels
- Si l’humidité et la colonisation des moisissures qui en découle ne sont pas prises en compte lors de la conception du système, les occupants peuvent courir des risques pour leur santé.
Point d'attention
Toutes les régions et tous les sites ne conviennent pas aux échangeurs air-sol. Les conditions susceptibles d’entraver ou d’empêcher une mise en œuvre correcte sont notamment un substrat rocheux peu profond, une nappe phréatique élevée et un espace insuffisant, ainsi que la chaleur et l’humidité du climat.
Outils et bonnes pratiques
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Guide d’installation et de mise en service de puits climatiques, Grenelle Environnement, 2015
Ce guide, issu d'un programme gouvernemental français, est destiné aux professionnels de la construction. Il vise à leur fournir toutes les ressources et informations sur les puits climatiques. Le guide permet d'approfondir les connaissances sur le système et d'aborder toutes les spécificités techniques de son installation.
Lire ici -
Design de puits climatiques, Home in the Earth, 2012 (en anglais)
Ce guide approfondi fournit tous les détails techniques concernant l'installation d'un système d’échangeur air-sol. Il aborde les problèmes courants tels que l'humidité et les insectes, mais fournit également toutes les informations sur les matériaux, la longueur, le diamètre, la profondeur, l'agencement et les autres spécificités du système.
Lire ici -
Le Puits Climatique : La solution pour ventiler naturellement votre maison, 2022
Cette fiche d'information donne un aperçu du fonctionnement des puits climatiques, ainsi que des paramètres importants à prendre en compte lorsque l'on envisage d'installer un tel système. Elle énumère les avantages et les situations optimales pour leur installation.
Lire ici -
My Earth Tube Story, Green Building Advisor, 2014 (en anglais)
Malcolm Isaacs nous fait part de ses erreurs et de ses réflexions tout au long du processus d'installation d’un puits climatique pour sa maison dans l'Est du Canada. Il conclut en montrant que le système est rentable et très satisfaisant à utiliser.
Lire ici
Pour aller plus loin
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Le potentiel de climatisation et chauffage d’un puits climatique dans les bâtiments, Lee & Strand, 2008 (en anglais)
Cet article de recherche présente un module de simulation de puits climatique. Il utilise le modèle pour étudier l'effet du rayon et de la longueur du tuyau, du débit d'air et de la profondeur du tuyau sur les performances globales du système dans diverses conditions au cours de la saison où la climatisation est requise. Il conclut que l'utilité d'un puits climatique dépend fortement du climat local.
Lire ici
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Sources
(1) Agence internationale de l’énergie, Bilans énergétiques mondiaux, 2022. Lire ici (en anglais)
(2) UNEP, Rapport sur la situation mondiale des bâtiments et de la construction, 2020. Lire ici (en anglais)
(3) Choisir.com, Le Puits Climatique: La solution pour ventiler naturellement votre maison, 2022. Lire ici
(4) Gouvernement du Canada, Nouvelle méthode économe en énergie pour chauffer et climatiser les bâtiments, 2018. Lire ici (en anglais)
(5) Qualico, CONSTRUIRE POUR LA DURABILITÉ À LA TOUR EPCOR, 2021. Lire ici (en anglais)
(6) ADEME, Écoresponsable au bureau, 2020. Lire ici (en anglais)
(7) Agence internationale de l’énergie, Bilans énergétiques mondiaux, 2021. Lire ici (en anglais)
(8) M.S. Sodha, A.K. Sharma, S.P. Singh, N.K. Bansal, Ashvini Kumar, Évaluation d’un système de tunnel terre-air pour le refroidissement/chauffage d’un complexe hospitalier, Building and Environment, Volume 20, Issue 2, 1985, Pages 115-122, ISSN 0360-1323, Lire ici (en anglais)
(9) Earth Rangers center for sustainable technology, HVAC Puits climatiques, Accéder 2023. Lire ici (en anglais)
(10) Green energy futures, Comment les puits climatiques permettent à la tour Epcor d’économiser 50 000 dollars par an, 2013, Lire ici (en anglais)
(11) Grobler, J., Conradie, D. C., & Van Wyk, L. V. (2019). Évaluation de l’efficacité des cheminées solaires pour le chauffage et le refroidissement : Une étude de cas., Worklist;22356 Alive2Green. Lire ici (en anglais)