La conception des puits climatiques

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Schéma 1 : principe du puits climatique

Les puits climatiques sont des systèmes géothermiques à circulation d’air qui permettent le préchauffage ou le rafraîchissement de l’air neuf insufflé dans les bâtiments. Ils exploitent le gradient thermique entre l’air extérieur et la température du sol. En France, quelle que soit la saison, cette dernière est relativement constante, entre 10 et 15 °C. Toutefois, trois points de vigilance sont à prendre en compte dans la conception et l’installation des puits climatiques.

Un puits climatique est composé a minima d’une entrée d’air neuf (avec filtre, grille paravolatile et antirongeurs) ; de tubes assurant la circulation de l’air avec leurs accessoires (tés, coudes, etc.) ; d’une boîte d’inspection ou regard ; d’un dispositif de collecte et d’évacuation des condensats. Face au peu de documentation de référence disponible, les puits climatiques ont fait l’objet d’un groupe de travail dans le cadre du programme Rage. Un rapport et trois guides ont été publiés (lire l’encadré page suivante).

« Ce sont des installations délicates dans leur réglage et leur exploitation, constate Muriel Barbat, ingénieure au Comité scientifique et technique des industries climatiques [Costic] et coauteure des documents. Leur mise en œuvre fait par ailleurs appel à plusieurs corps d’état : VRD et génie civil, plomberie, électricité, chauffage (voir le tableau page suivante). Même s’il s’agit d’assurer le confort thermique du bâtiment, une installation de puits climatique diffère d’une installation aéraulique intérieure. » Il existe trois points de vigilance dans la conception et la réalisation : la phase de terrassement, le choix des produits, enfin, la mise en place et le réglage du bipasse, lequel reste toutefois optionnel.

Phase de terrassement

Dès lors que le terrain considéré présente les caractéristiques géométriques (surface) et physiques permettant de prévoir l’installation d’un puits climatique, la mise en œuvre de celui-ci doit obéir à des règles minimales pour éviter tout désordre ultérieur difficile à repérer. « C’est pourquoi le guide Rage insiste sur les mesures de précaution et détaille les travaux à mener, explique Muriel Barbat. Il faut assurer la stabilité des tubes sur le lit de pose ; faciliter l’écoulement des condensats ; et soigner les phases d’enrobage et de compactage du terrain au-dessus des tubes. Tout tassement de terrain peut, à terme, provoquer un effet de cisaillement avec un risque de déboîtement des tubes. »
Une parfaite connaissance du sol (nature, taux d’humidité, présence d’une éventuelle nappe phréatique...) s’avère donc indispensable. En terrain aquifère, on évitera l’utilisation de sable et le lit de pose devra être enveloppé dans un géotextile. Certains sols très plastiques sont bannis pour l’enrobage (voir le schéma 2).

Choix des produits

Les matériaux sont soumis à des exigences diverses. « Ils doivent présenter des caractéristiques physiques d’abord, poursuit Muriel Barbat. Les tubes sont enterrés à des profondeurs importantes, généralement entre 1,50 et 3 m. Ils doivent donc présenter une résistance mécanique suffisante. » Ensuite, leur composition ne doit pas dégrader la qualité de l’air véhiculé. Leur surface intérieure doit être suffisamment lisse pour favoriser l’écoulement de la condensation. Leurs propriétés thermiques doivent favoriser les échanges entre le sol et l’air qui circule. Enfin, il faut que le réseau soit parfaitement étanche.
Ces caractéristiques (mécaniques, sanitaires, aérauliques et d’étanchéité) sont essentielles pour le choix des produits. À ce jour, l’offre constructeur peut concerner plusieurs types de conduits : minéraux (grès), métalliques (fonte), voire synthétiques (polypropylène, polyéthylène haute densité).
Par ailleurs, le circuit comporte différentes liaisons ou pièces particulières (coudes, tés, etc.), dont la cohérence est assurée notamment par une fourniture chez le même fabricant et en se référant à ses prescriptions de mise en œuvre.
« Globalement, de nombreuses contre-performances proviennent, soit d’une mauvaise préparation du terrain, soit d’un problème de remblaiement, soit d’un choix de produit inadapté », souligne Muriel Barbat.

Bipasse : uniquement si nécessaire

Complément d’une installation thermique, un puits climatique doit fonctionner de la manière la plus simple possible. Les installations sans bipasse seront donc privilégiées. Pourtant, celui-ci peut s’avérer utile, notamment quand les températures de l’air extérieur sont proches des températures de confort de l’air intérieur du bâtiment. Mais sa conception, son installation et son réglage doivent correspondre à certaines règles, au risque, si elles ne sont pas respectées, de conduire une fois de plus à de véritables contre-performances. En premier lieu, le bipasse doit être placé sur le réseau de la prise d’air extérieure, et non sur le réseau du puits climatique pour assurer en continu une circulation d’air dans le puits.
En l’absence de bipasse, il est essentiel que la totalité du débit d’air transite dans le puits climatique, c’est-à-dire que le registre du bipasse soit étanche. Dans le cas contraire, les performances thermiques seront réduites. Le suivi d’une installation tertiaire a ainsi montré une température de soufflage correspondant à 70 % d’air provenant du puits climatique et 30 % d’air extérieur direct.
Dans tous les cas, l’installation d’un puits climatique doit être raccordée à une installation de ventilation ou une centrale de traitement d’air. La perte de charge du réseau aéraulique diffère selon que le puits climatique est bipassé ou non. Cette variation de perte de charge modifiera le point de fonctionnement de l’installation. Il est essentiel que le ventilateur puisse s’adapter à ces différentes pertes de charge, afin de véhiculer constamment le bon débit d’air déterminé.
Enfin, le réglage de l’ensemble mérite toute l’attention. « Nous avons vu des programmations inversées », précise Muriel Barbat. Il est également impératif de tenir compte des apports internes du bâtiment pour fixer la plage des températures de déclenchement du bipasse. Ce qui signifie que le réglage définitif peut exiger une année d’observation.

Publications Rage, disponibles sur www.programmepacte.fr
• Rapport « Performances des puits climatiques-suivis instrumentés et simulations », août 2014
• Guides de conception-dimensionnement, neuf et rénovation, mars 2015
• Guide d’installation et mise en service, neuf et rénovation, mars 2015
• Guide d’entretien et maintenance, neuf et rénovation, mars 2015.
Autres textes de référence
• Fascicule 70 « Ouvrages d’assainissement » du cahier des clauses techniques générales de novembre 2003.

N°347

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