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Préchauffer l’air avec un « Puits canadien » ou « échangeur d’air géothermique » (EAG)

L’échangeur d’air géothermique (ÉAG), aussi appelé « ventilation géothermique », « puits canadien », « registre de terre », ou encore « échangeur Air/Sol », est un système de préchauffage de l’air frais entrant dans une maison.

Puits canadien, échangeur d’air géothermique, EAG
© Chris Carter, Creative Commons.

Principe de fonctionnement

Concrètement, un échangeur d’air géothermique (EAG) est un tuyau, généralement en plastique, enterré sous la ligne de gel (environ 2 m). Il consiste à utiliser l’inertie du sol, qui reste à une température relativement constante tout le long de l’année, pour faire gagner quelques degrés à l’air neuf du logement, épargnant cet effort au système de chauffage existant.

Schéma de principe du puits canadien, CETE
Schéma de principe du puits canadien, CETE

Le graphique ci-dessous présente la courbe de la température moyenne extérieure et la courbe de température du sol à une profondeur de 2 mètres, à Montréal.

On constate que la température du sol est supérieure à la température extérieure durant toute la saison de chauffage. Nous avons donc un gisement d’énergie gratuite à notre disposition pour préchauffer l’air neuf de la maison.

Qu’est-ce que l’inertie thermique ?

L'inertie thermique est la capacité d'un matériau (en l’occurrence la terre) à stocker de la chaleur lorsqu’il estassujetti à une source d’énergie et à restituer cette chaleur plus tard en absence de la source. Un matériau à faible inertie (c'est-à-dire un matériau léger) n’absorbera pas la chaleur mais la restituera plutôt immédiatement. A l'inverse, un matériau à grande inertie (lourd) va procurer ce que l'on appelle un déphasage thermique. C'est-à-dire qu'il restituera la chaleur absorbée plus lentement et plus loin dans le temps : ce phénomène est très intéressant puisque l'hiver il restituera la chaleur accumulée durant la journée pendant la nuit, réduisant ainsi les dépenses de chauffage aux heures les plus froides.

Énergie+ Wallonie
Énergie+ Wallonie © J. Flémal, Architecture et Climat, UCL

L'été il restituera la chaleur le soir et la nuit plutôt que durant les heures chaudes. Il est alors stratégique de ventiler la nuit afin d'évacuer cette chaleur et laisser rentrer la fraîcheur dans la maison pour recommencer le cycle le jour suivant avec une surface fraîche, capable d’absorber une bonne quantité d’énergie.

Une inertie élevée est fournie par des matériaux lourds.

 

 

Le puits canadien ou EAG : deux saisons, deux modes de fonctionnement différents

L’ÉAG est en fonctionnement l’hiver et l’été, mais à mi-saison il est judicieux d’utiliser une dérivation pour le « shunter » (court-circuiter) ou le contourner. Durant la mi-saison, la température extérieure est comprise entre 15 et 20°C, ce qui est proche de la température de confort dans une maison (18-22°C). Le puits canadien pourrait alors procurer un rafraîchissement non souhaité ; on parle alors de rendement énergétique négatif.

  • L’hiver, l’ÉAG préchauffe l’apport d’air neuf dans le logement. Par une température extérieure de -20°C on peut s’attendre à un gain d’environ 7°C pour arriver à un air préchauffé à -13°C ;

  • L’été, le puits canadien rafraîchit l’apport d’air neuf d’environ 5°C[1]. Le retour d’expérience de plusieurs utilisateurs a démontré que le puits canadien n’est pas adapté à notre climat pour un fonctionnement en été. Il en résulte sur la plupart des installations des problèmes d’eau stagnante dans les conduits et de qualité de l’air intérieur. En été il serait donc plus sage de le « by-passer » (« court-circuiter ») afin d’éviter les problèmes sérieux de qualité d’air qu’il pourrait engendrer.

Il est même arrivé qu’une maison devienne inhabitable à cause notamment d’un puits canadien ! Voir ce lien, en anglais

Plusieurs configurations

Le tube peut être implanté de 3 façons différentes :

  • En ligne droite, la configuration la plus simple. Il faut cependant s’engager dans des frais d’excavation supplémentaires ;
Puits canadien en ligne droite
Puits canadien en ligne droite © Stéphane Braye pour Écohabitation

 
  • Autour des fondations : il s’agit de la configuration la plus avantageuse financièrement car il n’y a pas de frais d’excavation supplémentaires. Le tube fait le tour du bâtiment en profitant des tranchées faites pour les fondations ;
Puits canadien autour des fondations
Puits canadien autour des fondations © Stéphane Braye pour Écohabitation

 
  • En boucle de Tickelmann, il s’agit d’un réseau de conduits parallèles où tous les débits d’air sont les mêmes pour optimiser l’échange thermique. L’air parcourt la même distance et ce, peu importe le tube dans lequel il passe. Il faut cependant soigneusement concevoir le système pour minimiser la turbulence dans les coudes et les pertes par frottement.
Puits canadien en boucle de Tickelmann
Puits canadien en boucle de Tickelmann © Stéphane Braye pour Écohabitation

 

Il est conseillé de choisir la deuxième configuration, une boucle autour du bâtiment à environ 2 m des murs.

[1] IMB vol27 de mai 2012, Dossier ventilation : le puits canadien par André Dupuis

 

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