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Mar 22

Impact d’un puits canadien dans une maison passive en Normandie

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Depuis que nous habitons dans notre maison passive dans le 27, je me suis toujours posé la question de la pertinence énergétique et économique de notre puits canadien. Cependant, il est toujours très difficile de réaliser une étude correcte sur le sujet du puits canadien : il faut du temps et des outils adaptés.

 

Aujourd’hui, je me suis reconverti professionnellement dans la construction de maisons passives et dans la rénovation énergétique des logements. J’ai donc ressenti plus fortement le besoin de réaliser cette étude afin de pouvoir offrir une réponse pertinente et chiffrée à mes clients. Par ailleurs, j’ai récemment suivi la formation Concepteur Européen Passivhaus qui me permet aussi de disposer des outils nécessaires pour réaliser une telle étude à la fois thermique et économique.

puits canadien glycolé 2

 

1. Le puits canadien – fonctionnement et applications

 

J’avais écris un article détaillé sur le sujet il y a quelques années, ici je vais me contenter d’un résumé rapide.

 

1.1. Principe

 

Le puits canadien est un des composant optionnels du renouvellement d’air des bâtiments. En temps normal, le renouvellement d’air (nécessaire pour vivre dans des conditions sanitaires satisfaisantes) est un gouffre énergétique. Une VMC simple flux dans une maison de 100 m² sur une année dans le nord de la France occasionnera une perte thermique de 2750 kWh/an (dans le cas d’un chauffage électrique, cela fait un consommation de plus de 400 €/an).

 

Certains d’entre nous font le choix déraisonnable de couper la VMC ou/et de boucher les entrées d’air, entrainant une économie d’énergie certes, mais aussi l’apparition de moisissures, un excès d’humidité, de poussières et de C02. Cela entraine un risque accru pour votre santé… et celle de votre maison.

 

Pour éviter les pertes thermiques par renouvellement d’air, on utilise deux système supplémentaires (qui ne sont pas incompatibles) :

  • La VMC double flux permet de récupérer la chaleur de l’air sortant via un échangeur. Si un travail d’étanchéité à l’air a été réalisé sur votre logement, l’économie d’énergie nette (dans le cas de l’exemple précédant) peut être de 1800 kWh/an (soit  270 € d’électricité). Il faut compter une amélioration thermique de 2000 kWh, mais une surconsommation de 200 kWh.
  • Le puits canadien permet de récupérer la chaleur du sol : en effet, lorsqu’on se place deux mètres sous la terre, la température du sol est presque constante toute l’année. On diminue donc les besoins de chauffage en hiver, et cela permet aussi de « climatiser » en été. Grosso modo, les pertes thermiques par renouvellement de l’air seront divisées par deux.

Les deux systèmes mis bout à bout permettent de diviser par huit les pertes énergétique dues au renouvellement de l’air, tout en gardant un air parfaitement sain.

 

Évidemment, ces systèmes ont un coût substantiel à la mise en place. Toute la question est de savoir si ce surcoût d’amorti suffisamment vite pour juger l’investissement utile.

 

1.2. Puits canadien classique (ou puits canadien aéraulique)

 

Le puits canadien classique qu’on appelle aussi aéraulique consiste juste à faire circuler l’air dans un tuyau sous la terre pour qu’il se réchauffe avant d’entrer dans la maison. Idéalement, le système est couplé à une VMC double flux.

Ce système à l’avantage de la simplicité : il n’y a pas de machines nécessaires pour que cela fonctionne. Par contre, il faut faire très attention à la condensation dans le circuit en été, elle doit être évacuée pour éviter l’apparition de moisissures ou de champignons.

Ce type de puits canadien est idéal dans les région relativement sèche avec des saisons marquées.

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1.3. Puits canadien glycolé (ou puits canadien hydraulique)

 

Le puits canadien hydraulique est plus compliqué : c’est de l’eau (plutôt du glycol) qui circule sous la terre en circuit fermé (une boucle aller-retour). Ensuite, il y a un échangeur thermique eau/air placé sur l’entrée d’air neuf de la maison.

L’avantage est qu’il n’y a plus aucun risque de moisissures. Par contre, le système fonctionne grâce à une pompe qui fait circuler l’eau glycolée et un échangeur, c’est éléments nuisent à l’efficacité énergétique du système.

puits canadien2

1.4. Usages

 

Le puits canadien a trois usages principaux :

  • Éviter les pertes thermiques par renouvellement de l’air en hiver.
  • Climatiser en été
  • Protéger la VMC double flux contre le gel : lorsqu’on a une VMC double flux de bonne qualité, et dont les gaines aérauliques froides sont bien isolées, il y a un risque de gel et donc de dégradation dans l’échangeur certains jours très froid. Pour se protéger de ce risque, on peut mettre une résistance électrique sur l’entrée d’air (c’est très gourmand en énergie) ou un puits canadien.

 

2. Étude énergétique de mon puits canadien en hiver

 

Maintenant, on quitte le monde de la théorie pour passer au monde réel. Notre maison passive en Normandie est équipée d’un puits canadien hydraulique et d’une VMC double flux thermodynamique. Ce système est il efficace… surtout dans une région océanique ?

Pour réaliser cette étude, j’ai testé différentes configurations :

  • Variation de la vitesse de la VMC
  • Allumage ou extinction du puits canadien
  • Maison chauffée par la VMC double flux thermodynamique
  • Maison non chauffée

 

Dans tous ces cas, j’ai relevé les températures en différents points stratégiques (extérieures, intérieure, entre le puits canadien et la VMC, air neuf insufflé après la VMC) , les débits d’air et le consommations. Mon point de comparaison est un système de VMC simple flux où la perte thermique par renouvellement d’air est maximum.

 

Avant toute analyse plus poussée, en relevant mes température, j’ai fait un constat édifiant. Même éteint, le puits canadien me préchauffe l’air entrant. Je ne m’y attendais pas, mais cela s’explique très simplement à trois niveau :

  • J’ai fait des relevé de température en fin de nuit au plus froid de l’air extérieur, mais dans la journée, l’échangeur du puits canadien voit arrivé un air plus chaud. Cela le réchauffe donc dans la journée. En contrepartie, la nuit, l’échangeur redonne de la chaleur à l’air entrant. Ce phénomène doit être à mon avis le plus marginal.
  • L’échangeur du puits canadien se trouve dans la maison en volume chauffé. Même s’il est bien isolé, l’air de la maison va donc le réchauffer en permanence. L’échangeur ainsi chauffé, réchauffera l’air entrant même sans fonctionner.
  • Dernier niveau, peut être le plus intéressant énergétiquement parlant : l’échangeur est situé à 2 mètre au dessus du sol, la boucle d’eau à 2 mètre en dessous du sol. Le point froid du système est au niveau de l’échangeur donc en haut. Hors l’eau froid est plus dense que l’eau chaude, elle va donc descendre dans les canalisations souterraines. Il se créé alors une circulation (lente certes) par convection sans fonctionnement de la pompe.

Puissance puits candien et PAC Maison passive 27

Au niveau de la courbe de puissance, le gain du puits canadien est très faible lorsqu’on ne chauffe pas la maison. Au passage, je tiens à faire remarquer que durant les périodes de froid sec du mois de mars 2016, nous n’avons pas eu besoin de chauffer la maison malgré des température négatives la nuit. Il convient de nuancer un peu le propos, puisque le puits canadien apporte de la chaleur même lorsqu’il ne fonctionne pas !

 

Par contre, lorsque le chauffage via la pompe à chaleur de la VMC double flux thermodynamique est en fonctionnement, la puits canadien apporte un réel plus.

 

Regardons maintenant en terme d’efficacité : c’est à dire la chaleur gagnée divisée par l’électricité consommée.

Maison passive 27 Efficacité puits candien et PAC

On constate que le système le plus efficace est de très loin la VMC double flux seule. Le puits canadien nécessitant une consommation électrique de 45 W via une pompe de circulation, il dégrade l’efficacité du système. La pompe à chaleur est encore moins performante. Cependant, il ne faut pas perdre de vue, que le puits canadien et le VMC ne permettent que de limiter la perte de chaleur par renouvellement d’air, alors que la pompe à chaleur est un système de chauffage qui permet de monter la température dans la maison. Il est donc logique que cela soit moins efficace.

 

VMC double flux thermodynamique maison passive 273. Bilan économique

 

Avant de faire un bilan économique, il convient de faire un bilan thermique sur l’année. Il n’est pas évident à faire, car je n’ai pas une mesure en continue, il faut donc que je me frotte à un exercice périlleux d’extrapolation.

En 2015, le puits canadien a consommé 114 kWh d’électricité, soit 2500 h de fonctionnement sur l’année. Mais il y a deux zones de fonctionnement : le refroidissement en été et le réchauffement en hiver. Si on se concentre sur l’hiver, sa consommation est de 84 kWh soit 1900 h de fonctionnement.

Sur la même période, notre pompe à chaleur sur VMC double flux thermodynamique a fonctionné 760 h.

A partir des différents chiffres, je peut calculer le gain de chaleur du puits canadien (et donc les économies d’énergie qu’il peut générer) :

  • Période de fonctionnement avec le chauffage : 760 h et 160 W de gain soit un gain de 121 kWh et une consommation de 34 kWh
  • Période de fonctionnement d’hiver sans chauffage : 1120 h et 35 W de gain soit un gain de 39 kWh de gain pour une consommation de 50 kWh (le puits canadien n’est pas intéressant énergétiquement sur ces période).
  • Période de fonctionnement en été : aucun gain énergétique (son rôle est dédié au confort) : 600 h de fonctionnement pour une consommation de 27 kWh.
  • Période ou il ne fonctionne pas, mais apporte tout de même de la chaleur : je fais une estimation car il est difficile de mesurer cela (sauf avec une instrumentation en continue). A partir des mesures ponctuelles réalisées et des données météo, j’arrive à un apport d’environ 120 kWh pour une consommation électrique nulle.

Le bilan énergétique global est donc de  :

  • Économie d’énergie : 280 kWh/an
  • Consommation d’énergie : 110 kWh/an

Économie d’énergie nette : 170 kWh/an

 

Sur le plan énergétique, le constat est donc un bilan globalement positif de 170 kWh/an ce qui n’est pas négligeable dans le passif : cela représente 5% de ma consommation annuelle.

 

Pompe à chaleur de la VMC double flux thermodynamique

Pompe à chaleur de la VMC double flux thermodynamique

Regardons maintenant le prix :

  • En 2010, il m’a fallu débourser 3500 € de surcoût pour installer ce puits canadien. Cet investissement s’est fait pas l’emprunt avec un taux moyen de 3% (d’abord plus élevé, puis une renégociation) soit un investissement sur 20 ans de 4705 € en valeur actuelle nette.
  • Les économies d’énergie sont de 24 € par an d’électricité au prix de 2010, en comptant une inflation (constatée ces 10 dernières années) de 4,5% sur l’électricité, on arrive à une économie de 806 € sur 20 ans.

 

On peut donc en conclure que le puits canadien n’est pas rentable économiquement dans mon cas.

 

4. Les alternatives ?

 

On pourrait conclure un peu vite qu’il faut supprimer ce puits canadien. Sauf qu’au delà de l’économie, il a deux rôles à jouer :

  • sur la durabilité de la VMC double flux thermodynamique, puisqu’il la protège du gel et permet de moins tirer sur la pompe à chaleur en période de chauffe.
  • sur le confort de la maison en été

 

Sur le point du confort, il est difficile de trouver une alternative. Au niveau de la protection contre le gel, si j’enlevais le puits canadien, je devrais installer une batterie de préchauffage électrique. Cette batterie de chauffe a un coût d’installation de 500 € et une consommation annuelle que j’estime à 600 kWh/an. Outre la dégradation nette de la performance du système (un chauffage par effet Joule est toujours une mauvaise chose), il faut alors compter pour ce poste une investissement supplémentaire sur 20 ans en tenant compte des taux de prêt et de l’inflation de l’énergie de 3630 € en valeur actuelle nette.

 

Au final, les deux systèmes se valent en termes de coût. Et le puits canadien est meilleur au niveau confort et environnement. Le choix n’est donc pas franchement tranché en faveur de la batterie de préchauffage ou du puits canadien hydraulique pour une maison passive en Normandie. Dans les régions plus continentales, le puits canadien sera nettement plus intéressant.
 
 




 
 
Vous souhaitez réaliser un bilan énergétique et économique de vos systèmes ? Je possède les outils nécessaire pour vous aider et vous guider dans une démarche de maîtrise de l’énergie de votre logement. Vous souhaitez faire construire une maison passive en Normandie ou rénover votre habitat en Normandie, contactez moi, je peux vous aider.

 

(4 commentaires)

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  1. Alain Bricolo

    Merci pour cette fine analyse, même si la conclusion finale (R.O.I) n’encourage pas vraiment à s’équiper de ce genre d’installation dans le nord de la France, l’article éclaire bien sur le concept.
    Alain Bricolo Articles récents…Comment isoler les combles d’une maison ?My Profile

    1. admin

      Je précise qu’il s’agit d’une économique… ce type d’étude est certes objectif, mais souvent froid. Le puits canadien est un avantage énergétique certain, économiquement, c’est moins sûr. Je rappelle que je suis situé en Normandie, une région où les amplitudes thermiques quotidiennes et saisonnières sont faibles. Bref, la zone ou le puits canadien se justifie le moins.
      Mais revenons sur l’étude économique : l’année dernière, je installé un portail automatique : 8000 € + 12 kWh/mois (2€ d’électricité) pour le faire fonctionner + graissage et entretien à prévoir. Pour le même service, à 3000 €, j’avais le même portail manuel. La différence : j’appuie sur un bouton dans un cas, je sors de ma voiture 10 seconde dans l’autre. Rien ne justifie vraiment ce surtout si on fait une étude économique. Et pourtant, tout il y a du monde qui se bouscule pour avoir un portail automatique.

  2. Tiphaine

    Bonjour,

    Merci pour cet article qui est très détaillé et très utile. J’apprends beaucoup, je ne connaissais pas du tout le puis canadien. C’est un peu frustrant de voir qu’après tous ces efforts vous réalisez que finalement il n’y a pas tant d’avantages… existe-t-il d’autres alternatives ? La solution bouchage vmc + déshumidificateur peut-elle être efficace ?

    merci

    1. admin

      Oulà, surtout pas de bouchage de VMC, la santé des personnes et de la maison ainsi que le confort prendraient un sale coup.En effet, outre l’efficacité très relative et l’entretien nécessaire des déshumidificateurs, il faut bien se souvenir qu’évacuer l’humidité n’est pas le seul rôle de la VMC. Sans VMC, le CO2 de la maison monte en flèche, tout comme les polluants intérieurs (comme les composés organiques volatiles par exemple) et rendent l’air particulièrement toxique.
      Si le puits canadien n’est pas un avantage en Normandie, il l’est dans de nombreuses autres régions. La double flux est toujours un avantage. Reste qu’il faut toujours voir le logement dans sa globalité. Les économies d’énergies se font essentiellement sur l’isolation du logement, nettement moins sur le renouvellement de l’air.

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