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Principe
Le puits provençal consiste à alimenter un bâtiment en air frais en le faisant circuler auparavant dans un conduit enterré qui selon les conditions climatiques le refroidit ou le préchauffe en utilisant l'inertie thermique du sol. L'air sert de fluide caloporteur tandis que le tube sert d'échangeur thermique tout en canalisant l'air jusqu'au bâtiment.
Principalement utilisé comme système de climatisation naturelle, le puits provençal est également utilisé l'hiver pour préchauffer l'air entrant ou pour maintenir hors gel une habitation.
Il est basé sur le simple constat que la température sous terre :
Ces constats sont à mettre en parallèle avec les données suivantes :
En pratique, le tube sera enterré au moins à 1,5 mètre de profondeur et à ce titre :
Le procédé étant passif et basé sur la capacité thermique du sol, un puits provençal peut être contre-productif pour préchauffer/rafraîchir à certaines parties de la journée et/ou de l'année par rapport à l'air extérieur. Pour éviter cela, une entrée d'air en prise directe et une vanne (manuelle ou électrique) est recommandée pour court-circuiter le puits.
Utilisant le principe d'inertie thermique, le système est d'autant plus efficace que les amplitudes thermiques extérieures journalières sont fortes ou qu'il fait face à des événements climatiques extrêmes de courte durée (ex : blizzard à condition que l'entrée d'air soit protégée de la neige).
Les éléments du puits
L'échangeur thermique : le tube
Le tube constitue un échangeur thermique entre un flux d'air et le sol (ou tout autre matériau ayant une capacité thermique massique importante).
Le tube doit répondre à différentes contraintes en fonction de son environnement :
Si le tube n'est pas d'un seul tenant, les jointures entre les différentes sections doivent également répondre à ces caractéristiques.
La conductivité thermique du matériau composant le tube n'affecte que très peu le rendement thermique du système. Les tubes métalliques déconseillés car sensibles à la corrosion n'apportent guère plus que des tubes en polymère. Les tubes en PVC Nf possèdent une couche extrudée à l'intérieur qui réduit les échanges thermiques. Pour plus d'efficacité, il existe des tubes en polypropylène avec une couche intérieure coextrudée présentant, en plus, des propriétés bactéricides grâce à des ions d'argent.
La circulation de l'air
Le fonctionnement du puits provençal repose sur la circulation d'air dans le tube qui peut s'opérer:
Le flux d'air a vocation à circuler dans le bâtiment :
Le flux d'air frais entrant faisant office de fluide caloporteur, les gaines distribuant l'air dans les pièces devraient être isolées afin que la chaleur/fraîcheur ne soit pas perdue dans les combles ou dans le sous-sol, par exemple, au cours de son cheminement.
L'investissement dans une VMC double flux présente un autre avantage au niveau des gains thermiques que d'être l'extension d'un puits provençal. Elle permet la mise en place d'un échangeur air/air qui utilise la chaleur/fraîcheur de l'air sortant pour chauffer/rafraîchir l'air entrant. Tout comme pour le puits l'échange n'est pas toujours utile et une canalisation et une vanne (by-pass) permettant de court-circuiter cet échangeur sont plus que conseillées.
Si les législations en vigueur imposent généralement un taux de renouvellement d'air minimum dans les maisons, en revanche il n'est pas interdit d'en augmenter la fréquence notamment l'été. La ventilation mécanique choisie devra idéalement être réglable et suffisamment dimensionnée pour que sa consommation électrique n'augmente pas de façon disproportionnée.
Les protections contre les pollutions
Le renouvellement de l'air intérieur d'une maison ou d'un local d'habitation permet de lutter contre les pollutions internes et le puits provençal en limitant les pertes thermiques y contribue. Les polluants évacués par le renouvellement ont diverses formes notamment gazeuse. Ils peuvent être d'origine humaine et liés à la respiration comme le dioxyde de carbone ou d'origine naturelle comme le radon. Ce dernier n'est pas le seul gaz qui se dégage du sol mais il représente un danger sanitaire en étant plus lourd que l'air et surtout un contaminant radioactif. Naturellement présent sur tous les continents et dans toutes les régions, il l'est davantage dans les zones granitiques, volcaniques ou uranifères et les autorités sanitaires nationales en dressent régulièrement les cartes[5]. Du fait de ses caractéristiques, il tend à s'accumuler dans les dépressions ( caves ou endroits peu ventilés ) : le risque augmentant avec sa concentration dans l'air respiré, il y est particulièrement cancérigène pour les poumons. Une attention particulière dans la conception du puits provençal doit être donnée au niveau de l'imperméabilité à ce gaz du tube et de ses éventuelles jointures afin qu'ils n'en deviennent pas un diffuseur dans le bâtiment. Toutefois un puits en fonctionnement dilue ces éventuelles infiltrations gazeuses avec de l'air frais amenant les concentrations du radon à un seuil acceptable (avec une radioactivité en dessous de 150 Bq/m³). Le problème se pose lors d'un arrêt prolongé ou d'une utilisation par intermittence du puits, ce gaz plus dense que l'air peut s'être infiltré lentement et accumulé dans le tube : dans ce cas, il vaut mieux purger grâce à un by-pass le rejetant directement à l'extérieur sans passer par le bâtiment, avant sa remise en marche. Une autre solution consistant à inverser les flux d'air conduit à contaminer les tubes d'alimentation avec les rejets d'air de la maison. Il est à remarquer que ceci peut se produire naturellement si la ventilation du puits est simplement arrêtée sans que ce dernier ne soit obstrué.
L'éventuelle proximité d'une zone industrielle classée[7] prévoit normalement un plan de prévention en cas de catastrophe incluant des mesures de confinement dont l'arrêt des ventilations. Dans ce cas, qu'elle soit naturelle ou mécanique la ventilation doit pouvoir rapidement être arrêtée. Dans le premier cas, le puits provençal et éventuellement son by-pass doivent pouvoir être facilement obstrués. Dans le second cas, un interrupteur facilement accessible, un fusible ou un disjoncteur différentiel dédié sur le tableau électrique doit permettre un arrêt rapide du système. Après une catastrophe industrielle notamment chimique une attention particulière doit être prise avant la remise en marche du puits dont le tube peut avoir accumulé des gaz lourds toxiques (ex:dichlore).
S'il n'est pas protégé par une crépine, et des filtres le puits provençal devient la porte d'entrée des nuisibles pour l'homme (rongeurs, reptiles, insectes, arthropodes, pollens...) qui pour certains sont vecteurs de maladie sinon d'ennuis. Les protections sont installées de l'extérieur à l'intérieur avec des mailles de plus en plus fines. Les filtres les plus fins, contre les pollens par exemple si l'on souhaite s'en protéger, demandent plus d'entretien et doivent être changés plus souvent sous peine d'être colmaté et de boucher l'arrivée d'air. En fermant l'accès à ces bêtes, l'accumulation de matière organique et végétale est limitée en empêchant les excréments, le stockage d'aliments, l'amoncèlement de terre ou de matières végétales pour la construction de nids. Les filtres empêchent également le tube d'"aspirer" les feuilles et la poussière volant dans l'air. Sans cela, l'accumulation au cours du temps de tous ces éléments mélangés à de l'eau de condensation peut former un substrat pour des champignons, moisissures et/ou bactéries. Les mauvaises odeurs suite à la remise en marche d'un puits provençal après un arrêt prolongé trahissent la présence de matières en décomposition ou en fermentation.
L'évacuation des condensats du puits, si elle se fait dans un réseau d'eau usée, nécessite l'installation d'un siphon. Sinon, l'aspiration créée par une VMC ne fera pas la différence entre l'air provenant du puits et celle malsaine des égouts apportant un risque sanitaire et des mauvaises odeurs dans tout le bâtiment ventilé. Pour être efficace et ne pas être lui même source de pollution le siphon doit rester plein et l'eau non stagnante.
L'entretien et la prévention demeure toutefois le meilleur moyen d'éviter toute pollution tout au long de la vie de l'installation. L'entretien courant consiste au remplacement et/ou au nettoyage des filtres sous peine de voir augmenter les pertes en charge en même temps que la consommation électrique de la centrale pour les installations mécanisées. La prévention passe par un examen du tube à une fréquence régulière, triennal par exemple, afin d'inspecter sa propreté et son intégrité surtout dans les zones de perte de charge, comme dans les coudés.
|Le Puit Canadien ou Provençal|