# Associer un puit canadien à une pompe à chaleur pour plus d’efficacité
L’optimisation énergétique des bâtiments représente aujourd’hui un enjeu majeur dans le contexte de transition écologique. Parmi les solutions géothermiques émergentes, le couplage entre un puits canadien et une pompe à chaleur suscite un intérêt croissant auprès des professionnels du secteur thermique. Cette approche hybride combine les avantages d’un préchauffage passif de l’air neuf avec la performance d’un système thermodynamique moderne. Contrairement aux idées reçues, cette association technique nécessite une étude approfondie pour déterminer sa pertinence économique et énergétique selon les configurations architecturales et climatiques. La réalité du terrain révèle des résultats contrastés qui méritent une analyse détaillée basée sur des données techniques précises et des retours d’expérience concrets.
Fonctionnement du puits canadien en préchauffage et prérefroidissement géothermique
Le puits canadien, également appelé puits provençal en mode rafraîchissement, exploite l’inertie thermique naturelle du sol pour tempérer l’air extérieur avant son introduction dans le bâtiment. Ce système géothermique de surface fonctionne sur un principe d’échange thermique simple mais redoutablement efficace dans certaines conditions d’utilisation. L’air extérieur circule dans des conduits enterrés où il échange progressivement sa température avec celle du sol environnant.
Principe de l’échangeur air-sol enterré à 1,5-2 mètres de profondeur
L’efficacité d’un échangeur air-sol repose sur la capacité du sol à maintenir une température relativement stable tout au long de l’année. À partir d’une profondeur de 1,5 mètre, les variations thermiques journalières et hebdomadaires s’atténuent considérablement. Entre 1,5 et 2 mètres de profondeur, le sol conserve une température moyenne annuelle qui correspond approximativement à la température moyenne de l’air extérieur sur l’année, avec un déphasage temporel de plusieurs semaines. Ce phénomène physique naturel permet de disposer d’une source froide en été et d’une source relativement chaude en hiver. Les études menées par l’ADEME et IZUBA Énergies ont démontré que la température du sol à cette profondeur oscille généralement entre 8°C et 13°C selon la région française concernée, offrant ainsi un potentiel de préchauffage intéressant durant la saison froide.
Température stable du sol entre 10°C et 15°C selon les régions françaises
Les variations régionales de température du sol constituent un paramètre déterminant pour évaluer la pertinence d’un puits canadien. Dans les zones climatiques H1 du nord et de l’est de la France, la température moyenne du sol à 2 mètres de profondeur avoisine 10°C à 11°C. En zone H2, correspondant à l’ouest et au centre de la France, cette température s’établit généralement entre 11°C et 13°C. Enfin, dans la zone H3 du pourtour méditerranéen, le sous-sol affiche des températures moyennes comprises entre 13°C et 15°C. Ces différences thermiques régionales influencent directement le rendement potentiel du système. Un puits canadien installé dans le sud de la France disposera d’une source de chaleur hivernale plus élevée, mais également d’un potentiel de rafraîchissement estival légèrement réduit. À l’inverse, dans les régions septentrionales, le différentiel thermique hivernal sera plus important, augmentant théoriquement l’int
érieur de préchauffage possible par rapport à l’air extérieur, mais au prix d’une puissance d’échange plus limitée en été pour le rafraîchissement.
En pratique, cela signifie qu’un puits canadien en zone H1 sera particulièrement intéressant pour soulager une pompe à chaleur en plein hiver, tandis qu’en zone H3 il jouera surtout un rôle de confort d’été. Pour un couplage puits canadien–PAC vraiment performant, il est donc indispensable de tenir compte de cette température stable du sol et de la mettre en regard des besoins réels du bâtiment (chauffage, rafraîchissement, simple préchauffage de l’air neuf).
Dimensionnement des conduits PVC, PE ou PP : diamètre et longueur optimale
Le dimensionnement des conduits du puits canadien conditionne directement la puissance d’échange disponible pour la PAC ou pour la ventilation. Les conduits sont généralement réalisés en PEHD annelé, en PVC ou en PP rigide, avec des diamètres courants de 160 à 200 mm pour les maisons individuelles. La longueur typique se situe entre 30 et 60 mètres pour un usage ventilation seule, mais peut dépasser 150 à 200 mètres lorsqu’on vise un couplage plus ambitieux avec une pompe à chaleur fortement sollicitée.
Les retours d’expérience et guides techniques (Fiabitat, ADEME) indiquent une puissance d’échange de l’ordre de 10 à 20 W par mètre de conduit pour un puits canadien aéraulique bien dimensionné. Ainsi, 50 m de conduit PEHD de 200 mm permettent de récupérer environ 500 à 1 000 W, ce qui est cohérent pour le préchauffage de l’air neuf d’une maison RT 2012. En revanche, pour fournir un flux thermique significatif à l’évaporateur d’une PAC de 8 à 10 kW, il faudrait multiplier les longueurs de conduits ou les réseaux en parallèle, ce qui augmente rapidement les coûts de terrassement et de matériel.
D’un point de vue pratique, on cherchera un compromis entre surface d’échange (longueur x périmètre du conduit) et pertes de charge. Un diamètre trop faible augmente la vitesse de l’air et donc les frottements, ce qui peut mettre en difficulté le ventilateur d’une PAC (souvent limité à 30–60 Pa de pertes de charge admissibles). À l’inverse, des diamètres trop importants diminuent la vitesse de l’air, réduisant le coefficient d’échange convectif intérieur. Le plus souvent, un ou deux conduits de 200 mm, ou plusieurs conduits de 160 mm montés en parallèle, offrent un bon compromis pour une maison individuelle.
Débit d’air recommandé et vitesse de circulation dans le système géothermique
Le débit d’air dans le puits canadien doit être ajusté de manière à optimiser les échanges thermiques sans générer de surconsommation électrique ni de bruit aéraulique excessif. Les études de dimensionnement recommandent une vitesse de l’air comprise entre 2 et 3 m/s dans les conduits enterrés. En dessous de 1,5 m/s, l’échange devient moins efficace, tandis qu’au-delà de 3–3,5 m/s, les pertes de charge augmentent fortement et les ventilateurs doivent fournir une puissance importante, ce qui réduit l’intérêt énergétique global.
Pour une gaine de 200 mm de diamètre intérieur, une vitesse de 2,5 m/s correspond à un débit d’environ 280 m³/h. Dans une maison de 120 m², un débit de 250 à 350 m³/h suffit en général pour le renouvellement d’air réglementaire et un rafraîchissement d’appoint. À l’inverse, une PAC air/eau de 8 kW peut nécessiter 2 000 à 3 000 m³/h au niveau de son évaporateur, ce qui illustre la difficulté de faire transiter l’intégralité de l’air d’aspiration par un puits canadien classique.
C’est pourquoi, dans un couplage puits canadien–pompe à chaleur, on privilégiera souvent un préconditionnement partiel de l’air, ou un fonctionnement ciblé sur certaines plages horaires (nuit en été, base hivernale en mi-saison), plutôt qu’un fonctionnement à pleine puissance en permanence. Un ventilateur d’appoint basse consommation peut également être prévu pour garantir le débit optimal dans le puits sans surcharger le ventilateur intégré de la PAC.
Couplage technique entre puits provençal et pompe à chaleur air-eau ou air-air
Raccordement du puits canadien sur l’aspiration de la PAC pour optimiser le COP
L’idée la plus intuitive pour associer puits canadien et pompe à chaleur consiste à raccorder la sortie du puits sur l’aspiration de l’unité extérieure de la PAC air-eau ou air-air. En hiver, l’évaporateur ne reçoit plus de l’air à -5°C ou -10°C, mais un air préchauffé à 0°C, 5°C, voire 8°C selon la profondeur d’enfouissement et la longueur de conduit. Logiquement, plus la température d’évaporation augmente, plus le COP instantané de la pompe à chaleur s’améliore.
Sur le papier, ce couplage est séduisant. Dans la réalité, il impose des contraintes fortes de dimensionnement : l’unité extérieure d’une PAC air-eau de 8 à 10 kW aspire typiquement entre 2 000 et 4 000 m³/h. Pour faire passer un tel débit dans un puits canadien tout en conservant une bonne efficacité d’échange, il faudrait plusieurs réseaux enterrés en parallèle, chacun calibré pour 300 à 500 m³/h. Cela se traduit par des longueurs cumulées de 150 à 300 m de conduits pour une simple maison individuelle, avec des pertes de charge qu’il ne faut pas sous-estimer.
Dans la pratique, deux approches se dessinent :
- Couplage direct : la totalité de l’air aspiré par la PAC passe par le puits canadien. C’est la solution la plus ambitieuse, mais aussi la plus coûteuse et la plus délicate à faire valider par les constructeurs (garantie, conditions de fonctionnement hors spécifications).
- Couplage partiel : une partie de l’air d’aspiration provient du puits, l’autre de l’extérieur via une prise d’air libre. Un registre mélangeur permet de moduler cette proportion en fonction de la température extérieure et des besoins réels de la PAC.
On peut aussi envisager une variante indirecte : le puits canadien préchauffe l’air neuf d’une VMC double flux, et c’est l’air extrait, plus chaud, qui est réutilisé en partie pour alimenter l’évaporateur d’une grosse PAC d’immeuble ou de tertiaire. Cette configuration, déjà pratiquée en grande puissance, limite les contraintes mécaniques sur le ventilateur de la PAC résidentielle.
Réduction de l’écart de température entre air extérieur et fluide frigorigène R32 ou R410A
Du point de vue thermodynamique, la performance d’une pompe à chaleur dépend essentiellement de l’écart de température entre la source froide (air extérieur ou air préchauffé par le puits) et la source chaude (eau de chauffage, air soufflé). Le fluide frigorigène, qu’il s’agisse de R32 ou de R410A, circule dans l’évaporateur à une température de saturation généralement comprise entre -15°C et 0°C en plein hiver. Plus la température de l’air traversant l’évaporateur est élevée, plus la température d’évaporation peut être augmentée, ce qui améliore le COP.
Imaginons une PAC air-eau fonctionnant à 45°C côté chauffage, avec un fluide R32 évaporant à -10°C lorsque l’air extérieur est à -5°C. Si l’on parvient, grâce au puits canadien géothermique, à fournir un air à +5°C en entrée d’évaporateur, la température d’évaporation pourrait remonter à -2°C ou 0°C. L’écart global entre source froide et source chaude se réduit alors de 8 à 10 K, ce qui se traduit en général par une augmentation de 10 à 20 % du COP instantané selon les courbes de performance des fabricants.
À cela s’ajoute un autre bénéfice : en maintenant l’évaporateur au-dessus du point de givrage la majeure partie du temps, on réduit fortement les cycles de dégivrage, qui sont très pénalisants pour le rendement saisonnier. Moins de givre signifie aussi moins de risques de colmatage et une durée de vie potentiellement plus longue des échangeurs. La réduction de cet écart de température n’est donc pas seulement une question de théorie : elle impacte directement le fonctionnement réel de la PAC en conditions hivernales sévères.
Gain de coefficient de performance saisonnier SCOP de 15 à 25%
Le SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) reflète la performance moyenne d’une PAC sur l’ensemble de la saison de chauffage. Les simulations menées sur des configurations de puits canadien couplé à une PAC air-eau dans les zones climatiques H1 et H2 montrent des gains possibles de SCOP de l’ordre de 0,3 à 0,7 points. Concrètement, une PAC affichant un SCOP de 3,0 en configuration standard pourrait atteindre 3,4 à 3,7 lorsque l’air d’aspiration est préconditionné par un échangeur air-sol bien dimensionné.
En pourcentage, cela représente un gain de 15 à 25 % sur la performance saisonnière de la PAC en mode chauffage. Rapporté à une consommation annuelle de 5 000 kWh électriques pour le chauffage, cela pourrait signifier une économie de 750 à 1 250 kWh/an, soit environ 150 à 250 € par an au tarif résidentiel actuel. Bien entendu, ces chiffres dépendent fortement du climat local, du niveau d’isolation du bâtiment, de la température de départ chauffage et du profil d’utilisation réel.
Il est important de souligner que ces gains théoriques ne seront atteints que si le puits climatique est correctement dimensionné et si la régulation du système (by-pass, ventilateur, registres) est optimisée. Un puits trop court, fonctionnant à un débit trop élevé, verra sa température de sortie chuter au fil des heures, réduisant le bénéfice sur la PAC. À l’inverse, un surdimensionnement pourrait devenir économiquement difficile à justifier au regard des économies d’électricité obtenues.
Compatibilité avec les pompes à chaleur daikin altherma, atlantic alfea ou mitsubishi electric
Les grandes marques de pompes à chaleur comme Daikin Altherma, Atlantic Alfea, Mitsubishi Electric Ecodan ou Panasonic Aquarea, dimensionnent leurs unités extérieures pour fonctionner en air libre, sans réseau de gaine ni résistance significative à l’aspiration et au refoulement. L’ajout d’un puits canadien sur l’aspiration modifie ces conditions de fonctionnement : pertes de charge supplémentaires, risque de recirculation de l’air, régime de pression non prévu par le constructeur.
Avant de concevoir un couplage direct, il est donc impératif de :
- Vérifier la perte de charge maximale admissible par le ventilateur de l’unité extérieure (souvent de l’ordre de 30 à 60 Pa).
- Dimensionner les conduits du puits canadien de sorte que la perte de charge totale (puits + prises d’air + registres) reste en dessous de cette valeur pour le débit nominal de la PAC.
Dans de nombreux cas, ces contraintes mènent à des solutions plus souples : gaine courte de liaison entre puits et unité, plénum d’aspiration permettant à la PAC de puiser soit dans l’air préchauffé, soit dans l’air extérieur libre, ou encore approches indirectes (préconditionnement de l’air d’une CTA ou d’une VMC double flux qui travaille de concert avec la PAC). Certains fabricants proposent aussi des modules spécifiques ou tolèrent officiellement l’ajout d’un préchauffage d’air, mais toujours sous réserve d’une étude technique et sans modification de la machine elle-même.
Performances énergétiques et économies réalisées avec le système combiné
Économies sur la consommation électrique en mode chauffage hivernal
Dans une maison individuelle RT 2012 de 120 m² située en zone H2, la consommation électrique annuelle pour le chauffage via une PAC air-eau basse température se situe typiquement entre 3 500 et 5 000 kWh. En améliorant le SCOP de 3,0 à 3,6 grâce à un préconditionnement géothermique de l’air d’aspiration, la consommation peut descendre vers 2 900–3 900 kWh, soit un gain de 600 à 1 100 kWh par an.
Sur une base de 0,20 €/kWh TTC, cela correspond à une économie annuelle de l’ordre de 120 à 220 €. Ce montant peut sembler modeste, mais il s’ajoute aux bénéfices déjà apportés par le puits canadien pour le rafraîchissement estival et la ventilation hygiénique. Par ailleurs, dans les climats les plus froids de la zone H1, où la PAC fonctionne plus longtemps à basse température extérieure, le surcroît d’efficacité apporté par le puits se fait davantage sentir sur la durée de la saison de chauffe.
Vous vous demandez si ces économies suffisent à rentabiliser le surcoût d’un puits canadien prévoyant un couplage avec la PAC ? La réponse dépendra avant tout du coût marginal de terrassement (terrain en construction ou existant), de la facilité de mise en œuvre, et de votre objectif : optimiser chaque kilowattheure ou viser un maximum de sobriété avec un investissement raisonnable.
Réduction de la puissance appelée lors des pics de température en été
Un autre aspect souvent négligé concerne la puissance appelée en été. Une pompe à chaleur réversible, utilisée en mode climatisation, sollicite fortement le réseau électrique lors des pics de chaleur, précisément au moment où le réseau est le plus tendu. En prérefroidissant l’air extérieur grâce au puits provençal, on réduit la charge frigorifique demandée à la PAC, qui peut alors fonctionner à puissance partielle.
Par exemple, dans une maison bien isolée en zone H3, un puits canadien dimensionné pour 300 m³/h peut abaisser la température de l’air neuf de 35°C à 22–24°C. Couplé à une PAC air-air, cela se traduit par une réduction de 20 à 40 % des besoins de froid en période de canicule, et donc d’autant sur la puissance électrique instantanée appelée. À l’échelle d’un quartier ou d’un bâtiment tertiaire, cette baisse de puissance de pointe contribue directement à la stabilité du réseau et à la réduction des pointes de consommation.
Cette logique de sobriété de pointe prend une importance croissante avec la RE 2020 et les objectifs de neutralité carbone. Un système combiné puits canadien–PAC n’est pas seulement une solution pour réduire la facture énergétique annuelle ; c’est aussi un moyen de rendre le bâtiment plus résilient face aux épisodes climatiques extrêmes tout en limitant l’appel à des moyens de production électrique carbonés.
Calcul du temps de retour sur investissement selon les zones climatiques H1, H2, H3
Le temps de retour sur investissement (TRI) d’un puits canadien couplé à une pompe à chaleur varie significativement selon la zone climatique. En zone H1, la saison de chauffage est longue et rigoureuse, ce qui maximise les gains en SCOP et les économies de kWh. On peut y viser un gain annuel de 200 à 300 € pour une maison de 120 m², à condition d’avoir dimensionné le puits pour fournir un préchauffage significatif sur plusieurs mois.
En zone H2, les gains moyens sont un peu plus faibles, de l’ordre de 150 à 250 €/an, tandis qu’en zone H3, le bénéfice principal se situe davantage du côté du rafraîchissement passif que de l’amélioration de la PAC en hiver. Si le coût additionnel lié à un puits canadien renforcé (longueur, réseaux parallèles, by-pass, régulation) est de 5 000 à 8 000 €, on obtient des TRI bruts de 20 à 30 ans dans le résidentiel, hors éventuelles aides locales ou économies supplémentaires sur la climatisation estivale.
On comprend ainsi pourquoi de nombreux experts qualifient ce couplage de « fausse bonne idée » dans le cas d’une maison standard : le puits canadien seul, associé à une VMC double flux performante, apporte déjà une grande partie du bénéfice pour un investissement moindre. Cependant, dans des projets très basse consommation (maisons passives, bâtiments tertiaires à fort taux d’air neuf), ou lorsque le terrassement peut être mutualisé avec d’autres travaux, ce couplage peut devenir pertinent à moyen terme.
Installation et régulation du système géothermique couplé à la thermodynamique
Positionnement du by-pass et des registres motorisés pour le contrôle des flux
La réussite d’un couplage puits canadien–PAC repose en grande partie sur la stratégie de régulation aéraulique. Il ne s’agit pas de forcer systématiquement tout l’air d’aspiration à transiter par le puits, mais de choisir intelligemment le trajet de l’air en fonction des conditions extérieures, de la température du sol et de l’état de la PAC. C’est là qu’interviennent les by-pass et les registres motorisés.
Un schéma classique comprend :
- une prise d’air extérieur directe, débouchant sur le caisson d’aspiration de la PAC ou sur un plénum mixeur ;
- une prise d’air préconditionné en sortie de puits canadien, raccordée au même plénum ;
- deux registres motorisés, pilotés en opposition, qui dosent la part d’air venant du puits et de l’extérieur.
Le by-pass du puits permet ainsi de court-circuiter l’échange géothermique lorsque celui-ci est défavorable (par exemple, en mi-saison, si l’air extérieur est plus proche de la consigne que l’air issu du puits). À l’inverse, lorsque l’air du puits est plus avantageux (plus chaud en hiver, plus frais en été), le registre dirige la majeure partie du débit vers ce dernier. Cette approche modulante, plutôt que tout ou rien, améliore la stabilité thermique et évite les surconsommations dues à des régimes extrêmes.
Intégration de sondes de température et d’hygrométrie pour la GTB
Pour piloter efficacement ces registres, il est indispensable d’intégrer des sondes de température à des points clés du système : air extérieur, air en sortie de puits, air mélangé en entrée d’évaporateur, éventuellement température du sol ou de l’eau glycolée pour un puits hydraulique. Des sondes d’hygrométrie complètent le dispositif afin de surveiller les risques de condensation et de maintenir un bon niveau de confort intérieur.
Dans un bâtiment tertiaire ou une maison connectée, ces capteurs sont reliés à une GTB (gestion technique du bâtiment) ou à une régulation centralisée qui compare en permanence les différentes températures disponibles. L’automate peut alors décider, selon des algorithmes prédéfinis, de :
• privilégier l’air du puits canadien lorsque l’écart de température par rapport à l’air extérieur dépasse un certain seuil ;• basculer sur l’air extérieur en mi-saison pour éviter un surchauffage ou une sous-utilisation du sol ;• limiter le fonctionnement du puits la nuit en hiver si la température du sol tend à se refroidir excessivement.
Cette logique de pilotage dynamique, qui rappelle le fonctionnement d’un « cerveau » énergétique, permet de maximiser les apports gratuits du sol sans dégrader le rendement global de la PAC. Elle suppose toutefois une conception soignée des interfaces entre les différents équipements (PAC, VMC, GTB) et un paramétrage précis lors de la mise en service.
Programmation du système via thermostat connecté ou régulation climatique
Du point de vue de l’utilisateur, le couplage puits canadien–pompe à chaleur doit rester aussi transparent que possible. Les thermostats connectés modernes et les régulations climatiques intégrées aux PAC offrent déjà des fonctions avancées : loi d’eau, programmation horaire, gestion de plusieurs zones de chauffage. Il est possible d’y ajouter une surcouche de logique pour le pilotage du puits.
Par exemple, la régulation peut être programmée pour :
• activer prioritairement le puits provençal en mode surventilation nocturne lors des épisodes de canicule, tout en réduisant la puissance de la PAC réversible ;• forcer l’utilisation du puits en dessous d’un certain seuil de température extérieure en hiver, afin de maintenir l’évaporateur hors gel sans recourir à des résistances électriques ;• désactiver complètement le puits (by-pass ouvert) lors des périodes intermédiaires, afin de laisser au sol le temps de se « recharger » thermiquement.
Pour l’utilisateur final, ces stratégies peuvent se traduire par de simples scénarios préconfigurés : confort d’hiver, confort d’été, éco, absence prolongée. Un thermostat connecté, couplé à une application mobile, permet en outre de suivre en temps réel la consommation de la PAC et du ventilateur du puits, ce qui facilite l’optimisation progressive du réglage en fonction des habitudes de vie.
Respect de la norme NF DTU 68.3 et exigences RT 2012 ou RE 2020
Sur le plan réglementaire, la mise en œuvre d’un puits canadien aéraulique ou hydraulique doit respecter le cadre du NF DTU 68.3, qui encadre les systèmes de ventilation dans le résidentiel et le tertiaire. Ce texte précise notamment les règles de conception des réseaux aérauliques, les exigences en matière d’étanchéité, de matériaux, de pente pour l’évacuation des condensats et de protection contre les intrusions d’eau ou de radon.
La RT 2012, puis la RE 2020, intègrent par ailleurs le puits canadien et la pompe à chaleur dans le calcul réglementaire des besoins de chauffage, de refroidissement et de la performance globale du bâtiment. Dans un projet neuf, il est recommandé d’intégrer dès l’étude thermique initiale l’effet du puits sur le Bbio, les consommations de chauffage et le confort d’été (indice DH en RE 2020). Un dimensionnement cohérent permet d’optimiser la puissance de la PAC, voire d’envisager une puissance installée plus faible grâce à la réduction des besoins de pointe.
Enfin, pour rester dans le cadre des garanties fabricants de PAC (Daikin, Atlantic, Mitsubishi Electric, etc.), toute modification des conditions d’aspiration d’air doit être validée par une note de calcul ou un avis technique. Certains bureaux d’études thermiques ou fluides se sont spécialisés dans ces couplages et peuvent produire les justificatifs nécessaires, limitant ainsi les risques de litige en cas de panne ou de sous-performance.
Contraintes techniques et solutions pour un couplage puits canadien-PAC efficace
Gestion de la condensation et évacuation des condensats dans les tuyaux enterrés
Un des principaux défis techniques des puits canadiens aérauliques est la gestion de la condensation. Lorsque de l’air chaud et humide circule dans un conduit enterré plus froid (cas typique du rafraîchissement estival), une partie de la vapeur d’eau se condense sur les parois internes. Sans dispositif adapté, cette eau peut stagner, générer des risques de développement microbien ou de corrosion, et à terme dégrader la qualité de l’air insufflé dans le bâtiment.
La bonne pratique consiste à poser les conduits avec une pente régulière de 2 à 3 % vers un point bas équipé d’un regard de collecte. Ce regard doit être drainé vers un exutoire adapté (drain, puisard, réseau d’eaux pluviales) et rester accessible pour l’entretien. Les conduits en PEHD ou en PP lisses à l’intérieur offrent une meilleure évacuation des condensats que les gaines annelées très structurées. Dans le cadre d’un couplage avec une PAC, cette gestion de l’eau est d’autant plus critique que les débits d’air peuvent être élevés et les durées de fonctionnement prolongées en période chaude.
Filtration de l’air entrant avec filtres G4 ou F7 contre les particules
Qu’il s’agisse d’un air neuf ventilé ou d’un air d’aspiration pour une PAC, la qualité de l’air entrant dans le puits doit être maîtrisée. Une prise d’air mal protégée peut laisser pénétrer feuilles, poussières, insectes, voire petits animaux, qui se retrouveront piégés dans les conduits enterrés. Pour éviter ces désagréments et limiter l’encrassement de l’évaporateur de la PAC, on installe systématiquement une boîte à filtres en amont du réseau.
Les niveaux de filtration courants sont :
• G4 : filtration grossière, adaptée pour arrêter les particules les plus grandes et protéger le réseau ;• F7 : filtration fine, permettant de capturer une part significative des PM10 et PM2,5, intéressante en zone urbaine ou à proximité de voies routières.
Ces filtres doivent être facilement accessibles pour l’entretien et changés régulièrement (tous les 6 à 12 mois selon l’environnement). Une surveillance de la perte de charge à travers les filtres (par pressostat ou alarme de maintenance) peut être intégrée à la GTB ou à la régulation de la PAC afin de garantir un débit d’air constant et d’éviter une surconsommation du ventilateur.
Protection antigel de l’évaporateur lors des transitoires thermiques
En hiver, même avec l’aide d’un puits canadien, il peut arriver que la température de l’air d’aspiration tombe ponctuellement au-dessous de 0°C (par exemple lors d’une longue période de grand froid en zone H1). Dans ces conditions, l’évaporateur de la PAC reste exposé au risque de formation de givre, en particulier lors des phases de démarrage ou de changement de régime (transitoires thermiques).
Les fabricants intègrent déjà des stratégies de dégivrage automatique par inversion de cycle ou résistance électrique. Néanmoins, dans un système couplé, il peut être judicieux de prévoir des sécurités supplémentaires : sonde de température dédiée à l’entrée d’air de l’évaporateur, limitation de la vitesse du ventilateur lorsque la température du puits chute, voire activation ponctuelle d’un appoint électrique dans le flux d’air pour maintenir la température au-dessus du point de rosée. L’objectif n’est pas d’annuler le rôle du puits, mais de lisser les situations extrêmes et de protéger la machine dans le temps.
Dimensionnement et études de cas pour maisons individuelles et bâtiments tertiaires
Calcul du besoin thermique et puissance de PAC adaptée selon surface habitable
Le dimensionnement d’un système puits canadien–PAC commence toujours par une évaluation fine des besoins thermiques du bâtiment. Pour une maison individuelle neuve conforme à la RE 2020, on se situe souvent sur des besoins de chauffage de 15 à 35 kWh/m²/an. Sur une surface de 120 m², cela représente un besoin annuel de 1 800 à 4 200 kWh, avec une puissance de pointe comprise entre 4 et 7 kW selon la zone climatique et le niveau d’isolation.
À partir de ces données, on choisit une pompe à chaleur correctement dimensionnée, de préférence sans surdimensionnement important, afin de maximiser le temps de fonctionnement à charge partielle où le COP est meilleur. Le puits canadien vient ensuite s’inscrire dans cette logique comme un organe de préconditionnement permettant de réduire les besoins en énergie électrique, mais il ne remplace pas la PAC ni n’augmente sa puissance nominale. L’erreur fréquente consisterait à compter sur le puits pour compenser un sous-dimensionnement de la PAC ; ce n’est pas son rôle.
Le dimensionnement du puits (longueur, diamètre, nombre de branches en parallèle) est alors réalisé en fonction du débit d’air de ventilation (pour un usage couplé à la VMC) ou du débit d’aspiration de la PAC si l’on vise un couplage direct. L’objectif est d’atteindre un gain de température de 8 à 12 K en conditions de base (T_ext = -5°C à -10°C) sans épuiser rapidement le potentiel thermique du sol.
Exemple d’installation résidentielle RT 2012 en Île-de-France avec PAC 8 kw
Prenons l’exemple d’une maison RT 2012 de 130 m² située en Île-de-France (zone H1a). Le besoin de chauffage calculé est de 6 kW en pointe, avec une consommation annuelle estimée à 4 000 kWh. Le maître d’ouvrage opte pour une PAC air-eau de 8 kW pour alimenter un plancher chauffant basse température, ainsi qu’un puits canadien aéraulique destiné à préchauffer l’air neuf d’une VMC double flux.
Le puits est constitué de 2 branches parallèles de 40 m chacune en PEHD Ø200 mm, enterrées à 2 m de profondeur, avec une prise d’air éloignée de toute source de pollution. La VMC double flux fonctionne à un débit nominal de 250 m³/h. En hiver, les mesures montrent un gain moyen de 9 K entre l’air extérieur et l’air en sortie de puits lorsque la température extérieure est comprise entre -5°C et +5°C. La VMC récupère ensuite 80 % des calories de l’air extrait, fournissant un air soufflé à 16–18°C sans apport de chauffage sur l’air.
La PAC 8 kW profite indirectement de ce système : le bâtiment étant préchauffé par l’air neuf tempéré, les déperditions sensibles sont réduites, et la PAC fonctionne moins en pleine puissance. Un couplage direct puits–PAC n’a pas été retenu, car l’étude a montré qu’il aurait nécessité plus de 150 m de conduits supplémentaires et un ventilateur d’appoint. Le surcoût n’aurait pas été amorti avant 25–30 ans. En revanche, le puits canadien–VMC améliore nettement le confort d’été et réduit de près de 30 % la consommation de chauffage par rapport à une simple VMC hygroréglable.
Projet tertiaire en Auvergne-Rhône-Alpes avec puits canadien 300 m² et PAC réversible
Dans le tertiaire, les ordres de grandeur changent, et le couplage puits canadien–PAC prend une autre dimension. Imaginons un bâtiment de bureaux de 2 000 m² en Auvergne-Rhône-Alpes, conçu en ventilation tout air neuf avec un débit de 6 000 m³/h. Un champ de puits canadiens horizontaux est installé sous le parking, couvrant une surface de 300 m², avec plusieurs dizaines de conduits en parallèle reliés à une centrale de traitement d’air (CTA) équipée d’une PAC réversible intégrée.
En hiver, l’air extérieur à -5°C est préchauffé à 4–6°C par le champ de puits avant d’atteindre l’évaporateur air/air de la PAC de la CTA. Les simulations montrent un gain de SCOP de 20 à 25 % sur la partie ventilation-chauffage. En été, le même champ abaisse l’air à 17–19°C lors des épisodes de forte chaleur (32–35°C), réduisant d’autant la puissance frigorifique requise pour maintenir des conditions intérieures confortables. Sur l’année, le système combiné permet une économie de l’ordre de 25 à 30 % sur la consommation totale de la partie CVC par rapport à une solution PAC seule sans échange air-sol.
Dans ce type de projet, la mutualisation des terrassements, la compacité du champ de puits (300 m² pour tout le bâtiment) et la présence d’une GTB avancée rendent le couplage particulièrement intéressant. L’échelle du bâtiment tertiaire dilue le surcoût initial, tandis que les gains énergétiques s’accumulent rapidement sur un usage quasi continu du système. On comprend alors que si le couplage puits canadien–PAC peut être discutable économiquement dans le résidentiel individuel, il prend tout son sens dans des bâtiments à forte intensité d’usage et à forts débits d’air neuf.