Presentation Puits Canadien

PUITS CANADIEN
Principe du puits canadien
La température de la terre tend vers une constante à quelques mètres sous la surface du sol.
L’idée est de récupérer ces calories/frigories du sol pour d’une part l’hiver limiter les
consommations pour l’apport de chaleur, et d’autre part rafraîchir les locaux l’été. Le
processus est un échange par transfert : l’air prélevé à l’extérieur circule dans des tubes
enterrés avant d’être insufflé dans le bâtiment. Il s’agit du système de géothermie le plus
simple qui soit, avec une consommation électrique réduite à celle du ventilateur utilisé pour la
circulation de l’air. Cependant, le dimensionnement d’un puits canadien est assez délicat du
fait du nombre de paramètre à optimiser : longueur, diamètre et nombre de tubes, profondeur
d’enfouissement, distance entre les tubes, débit de ventilation…
01 - Le puits canadien du lycée de Charenton
Dans le cas que nous présentons ici, il s’agissait d’optimiser l’installation elle-même mais
aussi d’utiliser au mieux ses performances pour en faire un des piliers thermiques du bâtiment
et atteindre l’objectif fixé par le maître d’ouvrage : certification HQE® de l’opération avec un
traitement Très Performant de la cible 4 Gestion de l’énergie (C=Cref-20%).
À l’époque (2006) des études de conception du lycée de Charenton, les différents paramètres
ont été déterminés par extrapolation des données existantes et des rares études disponibles. En
effet, aucune référence similaire ne pouvait être utilisée : d’un débit de 25 000m3/h, le puits
canadien réalisé au lycée de Charenton est le plus puissant mis en service en France.
02 - Principe de fonctionnement de l’installation
En réponse aux contraintes de très forte pollution acoustique et sonore du site, le
renouvellement d’air de l’ensemble des locaux du lycée est assuré par une ventilation
mécanique double flux assurant un débit de 18m3/h par personne. En période hivernale, les
performances de la CTA avec échangeur rotatif permettent de récupérer l’air extrait. L’air
tempéré du puits canadien est alors insufflé dans les doubles peaux des façades.
L’été, le puits canadien alimente la CTA en air rafraîchi. La très bonne inertie du bâtiment
(voiles béton des circulation) associée à une éventuelle sur ventilation nocturne assure un
confort thermique d’été rarement assuré dans ce type d’équipement : > 28° moins de 40h/an
03 - Implantation du puits
Le puits canadien s’implante sous la cour de récréation du lycée, profitant d’une rupture de
niveau existant sur le site afin de réduire les déblais.
Les prises d’air sont intégrées dans des bancs en béton, situés le long d’un espace vert. L’air
circule dans une galerie enterrée de 2x1m20 de section jusqu’à un plenum collecteur auquel
sont raccordés 51 tubes. A l’autre extrémité de ces tubes, un second plenum est raccordé aux
2 insufflateurs qui pulsent l’air de sortie vers les corps de bâtiment.
04 – Mise en œuvre
51 tubes de 35m de longueur ont été mis en place. Le diamètre des tubes est précisément fixé
à 27cm car au-delà l’échange thermique n’atteindrait pas le noyau central d’air.
05 – Mise en œuvre
Les tubes sont calés sur un lit de sablon et manchonnés soigneusement dans leur longueur. La
paroi extérieure des tubes en polyéthylène est annelée de manière à augmenter la surface
d’échange. La surface intérieure est parfaitement lisse pour assurer l’écoulement des eaux de
nettoyage et des condensats.
06 – Mise en œuvre
Après analyse permettant de vérifier sa bonne conductivité thermique, la terre du site a pu être
réutilisée. Les tubes sont mis en place par lits successifs avec compactage de chaque niveau.
07 – Coupe transversale
Les 51 tubes sont enfouis sous la cour de récréation entre 1 et 4 m de profondeur . Ils sont
positionnés en quinconce de façon à garantir un espacement minimal de 51cm entre eux
(78cm entraxe).
08 – Bancs prises d’air
Dans la cour de récréation, les bancs en béton blanc poli intègrent les prises d’air.
09 – Coupe longitudinale
Les tubes sont posés suivant une pente minimum de 1/5% pour permettre l’évacuation par
gravité des eaux de nettoyage et des condensats, dont le volume est estimé à 4m3/an.
Dans chaque tube, d’une longueur de 35m, s’écoulent 490m3/h avec une vitesse de
circulation de l’air fixée à 2,7m/s pour un échange optimal.
10 – Plan du sous-sol
La dénivelée existante sur le terrain a été utilisée pour créer un niveau de sous-sol accessible
de plain pied par le Quai des Carrières. Ce niveau contient un parking de 30 places et
l’ensemble des locaux techniques du lycée. Le puits canadien est également implanté à ce
niveau : il est ainsi connecté aux autres locaux et rendu accessible de façon exceptionnelle
pour ce type d’installations enterrées.
11 – Collecteur d’entrée
Le local collecteur d’entrée est dimensionné de façon à permettre un accès aisé à l’entrée des
tubes pour leur nettoyage. Il est accessible depuis la circulation du sous-sol qui dessert
l’ensemble des locaux techniques du lycée.
Afin de pouvoir analyser le fonctionnement d’un puits canadien de cette dimension et
d’évaluer son impact réel sur la performance énergétique du bâtiment, des sondes de
température et de vitesse ont été implantées en divers points de l’installation. Ce matériel est
relié à la GTB du lycée pour que la Région Ile de France puisse en collecter les données :
température du sol, de l’air extérieur, entrant et sortant, débit dans les tubes, fonctionnement
des insufflateurs.
12 – Collecteur de sortie
Le collecteur de sortie et le local insufflateurs. Les insufflateurs sont pilotés par la GTB.
13 - Synthèse des caractéristiques du puits canadien du lycée de Charenton
Mise en service : septembre 2009
Puits canadien associé à une ventilation mécanique double flux.
Système bypass piloté automatiquement en fonction de la température de l’air
Fonctionnement hiver
> l’air est soufflé dans les doubles peaux (bouclier thermique)
Fonctionnement été
> l’air rafraîchi est utilisé par les CTA pour la ventilation des
locaux
Débit total
: 25 000m3/h
Section de prise d’air
: 2,92m2
Diamètre des tubes
: 27cm
Nombre de tubes
: 51
Longueur des tubes
: 35m
Profondeur d’enfouissement : entre 1 et 4m (tubes)
Distance entre les tubes
: 51cm (78cm entraxe)
Débit par tube
: 490m3/h
Vitesse d’écoulement d’air : 2,7m/s