Auteur/autrice : Benjamin Taïs

Si la réglementation RT 2005 oblige le respect de critères de performance d’isolation avant la pose de plancher chauffant, la RT Ex (réglementation thermique pour l’existant) impose peu d’obligations. En matière d’isolation, la résistance thermique R >= à 2,8 m².k/W permettra d’obtenir le crédit d’impôt mais aucune règle n’existe sur le financement par l’Eco PTZ concernant la performance à atteindre pour ces travaux.

Le plancher chauffant pour le neuf est devenu une règle avec la mise en application de la RT 2005 (Réglementation thermique pour les constructions neuves). En rénovation, il sera moins fréquent de travailler sur un projet de remplacement du plancher qui pourrait alors accueillir ce type d’équipement.

Dans les années 70, en immeuble collectif principalement, les planchers alors utilisés chauffaient souvent trop fortement. Les températures au sol pouvant dépasser les 35°C. Désormais les règles de mise en œuvre imposent des températures qui restent inférieures à 28°C au contact. L’effet « jambes lourdes » a donc disparu. L’avantage de ce dispositif est de permettre une diffusion de la chaleur par un émetteur le plus vaste possible. La surface d’échange est maximale puisque c’est le sol de chaque pièce où est installé ce mode de chauffage qui émet la chaleur. Le confort devient maximal : aucune zone de la pièce n’est moins chauffée qu’une autre.

Suivant l’énergie disponible dans la construction, différents type de planchers chauffants sont envisageables. On distinguera les planchers qui fonctionnent par accumulation et ceux qui utilisent un mode par rayonnement.

PLANCHER A ACCUMULATION

Dans le cas présent, l’élément chauffant est noyé dans la dalle et c’est la fonction d’inertie de celle-ci qui est utilisée. En accumulant la chaleur la nuit (par exemple), la chaleur est restituée à la pièce durant la journée. Compte tenu de l’écart de temps nécessaire à la restitution de la chaleur dans la pièce à chauffer, il est nécessaire d’anticiper le moment où la température de confort devra être atteinte. Le réglage de ce décalage de chauffe dans le temps peut être délicat à appréhender au début.

PLANCHER RAYONNANT

L’élément chauffant est ici situé dans la chape du plancher, à moindre « profondeur ». La pièce est chauffée par rayonnement. L’inertie n’est plus utilisée et la chaleur est dans ce cas restituée en quelques minutes. Le mode de gestion du chauffage est plus simple qu’avec un dispositif à accumulation.

Les planchers chauffants peuvent être électriques (effet joule) ou avec un réseau de chauffage (eau chaude circulant dans un serpentin) dont la chaleur est obtenue à l’aide d’une chaudière (gaz, fuel, bois, …) ou par le biais d’une pompe à chaleur.

Résumé :

Dans tous les cas, l’installation de chauffage doit posséder un dispositif de programmation et un équipement de régulation qui permettra, outre un excellent niveau de confort, des réductions de consommations énergétiques pouvant atteindre plus de 10%.

PRINCIPES

Il est aisé d’assurer que les apports solaires sont inépuisables. Le rayonnement est considérable, la puissance sans commune mesure avec toute autre énergie, même fossile.

Mais, comme toujours, la difficulté est bel et bien de pouvoir utiliser les ressources énergétiques lorsque l’on en a besoin. Il est aussi difficile de gérer cet apport. Comment stocker une énergie solaire en été pour en bénéficier (gratuitement ou à moindre coût) en hiver lorsque l’on a besoin de se chauffer ?

Parfaitement renouvelable, l’énergie que nous fournit le soleil est difficile à maîtriser et à adapter à nos besoins. A ce jour, l’accumulation ne peut être réalisée sur une longue période. Il s’agit d’une énergie immédiate.

L’énergie produite par le rayonnement solaire peut prendre deux formes principales : le réchauffement direct de fluide (appelé fluide caloporteur) ou bien la création d’un courant électrique par la transformation du rayonnement lumineux en courant électrique : c’est le photovoltaïque.

Dans tous les cas, la mise en place du système (panneaux solaires) est conditionnée par le strict respect de règles d’installation. La recherche de l’implantation optimale doit se faire de manière rigoureuse afin que le rendement soit maximal. Il faudra veiller avec précaution à l’environnement de l’installation pour être sûr qu’aucun masque solaire (cache) ne portera d’ombre sur les capteurs solaires, réduisant alors la performance. L’implantation se fait idéalement avec une orientation comprise entre le sud-est et le sud-ouest.

L’utilisation de l’énergie solaire, par le biais du réchauffement d’un fluide, permet des utilisations proches, sur un plan technique, de l’utilisation d’une énergie produite par une chaudière. En lieu et place d’une combustion, l’élévation de la température pour la chauffe est réalisée par la circulation du fluide caloporteur, alors chargé de chaleur. En transitant dans divers éléments de l’installation, le fluide « chaud » va transmettre son énergie à un échangeur ou un émetteur (radiateur, résistance de ballon d’eau chaude sanitaire). On peut alors obtenir en raison de la très forte élévation du fluide, une restitution importante de chaleur.

UTILISATION DES PANNEAUX SOLAIRES

Les capteurs doivent favoriser un captage en toutes saisons, mais principalement en hiver pour assurer au mieux la production d’énergie.

Ensuite, l’installation doit être étudiée pour pallier autant les manques d’apports solaires que les trop forts apports calorifiques. La mise en place de sonde de température dans les capteurs permettra la mise en route ou, au contraire, l’arrêt du circulateur qui aura alors aussi la fonction de protéger le système en raison de la trop forte élévation en température. L’augmentation de la température à l’intérieur du capteur solaire pouvant atteindre plus de 200°C,  une précaution simple de sécurité consistera à mettre impérativement en place un mitigeur sur les points de tirage d’eau chaude pour éviter tout risque de brûlure.

Résumé :

Dans le cas où l’énergie solaire ne serait pas disponible, il sera impératif de prévoir une énergie de substitution. Une longue période nuageuse risque de rendre impossible la fourniture d’eau chaude ou pire, de chauffage !    

PRINCIPE

En puisant l’énergie dans le sol, on rend absolument possible le chauffage des bâtiments. Au-delà du coût des travaux de mise en œuvre du système de captage, le prix de la pompe à chaleur se retrouve également assez vite amorti si l’installation intérieure est convenablement conçue et bien dimensionnée.

Il est possible d’utiliser la terre de plusieurs façons : par captage horizontal, vertical par sonde géothermique, ou par puisage sur eau de nappe.

CAPTAGE HORIZONTAL

En fonction de la puissance nécessaire au chauffage pour le bâtiment, la PAC (pompe à chaleur) aura un dimensionnement spécifique. Le captage a pour rôle de fournir à l’échangeur de la pompe à chaleur l’énergie qui sera émise dans l’habitation. Ce captage peut facilement supporter un surdimensionnement car il n’y a pas de risque d’endommager le groupe.

L’une des précautions principales concerne la profondeur de l’implantation. Celle-ci doit être d’un minimum de 60 à 80 cm, afin de ne pas craindre le gel. Mais à creuser trop profond, l’appauvrissement de la terre en énergie risque de ne plus être compensé par l’apport solaire. Le puisage des calories en horizontal engendre un vrai refroidissement de la terre, jusqu’à sa surface. Il faut donc être vigilant sur les désordres : pelouse roussie ou cuite entre autres.

De plus, la surface de captage devra être précautionneusement protégée de toutes plantations dont les racines seraient trop plongeantes car elles détruiraient sans aucun doute les capteurs. Il s’agira certainement d’une surface de plusieurs centaines de mètres carrés.

On ne peut par contre pas envisager un sous dimensionnement du capteur qui aurait pour conséquence de vider trop rapidement « la réserve de calories » que représente le sol.

CAPTAGE VERTICAL

La réalisation d’un forage vertical (aux environs de 100 m) permet d’appliquer le même principe de captage que précédemment, mais avec l’avantage de fournir environ 3 fois plus d’énergie que le captage horizontal. L’étude à réaliser devra démontrer que la solution est envisageable en raison de la nature du sol, mais aussi eut égard les règles qui s’appliquent à l’emplacement des forages (éloignement des plantations, des habitations ou des dispositifs déjà en terre : filtres ou épandage de dispositif d’assainissement non collectif).

POMPAGE SUR NAPPE PHREATIQUE

L’électricien pourra préalablement se renseigner sur la faisabilité d’une telle réalisation. Certaines communes refusent le procédé, les autorisations sont à demander auprès des DRIRE.

Ce principe utilise de l’eau potable (denrée on le sait, plus que précieuse) de laquelle les calories sont « captées ». De fait l’eau est « appauvrie » en énergie. Une fois les calories récupérées pour le chauffage, l’eau restituée à la nature par un dispositif d’épandage possède une température abaissée de plusieurs degrés. Certains risques peuvent être encourus par le milieu naturel compte tenu de la modification de la température de l’eau.

Ce procédé de captage géothermique est assurément le plus efficace, tant sur le plan énergétique que sur la limitation de l’émission des gaz à effet de serre (GES). Les consommations électriques des différents appareils peuvent cependant venir alourdir la facture, notamment pour la pompe qui servira à remonter l’eau de la nappe, ou le circulateur lorsque l’on utilise une sonde géothermique verticale.

LE PRINCIPE

En utilisant la puissance du vent et son énergie cinétique, le vent fait tourner les pâles du rotor (énorme dynamo) qui fabrique un courant sans cesse renouvelable. Le courant fabriqué en continu doit ensuite être transformé en courant alternatif, dont la tension doit être ramenée à 220/230 volts. L’installation électrique doit alors posséder un onduleur, mais l’un des problèmes élémentaires reste le stockage de cette énergie. Les batteries sont chères, encombrantes et néfastes pour l’environnement dans la plupart des cas.

LE MATERIEL

De quelques mètres de hauteur à plusieurs dizaines de mètres, les équipements sont variés, mais encore assez peu distribués. Selon la puissance d’électricité à fournir, le rotor aura un diamètre plus ou moins important. Il est possible de trouver des installations de taille réduite, mais leur production sera en rapport aux environs d’1 kW. Le mât sur lequel est installé l’aérogénérateur peut mesurer quelques mètres : de 5 à 8 m de hauteur.

Pour les dispositifs plus importants, qui disposent de rotors de 10 à 30 m de diamètre, la puissance obtenue peut atteindre les 400 kW par éolienne. Leur hauteur est alors de plusieurs dizaines de mètres.

ENCORE BEAUCOUP DE CONTRAINTES

Pour qu’un aérogénérateur soit efficace de façon optimale, les règles d’implantation doivent être respectées. L’implantation doit se situer dans des zones où le vent ne sera ni trop faible (ne permettant pas de faire tourner l’éolienne) ni trop fort (le vent risquant d’endommager le rotor). Il doit être le plus stable possible : entre 12km/h et 40 km/h environ.

Dans le cas de la mise en place d’une éolienne « domestique », dont la hauteur ne devra pas dépasser 12 m au sol afin d’éviter l’obligation d’un permis de construire, il faudra vérifier qu’il n’existe pas de reliefs perturbateurs pour l’alimentation du rotor (collines, arbres élevés, bâtiments).

D’autre part, l’emprise au sol, si elle reste faible, ne doit pas en être moins efficace. Il faut prévoir le coulage d’un plot d’ancrage qui pourra atteindre les 14 à 16 tonnes de béton.

DES DETRACTEURS

Longtemps stigmatisée en raison des nuisances sonores par les opposants à ce type d’implantation, l’énergie éolienne impose un très grand nombre d’implantation d’aérogénérateurs s’il l’on veut obtenir quelques MW d’électricité.

On parle de champ d’éoliennes. Sans évoquer l’aspect esthétique ou non de ces « moulins à vent», il est probable que le bilan carbone des très grosses unités ne sera pas profitable pour l’environnement avant longtemps. La production des éoliennes et leur transport n’est pas sans impact sur l’environnement.

On peut aussi se poser la question du devenir des blocs d’ancrage en béton coulés dans les terres lorsque l’éolienne aura vécu ? Qu’en est-il également des périodes climatiques froides, qui réclament la production d’électricité, alors que le pays se trouve plongé dans un système météo anticyclonique, donc sans vent ? 

Résumé :

On peut raisonnablement penser qu’aujourd’hui cette énergie non polluante à l’utilisation doit encore faire ses preuves, notamment sur les rapports coûts d’investissement/durée de vie.

D’aucuns pensent que le vent doit rester le moteur des voiliers et autres parapentes, à suivre…

Les besoins en eau en France sont estimés à 40/50 litres par jour par personne pour une température de 50°C.

On peut aussi considérer que la part de l’ECS dans un budget oscille de 10 à 30% du montant de la facture.

EST-IL FACILE D’OBTENIR ECONOMIQUEMENT DE L’ EAU CHAUDE ?

L’étude sera relativement aisée dans le cas d’utilisation d’un ballon électrique, mais obtenir avec détail cette information lorsqu’une chaudière mixte (gaz ou fuel) produit aussi le chauffage sera moins évidente.

Lors de l’étude des équipements en place dans l’habitation, le conseiller devra déceler le type d’usage de cette production d’eau chaude et le niveau de confort souhaité par les occupants. Bains, douches, fréquence d’utilisation, nombre des occupants, position des ponts de tirage d’eau ne sont que quelques uns des paramètres dont il faut tenir compte.

La production d’ECS peut être réalisée avec le même générateur que celui permettant le chauffage ou bien l’on peut utiliser une source distincte.

LES SOLUTIONS CLASSIQUES :

• l’utilisation de la chaudière, (gaz, fuel, …)
• un ballon d’ECS, (généralement électrique)
• parfois par un chauffe bain (souvent au gaz, dont la quantité produite est limitée)

LES SOLUTIONS PLUS SOPHISTIQUEES :

• par panneaux solaires thermiques (capteurs plans ou tubes sous vide)
• par ballon thermodynamique
• grâce à une chaudière bois

L’électricien pourra disposer d’un grand nombre d’équipements dont il devra étudier les différents rendements de production sans oublier la notion de confort pour les occupants. L’accumulation d’ECS dans un ballon tampon représente un poste de consommation régulier mais faible comparativement à une production instantanée qui va demander une puissance maximale pendant une durée peut-être longue.

Autre axe de réflexion pour l’habitat individuel et selon la situation relevée sur place,  l’électricien peut être tenté de proposer la mise en place par exemple d’un ballon thermodynamique afin de réduire la consommation d’une énergie fossile probablement plus couteuse. Le comparatif devra être étudié.

L’étude du dimensionnement d’un réseau de production d’eau chaude démontre aisément que la puissance nominale de la chaudière dépend de la présence ou de l’absence d’accumulation sur ce réseau. Il faudra plus de 20 kW de puissance nominale pour obtenir une quantité d’eau chaude suffisante instantanément (soit 11L/min) dans un studio. La mise en place d’un ballon d’une capacité de 150 L permettra de réduire de plus de 12 kW la puissance.

Résumé :

L’amélioration des performances des équipements permet aussi de proposer la mise en place de solutions innovantes telles que l’utilisation en été du réseau d’eau intégré dans un plancher comme dispositif de captage pour en « pomper » les calories nécessaires au chauffage de l’eau chaude sanitaire. L’installation de la maison permet alors de tempérer de 1 à 2°C l’air des pièces dont le sol sert au pompage des calories.     

FONCTIONNEMENT

Les pompes à chaleur utilisent une source froide, il peut s’agir d’une réserve d’eau ou d’une source, d’un captage horizontal ou vertical dans le sol mais aussi tout simplement de l’air.

Le principe va être de récupérer les calories de l’atmosphère pour « charger » (réchauffer) un fluide frigorigène. Ce fluide froid va devenir gazeux lorsqu’il sera compressé pour en obtenir le maximum d’effet calorifique. Cette chaleur sera alors transmise aux émetteurs : radiateurs basse température ou « split ».

LES LIMITES

Cet équipement a été largement plébiscité en raison de sa grande facilité d’installation dans des bâtiments existants. Mais les erreurs d’installation, la limite de certaines performances et leur possibilité de fonctionner en réversible pour permettre de climatiser des locaux, lui ont porté quelques estocades.

Depuis le 1^er janvier 2009, ces équipements air/air n’ouvrent plus droit à crédit d’impôt mais peuvent encore, sous certaines conditions, bénéficier d’un financement par l’Eco PTZ.

Parmi les soucis relevés pour la mise en œuvre, on remarque notamment le besoin élevé concernant les volumes d’air disponibles et accessibles. Le brassage, on le conçoit, doit être d’autant plus important que l’air extérieur est froid. Les calories étant moins nombreuses il faut alors « pomper » d’avantage. De plus, il ne faut pas oublier qu’en puisant les calories dans l’air, celui-ci s’en trouve refroidit d’autant.

Les performances sont souvent données à 7°C extérieurs, le COP (Coefficient of Performance) pouvant atteindre 4. Mais que devient cette performance par temps de gel ? Les fabricants de PAC  (pompe à chaleur) seront sommés de fournir d’ici peu les performances de leurs machines avec un COP moyen annuel qui donnera une vision plus objective, sinon plus rigoureuse de la performance réelle.

QUELQUES PRECAUTIONS

Compte tenu de ces éléments, la vigilance s’impose quant au choix des équipements envisagés. La pompe à chaleur représente dans certains cas un surcoût de consommation électrique par rapport à un convecteur ou radiant habituellement utilisé.

Il ne faut pas non plus négliger la maintenance, notamment afin de contrôler toute fuite éventuelle du gaz frigorigène donc le pouvoir polluant peut être plus de 5000 fois supérieur à celui du CO².

Bon à savoir : des conditions normales d’utilisation par temps frais (environ 5°C) abaissent la température de l’air ambiant autour de la PAC jusqu’au risque de gel : il faut donc veiller à dégivrer le groupe extérieur, éventuellement par une simple résistance, qui consomme de l’électricité !

L’installation en local non chauffé (garage, appentis) peut être une solution mais il y a un risque de mise en forte dépression de la pièce. L’abaissement de la température de cette pièce peut atteindre celle d’un réfrigérateur !

Enfin, la durée de vie d’un groupe externe de PAC est souvent liée directement au nombre de départs de cycle. Des interruptions trop fréquentes pourraient amener à son remplacement prématuré au lieu des économies prévues.

Résumé :

L’aérothermie peut s’avérer très utile sur certaines réalisations, en raison de contraintes extérieures spécifiques ou de l’impossibilité de réalisation de travaux intérieurs.

C’est une solution de rénovation énergétique à envisager si elle a préalablement été bien étudiée.