Rafraîchissement adiabatique (ou bio-climatisation) : une alternative à la climatisation pour rafraîchir grâce au pouvoir de l'évaporation de l'eau
Le rafraîchissement adiabatique est une alternative à la climatisation : en utilisant le phénomène naturel qu'est l'évaporation, il permet de rafraîchir une ou plusieurs pièces de quelques degrés.
Le rafraîchissement adiabatique consiste à refroidir l'air en intérieur en se servant de la faculté de l'eau à absorber des calories en s'évaporant. Contrairement à la climatisation, ces systèmes n'émettent pas de chaleur et sont moins gourmands en énergie.
La conclusion du rapport Résiliance de l’ADEME soulève un point non des moindres : le rafraichissement actif pourrait, en complément d’une adaptation du bâti, devenir nécessaire pour assurer le confort thermique d’ici la fin du siècle dans certains territoires français.
Points forts
Un système économique et peu énergivore
Une consommation très faible en énergie
Pas de rejet de chaleur ou de fluides frigorigènes contrairement à la climatisation
Efficace en climat sec
Une efficacité qui augmente avec l’élévation de la température extérieure
Comment fonctionne le rafraîchissement adiabatique ?
Il faut d’abord bien préciser que nous parlons ici de « rafraîchissement » et non pas de « refroidissement » adiabatique. Là où le refroidissement permet de suivre des consignes de température, le rafraîchissement rend simplement l’air plus frais sans garantir une température fixe.
En pratique, le fonctionnement de l’adiabatique peut être expliqué en trois étapes (PROFEEL, 2021) :
L’air chaud vient traverser un filet d’eau
En contact avec l’eau, l’air chaud provoque l’évaporation de celle-ci
La chaleur est extraite de l’air par cette opération et l’air se refroidit
Plusieurs types de systèmes adiabatiques existent, qu’ils soient faits maison, issus du commerce ou utilisés dans le milieu professionnel.
Le rafraîchissement adiabatique chez les particuliers
La technique "fait maison"
C’est le même principe que lorsque vous étendez un drap humide à la fenêtre ! En étendant une serviette éponge sur un étendoir et en trempant son extrémité dans de l’eau froide (dans une bassine par exemple), il est possible de placer un ventilateur afin de pousser l’air vers la serviette humide, rafraîchissant sensiblement celui-ci.
Pour plus d’efficacité, des rafraîchisseurs adiabatiques mobiles sont disponibles dans le commerce, ils peuvent notamment être trouvées sous le nom de« bio-climatiseurs ». Selon les différents fournisseurs, ils permettraient une réduction de la température intérieure de 2 à 4°C pour des surfaces de 15 m².
Les systèmes mobiles aspirent l’air à l’aide d’un ventilateur et le rejettent sur un échangeur (ex : filtre de cellulose) alimenté en eau (pompée dans le réservoir sous-jacent). L’air en ressort donc rafraîchit.
Il est néanmoins indispensable de bien faire circuler l’air dans le logement pour éliminer l’humidité générée par le système, et aussi pour augmenter l’efficacité globale de l’appareil.
Une consommation d’énergie limitée
Un bio-climatiseur à destination des particuliers présente l’avantage de consommer peu d’énergie, surtout quand on le compare à un climatiseur classique. Ces derniers peuvent présenter une consommation variant entre 1500 et 4000 Watts (EDF). Un bio-climatiseur, quant à lui, consommera en général moins de 100 Watts et aura également l’avantage de ne pas relâcher de chaleur par son utilisation. Il consommera néanmoins une petite quantité d’eau.
L'adiabatique dans les bâtiments tertiaires
Dans les bâtiments industriels et tertiaires, l'adiabatique peut prendre plusieurs formes.
Le rafraîchissement adiabatique indirect
Le système adiabatique indirect a pour faculté de rafraîchir sans humidifier l’air entrant et nécessite une ventilation double-flux. Cette méthode marche en plusieurs étapes :
De l’air chaud et sec est introduit à l’intérieur
De l’air chaud et humide est extrait de l’intérieur et est refroidi au contact d’un échangeur adiabatique, le refroidissant
Par un échange thermique classique, l’air chaud et sec introduit croise l’air extrait refroidit et voit sa température diminuée tout en ne se chargeant pas en eau
Dans un système direct, c’est l’air introduit par l’extérieur qui est mis en contact de l’eau et qui se rafraîchit. Cet air est ensuite soufflé directement dans les locaux. Ce type d’installation nécessite cependant une bonne ventilation pour éviter que l’hygrométrie (taux d’humidité dans l’air) n’augmente trop et puisse provoquer un inconfort.
Il est également tout à fait envisageable de coupler un système adiabatique direct avec un indirect afin de rafraîchir d’autant plus les locaux.
Il s’agit simplement d’utiliser un système indirect et d’ajouter un caisson adiabatique (direct) en sortie de l’air soufflé dans la pièce. D’abord rafraîchit par l’air extrait, l’air soufflé est rafraîchi une deuxième fois parle caisson.
La solution Caeli One, un rafraîchissement adiabatique indirect à point de rosée
Start up grenobloise créée en 2020, Caeli Energie propose une solution de rafraîchissement adiabatique indirecte à point de rosée, une première en France.
Cette solution est considérée comme un rafraîchissement semi-actif, car il est en partie conditionné par l’humidité extérieure. C’est donc un système particulièrement adapté aux climats secs et aux milieux urbains, qui n’a pas vocation à être utilisé dans les climats humides.
Un module Caeli One rafraichit jusqu’à 30 m² et est commandé directement depuis l’appareil ou à distance sur un téléphone. On peut aussi en combiner plusieurs pour rafraîchir des pièces plus grandes. Cependant Caeli One n’est pas pensé pour de grands volumes type ateliers d’usines ou de très grands espaces communs.
L’installation et l’entretien
Caeli One doit être installé sur un mur donnant sur l’extérieur. Niveau encombrement, il faut prévoir un espace disponible au mur d’une largeur d’environ 60 cm pour une hauteur de 110 cm.
Il faudra ensuite percer deux ouvertures dans le mur d’un diamètre de 160 mm, et raccorder le dispositif à l’eau (tuyaux 6/8mm type fontaine à eau) et à l’électricité (220V).
Des clapets anti-retours d’air sont installés dans ces ouvertures pour l’hivernage. Aucun bloc froid n’est installé sur la façade, des petites grilles de ventilations sont néanmoins visibles comme sur la photo ci-dessous.
La pose peut être réalisée par un chauffagiste, un plombier ou un électricien et est détaillée sur la chaîne YouTube de l’entreprise.
Quelques légers entretiens sont à prévoir :
Tous les ans : Nettoyage des caissons adiabatique
Tous les 4 ans : changement des caissons adiabatique pour un coût total d’environ 200 € HT. Pour des eaux très calcaires un changement plus précoce des caissons peut être à envisager.
Une consommation très faible en électricité et en eau
Avec une consommation en électricité d’environ 50 à 60 Watts, et une consommation d’eau annoncée de 1000 à 2000 L d’eau par saison estivale (4 mois), le dispositif se veut peu consommateur.
En effet le Caeli One affiche une grande efficacité avec un coefficient de performance (COP) annoncé supérieur à 15. C’est-à-dire que pour chaque watt consommé par l’appareil, plus de 15 watts de froid sont produits.
C’est donc une solution sobre, surtout quand on le compare à la consommation d’un climatiseur, de 1500 à 4000 Watts avec un coefficient de performance de 3 en moyenne, et qu’on le recontextualise avec la consommation d’eau moyenne d’un·e habitant·e.
Le rafraîchissement adiabatique à point de rosée comment ça marche ?
Entièrement fabriquée en France la solution Caeli One fonctionne globalement comme un système adiabatique indirect décrit précédemment.
Cependant la version de Caeli Energie est optimisée sur le modèle du cycle thermodynamique de Maisotsenko, du nom de son inventeur, un ingénieur ukrainien qui a conceptualisé ce nouveau cycle thermodynamique dans les années 1970.
C’est un type de solution qui est très utilisé aux Etats-Unis pour refroidir des datacenters. Cependant ces systèmes sont globalement assez imposants, contrairement à Caeli One qui a travaillé sur la compacité de la solution.
Ce qui diffère de l’adiabatique indirect est la température de l’air rejeté à l’intérieur. Elle se rapproche au maximum de la température du point de rosée, température à partir de laquelle la vapeur d’eau contenue dans l’air est saturée et se transforme en eau liquide.
Concrètement, cela permet de produire un air encore plus frais qu’un système adiabatique indirect simple, limité à la température humide.
Le cycle s’appuie notamment sur un refroidissement et réchauffement successif de l’air entrant pour venir s’approcher de la température de rosée. On peut aussi noter que le système devient de plus en plus efficace à mesure que la température augmente et que l’humidité diminue.
En mai 2023, nous avons rencontré Delphine Bassinet, de l’agence d’architecture ICI & LA mandatée pour la transformation des anciens-bains douche de Pantin en crèche. .
Une réhabilitation exemplaire
Les bains-douches de Pantin, construits en 1924, avaient cessé leur activité en 2004. Depuis, le bâtiment était laissé à l’abandon. C’est pourquoi il a été décidé en 2020 de rénover les lieux, et d’y transférer la crèche des Jolis Môme qui s’est installée en février 2022 et accueille une vingtaine d’enfants. Une démolition complète de l’intérieur a été effectuée mais l’aspect patrimonial du bâtiment a été préservé.
Ce projet a été accompagné dans le cadre de la démarche Bâtiments Durables Franciliens. La commission Bâtiments Durables Franciliens a octroyé le niveau Argent au projet en raison des efforts réalisés pour respecter l'environnement. En effet, plusieurs aménagements ont été intégrés : toiture végétalisée, désimperméabilisation des surfaces extérieures pavées, isolants biosourcés, etc…
Le choix du rafraîchissement adiabatique
Dans une logique environnementale, il a été choisi de ne pas recourir à un système de climatisation dans les bains-douches. Le bâtiment est donc rafraîchi à l’aide d'une combinaison de plusieurs systèmes passifs comme du freecooling, des brasseurs d’air et du rafraîchissement adiabatique.
Il a d’abord été important d’expliquer au public ciblé (équipe de la crèche, parents et élus) que la solution était différente d'une climatisation classique et n’allait pas permettre de fixer la température d’une pièce, mais bien de rafraîchir l'air intérieur.
Le rafraîchissement adiabatique installé est un système couplé (direct et indirect) et s’applique aux pièces traitées par la ventilation double flux. C'est un rafraîchisseur ADIABOX V3 NFG de l’entreprise GENATIS. Il a été incorporé à la CTA (Centrale de Traitement d’Air) de la société VIM.
Pour éviter que l’humidité n’atteigne des seuils trop élevés, une sonde hygrométrique se déclenche quand un seuil limite a été atteint.
Combien a coûté l’installation des systèmes de rafraîchissement adiabatique ?
Le projet de rénovation global des bains-douches a coûté 1 495 000 € HT. Pour les 250 m² traités, le coût du rafraîchissement adiabatique est d’environ 8 000 € HT. Il n’a bénéficié d’aucune aide financière spécifique.
Installation de modules Caeli One dans des logements sociaux
En août 2024, nous avons pu interroger Tony Ortega, chef de projet en cohésion sociale et urbaine chez Alpes Isère Habitat à Saint-Martin-d’Hères en Isère. Ce bailleur social de la région Auvergne Rhône-Alpes a fait installer des modules de rafraîchissement adiabatique Caeli One dans certains de ses logements concernés par des problématiques de surchauffe.
Pourquoi le choix du rafraîchissement adiabatique ?
Alpes Isère Habitat, premier bailleur social de l’Isère avec plus de 30 000 logements, voulait offrir à ses résidents une solution de rafraîchissement écologique en alternative à la climatisation.
Au printemps 2023, 3 appartements ont pu être équipés de modules Caeli One. Le choix d’équiper ces appartements n’a pas été anodin. L’immeuble qui les abrite date des années 1970 et souffre d’un manque d’isolation thermique.
C’est Tony Ortega qui a été chargé de trouver des locataires intéressés par cette installation au sein de l’immeuble. Le choix s’est porté sur des personnes volontaires, tout en privilégiant les populations les plus vulnérables tel que les personnes âgées.
L’installation
Des appartement T3 et T4 ont été équipés avec chacun un module Caeli One dans la pièce principale.
L’installation a été effectuée par un plombier chauffagiste ayant l‘habitude de travailler avec Caeli Energie, et l’opération a pu se faire en présence des locataires en une demi-journée seulement.
Une instrumentation pour mesurer l’efficacité du dispositif
Dans le cadre d’un programme commun entre Caeli Energie et le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), des capteurs ont été installés dans les pièces équipées. De la taille d’un stylo, ils sont chargés de réaliser des relevés automatiques de la température de la pièce pour s’assurer de l’efficacité du rafraîchissement. Des appartements voisins non équipés en rafraîchissement adiabatique ont aussi été instrumentés pour servir de témoin.
Coût de mise en place
L’achat des modules de rafraîchissement Caeli One et la pose ont été pris en charge à 100% par le bailleur social. Cette installation représente un coût total d’environ 12 000€ TTC pour les trois modules pose comprise.
Concernant la consommation, les locataires ayant accepté l’installation se sont vu proposer d’être remboursés des coûts de fonctionnement. Au vu de la très faible dépense (estimé à environ 7€ par saison) aucun des locataires n’a manifesté le souhait d’être dédommagé.
Retours utilisateurs-rices
ICI & La Architecture
D’après l’architecte Delphine Bassinet qui a conçu le projet de crèche à Pantin utilisant le rafraîchissement adiabatique, au vu de son coût et de son efficacité, le rafraîchissement adiabatique est un investissement qui vaut le coût.
C’est pourquoi l’agence essaye d’incorporer cette solution sur plusieurs autres projets de rénovation. C’est le cas dans le projet de Centre socio-culturel et de Maison de l’Enfance à Sens (Yonne), ou dans la crèche de la « Glacière »,dans le 13e arrondissement de Paris.
Alpes Isère Habitat
Tony Ortega directement en relation avec les locataires du bailleur social Alpes Isère Habitat (AIH) à pu nous faire part des retours après une année de fonctionnement des modules Caeli One.
Un système très efficace mais légèrement bruyant
Les habitants ayant bénéficiés de l’installation de Caeli One sont très satisfaits de son efficacité, et témoignent d’un avant / après frappant.
Lors de l’été 2023 où la température extérieure est montée à plus de 40°C, le confort thermique des habitants équipés a été garanti. En effet la température intérieure, d’après les relevés de températures, n’a pas dépassé les 27°C.
Cependant les locataires ont mentionné que le bruit du système Caeli One pouvait s’avérer gênant, notamment dans son mode boost, avec un bruit qui pouvait s’apparenter au « fonctionnement d’une hotte d’aspiration à la vitesse maximale ».
Co-bénéfices
Co-bénéfices environnementaux :
Sobriété
Santé & environnement (Pollution de l'air, pollution sonore)
Co-bénéfices autres :
Coûts
Combien coûtent les différents systèmes adiabatiques ?
Bioclimatiseurs mobiles
Les rafraîchisseurs adiabatiques mobiles, que l'on peut trouver dans le commerce sous le nom de "bio-climatiseurs", ont un prix qui oscille entre 100 et 300 €. On peut les trouver facilement dans le commerce, notamment les magasins de bricolage.
Systèmes professionnels
Le prix dépend du système utilisé et de la surface à rafraîchir.
A titre d'exemple, dans le cadre de la crèche de Pantin, ce sont 250 m² qui sont traités par un système adiabatique couplé, pour un coût de 8000 €.
Caeli One
Le prix d'un module seul se situe autour de 3 000 €. L'installation par un professionnel coûte environ 1 000 €
Complexité et contexte de mise en oeuvre
Une solution qui doit venir en complément d’autres solutions
Le rafraîchissement adiabatique n’est pas une solution miracle et doit être intégré en complément d’autres solutions pour que le rafraîchissement soit réellement efficace, à savoir :
Réduire les apports extérieurs en intégrant des protections solaires,(stores, volets, etc.)
Assurer une bonne ventilation dans le bâtiment (sur-ventilation, installation de brasseurs d’air, aérer la nuit)
Eviter d’utiliser des équipements relâchant de la chaleur (fours, électroménager, etc.)
Sur le plus long terme : végétaliser (toitures, façades, cours) ou isoler le bâtiment
Une solution non adaptée à toutes les situations
Le rafraîchissement adiabatique ne pas peut être implanté partout :
Les locaux nécessitant une température précise, comme certaines pièces dans les EHPAD ou dans les hôpitaux, ne conviendront pas à un système adiabatique.
Certains bâtiments, étant donné leur activité : musées, laboratoires, etc. ont des consignes strictes d’humidité. Le rafraîchissement adiabatique direct ne pourra donc pas être utilisé car il peut exercer une influence sur le taux d’humidité.
De plus, la solution adiabatique dépend de la météo et du climat. Celle-ci est efficace par temps sec, mais quand l’hygrométrie de l’air est déjà élevée (en temps orageux par exemple), l’eau ne pourra pas s’évaporer efficacement et donc l'air soufflé sera moins frais.
Un besoin d'eau constant
Si la consommation reste faible, le fonctionnement d'un système adiabatique nécessite un apport constant en eau. Une installation doit donc prendre en compte l’approvisionnement de cette ressource.
Pour un usage de bureaux, avec 4168 m² de surface utile, et avec un système adiabatique indirect, la moyenne de consommation d’eau sera de 5,62Litres/m²SU.an
Pour un gymnase de 2726 m² de surface utile, avec un système adiabatique direct, la consommation d’eau moyenne sera de 0,83 L/m²SU.an
Pour un bâtiment d’enseignement de 2080 m² de surface utile, avec un système adiabatique direct, la consommation d’eau moyenne sera de 1,413L/m²SU.an
Anticiper l’installation de l'adiabatique
Un module adiabatique mobile est simple à installer, il s’agit d’un appareil compact, comme un climatiseur mobile habituel.
Dans le cas où le rafraîchisseur n’est pas un module mobile, celui-ci est généralement intégré en façade ou en toiture d’un immeuble. Son installation doit donc être prise en compte dès la construction ou la rénovation du bâtiment (le dispositif nécessite un bon dimensionnement et peut entraîner un surdimensionnement des gaines).
L’adiabatique peut être pensé en même temps que l’installation ou le remplacement d’une Centrale de Traitement d’Air (CTA), car nombre d’entre elles intègrent un module adiabatique dans leur machinerie. Il est également possible d’intégrer un module adiabatique à une CTA déjà existante.
Prestataire(s)
Caeli Energie
Lauréat de l’Appel à candidatures AdaptaVille 2024
Caeli Energie est une entreprise Grenobloise fondée en 2020 qui propose, sa solution de rafraîchissement adiabatique indirect à point de rosée nommée Caeli One.
Agence d'architecture fondée en 2011 par Delphine Bassinet, Ici et là architecture est basée à Paris et partage ses locaux avec l’agence de paysage FIKIRA avec laquelle elle collabore régulièrement, mettant en cohérence l’architecture et le paysage.
L’agence développe son activité dans le cadre de la commande publique. Ses domaines d’interventions sont variés – petite enfance, enseignement, socio-culturel, administratif – en construction neuve comme en restructuration ou réhabilitation patrimoniale.
En 2019, l’agence se forme à la démarche BDF pour accompagner la ville de Pantin sur l’un de ses projets et en 2022 à la conception et au pilotage de projet intégrant une démarche de réemploi.
Genatis est une marque du groupe Adexsi proposant des solutions de rafraîchissement et d'éclairage. A ce titre, elle développe des solutions de rafraîchissement adiabatique telles que l'Adiabox V3 NFG, utilisé dans la rénovation des Bains-douches de Pantin (dans "Expérimentation de la solution").
