Pourquoi éliminer l'air du circuit chauffage

Nous le répétons sans cesse à nos clients, notamment sans équipement spécifiques, il convient de purger régulièrement son installation de chauffage (à minima 3 fois, au début de la saison de chauffe, pendant, et en fin de période de chauffe). Cet entretien est particulièrement important. Car la présence d'air dans une installation de chauffage amène de très nombreux problèmes et inconfort pour l'utilisateur.

Les problèmes dus à la présence d'air ?

Corrosion et érosion

La rouille est une réaction d'oxydoréduction impliquant la molécule de fer, l'oxygène de l'air et de l'eau. Il faut donc que ces trois éléments soient en contact pour déclencher le processus. En détruisant la matière, la corrosion entraîne, d'une part, des dépôts de rouille ou de magnétite (embouage) et d'autre part, une érosion par des particules corrosives entraînées par le flux. De plus, les bulles d'air libres augmentent le risque d'érosion.

• percement : tuyaux, corps de chauffe de chaudière, générateurs de chaleur, radiateurs …
• blocage / grippage : robinetteries, vannes de réglage, pompes,
• diminution / bouchage des sections de passage, embouage
• diminution de la puissance de chauffe des chaudières et des échangeurs thermiques.

Mauvaise circulation de la chaleur et de l'eau

Les bulles d'air libres entravent, voir bloquent, la circulation d'eau : là où il y a des bulles d'air, il ne peut pas y avoir d'eau ! D'une part, la capacité du fluide caloporteur se trouve réduit, d'autre part, un débit instable entraînera un manque d'irrigation aux endroits hydrauliquement ou thermiquement délicats.

• réduction de puissance,
• panne de circulateurs : les pompes « tournent à sec » ou subissent de la cavitation (voir photo),
• comportement instable des vannes de régulation, notamment sous faible charge.

Bruits

Les gaz libres entraînent la formation de bruits dans l'installation :

• bruits d'écoulement dans la tuyauterie et la robinetterie,
• « glouglous » dans les radiateurs.

Puissance de chauffe réduite

Les gaz peuvent exercer une influence négative sur le transfert de chaleur :

• diminution de la puissance de chauffe par l'effet « isolant » des bulles d'air sur les surfaces de chauffe,
• dysfonctionnement des radiateurs par des accumulations d'air qui bloquent totalement la circulation.

Surconsommation énergétique

La présence d'air dans les installations de chauffage central peut impacter une baisse de pression et une modification des débits et de l'équilibrage. De fait, la performance énergétique de l'installation non maintenue sans air s'en trouve modifiée, entraînant une consommation d'énergie plus importante pour parvenir au même confort. 

D'où vient l'air dans les installations ?

Le circuit de chauffage étant aujourd'hui quasiment des circuits dit « fermés », d'où alors peut provenir l'air présent dans son installation. L'air dans l'installation de chauffage provient essentiellement :

• de l'eau de remplissage qui contient environ 10% d'air dissous
• pour une ancienne installation avec système d'expansion ouvert
• par dépression dû à un mauvais système d'expansion fermé n'assurant pas dans le temps une pression suffisante à l'installation
• d'une diffusion de l'air au travers d'éléments en matière synthétiques tels des flexibles en caoutchouc, de raccords étanches à l'eau mais pas à l'air, de tubes et tuyauteries sans barrière anti-oxygène (BAO) composant la distribution (ex. tubes PER de plancher chauffant ou alimentant des radiateurs).

La majeure partie des gaz présents dans le circuit de chauffage sont ceux de l'air (constitué environ de 78% d'azote N2, 21% d'oxygène O2 et 1% de gaz rares). Mais le CO2, le CH4 et le H2 apparaissent également dans les installations notamment compte tenu que lors du cycle de l'eau, l'eau absorbe de l'air de l'atmosphère. Des réactions chimiques avec des produits de traitement de mauvaise qualité en contact avec différents matériaux peuvent aussi amener à la formation de ces gaz. Alors que l'azote engendre des problèmes de bulles, l'oxygène dissous entraîne des problèmes de corrosion.

La teneur en azote, gaz inerte, augmente après le remplissage d'une installation et pendant son fonctionnement notamment parce que les poches d'air résiduel enfermé se dissolvent dans l'eau avec l'augmentation de pression. Mais en chauffant, dépassant la solubilité dans l'eau, des bulles d'azote se libèrent en étant une des causes principales des problèmes d'air.

Dans des installations avec beaucoup d'acier, la teneur en oxygène va se réduire par corrosion de 7,8 ml/l à 0,07 ml/l. Or lorsque l'on sait que la valeur limite pour la corrosion est d'environ 0,1 mg/l, on comprend de la nécessité d'éviter à tout prix l'introduction d'oxygène dans le réseau de chauffage. Ce phénomène est particulièrement fréquent sur des réseaux composés d'un plancher chauffant (composé de tubes PER sans BAO) et la présence d'un ou deux « malheureux » sèche-serviettes en acier dans les salle-de-bains : ce sont ainsi ces radiateurs sèche-serviettes qui vont être particulièrement attaqués par la corrosion et percer fréquemment, l'eau n'ayant à corroder quasiment que ces éléments (la majeur partie du réseau étant composé de PER), tout en étant continuellement « alimentée » en oxygène par une diffusion au niveau des tubes sans BAO.

Sous quelle forme trouve-t-on de l'air ?

Les gaz peuvent se présenter dans l'eau sous forme de bulles libres ou sous forme dissoute. Les gaz dissous peuvent se libérer sous forme de bulles en cas de sursaturation en gaz de l'eau. En cas de sous-saturation, les gaz sont à nouveau absorbés.

Poche de gaz

Au remplissage d'une installation, l'eau entraîne vers le haut l'air plus léger : cet air va alors s'accumuler dans les points hauts de l'installation dans une eau stagnante.

Bulles de gaz dans l'eau de circulation

Sous l'effet de la pression, les poches d'air peuvent partiellement se dissoudre de nouveau dans l'eau. Ceci entraîne une sursaturation. En chauffant, la solubilité baisse qui va entraîner la libération de bulles qui vont alors circuler dans l'installation. La vitesse d'écoulement dans les conduites est généralement plus grande que celle des bulles rendant difficile la séparation qu'à l'aide de dispositifs spécifiques ou en coupant la circulation.

Microbulles

Elles sont extrêmement petites et nombreuses, à peine visibles à l'oeil nu. L'eau prend un aspect « blanc laiteux ». Ces microbulles sont entraînées par le flux, mais s'agglomèrent aussi au contact de corps étrangers dans l'eau pour former des bulles plus grandes. En adhérant aux surfaces, leur séparation est encore plus difficile et seuls des dispositifs de séparations spéciaux peuvent les capter.

Gaz dissous

Les molécules de gaz sont intégrées entre les molécules d'eau de telle manière qu'elles ne peuvent être éliminées que par réduction de pression ou par augmentation de température. Grâce à des différences de pression et de température dans une installation, les gaz dissous vont se libérer sous forme de bulles.

Quelles solutions techniques ?

Pour traiter le problème d'air dans une installation, il existe des moyens manuels telle la purge régulière notamment de ses radiateurs, des nourrices de plancher chauffant, ou la pose de systèmes automatiques, ainsi qu'un bon choix de certains équipements tel son vase d'expansion chauffage.

Il convient ainsi dans un premier temps de vérifier régulièrement la pression (préconisé supérieure de 0.3 bar à la hauteur statique) du vase d'expansion qui permet d'absorber la dilatation de l'eau et maintenir la pression en tout point du réseau. Même si cet équipement est souvent considéré comme « secondaire » dans l'installation, le calcul du vase d'expansion et le choix du modèle requièrent pourtant la plus grande attention, les conséquences en termes de corrosion, embouage et pertes d'énergie, étant bien plus importantes et extrêmement coûteuses dans le temps. L'oxygène peut comme nous l'avons vu provenir d'une dépression due à un mauvais système d'expansion ou au mauvais fonctionnement de celui-ci. Il en résulte une oxydation, avec corrosion et embouage de l'installation de chauffage ou de climatisation. Les vases d'expansion « premier prix » se dégonflent avec le temps, certains perdant jusqu'à 50% de leur pression à l'année. Les vases d'expansion de qualité (ex. Pneumatex) sont équipés d'une vessie neutre en caoutchouc de butyle totalement étanche au gaz (pas de perte de pression au niveau du vase), permettant une haute résistance à la diffusion et à l'installation de rester en pression.

Dans un deuxième temps, il faut convient d'installer des dispositifs de purge, séparation ou de dégazage, qui peuvent d'ailleurs intégrer plusieurs de ces fonctions.

Purgeur

Les purgeurs évacuent, de manière automatique ou non, les gaz accumulés vers l'extérieur : le déplacement d'un flotteur actionne un mécanisme d'évacuation d'air. Mais l'eau doit être au « repos », sans quoi les gaz restent entraînés par le flux. Les purgeurs installés directement sur des conduites, ne purgent pas pendant la circulation mais plutôt durant le remplissage de l'installation.

Séparateur d'air

Par des dispositifs de guidage (soutenant les forces ascensionnelles) et de séparation centrifuge, par la présence de corps étrangers étudiés pour la formation de plus grandes bulles (effet de coalescence), les séparateurs d'air ralentissent considérablement la vitesse d'écoulement et permettent aux bulles présentes de monter dans une zone d'eau au repos et d'être ensuite évacuées à l'extérieur, à l'aide d'un purgeur automatique.

Séparateur de micro-bulles

Les séparateurs de micro-bulles peuvent être construits de manière très compacte. Ils conviennent au dégazage en fonctionnement.

Dégazeur automatique

Un dégazeur automatique (en ligne, thermique, ou par dépression) élimine les gaz dissous dans l'eau pendant le fonctionnement de l'installation. Ils s'utilisent pour la purge et le dégazage d'équipements techniques, notamment pour les installations de plus de 20m. On distingue deux principes physiques pour ces dégazeurs permettant de réduire la solubilité :

• Dégazeur thermique : une température élevée réduisant la solubilité, les bulles d'air formées par effet thermique sur les parois chaudes d'une chaudière par exemple peuvent être évacuées par un séparateur de microbulles installé en aval de celle-ci.
• Dégazeur par différence de pression (dépression sous vide, ou à pression atmosphérique) : une certaine quantité d'eau riche en gaz est prélevée de l'installation à l'aide d'un bypass, et sa pression est réduite (une basse pression réduisant la solubilité) ; les gaz dissous sont libérés sous forme de bulles de gaz qui sont évacuées à l'extérieur, l'eau appauvrie en gaz étant réinjectée dans le réseau ; ce cycle est répété jusqu'à ce que toute l'eau de l'installation soit sous-saturée en gaz.

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