En anglais, on appelle « Free Cooling » le procédé gratuit par lequel on peut refroidir une habitation, un bâtiment d'entreprise... Il s’agit d’un mécanisme pour rafraîchir qui se base sur l’écart de chaleur entre l’air provenant de dehors et l’air présent dedans, quel que soit le type de logement.
Ce mécanisme de rafraîchissement naturel est un moyen écologique de faire baisser la chaleur dans une pièce. Contrairement aux systèmes de climatisation énergivores, cette méthode n’utilise que les propriétés naturelles de l’air. Et peut avoir une efficacité quasiment similaire en été. Pour adapter la température intérieure quand il fait trop chaud à l’extérieur, la meilleure option est d’avoir recours à cette méthode naturelle de refroidissement passif : elle offre une fraîcheur optimale pour se sentir bien chez soi. Combiné à une installation de chauffage par le sol, la diminution de température liée au Free Cooling peut atteindre 4°C. Le Free Cooling peut être réalisé à différents moments de la journée : de jour ou de nuit.
De jour, le Free Cooling est possible seulement si la chaleur est moindre dehors que dedans. À cette condition, il consiste en une aération intensive pour faire pénétrer l’air extérieur plus frais à l’intérieur. Comme la différence de température n’est pas forcément très importante, il faudra amplement aérer pour qu’un peu de fraîcheur s’installe. Les ouvertures du bâtiment, portes et fenêtres seront utilisées à cet effet : on les ouvrira en grand, soit à la main soit de manière automatisée. La surface de ces ouvertures est un paramètre important de la réussite de la méthode : on calcule qu’elles doivent mesurer 2% minimum de la surface totale du bâtiment pour que le procédé soit efficace. Ainsi, un volume suffisant d’air plus frais entrera à l’intérieur. Attention toutefois à ne pas multiplier les ouvertures : si la surface dépasse 3% de la surface totale, cela peut multiplier le risque de cambriolage ou d’intrusion.
Comme l’air est dans la plupart des cas plus frais la nuit, la méthode de Free Cooling sera d’autant plus efficace et rapide. De la même manière que pour le Free Cooling de jour, on fera pénétrer à l’intérieur l’air plus froid de l’extérieur, à l’aide d’une aération en grand. On réalisera cette fois l’opération pendant la nuit, ce qui « déchargera » la température de la chaleur supplémentaire reçue le jour.
Il est important de noter que sauf cas particulier, il est plus difficile de faire circuler l’air et donc de baisser la température lorsque les ouvertures sont toutes du même côté de la maison. L’air circulera d’autant mieux si les fenêtres ou portes sont situées sur des murs différents, ou mieux, qu’elles se font face. Pour rendre le Free Cooling efficace dans le premier cas, on peut stimuler mécaniquement la circulation de l’air à l’aide d’un ventilateur.
Le second effet bénéfique du Free Cooling est de pouvoir récupérer la chaleur qu’on a fait sortir dans une sonde géothermique. Ainsi, cette chaleur pourra alimenter la consommation en eau chaude du logement. Une pompe à chaleur géothermique permettra de conserver la chaleur sous la terre, pour la réutiliser quand on en a besoin. Le « combustible » du Free Cooling est donc cette source d’énergie gratuite et écologique : l’air. Il consiste simplement à organiser la circulation de l’air plus frais extérieur vers l’intérieur et de l’air plus chaud de l’intérieur vers le dehors.
Dans le cas des usines ou centres industriels où de nombreuses machines sont en action en même temps et en continu, la quantité de chaleur dégagée est très importante. La méthode de refroidissement passif peut avantageusement réduire le recours à des systèmes mécaniques de refroidissement, coûteux énergétiquement et financièrement, notamment lors des saisons froides, en amenant simplement l’air extérieur pour créer une différence de température.
Pendant la période estivale, c’est surtout la nuit que le système sera utilisé, pour rafraîchir l’air intérieur grâce à l’air frais de la nuit. Différents types d’air peuvent être utilisés : l’air extérieur frais le jour, lorsque la météo le permet, l’air extérieur frais de la nuit, ou encore les vents frais de haute montagne… Mais on peut également trouver d’autres sources de fraîcheur en profondeur : l’eau froide du fond d’un lac ou d’un puits faisant remonter l’eau des nappes phréatiques ; ou bien l’air frais d’un souterrain… La circulation d’air est alimentée par une pompe, qui nécessite peu d’électricité pour être efficace. On peut en complément refroidir le liquide circulant dans un plancher chauffant et faire circuler la fraîcheur en utilisant le réseau de tuyaux prévus habituellement pour chauffer. Ainsi le froid vient du bas et repousse le chaud, qui a tendance à monter.
Le Free Cooling fait circuler l’air sans créer de courants d’air désagréables et son installation est peu coûteuse. Le fonctionnement implique peu de dépenses puisque outre l’électricité nécessaire au fonctionnement de la pompe, le reste de l’énergie utilisée est gratuite. On pourra toujours objecter qu’on obtient de meilleurs résultats avec un climatiseur traditionnel. Mais à quel prix, pour l’utilisateur et pour l’environnement ? Outre la pompe à chaleur, le refroidissement passif ne demande aucun apport énergétique autre que naturel. Enfin, le système Free Cooling est largement suffisant pour ramener les températures en-dessous de 28 °C, la limite pour qu’on se sente bien.
La réglementation thermique 2012, ou RT 2012, impose des normes pour restreindre la consommation d’énergie dans les logements, et cela inclut les dépenses énergétiques pour chauffer ou refroidir des habitations. Mettre en place un système de refroidissement passif est une méthode optimale pour atteindre ces objectifs. La pompe à chaleur ou un groupe froid réversible seront installés sur le toit du bâtiment, pour fabriquer de la chaleur ou de la fraîcheur à l’intérieur des logements, et pour créer de l’énergie nouvelle. Par sécurité, il est préférable de combiner le système naturel avec un chauffage traditionnel, pour le cas où les températures extérieures baissent trop et le système atteint sa limite de capacité à chauffer. De plus, l’efficacité dépendra beaucoup de la qualité de la pompe à chaleur ou du groupe de froid réversible choisi.
Le choix du type d’ouvertures est primordial. Nous recommandons l’installation de châssis basculants, qui évitent de laisser entrer la pluie – et les personnes indésirables... Ils peuvent être actionnés à la main ou automatisés. On peut renforcer la sécurité de l’installation à l’aider de grilles inamovibles protégeant l’ouverture. Les châssis peuvent alors être ouverts intégralement, ce qui optimise la ventilation. Il convient également de se rappeler que l’air chaud monte : l’air frais entrera mieux par le bas et l’air chaud sera mieux capté en haut d’une pièce. Ce jeu entre air chaud et air froid contribue au mouvement de l’air. Et enfin, une bonne connaissance de l’orientation des vents aidera à l’efficacité du système. Le plus souvent, les vents rafraîchissants proviennent du sud-ouest. Or le Free Cooling fonctionnera mieux si les vents circulent non pas parallèles aux ouvertures mais dirigés vers celles-ci.
