Chauffage par le sol

Le chauffage par le sol chauffe une pièce à travers son plancher. Les gaz chauds d’un feu, ou de l’eau tiède, passent dans un vide, des conduits ou des tuyaux sous le sol, qui se réchauffe sur toute sa surface et rend sa chaleur doucement et de façon égale. Les sols chauffés apparaissent aux IVe et IIIe siècles av. J.-C., dans des bains grecs de Sicile et dans des maisons de Corée ; les systèmes modernes font circuler de l’eau tiède dans des tuyaux posés dans le sol.

Ce que c’est

Le chauffage par le sol place la source de chaleur sous le plancher, au lieu d’un foyer ouvert ou d’un poêle dressé dans la pièce. Le sol lui-même devient une grande surface doucement tiède. Il chauffe les pieds et l’air juste au-dessus, et il chauffe par rayonnement les personnes et les objets de la pièce, sans point brûlant ni fumée à l’intérieur.

On en distingue trois grandes sortes. Dans l’hypocauste romain, le sol repose sur des piles au-dessus d’un vide, et les gaz chauds d’un foyer extérieur à la pièce parcourent ce vide puis montent par des conduits dans les murs. Dans l’ondol coréen, la fumée d’un feu allumé d’un côté de la pièce passe dans des canaux sous un sol de pierres plates et sort par une cheminée du côté opposé. Dans les systèmes hydrauliques modernes, une chaudière ou une pompe à chaleur chauffe de l’eau qu’une pompe fait circuler dans des boucles de tuyau noyées dans le sol, aller et retour.

Comment ça marche

Dans l’ondol, la fumée du feu passe sous le sol de pierre, du foyer jusqu’à la cheminée de l’autre côté.

Un feu chauffe l’air au-dessus de lui, et les gaz chauds montent et filent vers une sortie. Sous le sol d’un hypocauste, ils s’étalent dans le vide entre les piles, lèchent le dessous des tuiles du sol et les chauffent, puis s’échappent par des tuyaux creux de terre cuite placés dans les murs, qui chauffent aussi les murs. Vitruve demande de faire monter le sol inférieur depuis le foyer, si bien qu’une balle jetée à l’intérieur reviendrait rouler jusqu’à la bouche du foyer : la pente ascendante aide la flamme et les gaz chauds à gagner le fond de la pièce.

L’ondol utilise le même tirage sur un chemin plus étroit. Le feu est allumé dans un foyer plus bas que la pièce, et les gaz courent dans des conduits sous de lourdes pierres, qui emmagasinent la chaleur et continuent à la rendre après que le feu est tombé. Dans les deux systèmes, une maçonnerie épaisse égalise la chaleur, mais le sol le plus proche du feu reste le plus chaud.

Un sol hydraulique transporte la chaleur par de l’eau au lieu de la fumée. L’eau est chauffée dans une chaudière ou une pompe à chaleur, puis pompée dans de longues boucles de tuyau serrées, posées dans une chape ou une dalle de béton, au départ d’un collecteur et retour. Une couche d’isolant sous les tuyaux renvoie la chaleur vers la pièce plutôt que vers le sol. Dans une maison étudiée par le département de l’Énergie des États-Unis, les tubes étaient posés sur une mousse rigide au-dessus de la dalle de béton et recouverts d’une chape coulée au plâtre, sous un carrelage.

Comment faire

De l’eau tiède versée dans une boucle de tuyau sous un carreau chauffe tout le carreau, l’isolant du dessous gardant la chaleur.

Un petit essai montre comment l’eau tiède chauffe un sol. Il faut un carreau de sol en céramique émaillée d’environ 30 centimètres de côté, une plaque de polystyrène rigide un peu plus grande, deux mètres de tuyau transparent d’aquarium, un petit entonnoir en plastique, deux pichets et un thermomètre de cuisine.

Posez le tuyau sur le polystyrène en zigzag, les coudes espacés d’environ quatre centimètres, en laissant dépasser les deux bouts au-delà du bord, et maintenez-le avec des bandes d’adhésif. Posez le carreau par-dessus. Enfoncez l’entonnoir dans un bout du tuyau et placez l’autre bout dans un pichet, posé plus bas que la plaque. Faites couler de l’eau tiède du robinet dans l’autre pichet et vérifiez-la au thermomètre : elle ne doit pas dépasser 40 °C. Versez-la lentement dans l’entonnoir et entretenez le débit quelques minutes. Posez la main à plat sur le carreau du côté où l’eau entre, puis à l’autre bout : il tiédit d’abord près de l’entonnoir, puis sur toute sa surface. Recommencez avec le carreau posé sur une pierre froide ou un plateau métallique au lieu du polystyrène et comparez sa tiédeur.

Histoire et évolution

Les sols chauffés apparaissent dans le monde grec aux IVe et IIIe siècles av. J.-C. Gilbert-Charles Picard fait remonter le principe chez les Grecs au moins au début du IVe siècle av. J.-C., avec des conduits passant sous une partie de la pièce. À Géla, en Sicile, dans des bains bâtis après la refondation de la ville par Timoléon et détruits avec elle en 282 av. J.-C., on allumait le feu dans une petite chambre à deux couloirs dont les murs portaient le sol d’une pièce située au-dessus. À Frégelles, dans le Latium, des bains du début du IIe siècle av. J.-C. possédaient déjà un hypocauste complet, avec son foyer et des sols portés par des piles. À Pompéi, le bloc de bains chauffés des thermes de Stabies ne fut bâti que dans la seconde moitié de ce siècle. Les auteurs romains attribuaient à Caius Sergius Orata, qui aménagea aussi des parcs à huîtres près de Baïes au début du Ier siècle av. J.-C., l’introduction de ces sols suspendus en Italie. Vitruve, vers 25 av. J.-C., en donne la recette : un sol inférieur de tuiles en pente vers le foyer, des piles de briques de huit pouces montées à l’argile mêlée de poils, et des tuiles de deux pieds posées dessus pour porter le sol.

En Asie du Nord-Est, on faisait passer la fumée sous les sols d’une autre manière. Kim Jae Youn relève des ondols dans la culture de Krounovka, au Primorié, dans le nord-est de la Corée et en Mandchourie. Le service coréen du patrimoine date des exemples anciens d’ondol de sites du IIIe siècle av. J.-C. au Ier siècle apr. J.-C. Dans le sud de la Corée, sur les sites de Bangiri et de Neukdo, on a trouvé des ondols en L et en U faits de dalles de pierre posées sur le sol des maisons, et Kim relie leur apparition à une influence de Krounovka. Dans l’ondol coréen plus tardif, un foyer, l’agungi, alimente des conduits sous la pièce, couverts de minces pierres plates, les gudeul.

Un sol hydraulique moderne : des tuyaux d’eau tiède dans une chape, avec un isolant dessous pour renvoyer la chaleur vers le haut.

Le chauffage à l’eau chaude est venu bien plus tard. En 1831, Angier March Perkins, ingénieur américain installé à Londres, fit breveter un système fermé où l’eau, enfermée dans une boucle de tuyau étroit en fer forgé d’environ un pouce de diamètre, était chauffée par un foyer et circulait sous pression. Ces fortes pressions inquiétèrent les assureurs, qui retirèrent un temps leur garantie, et il proposa un système plus sûr à pression moyenne. Aux États-Unis, Frank Lloyd Wright posa des boucles de tuyau dans le sable sous la dalle de béton de la maison Jacobs, à Madison, dans le Wisconsin, achevée en 1937, et appela le résultat « gravity heat ». Les tuyaux furent d’abord remplis de vapeur ; Wright prescrivit plus tard de l’eau. Les systèmes modernes suivent la même idée avec des boucles de tuyau posées sur un isolant et recouvertes d’une chape.