Évacuation et air de combustion

Chapitre 3 — Évacuation et air de combustion

3.1 Introduction

L'évacuation des produits de combustion et l'apport d'air de combustion sont deux éléments indissociables de toute installation de gaz sécuritaire. Un système d'évacuation défaillant peut entraîner une intoxication au monoxyde de carbone, un incendie ou une explosion. De son côté, un apport d'air insuffisant empêche une combustion complète, génère du monoxyde de carbone et réduit le rendement des appareils.

Ce chapitre couvre en profondeur les principes de la combustion, les types de systèmes d'évacuation, les exigences de dimensionnement, les normes applicables, les méthodes de calcul d'air de combustion, et les bonnes pratiques d'installation et d'entretien.

3.2 Principes de la combustion

La combustion est une réaction chimique exothermique entre un combustible (gaz) et un comburant (oxygène de l'air). Pour qu'elle soit complète et sécuritaire, trois éléments doivent être présents : le combustible, l'oxygène et une source d'inflammation (triangle du feu).

3.2.1 Combustion complète

La combustion complète du gaz naturel (méthane) se produit lorsque l'apport d'oxygène est suffisant :

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O + chaleur

Les produits de combustion sont inoffensifs : dioxyde de carbone (CO₂) et vapeur d'eau. La flamme est bleue, stable et chaude.

Pour le propane (C₃H₈) :

C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O + chaleur

Le volume d'air théorique nécessaire à la combustion complète est d'environ 10 volumes d'air par volume de gaz naturel, et d'environ 25 volumes d'air par volume de propane.

3.2.2 Combustion incomplète

La combustion incomplète se produit lorsque l'apport d'oxygène est insuffisant. Les réactions produisent du monoxyde de carbone (CO), un gaz extrêmement toxique :

CH₄ + 1,5 O₂ → CO + 2 H₂O + chaleur

CH₄ + O₂ → C + 2 H₂O + chaleur (suie)

Les signes de combustion incomplète incluent :

3.2.3 Excès d'air

Un excès d'air contrôle est nécessaire pour assurer une combustion complète. L'excès d'air optimal varie selon le type d'appareil :

Un excès d'air trop important refroidit la flamme, réduit le rendement et peut éteindre le brûleur. Un excès insuffisant produit du CO.

3.2.4 Monoxyde de carbone (CO)

Le monoxyde de carbone est un gaz incolore, inodore et insipide, mais extrêmement toxique. Il se lie à l'hémoglobine du sang 200 à 250 fois plus facilement que l'oxygène, privant les organes vitaux d'oxygène.

Limites sécuritaires (ACNOR/CSA) :

Symptômes d'intoxication au CO :

L'installation de détecteurs de CO est obligatoire dans les bâtiments résidentiels au Québec depuis 2021.

3.3 Types de systèmes d'évacuation

Les systèmes d'évacuation se classent en plusieurs catégories selon leur principe de fonctionnement et les appareils qu'ils desservent.

3.3.1 Évacuation par tirage naturel (gravité)

Les appareils de catégorie I utilisent le tirage naturel, où la différence de densité entre les gaz chauds (plus légers) et l'air ambiant crée un mouvement ascendant dans la cheminée. La température des gaz à la sortie de l'appareil doit être suffisante (généralement > 140 degrés C pour éviter la condensation).

Avantages : simplicité, fiabilité, aucune pièce mobile, fonctionnement sans électricité.

Inconvénients : sensibilité aux conditions météorologiques, nécessité d'une cheminée haute, dimensionnement critique, risque de refoulement.

3.3.2 Évacuation mécanique (ventouse)

Les appareils de catégorie III et IV utilisent un ventilateur pour évacuer les gaz de combustion. Le système peut être :

Avantages : indépendance du tirage naturel, installation flexible, rendement élevé.

Inconvénients : dépendance à l'électricité, bruit du ventilateur, coût plus élevé, pièces mobiles nécessitant entretien.

3.3.3 Évacuation à condensation

Les chaudières et fournaises à condensation (catégorie IV) récupèrent la chaleur latente de la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion. Les gaz sont refroidis en dessous du point de rosée (environ 55 degrés C), ce qui provoque la condensation de la vapeur d'eau.

Exigences particulières :

Avantages : rendement de 90 à 98 %, températures d'évacuation basses, matériaux moins coûteux.

Inconvénients : élimination des condensats acides (pH 3-5), limitation de la longueur du conduit, givrage possible en ventouse.

3.4 Matériaux d'évacuation

Le choix du matériau du conduit d'évacuation dépend du type d'appareil, de la température des gaz et de la configuration de l'installation.

3.4.1 Conduit de fumée en maçonnerie

Utilisé pour les anciennes installations, le conduit de maçonnerie doit être Alcanisé ou équipé d'un chemisage en Inox. Le chemisage est obligatoire si le conduit d'origine est endommagé, poreux ou de section trop grande. La section intérieure minimale est de 5 po de diamètre pour les appareils résidentiels.

3.4.2 Conduit métallique simple et double paroi

Les conduits en acier galvanisé ou en Inox sont utilisés pour les appareils à tirage naturel :

3.4.3 PVC, CPVC et polypropylène

Ces matériaux sont utilisés pour les appareils à condensation :

Assemblages : colle à solvant pour PVC/CPVC, joints toriques pour polypropylène, support à tous les 1,5 mètre maximum.

3.4.4 Inox 316L

L'acier inoxydable 316L est utilisé pour les évacuations où la condensation acide est présente. Il résiste à la corrosion par les acides chlorhydrique et sulfurique formés par la combustion des gaz. Utilisé pour les chemisages de conduits existants, les systèmes d'évacuation commerciaux et les applications avec biomasse ou mazout.

3.5 Dimensionnement des systèmes d'évacuation

Le dimensionnement correct du conduit d'évacuation est essentiel pour assurer un tirage suffisant et éviter les problèmes de condensation.

3.5.1 Méthode de dimensionnement

Pour les systèmes à tirage naturel (catégorie I), le dimensionnement tient compte de :

Règle générale :

3.5.2 Dimensionnement des ventouses

Pour les systèmes à tirage mécanique, le dimensionnement est fourni par le fabricant. Les facteurs à considérer sont :

Limites typiques pour une ventouse résidentielle :

3.5.3 Perte de charge

La perte de charge dans un conduit d'évacuation dépend de :

Chaque composant ajoute une longueur équivalente qui s'additionne à la longueur réelle pour calculer la longueur équivalente totale.

3.6 Exigences du Code CSA B149.1

Le Code CSA B149.1 établit les exigences minimales pour les systèmes d'évacuation des appareils au gaz.

3.6.1 Hauteur et terminaison de la cheminée

3.6.2 Dégagements aux matériaux combustibles

Les distances minimales aux matériaux combustibles varient selon le type de conduit :

Un écran thermique ou un manchon peut être utilisé pour réduire ces distances, avec approbation de l'autorité compétente.

3.6.3 Installation du conduit

3.6.4 Raccordement à un seul appareil

Lorsqu'un seul appareil est raccordé à une cheminée, le conduit de raccordement doit être :

3.6.5 Raccordement de plusieurs appareils

Lorsque plusieurs appareils sont raccordés à une même cheminée :

3.7 Air de combustion

L'apport d'air de combustion est aussi important que l'évacuation des gaz brûlés.

3.7.1 Principes généraux

La combustion du gaz naturel nécessite environ 10 m³ d'air par m³ de gaz brûlé. Pour le propane, environ 25 m³ d'air par m³ de gaz. Un appareil de 100 000 BTU/h (29,3 kW) consomme environ 5 m³ d'air par minute.

Sans apport d'air suffisant, l'appareil :

3.7.2 Sources d'air de combustion

L'air de combustion peut provenir de :

3.7.3 Méthodes de calcul (B149.1)

Le code B149.1 définit deux méthodes pour calculer la dimension des ouvertures d'air de combustion :

Méthode 1 — Taux d'infiltration connu (mesuré) :

Si le taux d'infiltration du bâtiment est connu (test de porte soufflante), on peut calculer si l'infiltration naturelle est suffisante.

Méthode 2 — Calcul standard (par défaut) :

Quand le taux d'infiltration n'est pas connu, on utilise la formule suivante :

Exemple pratique :

Pour deux appareils totalisant 200 000 BTU/h avec deux ouvertures directes à l'extérieur :

Surface libre nette requise = 200 000 ÷ 4 000 = 50 po² (par ouverture)

Chaque ouverture doit mesurer au moins 50 po² de section libre.

3.7.4 Configurations d'admission d'air

Ouvertures haute et basse (méthode préférée) :

Deux ouvertures sont pratiquées, l'une haute (à moins de 300 mm du plafond) et l'autre basse (à moins de 300 mm du plancher).

Configuration à une seule ouverture :

Acceptable si l'ouverture est située à moins de 300 mm du plafond. La surface libre doit être doublée.

Configuration par conduit :

Si l'air provient de l'extérieur par un conduit, la perte de charge du conduit réduit la surface effective. Le conduit doit avoir la même section que l'ouverture et être aussi court que possible.

3.7.5 Exigences pour les bâtiments à haute efficacité énergétique

Les bâtiments modernes sont de plus en plus étanches (fenêtres à triple vitrage, isolation renforcée, pare-vapeur). Dans ces bâtiments, l'infiltration naturelle est insuffisante pour la combustion. L'apport d'air de combustion par conduit direct vers l'extérieur est obligatoire pour les appareils non ventilés (non-condensing).

Les appareils à ventouse (à tirage mécanique) sont la solution recommandée pour les bâtiments étanches, car l'air de combustion provient directement de l'extérieur par le système de ventouse.

3.8 Composants du système d'évacuation

Cette section situe Composants du système d'évacuation dans l’équilibre entre air de combustion, tirage, évacuation et prévention du monoxyde de carbone. L’accent est mis sur le tirage, la dilution des produits de combustion, les dégagements et la prévention du refoulement ou du CO. Elle sert d’introduction technique aux sous-sections qui suivent afin que le technicien en gaz relie les exigences du code aux vérifications concrètes à réaliser avant, pendant et après les travaux.

3.8.1 Chapeau de cheminée

Le chapeau protège la cheminée contre :

Il doit être en matériau résistant à la corrosion (acier galvanisé, Inox) et permettre le libre passage des gaz de combustion.

3.8.2 Registre d'évacuation (damper)

Le registre d'évacuation est un clapet motorisé ou manuel qui s'ouvre automatiquement au démarrage de l'appareil et se ferme à l'arrêt pour réduire les pertes de chaleur dans la cheminée. Il doit être :

3.8.3 Dépressostat (barometric damper)

Le dépressostat est utilisé sur les installations à plusieurs appareils ou les chaudières commerciales. Il régule le tirage de la cheminée en admettant une quantité contrôlée d'air ambiant. Il doit être :

3.8.4 Ventilateur d'extraction

Utilisé pour les systèmes à tirage mécanique (catégorie III et IV). Le ventilateur est généralement intégré à l'appareil. Il doit :

3.8.5 Tuyau de descente (condensats)

Pour les appareils à condensation, un système d'évacuation des condensats est obligatoire :

3.9 Problèmes courants des systèmes d'évacuation

Cette section situe Problèmes courants des systèmes d'évacuation dans l’équilibre entre air de combustion, tirage, évacuation et prévention du monoxyde de carbone. L’accent est mis sur le tirage, la dilution des produits de combustion, les dégagements et la prévention du refoulement ou du CO. Elle sert d’introduction technique aux sous-sections qui suivent afin que le technicien en gaz relie les exigences du code aux vérifications concrètes à réaliser avant, pendant et après les travaux.

3.9.1 Refoulement (backdraft)

Le refoulement se produit quand les gaz de combustion ne sont pas évacués correctement et reviennent dans le local. Causes possibles :

Solutions :

3.9.2 Condensation excessive

La condensation dans le conduit d'évacuation se produit quand les gaz de combustion refroidissent en dessous du point de rosée. Cela peut causer :

Solutions :

3.9.3 Obstruction du conduit

Les obstructions peuvent être causées par :

Prévention et inspection :

3.9.4 Givrage des ventouses

En hiver, les ventouses peuvent givrer à la sortie, bloquant partiellement ou totalement l'évacuation. Ce problème est plus fréquent avec les appareils à condensation dont les gaz sont froids et humides.

Solutions :

3.10 Entretien et inspection

Cette section situe Entretien et inspection dans l’équilibre entre air de combustion, tirage, évacuation et prévention du monoxyde de carbone. L’accent est mis sur les séquences d’allumage, les dispositifs de sécurité, les réglages de combustion, l’entretien préventif et le diagnostic de panne. Elle sert d’introduction technique aux sous-sections qui suivent afin que le technicien en gaz relie les exigences du code aux vérifications concrètes à réaliser avant, pendant et après les travaux.

3.10.1 Inspection visuelle

L'inspection annuelle d'un système d'évacuation comprend :

3.10.2 Mesure du tirage

Le tirage de la cheminée se mesure avec un manomètre (inclinomètre ou numérique). La mesure se fait dans le conduit d'évacuation, à 300 mm du collet de l'appareil.

Tirage normal pour une fournaise au gaz : -0,02 à -0,05 pouce CE (-5 à -12 Pa).

Tirage normal pour un chauffe-eau : -0,01 à -0,03 pouce CE (-2,5 à -7,5 Pa).

Si le tirage est insuffisant (< -0,01 pouce CE), l'évacuation est compromise. Si le tirage est excessif (> -0,10 pouce CE), l'appareil perd de la chaleur par la cheminée.

3.10.3 Analyse de combustion

L'analyse des gaz de combustion se fait avec un analyseur électronique (testeur de combustion). Les paramètres mesurés sont :

Un excès élevé de CO (plus de 400 ppm) justifie l'arrêt immédiat de l'appareil et une intervention corrective.

3.11 Récapitulatif des exigences clés

Points essentiels à retenir :

3.12 Exigences réglementaires et conformité

Cette section situe Exigences réglementaires et conformité dans l’équilibre entre air de combustion, tirage, évacuation et prévention du monoxyde de carbone. L’accent est mis sur les responsabilités documentaires, les limites d’exercice, les preuves de conformité et les conséquences d’un écart réglementaire. Elle sert d’introduction technique aux sous-sections qui suivent afin que le technicien en gaz relie les exigences du code aux vérifications concrètes à réaliser avant, pendant et après les travaux.

3.12.1 Rôles de la RBQ

La Régie du bâtiment du Québec (RBQ) est l'autorité compétente pour l'application du code CSA B149.1 en matière d'évacuation et d'air de combustion. Les inspecteurs de la RBQ peuvent exiger :

3.12.2 Infractions courantes

Les infractions les plus fréquemment constatées par la RBQ sont :

3.12.3 Sanctions

Les sanctions pour non-conformité des systèmes d'évacuation peuvent inclure :

3.12.4 Normes complémentaires

En plus du CSA B149.1, plusieurs autres normes s'appliquent aux systèmes d'évacuation :

3.13 Retour sur les concepts fondamentaux

Cette section situe Retour sur les concepts fondamentaux dans l’équilibre entre air de combustion, tirage, évacuation et prévention du monoxyde de carbone. L’accent est mis sur les contrôles de conformité, les limites d’application et les décisions techniques que le technicien doit justifier sur le terrain. Elle sert d’introduction technique aux sous-sections qui suivent afin que le technicien en gaz relie les exigences du code aux vérifications concrètes à réaliser avant, pendant et après les travaux.

3.13.1 Triangle du feu et combustion

Pour qu'un incendie ou une explosion se produise, trois éléments doivent coexister :

Dans un système de gaz sécuritaire, ces trois éléments sont soigneusement contrôlés :

3.13.2 Température de la flamme

La température de flamme adiabatique du gaz naturel est d'environ 1 950 °C (3 540 °F). Pour le propane, elle est d'environ 1 980 °C (3 596 °F). Dans la pratique, la température réelle est plus basse en raison des pertes par rayonnement et de l'excès d'air.

3.13.3 Débit d'air nécessaire

Pour les calculs pratiques :

3.14 Applications pratiques

Cette section situe Applications pratiques dans l’équilibre entre air de combustion, tirage, évacuation et prévention du monoxyde de carbone. L’accent est mis sur les contrôles de conformité, les limites d’application et les décisions techniques que le technicien doit justifier sur le terrain. Elle sert d’introduction technique aux sous-sections qui suivent afin que le technicien en gaz relie les exigences du code aux vérifications concrètes à réaliser avant, pendant et après les travaux.

3.14.1 Cas pratique n° 1 : Évaluation d'une installation existante

Vous devez inspecter une fournaise au gaz de 80 000 BTU/h située dans un sous-sol de 30 m² (hauteur 2,4 m, volume 72 m³). Un chauffe-eau de 40 000 BTU/h est dans le même local. La pièce a une fenêtre et une porte. L'air de combustion vient de l'intérieur.

Volume total de la pièce : 72 m³

Puissance totale : 120 000 BTU/h

Ratio : 72 m³ ÷ 120 000 BTU/h × 1 000 = 0,6 m³ par 1 000 BTU/h

Selon le B149.1, si le ratio est inférieur à 2,4 m³ par 1 000 BTU/h, le local est considéré comme confiné et nécessite un apport d'air extérieur. Dans ce cas, deux ouvertures de 30 po² chacune sont requises (120 000 ÷ 4 000 = 30 po²).

3.14.2 Cas pratique n° 2 : Dimensionnement d'un conduit d'évacuation

Une fournaise de 100 000 BTU/h doit être raccordée à une cheminée de maçonnerie de 6 po de diamètre, haute de 6 mètres. Le conduit de raccordement est en simple paroi, de 3 mètres de long, avec un coude de 90 degrés et un autre de 45 degrés.

Longueur équivalente : 3 m (réel) + 1,2 m (coude 90°) + 0,6 m (coude 45°) = 4,8 m

Ratio : 4,8 m ÷ 6 m = 0,8 (80 %)

Limite maximale : 75 % de la hauteur de la cheminée → 0,75 × 6 m = 4,5 m

Conclusion : La longueur équivalente (4,8 m) dépasse la limite autorisée (4,5 m). Il faut soit augmenter la hauteur de la cheminée (minimum 6,4 m) soit réduire la longueur du conduit de raccordement.

3.14.3 Cas pratique n° 3 : Installation d'une ventouse

Un chauffe-eau à condensation de 50 000 BTU/h doit être installé au sous-sol d'une maison récente (construction 2022). La ventoise traversera le mur de fondation en brique (épaisseur 0,3 m) et sortira à l'extérieur.

La ventouse doit être en PVC de 2 po selon les spécifications du fabricant. Longueur maximale : 30 m (horizontal) ou 20 m (vertical). La distance minimale à une fenêtre est de 0,6 m.

Configuration : traversée de mur = 0,6 m (avec coude 90° intérieur + coude 90° extérieur)

LET : 0,6 m + 1,5 m (coude 90°) × 2 = 3,6 m

Bien en deçà de la limite de 30 m. L'installation est conforme.

3.15 Questions d'auto-évaluation