Introduction

Dans le domaine de la plomberie et du chauffage, il existe des vannes dites multi voies. Dans cette catégorie, on distingue deux types de vannes : les vannes mélangeuses et les vannes de permutation. Nous allons présenter ces deux types de vannes, ainsi que les cas d’application courants des vannes mélangeuses.

Mettons nous d’accord sur la définition d’une « voie »…

Il peut sembler relativement naturel d’imaginer que, pour un fluide, le terme « voie » est synonyme de chemin. Un chemin est normalement constitué de deux extrémités ou deux points de passage. Nous constatons hélas, que dans le domaine de la plomberie et du chauffage, ce terme est utilisé à tors pour désigner le nombre de ports de connexion d’un composant. Du moins, parfois. C’est à dire que l’utilisation inappropriée du terme « voie » n’est même pas une erreur constante. Nous le verrons dans la suite de l’article.

La vanne « deux voies » (en réalité vanne à une voie)

Ci dessous l’exemple d’une vanne simple, appelée à tors vanne « deux voies ». C’est en fait une vanne à une seule voie, il n’y a qu’un seul chemin possible défini par les deux ports de connexion. Ce chemin peut être parcouru dans les deux sens, certes, mais reste unique. Ainsi, une vanne à deux voies devrait être qualifiée de vanne à une voie, ou alors, de vanne à deux ports.

La vanne deux voies porte donc mal son nom car elle ne comporte qu’une voie mais deux ports de connexion, ce qui est logique. Une vanne à un seul port comporterait zéro voie, il s’agirait en fait d’un bouchon !

Les vannes trois voies de permutation (en réalité vannes à deux voies)

Les vannes de permutation permettent d’inverser de façon discrète (c’est à dire « tout ou rien ») des connexions entre différentes canalisations. Dans le cas le plus courant de la vanne trois voies, qui porte mal son nom également, on distingue deux principaux types de vannes de permutation : la vanne « en L » et la vanne « en T ». Dans le cadre des vannes dites à trois voies, un des trois ports de connexion est appelé voie commune (qui devrait donc s’appeler port commun). C’est par ce port que le débit principal arrive pour se diriger vers les deux autres, ou alors, c’est vers ce port que se dirige les débits en provenance des deux autres.

Les vannes trois voies de mélange (applications en chauffage)

Dans le cadre des systèmes de chauffage, lorsque l’on souhaite asservir la température ou le débit dans le circuit de chauffage et/ou dans la chaudière, il est nécessaire d’avoir recours à des vannes dites mélangeuses. Ce sont des vannes qui ont la particularité de pouvoir, de façon variable :

• soit mélanger une fraction des débits provenant de deux ports simultanément vers le port commun,
• soit séparer le débit du port commun vers deux ports ouverts simultanément.

Il existe globalement deux types de vannes dites à trois voies : les vannes à secteur et les vannes à soupape. Lorsque l’on parle de secteur dans ce contexte, il faut l’entendre au sens géométrique comme étant « la partie d’un disque délimitée par deux rayons et un arc de cercle ». Nous pouvons également préciser que, dans leurs positions extrêmes, les vannes de mélange ne sont absolument pas conçues (normalement) pour être totalement étanches contrairement aux vannes de permutation. Nous verrons qu’il est possible de fabriquer une vanne dite à trois voies en utilisant deux vannes dites deux voies. Dans ce cas, il est possible, si cela s’avère nécessaire, d’obtenir une véritable étanchéité.

La vanne mélangeuse à soupape

La vanne mélangeuse à soupape utilise un corps à double siège. La soupape peut indifféremment se poser sur l’un ou l’autre des sièges, ou occuper une position intermédiaire pour répartir le débit. Elle peut être commandée manuellement, par un servomoteur électrique ou par un moteur dit thermique. Dans ce cas, ce que l’on appelle un moteur thermique est un dispositif captant la température sur un des ports (ou ailleurs via un capillaire déporté), et qui fonctionne à la manière d’un robinet thermostatique. Dans le cas du moteur thermique, l’ensemble est alors qualifié de vanne (trois voies) thermique. Les vannes thermiques sont notamment utilisées dans les modules de recyclage¹ des chaudières à bois. Il y a cependant une ambiguïté, car il existe des servomoteurs électrothermiques. Dans ce cas, il s’agit d’une résistance électrique qui chauffe une pièce métallique se dilatant avec l’élévation de température. Le mouvement de cette dilatation est alors récupéré et envoyé sur la tige de manœuvre de la vanne.

La vanne mélangeuse à secteur

La vanne à secteur utilise une pièce mécanique qui s’apparente à un secteur (au sens géométrique) lorsqu’on la regarde du dessus. Selon sa position angulaire, il obstrue ou non certains ports de la vanne.

Souvent et contrairement à la vanne à soupape, il est possible de préconfigurer la position du secteur afin de déterminer quelle sera le port commun. Il peut être choisi entre les deux ports alignés. Le port orienté perpendiculairement à l’axe formé par les deux autres ne peut pas être le port commun.

Les différents montages en chauffage

Les vannes trois voies mélangeuses à secteur peuvent être utilisées de différentes façons : en mélange, en mélange inversé (aussi appelé répartition), en décharge et en décharge inversée.

Sur les schémas qui vont suivre, nous avons placé les pompes (circulateurs ou accélérateurs) sur le départ des chaudières, comme on le rencontre souvent. C’est à dire que les pompes aspirent de l’eau chaude, en sortie de chaudière. Nous ne recommandons pas cette absurdité conventionnelle. Pour augmenter la durée de vie des moteurs des pompes, nous vous recommandons vivement de les installer sur le retour. C’est à dire, après les radiateurs, ceci ne change strictement rien au fonctionnement hydraulique de l’installation, sauf dans des cas très précis. En revanche, les pompes seront soumises à des températures plus basses, réduisant ainsi l’usure de leur moteur.

• Avec un montage dit « en mélange » la régulation du chauffage se fait en changeant le débit qui est attribué à la chaudière, avec un débit constant dans les émetteurs. La vanne trois voies mélange l’eau de retour avec un débit plus ou moins important d’eau en provenance de la chaudière. La température de départ est donc mitigeable, mais, dans le cas d’une chaudière à bois, celle ci risque de ne pas fonctionner à puissance nominale, là où son rendement serait théoriquement le plus élevé, puisque le débit y est variable.

• Avec un montage dit « en décharge », en revanche, le débit est constant dans la chaudière, mais en contrepartie, la température de départ vers le circuit des émetteurs n’est pas régulée et correspond toujours à la température de sortie de la chaudière. Dans un tel cas, la température des tuyaux est plus élevée, ce qui peut ne pas convenir à toutes les installations telles que les planchers chauffants par exemple. Le circuit d’émetteurs n’est pas alimenté en basse température à proprement parler, c’est la variation du débit à l’entrée des émetteurs qui fait office de régulation de chaleur.

Fabriquer une vanne trois voies mélangeuse avec deux vannes deux voies

Il est possible, en utilisant des vannes à boisseau, de recréer une vanne dite à trois voies. C’est très simples, il suffit de synchroniser les axes des vannes ou les leviers d’origine par une bielle les reliant. Il est ainsi possible de choisir la qualité des vannes, si la bonne étanchéité est jugée nécessaire en fin de course par exemple.

Il faut cependant bien garder à l’esprit qu’avec cette solution, la permutation tout ou rien n’est pas possible. Du moins, avec une bielle rigide sans rattrapage de jeu. En créant des lumières sur la bielle de manœuvre, il serait possible de retrouver le même fonctionnement qu’une vanne de permutation en L, laquelle peut garantir la fermeture d’une voie avant l’ouverture de l’autre.

La vanne mélangeuse à quatre voies

Ce type de vanne, en revanche, porte bien son nom. Avec ce matériel, quatre chemins de circulation sont possibles. Mais, ces quatre chemins possibles sont bel et bien associés à la présence de quatre ports.

Avec un tel montage, la température de départ et mitigeable, mais induit aussi la mitigation de l’eau retournant à la chaudière. Ceci signifie qu’il faut choisir entre réguler la température de retour à la chaudière ou réguler la température du départ. Dans le cas d’une chaudière à bois ne possédant pas de système de recyclage il est obligatoire de réguler la température de retour. C’est donc les robinets thermostatiques de l’installation de chauffage qui devraient réguler la puissance thermique entrant dans les locaux.

On peut noter que, dans le cadre d’un stockage de chaleur dans un réservoir tampon, la vanne à quatre voies ne convient pas. En effet, le retour qui contient l’excédent de chaleur est lui aussi mélangé à de l’eau « froide » du retour. Le stockage de chaleur serait clairement non optimal, car il ne se ferait pas à la température maximale.

Conclusion

Il ne faut pas confondre les vannes de permutation avec les vannes mélangeuses. Cet article est destiné à servir de ressource pour la compréhension de nos différents articles au sujet des circuits de chauffage que vous trouverez dans la rubrique « Chauffage et hydrothermique ».

1. Les modules de recyclage sont utilisés sur les chaudières à bois et servent à faire ravaler à la chaudière une fraction du débit sortant. Ce procédé garantit que la température d’eau entrant dans la chaudière est toujours au minimum de 60°C. Ceci évite la détérioration du foyer par le phénomène de condensation. ↩︎