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Contrôler l’humidité dans son bateau en hivernage ?

Un des principaux problèmes en hivernage est l’humidité. L’humidité est en effet le principal responsable de la dégradation de l’intérieur du bateau et de l’apparition d’odeurs désagréables (« renfermé » ou « moisi »).

• Le taux d’humidité :
  La présence d’humidité dans l’air se caractérise par le taux d’humidité relative (HR) qui est le rapport entre la quantité d’eau présente par kg d’air à la quantité maximale possible dans ce même air avant condensation (apparition de gouttelettes d’eau ou point de rosée), exprimé conventionnellement en %.
  Ce taux est représenté graphiquement par un diagramme connu sous le nom de diagramme de Mollier :

 Sans rentrer dans le détail sur l’utilisation de ce diagramme, on peut voir que la présence de 8 g/kg d’air à 10,5 °C (environ 10.5 g/m3) correspond à 100 % d’humidité, soit l’apparition de gouttelettes de brouillard, alors que la même quantité d’eau dans de l’air à 21 °C correspond à 50% d’humidité et donne une atmosphère très agréable.

• L’importance du taux d’humidité :
  De nombreuses études ont été réalisées, en particulier par les militaires, sur les conditions d’une bonne conservation des matériels en stockage. Ce problème est revenu notamment à l’ordre du jour dans les années 1980-90 du fait de la sophistication (notamment électronique) croissante des matériels et de l’apparition d’armées de métier à effectifs réduits conduisant à stocker une part importante des matériels.

Il est clairement apparu que les trois paramètres essentiels à une bonne conservation étaient :

• la propreté (absence de poussière), [Clean]
• une température modérée (pas d’extrêmes), [Cool]
• le taux d’hygrométrie. [Dry]

Les deux premiers paramètres, qui peuvent être très importants en zone désertique ou tropicale humide, ne posent guère de problèmes pour l’hivernage en zone tempérée et ne seront pas examinés.

Le taux d’hygrométrie est essentiel dans nos voiliers : deux raisons :

• La relation humidité corrosion :
  Le taux d’humidité est le facteur essentiel de l’apparition de la corrosion sur les métaux, notamment ferreux et il a été démontré que la vitesse de corrosion, négligeable pour des atmosphères sèches, augmentait brutalement au-dessus de 60 % de HR, suivant la courbe ci-dessous :

• Les moisissures :
  Les moisissures sont des champignons qui, pour se développer, ont besoin d’un substrat et d’eau (fournie par l’humidité de l’air). Si le développement peut s’effectuer très lentement à 0°C et 70 % de HR, l’optimum des conditions de croissance pour les souches présentes sous nos climats est atteint vers 30-35 °C et 90 % de HR.

Ici aussi, il apparait que la règle pour empêcher le développement de moisissures est aussi de maintenir une humidité relative de 60 % ou moins.

La situation en France :

Une exploitation de statistiques météorologiques en France donne les résultats suivants pour les moyennes de HR pour diverses localités en France au cours de l’année :

On voit tout de suite un sérieux problème : pour les mois d’hiver et partout en France, les taux d’humidité relative atmosphériques sont nettement supérieurs à 50 %. L’influence de ces taux élevés est contrebalancée pour les locaux habités par la nécessité de chauffer les locaux en hiver pour avoir une ambiance vivable : nous avons vu au § 1 que de l’air saturé en humidité à 10 °C présentait une très agréable humidité relative de 50 % une fois chauffé à 21 °C.

Mesurer l’humidité et contrôler sa valeur pendant l’hivernage

• L’analyse du problème :

Pour ceux qui voudraient vérifier les conditions réelles régnant dans leur bateau en hivernage, il existe maintenant des moyens d’enregistrement commodes. Jusqu’à récemment, le moyen utilisé était le plus souvent l’enregistreur papier, cher, encombrant et surtout nécessitant de remplacer périodiquement (toutes les 1 ou 2 semaines) le papier enregistreur :

Depuis quelques années sont apparus des enregistreurs numériques beaucoup plus compacts, qui sont maintenant devenus très abordables. En effet, des enregistreurs du type ci-dessous (taille d’un gros stylo) permettent d’enregistrer de façon autonome (autonomie > 8 mois avec une petite pile lithium courante) température et hygrométrie toutes les 10 minutes pendant 6 mois pour le modèle le plus courant et de les afficher par simple connexion USB sur un ordinateur quelconque. Vendus sous plusieurs marques, ils sont disponibles dans des boutiques comme Conrad pour une cinquantaine d’euros. Ils permettent une analyse fine du problème et d’évaluer les solutions correctrices éventuelles.

Le résultat de ces mesures est le plus souvent très inquiétant et amène à se pencher sur les traitements possibles.-

• Le contrôle de l’humidité en hivernage :
  Plusieurs voies sont possibles pour remédier à l’excès d’humidité en hivernage

• L’aération :
  La solution traditionnelle est d’aérer le bateau pour renouveler l’air intérieur. Les humidités relatives relevées dans l’atmosphère au § 3 montrent que cette solution est en fait peu efficace, sinon inefficace puisque l’air extérieur est très humide et apporte à nouveau de l’humidité. Bien sur, il est possible d’améliorer les performances de la méthode par une ventilation préférentielle, en aérant le bateau les jours secs et ensoleillés et en le refermant les jours humides, mais ceci demande une présence et une attention constantes.

• Le chauffage :
  En se reportant au diagramme de Mollier, nous avons vu que, pour de l’air extérieur à 10 °C saturé d’humidité (une nuit d’hiver pas trop froide), chauffer à 21 °C ramène l’humidité aux 50 % souhaités.
  Le chauffage du bateau est donc une solution, mais il faut noter que ce chauffage devra être permanent puisque l’humidité est toujours présente (voire aggravée si le chauffage dégage de la vapeur d’eau dans le volume, comme par exemple les chauffages à flamme butane ou pétrole sans raccordement des gaz de combustion à l’extérieur) et que le taux d’humidité va donc remonter dès que la température va baisser.
  Cette méthode est donc acceptable et efficace mais coûteuse en énergie et contraignante par la nécessité d’assurer un fonctionnement continu (sans parler des risques de laisser un chauffage sans surveillance). Historiquement, elle a été longtemps la seule possible. Elle est néanmoins raisonnablement envisageable pour un bateau bien isolé et situé dans une zone alimentée en électricité : une puissance faible suffira si la reprise d’humidité est limitée par une bonne étanchéité des ouvertures.

• La déshumidification :
  Toujours en se reportant au diagramme de Mollier, on voit qu’une autre voie est possible pour abaisser l’humidité relative : retirer de l’eau de l’atmosphère dans le bateau : pour arriver à 50 % de HR à 10 °C, il « suffit » de retirer de l’eau pour passer de 8 g/m3 à 4 g/m3 environ. Il faut noter que la quantité à retirer est faible, puisque pour un bateau de 10 m, elle correspondra à 200 g environ, soit un verre… L’hygrométrie de l’air s’égalise très bien dans un volume clos sans circulation forcée : il suffit de laisser toutes les portes ouvertes pour obtenir une hygrométrie homogène en quelques minutes.
  Plusieurs méthodes existent pour cette opération :

• Méthodes physico-chimiques simples :
• L’absorption :
  Dans ce procédé, on recourt à la capacité de certains composés chimiques (chlorure de calcium, chlorure ou bromure de lithium…) à se combiner avec l’eau de l’atmosphère pour former une solution saturée de sel hydraté. Le sel est en général placé dans une coupelle perforée ou un sachet et le liquide formé recueilli dans une coupelle en dessous. Contrairement au gel de silice, la solution n’est pas régénérable. Ce type de produit est vendu dans tous les magasins de bricolage ou drogueries sous diverses marques pour quelques euros.

Un problème potentiel est que les sels utilisés sont corrosifs et que donc les vapeurs de la solution ou les fuites éventuelles de liquide peuvent avoir des conséquences fâcheuses. La composition des sels utilisés est rarement indiquée. De plus certains sels utilisés (chlorure de lithium par exemple) sont toxiques par ingestion.

La quantité d’eau fixable est limitée (environ 2 l par kilo de chlorure de calcium anhydre) et il faudra une très bonne étanchéité du bateau pour que la méthode soit efficace.

A noter que le chlorure de sodium, le sel de la mer, présente à un degré plus limité la même caractéristique d’hygroscopie (et de corrosivité), ce qui fait qu’un vêtement mouillé à l’eau salée ne sèche jamais car il va attirer l’eau de l’atmosphère dès que de l’air humide est présent. Par contre cette propriété permet la préparation du jambon de Bayonne ou du Serrano : le sel absorbe l’humidité de la viande et l’assèche…

• L’adsorption :
  Ce terme désigne la capacité de certains composés chimiques à fixer des molécules d’eau dans leur structure cristalline. Le plus connu est le gel de silice (silica gel en anglais). Il faut noter que cette fixation est réversible et que l’eau adsorbée peut être évaporée en chauffant le composé (120 °C pendant 2 heures, par exemple dans un four de cuisinière). Le composé peut ainsi être réutilisé un grand nombre de fois. La plupart des sachets du commerce contiennent des grains colorés qui indiquent le taux de saturation et la nécessité de réactivation par un changement de couleur.

Cette méthode est très efficace et intéressante car fonctionnant sans aucune énergie et à toutes les températures. Elle est employée couramment par les militaires pour le stockage des armements sensibles dans leurs conteneurs étanches.
Un inconvénient est la quantité d’eau fixable qui est relativement faible (28 à 30 % en poids à 50 % de HR : 1 kg de silica gel sec absorbera donc au plus 300 g d’eau). A noter qu’il s’agit d’un équilibre chimique et qu’un excès de produit amènera à des taux d’humidité très bas, pas toujours souhaitables.

La conséquence directe est qu’il faudra prévoir une quantité suffisante de produit (coût environ 10 €/kg) et surtout s’efforcer d’obturer parfaitement toutes les prises d’air afin de n’avoir aucun apport d’humidité externe. Une autre application que j’utilise constamment est le stockage de pièces de rechange ou d’outils : une unité (454 g) de silica gel dans une boîte étanche en plastique avec un bon joint de couvercle maintient le contenu à l’état neuf…

Les deux méthodes ci-dessus sont satisfaisantes pour un bateau qui peut être clos hermétiquement pour éviter l’entrée d’air humide ou d’eau. Ceci nécessite de fermer toutes les entrées possibles de l’air (par du ruban adhésif ou similaire) : aérateurs, mais aussi capots de coffres, ventilation moteur, descente… Les panneaux de pont type Goïot ou Lewmar sont suffisamment étanches pour se passer de ruban adhésif et permettent de conserver un accès commode à l’intérieur. Malgré tout, en cas de fuites du pont par exemple, on peut avoir des entrées d’eau assez importantes qui devront être absorbées, au moins en partie, même si une pompe de cale automatique existe, dépassant ainsi les capacités de systèmes d’assèchement de ce type.
Ces méthodes simples et peu coûteuses sont donc plutôt adaptées à des bateaux hivernant sous hangar, où ce risque d’entrée d’eau accidentel est inexistant.

• L’adsorption continue :
  Nous avons vu au § précédent que les composés chimiques adsorbants étaient régénérables thermiquement.
  Il est donc possible de concevoir des systèmes où cette régénération est continue, par exemple une roue garnie d’adsorbant balayée alternativement par l’air humide à assécher et de l’air chaud :

Cette méthode a été largement développée par la firme suédoise Munters (à partir de l’invention de la roue desséchante par M. Munters en 1955), qui propose une large gamme d’appareils qui équipent la plupart des musées ou services d’archives mondiaux et sont très répandus dans l’industrie.

Cette méthode présente de nombreux avantages :

• Bonne efficacité de la déshumidification à basse température
• Pas de risque de givrage
• Possibilité d’obtenir des taux d’humidité relative très bas (jusqu’à 10 %)

Par contre, deux contraintes apparaissent :

• Nécessité d’un apport d’air extérieur pour la régénération (gaine Ø 50 mm pour les petits appareils)
• Evacuation de cet air humide à l’extérieur (gaine Ø 50 mm pour les petits appareils)
• Consommation électrique relativement élevée (1 kW pour les plus petits appareils)

Le problème de l’apport et de l’évacuation de l’air de régénération peut être éliminé en prévoyant un système de condensation de l’humidité extraite, ensuite évacuée sous forme de liquide, mais ceci complique encore et accroit le volume déjà important des appareils. Les performances, la possibilité de programmation sophistiquées et la qualité des appareils proposés en font une excellente solution, probablement la meilleure, pour notre problème, mais les contraintes de consommation électrique et le coût peuvent être rédhibitoires. A noter que ces appareils se rencontrent souvent sur les super-yachts…

Récemment, ont été mis sur le marché des appareils grand public sur le même principe, fabriqués en Extrême-Orient et d’une qualité de fabrication très variable mais beaucoup moins chers (à partir de 300 € environ). Il reste à vérifier que la fiabilité à l’usage est suffisante (notamment la longévité des adsorbeurs qui sont soumis dans ces appareils à plusieurs dizaines de cycles de régénération par heure). Contrairement aux appareils Munters en alu et inox, ce sont des appareils grand public en plastique et d’une technologie beaucoup plus rustique. Ces appareils sont le plus souvent à condensation, mais le problème de la consommation électrique élevée demeure.

• La méthode thermodynamique :
  Dans cette méthode, on recourt à une autre propriété de l’air humide pour éliminer une partie de l’humidité de l’air : nous avons vu que, si l’air humide était refroidi au dessous de la température du point de rosée, des gouttelettes se formaient et se déposaient sur l’objet froid : c’est le phénomène qui forme la buée sur les vitres froides l’hiver. Un déshumidificateur est donc constitué d’un serpentin froid, sur lequel l’eau se condense, finit par ruisseler et est récupérée puis éliminée.
  En pratique, on recourt à un compresseur de réfrigérateur pour créer cette paroi froide et on profite du courant d’air pour refroidir le condenseur, suivant le schéma ci-dessous :

Ce type d’appareil est simple, peu coûteux et très fiable. Les pionniers en Europe ont été les firmes Dantherm (Danemark) et Ebac (Royaume-Uni). Ces appareils se sont banalisés et sont largement utilisés, notamment pour assécher les bâtiments neufs, traiter les dégâts des eaux et améliorer l’atmosphère de locaux humides. De ce fait, grâce à la production en grande série et à l’emploi de compresseurs de réfrigérateurs standards, ils sont devenus très abordables : à partir de 120-150 € pour les premiers prix asiatiques (marques de distributeurs, Alpatec, Purline…), 300 à 350 € pour des produits européens (Dantherm, Ebac) de bonne qualité.

Pour illustration, j’ai un Ebac branché en permanence dans mon sous-sol en région parisienne depuis plus de vingt ans sans autre entretien que le nettoyage des filtres et des batteries froid et chaude. Comparé à la solution du paragraphe précédent, apparaissent des plus et des moins :

• En positif :
  • Consommation électrique plus faible (150 à 200 W pour les petits appareils).
  • Simplicité.
  • Coût réduit.
  • Disponible dans tous les magasins de bricolage (mais pas nécessairement les meilleurs appareils).

• En négatif :
  • Impossibilité d’obtenir des humidités relatives très basses : le rendement baisse très vite au dessous de 30 % de HR.
  • Le rendement baisse aussi avec la température jusqu’à devenir très faible autour de 5°C (ce sont les raisons pour laquelle les fabricants donnent en général les performances de condensation pour 30°C et 80 % de HR…).
  • Le système est sensible au givre : il y a un risque de formation de glace sur la batterie froide. Si elle n’est pas éliminée, la glace peut bloquer complètement le passage de l’air, ce qui rend le système inefficace et peut même amener la destruction du compresseur.

Le premier point négatif n’est pas gênant pour notre application, puisque nous n’avons pas d’intérêt à abaisser l’humidité relative au dessous de 45-50 % (une HR trop basse peut même avoir des effets négatifs sur le vieillissement de matériaux organiques comme le bois (retrait et fentes) ou le cuir).

Le deuxième point est un peu plus gênant, mais pas rédhibitoire, car les jours de températures très basses continues sont rares sous nos climats, d’autant que l’air très froid contient très peu d’humidité.

Le troisième point est plus gênant et mérite un examen plus attentif lors du choix de l’appareil. En effet, beaucoup d’appareils du commerce sont conçus pour une utilisation en appartement, donc à température tempérée, où ce problème est moins présent.

Les appareils les moins chers n’ont souvent aucun moyen de contrôle et fonctionnent en permanence dès qu’ils sont branchés : en cas de givrage, ils vont continuer à faire du froid en pure perte et peuvent même s’endommager. Les appareils un peu plus sophistiqués ont en général un hygrostat qui les arrête lorsque le taux d’humidité souhaité est atteint, ce qui limite fortement la consommation électrique, mais toujours pas de protection contre le givrage. Cette protection est prévue sur certains appareils, soit par une fonction d’arrêt temporaire du compresseur avec maintien du ventilateur pour dégivrer l’évaporateur (bas de gamme Dantherm et Ebac), soit par un arrêt complet de l’appareil au-dessous d’une certaine température (souvent 5°C). Ce point est à vérifier à l’achat et la réponse souvent cachée au fond d’un mode d’emploi indigeste et rédigé en français de Canton (ne pas nécessairement croire le vendeur…).

Un autre point à vérifier est que l’appareil redémarre et que les réglages sont conservés après une coupure secteur (pas évident avec certains contrôleurs électroniques asiatiques).

La solution idéale, présente sur le haut de gamme, est un système de détection du givre joint à une vanne d’inversion de cycle qui fait circuler le gaz chaud dans l’évaporateur jusqu’à dégivrage complet vérifié. Ce dernier système protège de tout problème et permet l’emploi de l’appareil sans risques jusqu’à 3°C environ mais ne se rencontre à ma connaissance que dans la gamme d’appareils européens à 700 -1 200 €…

Nota : un artifice pour assurer une bonne protection de votre appareil sans recourir à ce moyen sophistiqué est de l’alimenter à travers une horloge (On trouve des programmateurs en grande surface pour quelques euros) qui va l’arrêter quelques heures par jour (aux heures chaudes…) pour lui laisser le temps de dégivrer. Cet arrêt ne pose pas de problème en pratique sur un bateau raisonnablement étanche à l’air.

A vérifier également lors de l’achat l’existence (ou la possibilité d’adapter simplement) d’un moyen d‘évacuation continue de l’eau condensée, car, sinon, ces appareils s’arrêtent dès que la cuve est pleine.

• En résumé :
  Ces systèmes de déshumidification par condensation sont fiables, abordables et constituent une bonne réponse au problème de la conservation d’un bateau à l’hivernage. Il est cependant toujours nécessaire de disposer de courant électrique (150 à 200 W + la surintensité correspondant au démarrage du compresseur). La consommation énergétique réelle est faible, de l’ordre de 100 à 200 Wh par litre d’eau condensée (très variable suivant température et HR).
  A ma connaissance, tous les appareils du commerce sont en 220 V/50 Hz, aucun constructeur n’ayant jugé utile de réaliser ce type d’appareil sur la base d’un compresseur Danfoss 12/24 V, ce qui ne devrait poser pourtant aucun problème technique : un créneau à prendre ?

A noter quand trouve dans le commerce (et notamment chez les ship…) des déshumidificateurs, parfois appelés « électroniques », fonctionnant sur le même principe mais recourant à un module à effet Peltier (le même que dans les glacières électriques). Ces appareils, vendus entre 50 et 150 €, sont petits, de durabilité douteuse et les performances de condensation misérables par rapport à une consommation de l’ordre de 70 W en 12 V, de l’ordre de 500 Wh/l. Ils sont à considérer à mon avis comme des gadgets plus que réellement utiles, leurs performances les destinant plutôt à la déshumidification d’un placard. Fabriqués en Extrême-Orient et d’une technologie assez primitive, ils ressemblent tous plus ou moins à ça (taille boite à chaussures) :

Conclusion :

La meilleure solution pour assurer la bonne conservation de l’intérieur d’un bateau et de ses équipements, notamment électroniques, est le maintien du taux d’hygrométrie ambiante à un niveau de l’ordre de 50 %. Le renouvellement de l’air n’est nullement nécessaire et même préjudiciable. Cette solution est notamment retenue par les militaires de tous les pays pour le stockage de leurs matériels, dans des tentes ou des conteneurs étanches et à humidité contrôlée.

Ceci va à l’encontre de la solution traditionnelle d’aération continue, en général peu satisfaisante : elle suffit parfois, notamment dans le midi, pour assurer l’absence de moisissure, mais est moins efficace pour prévenir la corrosion et le vieillissement de l’électronique.

Plusieurs voies sont actuellement envisageables, mais avec des domaines d’emploi préférentiels différents :

• L’assèchement par fixation des molécules d’eau sur un composé chimique, par absorption (déshydrateur à sel type Rubson ou autre marque, vendu partout) ou adsorption (gel de silice ou tamis moléculaire), moins facile à trouver mais régénérable et à mon avis préférable (pas de risques de corrosion ou fuites sur un bateau qui bouge). Ces méthodes ont l’avantage d’être peu coûteuses et de ne pas demander d’énergie. Par contre, la quantité de vapeur d’eau extractible de l’air est limitée et il faut éviter toute entrée d’eau ou d’air humide en rendant toutes les ouvertures hermétiques. Elles sont plutôt adaptées à des bateaux hivernant à sec sous hangar.

• Le chauffage de l’intérieur est une solution traditionnelle et très efficace si le chauffage est permanent, mais elle nécessite une alimentation électrique suffisante (de l’ordre de 500 W à 1 kW pour un bateau de 10 m) et la source de chaleur sans surveillance peut présenter des risques.

• Le déshumidificateur électrique à adsorption continue (Munters) présente tous les avantages : quantité d’eau extractible illimitée, ce qui évite le calfeutrement des ouvertures, contrôle fin possible, mais ces appareils nécessitent pas mal de puissance (1 kW au minimum en fonctionnement) et présentent des contraintes d’installation (prises d’air externe de régénération), de volume et de coût pour les produits sérieux. C’est néanmoins la Rolls des solutions, d’ailleurs souvent utilisée sur les super-yachts.

• La déshumidification par condensation (Dantherm, Trotec, Ebac et de nombreuses marques extrême-orientales) est une solution simple et efficace, de coût modéré et d’installation facile (en général l’appareil est posé sur le plan de la cuisine, l’évacuation d’eau placée dans l’évier et l’appareil fixé par un sandow si le bateau est à flot). L’efficacité est très satisfaisante (en prenant des précautions vis-à-vis du givrage) mais demeure la contrainte de disposer d’énergie (150 W au moins en fonctionnement). C’est à mon avis le meilleur compromis si le secteur est disponible au poste d’hivernage.

A noter que, si les solutions à déshumidificateur électrique nécessitent comme le chauffage une alimentation secteur, le contrôle par hygrostat du fonctionnement des appareils amène à une consommation énergétique sur la durée de l’hivernage < 1 % de la consommation de la solution chauffage qui doit être permanente : bon pour la planète et le porte-monnaie…

Une révolution à l’horizon ?

Dans ce panorama manque cruellement une solution capable de fonctionner de manière autarcique, par exemple grâce à des panneaux solaires. Un ami allemand m’a signalé qu’une société bavaroise venait de développer un produit innovant :
http://www.krah-grote.com/produkte/... . (Malheureusement tout le site et les documents sont en allemand).

Le système est très simple dans son principe puisque consistant tout simplement à automatiser et à optimiser la méthode de l’aération.

Cette société semble extrêmement crédible car jouissant d’une très longue liste de références dans le domaine de la mesure et du contrôle de l’humidité, notamment ils équipent la majorité des grands musées allemands. Le système est d’ailleurs dérivé d’un système de fonctionnement analogue développé pour réguler l’environnement dans des bâtiments « inchauffables » type églises.
Un calculateur équipé d’un programme d’optimisation adapté est relié à deux sondes de température/hygrométrie et deux ventilateurs d’extraction et d’insufflation de l’air. Dans le système proposé, les ventilateurs sont du type ordinateur et peuvent être montés sur la descente par exemple.

Ce système a été présenté mi-2010 et a fait l’objet d’une revue favorable dans le magazine (très sérieux) Palstek en nov. 2010. Ce système serait très efficace et les résultats spectaculaires, avec une consommation limitée à 600 mA sous 12 V max (25 mA lorsque les ventilateurs sont arrêtés), autorisant l’utilisation sur batterie alimentée par panneaux solaires. La réalisation semble professionnelle et sérieuse.

Par ailleurs, le système serait aussi efficace pour limiter la température et l’hygrométrie en été.

Serait-ce l’œuf de Colomb version bavaroise ? A suivre de très près…