Créé par les Romains, l’hypocauste est le premier système de chauffage sans fumée d’Europe occidentale. Il y a peu de temps encore, les historiens estimaient que cette technologie avait été perdue après la chute de l’Empire romain. Toutefois, elle a survécu dans une grande partie de l’Europe et s’est développée pour devenir un « hypocauste de stockage de chaleur » : un fourneau souterrain sur lequel des pierres de granit étaient empilées pour laisser passer l’air chaud par les bouches d’aération du sol. Il suffisait d’allumer le fourneau une seule fois pour chauffer une pièce pendant plusieurs jours.

Les hypocaustes

Les hypocaustes étaient des systèmes de chauffage qui distribuaient la chaleur d’un fourneau souterrain par des bouches d’aération dans le sol. La chaleur était absorbée par le sol et redistribuée dans la pièce du dessus. Le résultat, en termes de confort thermique, était similaire à celui d’un ballon d’eau chaude ou d’un système de chauffage électrique au sol. L’hypocauste romain fonctionnait grâce à des conduits dans le sol créés par les petits piliers qui soutiennent les dalles. Parfois, la chaleur était également acheminée par des orifices dans les murs avant de s’évaporer hors du bâtiment. Les murs étaient donc aussi chauffés.

Les Romains n’étaient pas les premiers à développer un système de chauffage utilisant la chaleur d’un feu souterrain pour chauffer le sol d’une pièce à une autre. Le kang et le dikang chinois, l’ondol coréen et le tawakhaneh afghan fonctionnaient sur des bases similaires et remontent à une époque encore plus ancienne. De plus, les Romains avaient probablement appris la technologie des Grecs. Toutefois, ce sont les Romains qui ont développé l’hypocauste pour en faire un système de chauffage plus sophistiqué. Ils l’utilisaient en particulier dans leurs bains publics qui se situaient dans toute l’Europe et autour de la Mer Méditerranée.

Pendant longtemps les historiens ont pensé que la chute de l’Empire romain vers 500 EC marquait le début d’un hiatus dans l’utilisation du chauffage sans fumée en Europe. Néanmoins, même si la plupart des bains publics sont tombés en ruines dans l’Empire romain d’Occident, les hypocaustes étaient encore construits et utilisés au début du Moyen Âge, particulièrement dans les monastères. Cette technologie a également survécu dans l’Empire byzantin et fut adoptée dans les hammams en Arabie. L’hypocauste fut réintroduit en Europe occidentale par les Arabes lors de la construction du palais d’Alhambra au 13e siècle. ¹

Des systèmes plus petits et moins coûteux, avec des conduits au lieu des piliers, ont continué à être utilisés, en particulier dans les petits bâtiments. Ces hypocaustes ne chauffaient qu’une partie du sol mais étaient beaucoup plus faciles à construire. Nous avons trouvé un hypocauste similaire dans un village reculé en Espagne. Il est toujours utilisé aujourd’hui.

Des hypocaustes pour stocker la chaleur

Lors de I’ expansion du christianisme et de ses monastères en Europe du Nord, l’hypocauste romain s’est avéré inefficace dans les lieux les plus froids. Dans la première moitié du XIVe siècle, voire même avant, la pratique consistait à empiler des pierres de granit au-dessus du fourneau pour accumuler la chaleur. ¹² Loin d’une imitation simplifiée du Moyen Âge, l’hypocauste était un moyen pour stocker la chaleur et représentait une étape supplémentaire dans le développement de cette ancienne technologie. ³

Une fois le fourneau chaud, les bouches d’aération située au-dessus de la plaque chaude étaient ouvertes pour laisser l’air chaud réchauffer la pièce.

Contrairement à l’hypocauste romain, qui fonctionnait avec une chaleur radiante, cet hypocauste qui stockait la chaleur fonctionnait par convection. La pièce à chauffer avait une « plaque chaude » avec des bouches d’aération au-dessus de la pile de pierres de granit. Ces bouches d’aération restaient fermées lorsque le feu brûlait pour que la fumée passe par la cheminée ou un orifice dans le mur et ainsi, l’empêcher de pénétrer dans la pièce. Une fois le four éteint et vide, le conduit de fumée était fermé à l’aide d’un clapet et les bouches d’aération de la plaque chaude étaient ouvertes pour que l’air des pierres chauffe la pièce. ²³

Les hypocaustes romains devaient rester allumés en permanence à cause de leur capacité de stockage de chaleur relativement faible. Ajouter cette pile de pierres a rendu le stockage de chaleur de l’hypocauste beaucoup plus simple, il n’était plus nécessaire de le garder allumé en permanence. En 1822, de nombreuses expériences ont été effectuées pour déterminer l’efficacité d’un hypocauste de ce genre, âgé de 400 ans au château de Malbork en Pologne. Une de ces expériences consistait à chauffer la salle de banquet de 850 m² du château.

Un feu hebdomadaire

Le 3 avril, le fourneau avait été allumé pendant trois heures et demie avec du bois d’épicéa de 0,7 m3. Quand les bouches d’aération de la plaque chaude avaient été ouvertes, l’air chaud (200 °C) s’était précipité dans la salle de banquet pour faire monter la température de 6 à 22,5 °C en seulement 20 minutes. Puis, les bouches d’aération avaient été fermées. Le matin suivant (4 avril), la température de la pièce avait chuté à 14 °C. Les bouches d’aération avaient été rouvertes et la température était remontée à 19 °C en l’espace d’une heure, sans besoin de rallumer le fourneau.

Six jours après l’extinction du feu, l’air qui sortait des bouches d’aération avoisinait les 46 °C

Le 5 avril, la température de l’air qui s’échappait des bouches d’aération était de 94 °C et celle de la pièce est passée de 10 à 16 °C en une demi-heure. Le 6 avril, soit trois jours après que le feu soit éteint, l’air était toujours assez chaud pour que la température de la pièce passe de 10 à 12 °C. Même le 9 avril, soit six jours plus tard, l’air chaud (46 °C) provenant des bouches d’aération réchauffait encore la pièce, faisant passer la température de 8 à 10 °C.

En 1438, lors de son voyage en Europe, le voyageur espagnol Pero Tafur écrit que les gens plaçaient « des chaises au-dessus des bouches d’aération. Ces chaises comportaient des ouvertures pour laisser passer l’air chaud. Ils s’asseyaient alors sur ces chaises percées et ouvraient les bouches d’aération afin que la chaleur monte entre leurs jambes ». ³ Ce système rappelle les réchauds à pied utilisés en Europe du Nord au Moyen-Âge.

Région de la mer Baltique

Les hypocaustes étaient principalement utilisés dans la région baltique, au nord de l’Allemagne, au Danemark, en Suède, Finlande, Estonie, Lettonie, Lituanie et en Pologne. Dans une moindre mesure, on en a retrouvé plus au sud et à l’est, notamment à l’est et dans le sud de l’Allemagne, en Suisse, en Autriche, en République tchèque, en Hongrie et en Russie. La plupart ont été construits entre 1400 et 1500. ¹

Aujourd’hui encore, on continue d’étudier l’histoire des hypocaustes. Dans son étude novatrice de 1998, Klaus Bingenheimer estime que le nombre d’hypocaustes s’élevait à 500 au Moyen-Âge, dont 154 comportaient une pièce pour stocker la chaleur. ⁴ Beaucoup d’autres ont cependant été découverts depuis. Alors que Bingenheimer pouvait seulement prouver l’existence de deux hypocaustes en Estonie, un document écrit en 2009 par Andres Tvauri en répertorie 95 qui sont toujours debout, ou dont l’emplacement a été documenté.

Selon les dernières estimations, il y avait au moins 800 à 1 000 hypocaustes autour de la mer Baltique.

Au total, environ 500 hypocaustes ont été recensés dans la région baltique. Selon les dernières estimations, il y en avait au moins entre 800 et 1 000 à la fin du 15e siècle. ¹ Ils étaient présents dans les monastères et les châteaux aussi bien que dans des bâtiments publics comme les hospices, les hôtels de ville, les mairies ou les hôpitaux. En Livonie médiévale, qui recouvrait alors l’Estonie et la Lettonie, on retrouvait cette technologie jusque dans les maisons. À Tallinn, la capitale de l’Estonie, tout le monde possédait un l’hypocauste et au moins 54 de ces systèmes de chauffages y ont été découverts. ²

Les hypocaustes de Tallinn

La présentation d’Andres Tvauri sur l’hypocauste en Estonie, l’une des rares ressources disponibles en anglais, fournit une multitude de détails techniques. Des couvercles ou des bouchons spéciaux en métal, en pierre ou en terre cuite servaient à fermer les bouches d’aération des « plaques chaudes » au sol. De petits plats en céramique ont été retrouvés sur les pierres chaudes en dessous des bouches d’aération. On suppose que de l’eau était versée sur ces pierres pour produire de la vapeur et augmenter le taux d’humidité dans l’air. ²

Le fourneau était recouvert par une voûte en berceau sur laquelle des pierres d’un diamètre de 40 à 50 cm étaient empilées pour accumuler la chaleur. Les briques de la voûte étaient disposées de façon à former trois ou quatre arches, avec un intervalle de 20 cm entre elles. Les bâtisseurs médiévaux se sont probablement servis d’un vieux tonneau pour façonner ces arches. Une fois la construction du fourneau achevée, un feu était allumé dans le tonneau.

Les dimensions du fourneau dépendaient de la taille de la pièce à chauffer. Dans les maisons, où seule la chambre était chauffée, il faisait un ou deux mètres de long, un peu plus d’un mètre de large et 50 à 60 cm de haut. Dans les bâtiments publics et les monastères, qui comportent des pièces plus grandes à chauffer, les fourneaux étaient bien plus gros.

Poêle de masse

Les hypocaustes ont seulement été utilisés pendant une courte période. Au 15e siècle, les poêles de masse en faïence étaient déjà très répandus dans les pays baltes. Le poêle de masse est un système de chauffage par rayonnement. L’intérieur est constitué d’un labyrinthe de briques ou de pierres conçu pour accumuler la chaleur du feu. Il était plus pratique à utiliser et à construire que l’hypocauste et bénéficiait d’un meilleur rendement énergétique. En effet, on a besoin de moins d’énergie pour chauffer les gens que pour chauffer les pièces

Même s’il était possible de chauffer au moins deux pièces séparées grâce à un seul fourneau, l’hypocauste était, selon la règle, situé en dessous de la ou des chambres à chauffer. Ces dernières étaient toujours au rez-de-chaussée. Les poêles de masse quant à eux pouvaient être construits n’importe où, même à l’étage d’un bâtiment. Au 16e siècle, la Livonie médiévale a remplacé les hypocaustes par des poêles de masse en faïence, souvent construits à l’endroit même où se trouvait l’hypocauste. Ailleurs comme en Pologne par exemple, certains hypocaustes sont restés en usage jusqu’au 18e et 19e siècle.

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