Lorsque l’on parle énergie solaire, il est pratiquement toujours question de photovoltaïque : les photons de la lumière frappant un matériau permettent l’émission d’électrons, et donc la création d’électricité suivant l’effet photoélectrique, dont l’explication a valu à Albert Einstein de recevoir le prix Nobel de physique en 1921
Or ces mêmes photons, ces paquets d’énergie élémentaire, sont également capables d’apporter de la chaleur. Nul besoin d’être physicien pour percevoir le rayonnement solaire et l’échauffement qu’il apporte à tout matériau qui lui est exposé.
Échauffement d’autant plus important que le matériau est de couleur sombre.
La captation de cette chaleur du soleil existe depuis longtemps : les serres agricoles, qui permettent de conserver la chaleur véhiculée par le rayonnement solaire, existent depuis …. les romains, et ont été améliorées à la Renaissance lorsque l’usage du verre s’est généralisé.
Dans la vallée de Chamonix, au 18 ieme siècle, les habitants accéléraient la fonte de la neige au printemps en y répandant de la terre noire, qui, absorbant le rayonnement du soleil, s’échauffait et provoquait la fonte souhaitée. La neige était dite « terrassée ». Phénomène parfaitement décrit par Horace Bénédicte de Saussure dans son livre Premières ascensions du Mont Blanc.
Aujourd’hui, il est possible de capter cette chaleur par le biais de capteurs solaires thermiques qui permettent de produire de l’eau chaude à partir d’eau froide.
Il en existe de deux types.
- Les capteurs plans : un tuyau dans lequel circule un liquide caloporteur serpente dans un parallélépipède plan, la partie supérieure étant une plaque de verre. La température sous le verre s’élève du fait du rayonnement et ed l’effet de serre, et le fluide caloporteur est réchauffé par simple échange de chaleur. La température obtenue en sortie dépend des matériaux utilisés : tube en plastique ou en cuivre, degré d’isolation du capteur, etc… Elle atteint facilement 40°C en sortie, et jusqu’à 50°C avec des isolations et des matériaux de qualité
Capteurs plans
- Les capteurs à tubes : constitué de tubes en verre concentriques séparées par du vide, le fluide caloporteur circulant dans les tubes centraux qui sont en série. En été, la température en sortie peut être supérieures à 60°C
Capteurs à tubes
Ces capteurs permettent de produire de l’eau chaude, voire très chaude tout au long de l’année, avec bien sûr l’aléa de la présence du soleil : pas de soleil, pas de rayonnement, donc pas de chaleur. Lorsqu’il y a des besoins de chaleur en continue, l’usage de capteurs thermiques nécessite
- Soit un dimensionnement des installations permettant un stockage de l’eau chaude dimensionné de manière à faire face à cette intermittence de la source de chaleur
- Soit de disposer d’un système de chauffage pilotable complémentaire, idéalement à base d’électricité, pour couvrir ces périodes d’’intermittence
Ce qui nécessite un investissement plus élevé que les systèmes sans capteur solaire, et donc obère la rentabilité de l’usage du solaire thermique. C’est le point faible et cela a conduit à éliminer de nombreuses installations à base de capteurs solaires thermiques lorsque l’énergie était abondante et peu chère
Mais la donne a changé.
Les prix de l’énergie sont en augmentation, et l’énergie n’est plus abondante. Loin de là.
Des exploitants de piscines municipales se demandent aujourd’hui pourquoi ils n’ont pas installés de capteurs solaires thermiques sur le toit de leurs bâtiments permettant de poursuivre l’exploitation de leurs installations aujourd’hui chauffées au gaz
Les piscines ne sont qu’un exemple
De nombreux usages ne nécessitent que de l’eau tiède ou un peu chaude, les plus importants étant la production d’eau chaude sanitaire et le chauffage des bâtiments.
Pour lesquels le solaire thermique est très bien adapté.
Sans entrer dans les détails de la thermodynamique, c’est une hérésie de bruler un combustible fossile dont la température de flamme est de l’ordre de 1500 degrés Celsius, pour faire de l’eau à ….27°C Réservons ces ressources rares qui permettent d’atteindre de hautes températures pour les usages pour lesquels elles ne peuvent pas être substituées, et trouvons d’autres sources de chaleur pour faire de l’eau tiède ou chaude.
Pour cela, nous devons modifier nos habitudes : installons des capteurs solaires thermiques pour fabriquer l’eau chaude pour les piscines, pour le chauffage ou à usage sanitaire. Supprimons les énergies fossiles pour produire cette eau chaude, et utilisons l’électricité pour apporter le complément d’énergie lorsque c’est nécessaire, c’est-à-dire lorsque le rayonnement solaire est insuffisant
Pour illustrer ce point, supposons que le besoin en eau se situe à une température comprise entre 55°C ou 60°C, comme dans les ballons d’eau chaude sanitaire. Si l’eau qui rentre dans le ballon est à 35°C ou 40°C à la suite de l’utilisation d’un capteur solaire, il ne reste plus qu’à lui rajouter 20°C. Ce qui peut être fait avec de l’électricité. Si la température de l’eau entrante était initialement de l’ordre de 15°C à 20°C, c’est une économie d’énergie de 50% par rapport à un chauffage intégralement électrique, donc sans capteur solaire. Loin d’être négligeable !
Dans de nombreux pays bien ensoleillés, l’eau chaude sanitaire est déjà fortement fabriquée à base de solaire thermique : en Crète, toutes les maisons ont un capteur solaire et un ballon d’eau chaude sur leur toit.
En France, il est aussi possible de chauffer son habitation et de couvrir une grande partie de ses besoins en eau chaude sanitaire avec des capteurs solaires thermiques
Chalet dans les Pyrénées Orientales
Il faut changer de paradigme : dès qu’il est question d’eau tiède, ou chaude, il faut penser au solaire thermique. Avec certes la contrainte de l’intermittence, et de l’investissement supplémentaire nécessaire à couvrir cette intermittence. Mais le concept de l’énergie bon marché et abondante n’est plus d’actualité, surtout lorsqu’il s’agit d’énergie fossile, en revanche celui du développement des énergies renouvelables l’est. Et le thermique solaire ne doit pas être oublié dans la transition énergétique.
