Le capteur thermique ou la chaleur solaire amplifiée

Le soleil chauffe régulièrement chaque partie de la Terre. Cette énergie considérable peut être récupérée, multipliée et diffusée aussi facilement qu’efficacement à petite échelle. De simples capteurs thermiques suffisent en effet à produire, gratuitement (hors coût du matériel et de son installation) et sans pollution, chauffage et eau chaude dans chaque foyer.

Une chaleur omniprésente près de nous

Un capteur thermique est un appareil capable de recueillir le rayonnement du soleil et d’en transmettre la chaleur à un fluide qui la transportera à son tour vers des zones à chauffer. Ce mode d’exploitation constitue l’une des utilisations les plus répandues de cette immense source d’énergie.

Par le biais de l’architecture des bâtiments (surfaces vitrées, etc.), ce rayonnement se propage de façon passive.

En plaçant des capteurs thermiques, l’effet s’amplifie : ce sont les systèmes solaires actifs qui servent, par exemple, à chauffer des habitations, de l’eau sanitaire, des piscines, etc.

Les avantages de cette énergie sont :

   •    son caractère renouvelable ;
   •    l’absence de pollution ;
   •    sa gratuité (hors frais d’installation et d’entretien).

En revanche, elle est intermittente (elle cesse durant la nuit) et son intensité est sujette aux caprices des nuages. Par ailleurs, même si le soleil brille partout, toutes les régions ne bénéficient pas du même ensoleillement – ou flux solaire – selon leur latitude ou la saison.

Il existe des "douches solaires".

Vrai. Sur le toit de la maison, des capteurs thermiques sont intégrés à la place des tuiles. Ils assurent alors le chauffage de l'eau, stockée à 45 °C. Cette température se révèle largement suffisante pour les douches et le bain des petits, notamment.

À chaque usage son capteur thermique

Le principe du capteur solaire thermique est de convertir l’énergie solaire en chaleur. Son fonctionnement s’appuie sur trois éléments :

   • une surface plane – le plus souvent vitrée – à travers laquelle le soleil chauffe un fluide caloporteur (capable de faire circuler sa chaleur dans le circuit de distribution : eau, air…) ;

   • un système de circulation qui transporte ce fluide chauffé vers un lieu de stockage ou d’utilisation. Il comporte une pompe ou un thermosiphon. Le thermosiphon utilise les propriétés de l’eau chaude, plus légère que l’eau froide : dans un circuit de tuyaux verticaux, l’eau chaude monte alors que l’eau froide descend ;

   • un système de régulation qui maintient la température souhaitée. Il est équipé de sondes de mesure de la température et d’un thermostat contrôlant la mise en route ou l’arrêt de la pompe de circulation.

Les capteurs sont de 3 types, selon la température souhaitée et les utilisations envisagées.

Les capteurs plans

Ils comprennent un caisson isolant au-dessus duquel est fixée une vitre en verre ou en plastique. À l’intérieur, une feuille métallique noire absorbe la chaleur du soleil emprisonnée dans le caisson. Cette chaleur est transmise à de l’air, de l’eau ou tout autre fluide caloporteur qui ne gèle pas. Le fluide circule librement ou dans des tuyaux vers le point d’utilisation. L’élévation de température par rapport à l’air ambiant peut atteindre +70 °C. C’est l’idéal pour produire de l’eau chaude domestique ou chauffer des bâtiments.

Les capteurs plans vitrés représentent 89 % de l’ensemble des capteurs installés dans l’Union européenne en 2006, soit 3 millions de mètres carrés.

L’élévation de température par rapport à l’air ambiant peut atteindre +70 °C.

Les capteurs non vitrés

Il s’agit de longs tubes noirs (la couleur qui piège le mieux la chaleur) en plastique ou métal, dans lesquels circule de l’eau. Ils ne sont pas isolés, l’élévation de température obtenue se révèle donc faible : +20 °C par rapport à la température de l’air. Ces capteurs sont utilisés par exemple pour chauffer les piscines. Les capteurs non vitrés représentent 3 % des capteurs installés dans l’Union européenne en 2006.

Les capteurs sous vide

Ils se présentent sous la forme d’un panneau où sont alignés des tubes de verre transparents et vides, un des meilleurs isolants thermiques. Dans chaque tube, un absorbeur capte la chaleur solaire et un échangeur la transmet à un fluide caloporteur. Comme avec les autres capteurs, le fluide va alors circuler vers les points d’utilisation. Grâce à des déperditions de chaleur très faibles, la température peut s’élever jusqu’à 100-140 °C. Ces capteurs sont adaptés aux applications industrielles nécessitant de hautes températures (nettoyage d’abattoirs, pasteurisation de conserves, etc.)

Les capteurs sous vide représentent 8 % des capteurs installés dans l’Union européenne en 2006.

La France a un plan pour se chauffer par capteurs thermiques.

Vrai. Sous l’impulsion de son Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe), la France a considérablement augmenté son parc de solaire thermique entre 1999 et 2009. Son Plan Soleil a ainsi permis d’équiper de capteurs thermiques 715 000 logements en métropole et dans les DOM-TOM, ce qui représente une surface de 2,22 millions de mètres carrés et une puissance installée de 1 550 MWth. L’objectif de déploiement massif du solaire pour la production d’eau chaude d’ici à 2020 continue d’être soutenu par les pouvoirs publics français.

Chez les particuliers, les capteurs solaires sont utilisés pour produire de l’eau chaude à 50 ou 60 °C, ou pour alimenter des planchers chauffants à 25 °C.
Pour l’eau chaude, à la latitude de la France, 3 à 5 mètres carrés de capteurs suffisent pour une maison de 4 personnes. Pour les planchers chauffants, il faut un mètre carré de capteurs pour 10 mètres carrés de surface habitée.