Solaire thermique

Quand on parle de solaire, on pense directement à faire de l'électricité. Pourtant il existe des panneaux solaires qui ne produisent pas de l'électricité mais de l'eau chaude : on parle alors de solaire thermique.

Pourquoi vouloir faire de l'électricité pour nous chauffer alors que nous avons besoin simplement de chaleur ?

Le solaire thermique est un moyen de production de chaleur qui est peu connu, peut-être parce qu’on sous-estime nos besoins en chaleur. En effet, on entend parler dans les médias de solaire photovoltaïque (qui produit de l'énergie électrique à partir du rayonnement solaire) mais très peu de solaire thermique (qui produit directement de la chaleur à partir d'un élément radiatif).

Les panneaux solaires thermiques permettent de transformer le rayonnement solaire en chaleur ! Contrairement aux panneaux photovoltaïques, les panneaux solaires thermiques sont une technologie ancienne et mature. On en trouve déjà qui fonctionnaient il y a un siècle même si on les a évidemment améliorés depuis. Il y a même possibilité d’en bricoler soi-même si on est un bon bricoleur, ce qui est difficilement envisageable pour un panneau photovoltaïque.

Analysons tout d'abord nos besoins en chaleur....

Flux d'énergie en France

L'association Negawatt a publié un diagramme qui représente les différents flux énergétique de la production à leur consommation.


On remarque que l’utilisation de chaleur pèse pour moitié de l’utilisation d’énergie globale.

Cette production de chaleur passe par différents vecteurs énergétiques, autrement dit, différents moyens de transporter l’énergie. L’essentiel de la production de chaleur provient des ressources fossiles: le charbon, le pétrole et surtout le gaz qui est dominant. Une partie provient de l’énergie renouvelable, notamment sous forme de combustibles solides, c’est-à-dire tout simplement du bois.

Il y a d’autres apports des énergies renouvelables comme le solaire thermique et c’est ce qui va nous intéresser ici. On voit enfin que 15% des besoins en chauffage sont fournis par de l’électricité.

L’électricité est une énergie de très grande qualité, on peut en faire ce qu’on veut et c’est son gros avantage. Et pour la chaleur on va avoir des soucis vu la part des ressources fossiles qui pose à la fois des problèmes d’épuisement des ressources et de pollutions. Et oui, la priorité environnementale est de nous affranchir de ces sources d’énergies pour de nombreuses raisons.

En France, le résidentiel est responsable de 23% des émissions de CO2, essentiellement pour le chauffage. La chaleur est utilisée à 56% par le résidentiel, à 18% par le tertiaire, à 25% pour l’industrie et à seulement 1% pour l’agriculture. Pour rappel, le secteur tertiaire est le secteur économique qui produit des services. Les bâtiments du secteur résidentiel et tertiaire utilisent donc les trois quarts de la chaleur produite en France.

Répartition de la consommation énergétique d'un logement

62% de l’énergie utilisée dans un logement typique français est dédié à son chauffage et 11% pour de l’eau chaude sanitaire.

Produire de l’eau chaude sanitaire pour se doucher ou faire la vaisselle n’est pas du tout négligeable, ça représente entre 10 et 15% de la consommation de chaleur dans les logements. En plus, avec l’amélioration de l’isolation, le besoin de chaleur pour le chauffage diminue et donc la part de l’eau chaude sanitaire augmente.

Maintenant qu’on comprend mieux les enjeux de la production de chaleur, il est temps de s’intéresser aux panneaux solaires thermiques.

Les différents types de capteurs solaires thermiques

Capteurs non vitrés

Simples tubes de plastiques noirs où circule le fluide caloporteur. Leur rendement dépend beaucoup de la température extérieure servent donc surtout en été pour chauffer des piscines.

Capteurs plans vitrés

Le fluide caloporteur passe dans un circuit en serpentin derrière une vitre. La présence de la vitre rend le système moins sensible à la température extérieure puisqu’elle permet d’isoler le fluide caloporteur tout en laissant passer le rayonnement.

Capteurs à tubes sous vide

Le fluide caloporteur circule à l’intérieur d’un double tube sous vide. Il y a donc une meilleure isolation et un meilleur rendement. Le problème, c’est que ce sont des objets plus compliqués à produire et donc plus chers.

Rendement des capteurs solaires thermiques

Le rendement c’est l’énergie thermique que parvient à fournir le fluide caloporteur divisé par l’énergie radiative qui arrive sur les panneaux, autrement dit le rayonnement solaire.

On constate que ce rendement diminue avec l’écart de température entre le fluide caloporteur et l’extérieur. Pour garder un bon rendement, il vaut mieux éviter que le fluide soit trop chaud ou bien l’isoler comme dans les capteurs à tube sous vide. D’ailleurs, ces capteurs permettent de monter plus haute en température ce qui peut être une nécessité pour certaines applications industrielles.

Pour information, un capteur photovoltaïque a une rendement situé entre 15 et 20% maximum... Si l'on additionne à cela les pertes pour chauffer de l'eau à partir de l'énergie électrique, on comprend vite que ce n'est pas une solution à retenir pour se chauffer.

Le revers de la médaille d'un rendement aussi important est le problème de surchauffe qui peut intervenir mais celui-ci peut être facilement maitrisable avec quelques astuces et un peu de bon sens.

Matériaux, recyclage et environnement

Quelques soit le type de capteurs solaires thermiques, la plupart des matériaux utilisés sont recyclables: verre, aluminium et cuivre. Pas de gros soucis de ce côté là. Selon l’agence de la transition écologique (ADEME), les panneaux solaires thermiques sont recyclables à 90% et ont une durée de vie de 30 ans. Autrement dit, le solaire thermique est bien moins polluant que la majorité des alternatives existantes en particulier, c’est une bien meilleure solution que les ressources fossiles.

Côté environnemental encore, 1m² de panneau solaire thermique fournit autant de chaleur que 50 à 70l de pétrole (Source : ADEME), on évite donc de brûler une quantité appréciable de gaz ou de fioul. L’agence international de l'énergie (AIE) estime que les 335 TWh produit par le solaire thermique ont évité l’émission de 116,4 millions de tonnes de CO2. Avec des émissions mondiales annuelles autour de 40 milliards de tonnes, ça représente qu’une petite économie de moins de 1%. Mais vu où on en est avec le climat, toutes les économies sont bonnes à prendre. De façon générale, toutes les petites améliorations sont insuffisantes mais elles sont aussi absolument nécessaires. C’est encore bien trop peu mais ce n’est pas inutile pour autant.

Si le solaire thermique vient remplacer l’électricité, le gain dépend des pays et de leur façon de la produire. L’électricité en France étant assez bien décarbonée, le gain est moindre. Cependant il faut savoir qu'une installation de solaire thermique ne met au maximum que quelques années à compenser l’impact de sa fabrication si elle vient à remplacer la combustion de ressources fossiles comme le gaz ou le fioul. Comme pour le photovoltaïque cette durée est influencée par la source d’énergie utilisée pour la production de ces panneaux.

La situation mondiale

La bonne nouvelle...

La capacité installée et la chaleur produite ont augmenté assez rapidement ces dernières années. C’est la Chine qui remporte de très très loin la palme d’or avec 70% de la capacité installée.


Comme évoqué plus haut, l’essentiel de la chaleur produite par le solaire thermique est utilisée pour la préparation d’eau chaude sanitaire, qui représente 92% de la puissance installée. Seulement 2% est utilisée dans des systèmes combinés qui comprennent un appoint pour le chauffage. Et 6% est utilisé pour du chauffage de piscine. Ce qui est intéressant c’est de voir que l’usage du solaire thermique dépend très fortement des pays. Évidemment, les climats de ces pays ont une influence mais même à climat équivalent, on trouve de sacrés différences. C’est un rappel que la question énergétique est très politique.

 Les États-Unis et le Canada utilisent une grande partie de leur solaire thermique pour chauffer des piscines par exemple. Suivant les régions, il y a beaucoup de chauffage thermique individuel comme en Chine alors que la région qui comprend Israël, la Jordanie, le Liban, les territoires palestiniens, la Tunisie et le Maroc ont beaucoup de systèmes mutualisés.

Même le choix des technologies dépend énormément du pays. Globalement, les tubes sous vides sont beaucoup plus utilisés dans le monde que les panneaux plans vitrés alors que c’est l’inverse en Europe. En fait, quand on creuse un peu, on se rend compte que c’est la Chine qui change la donne vu qu’elle a la grande majorité de la capacité installée et que ces panneaux sont fabriqués principalement là-bas.

... et la mauvaise...

Si l'on considère que le solaire thermique est une façon crédible de produire de la chaleur avec des impacts environnementaux bien moindre que les combustibles fossiles encore largement utilisés pour nous chauffer, son taux de croissance ne fait que diminuer depuis plusieurs années. Il est plus faible que l’éolien et le photovoltaïque.

C’est par exemple le cas en France où le marché a fortement diminué depuis 2012. En réalité, on se rend compte que le solaire thermique dépend beaucoup de facteurs politiques, économiques et culturels et non du réelle volonté de faire bouger les choses pour le climat. Un photovoltaïque trop avantagé par des mesures politiques, par une communication de masse ou par les prix très bas pratiqués par la Chine peut fortement diminuer l’intérêt pour le solaire thermique par exemple. Le solaire thermique est également concurrencé par d’autres technologies de production de chaleur comme la pompe à chaleur toujours connecté au réseau d'électricité; électricité si chère à notre beau pays...

Cependant les augmentations récentes du prix de l'énergie risque fort d'inverser la tendance en positionnant le solaire thermique comme une solution de choix si l'on veut atteindre les objectifs environnementaux et sociétaux que nous nous sommes fixés. En tout cas, chez Solaxial, on y croit !