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POUR UN SOLAIRE THERMIQUE LOW-TECH

Le stockage solaire facile : SOL-O-TER le solaire dans l’eau et la terre
Projet de recherche appliquée en thermique du bâtiment


Développement de nouvelles méthodes et pratiques permettant de concevoir et réaliser en éco-auto-construction
des habitats utilisant largement la ressource solaire thermique,
avec des taux de couverture très élevés et une approche « low-tech ».

Juin 2023


Résumé :

Pour la fourniture de chaleur à basse température, le solaire est de loin l’énergie renouvelable la plus simple à utiliser, car elle est naturellement distribuée à la surface du globe, sans intermédiaire technique ni économique. Mais l’une des difficultés majeures que connaît cette énergie renouvelable est la question du stockage. Or, il existe des techniques simples pour stocker la chaleur solaire, dans des réservoirs d’eau, ou dans le sol. Quelques réalisations en vraie grandeur prouvent que ces solutions permettent des stockages de longue, voire de très longue durée.

On constate en France et en Europe un développement de l’éco-construction de logements, porté par une catégorie croissante de citoyens mobilisés dans la lutte contre le changement climatique, et en recherche d’autonomie énergétique. Ce nouveau type d’habitat n’intègre pas, sauf exception, de démarche avancée d’optimisation du système énergétique, qui est le plus souvent électrique ou par poêle à bois, pour le chauffage comme pour l’eau chaude sanitaire.

Le but de ce projet est double :
- d’une part de chercher les voies permettant une optimisation du bâtiment, dans un esprit d’écoconstruction, et en privilégiant l’utilisation du plancher sur terre-plein comme stockage solaire passif ou actif de longue durée,
- d’autre part de revisiter les principes du solaire actif, incluant le stockage dans l’eau chaude, dans un esprit « low-tech », pour qu’il soit plus facile à utiliser.

Il s’agit d’adapter à l’éco-construction les principes du solaire thermique, passif comme actif, pour aider à sa diffusion dans l’habitat « low-tech » biosourcé.


ENJEUX ET OBJECTIFS DE RECHERCHE

Parmi toutes les sources d’énergies renouvelables permettant de fournir de la chaleur à basse température, le solaire est de loin la plus simple à utiliser. Cette source est naturellement distribuée à la surface du globe, sans intermédiaire technique ni économique. C’est un bien commun dont la disponibilité, par unité de temps, est environ dix mille fois supérieure au total de toute la consommation humaine actuelle. Sources : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_solaire#Ressources_solaires
https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/chaleur-Terre-geothermie.xml

En France, comme dans de nombreux pays tempérés, plus de 40 % des besoins énergétiques du pays correspondent à de la chaleur basse température : de l’air à 20 °C pour le chauffage et de l’eau à 45 °C pour l’eau chaude sanitaire (source : diagramme de Sankey négaWatt https://tunebook.fr/systener_collapso.html#2 ). Mais l’une des difficultés majeures que connaît cette énergie renouvelable est la question du stockage, puisque, dans une économie où le capital est cher, les investissements nécessaires à un stockage de longue durée sont très élevés, pour les particuliers comme pour les entreprises.

Or, il existe des techniques simples pour stocker la chaleur solaire, dans des réservoirs d’eau, ou dans le sol. Ces solutions peuvent, sous réserve d’être bien dimensionnées selon les besoins et la fréquence des apports solaires locaux, permettre des stockages de longue, voire de très longue durée. Des réalisations en vraie grandeur l’attestent. Voir notamment :
- la communauté solaire de Drake Landing au Canada
https://www.dlsc.ca/
https://fr.wikipedia.org/wiki/Communaut%C3%A9_solaire_de_Drake_Landing
- les réalisations de l’entreprise Jenni en Suisse
https://tunebook.fr/systener_collapso.html#6.
- la réalisation française récente près de Bordeaux
https://www.revolution-energetique.com/voici-le-premier-stockage-souterrain-de-chaleur-bas-carbone-en-france/

Ces solutions suivent des principes physiques simples et le niveau technologique est assez basique (même s’il faut beaucoup d’intelligence pour la conception). L’idée est de repenser le solaire thermique dans une approche « low-tech », pour que ces solutions deviennent accessibles, sous réserve de formation adaptée, à des artisans et particuliers avertis (par exemple par l’association suisse SEBASOL https://www.sebasol.ch/).

Côté demande, on peut observer depuis quelques années, dans le secteur du logement neuf, les tendances suivantes :

D’une part, dans le marché traditionnel « mainstream » de la construction, les nécessités de la sobriété imposent une voie réglementaire qui donne :
a) soit une isolation renforcée associée à des équipements thermiques dépendants de réseaux énergétiques extérieurs,
b) soit, en poussant au maximum, les conceptions de type « passif » sans chauffage, qui nécessitent des technologies complexes qui ne sont pas low-tech (triples vitrages avec couches faiblement émissives, systèmes thermodynamiques pour l'air et l'ECS, isolants très performants non biosourcés).

Ces voies ne sont pas satisfaisantes dans la mesure où elles maintiennent une dépendance des habitants aux réseaux énergétiques traditionnels, ou bien nécessitent des technologies industrielles au contenu carbone important.

D’autre part, en parallèle, on voit un développement significatif des constructions écologiques, majoritairement en procédés biosourcés, dans un marché nouveau porté par une catégorie croissante de citoyens mobilisés dans la lutte contre le changement climatique, et en recherche d’autonomie énergétique. Ce nouveau type d’habitat, tiré par l’intérêt de l’éco-construction, n’intègre pas, sauf exception, de démarche avancée d’optimisation du système énergétique, qui est le plus souvent électrique ou par poêle à bois, pour le chauffage comme pour l’eau chaude sanitaire. On peut faire mieux, grâce au solaire thermique.

Le premier enjeu de ce projet de recherche appliquée est de déterminer si l’on peut disposer de nouveaux outils méthodologiques permettant aux maîtres d’ouvrage et maîtres d’oeuvre, impliqués dans l’écoconstruction, de concevoir et réaliser des logements utilisant largement la ressource solaire thermique, avec des taux de couverture suffisamment élevés pour se passer d’appoint électrique ou bois, et ce, avec une approche « low-tech » et un coût raisonnable.

Cette approche se situe volontairement à contre-courant de l’idéologie actuelle française qui donne à l’électricité un rôle hégémonique dans la transition énergétique, notamment grâce à l’arrivée à maturité de la production photovoltaïque. Certes, l’avantage majeur du vecteur électrique est de se transporter très facilement dans les réseaux, pour être partagé sur de courtes ou longues distances, ce que la chaleur sait très mal faire. Mais l’électricité, même photovoltaïque produite localement, nécessite des process industriels complexes pour la fabrication des panneaux et nécessite du stockage qui est loin du « low-tech ». Ce vecteur a donc encore une énergie grise élevée, et cela risque de durer. A l’inverse, la captation et le stockage de la chaleur solaire devrait être, en principe, beaucoup plus simple, en utilisant des matériaux et équipements à niveau technologique faible, ou de récupération, ce qui le rend plus facilement accessible pour les usages thermiques sur place. Ainsi, le second enjeu de cette recherche est d’explorer les simplifications possibles de ces systèmes solaires thermiques actifs, pour en abaisser le niveau technologique, pour les qualifier en « low-tech ».

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