Le solaire thermique : cours de CAP MIT

Dans le chapitre précédent, tu as étudié la pompe à chaleur. Ici, la source change : on va chercher la chaleur directement dans le rayonnement du soleil. Cette filière s'appelle le solaire thermique.

Pour un monteur en installations thermiques, c'est un domaine concret. Tu auras à lire un dossier, à choisir des matériels, à poser des capteurs, puis à mettre l'installation en service. Pour bien le faire, tu dois d'abord comprendre ce que l'installation attrape, ce qu'elle transporte et ce qu'elle livre à l'utilisateur.

On avance dans cet ordre : la définition, le capteur, les usages, l'énergie que le soleil apporte, le comportement d'un chauffe-eau solaire dans le temps, un peu d'histoire, puis ton métier.

Le mot clé est thermique : on cherche de la chaleur, pas de l'électricité. Le fluide réchauffé devient le porteur de cette chaleur. Ensuite, deux chemins sont possibles :

• la chaleur est utilisée telle quelle, par exemple pour l'eau chaude sanitaire ou pour le chauffage ;⁶
• la chaleur sert d'étape intermédiaire, par exemple pour fabriquer de la vapeur d'eau qui fait tourner des alternateurs, ou pour produire du froid.⁶

On parle de solaire thermique « actif » quand une installation produit réellement du chauffage ou de l'eau chaude, par opposition aux dispositifs seulement passifs.⁴

Prenons ces mots un par un.

• Absorption : la surface du capteur retient le rayonnement qui arrive, au lieu de le renvoyer. C'est ce qui la fait chauffer.
• Conduction thermique : la chaleur traverse la plaque et la paroi des tubes jusqu'au fluide qui circule à l'intérieur. C'est ce qui permet de la récupérer.
• Réflexion : on s'en sert quand on veut concentrer le rayonnement sur un point. Elle n'est pas indispensable pour un capteur simple.

Sur un chantier de logement, tu poses le plus souvent des capteurs sans concentration. Les capteurs destinés au chauffage sont décrits comme relativement simples, rustiques et durables.⁶

Une fois le fluide réchauffé, on peut en faire deux sortes d'usages.

L'usage direct : la chaleur sert tout de suite à ce qu'on veut chauffer. Les exemples sourcés sont l'eau chaude sanitaire et le chauffage.⁶

L'usage indirect : la chaleur est transformée avant d'arriver à l'utilisateur. On cite la production de vapeur d'eau pour entraîner des alternateurs et obtenir de l'électricité, ainsi que la production de froid.⁶

Avant de choisir un matériel, on se demande quelle énergie le soleil dépose sur la surface prévue pour les capteurs. On l'exprime en kilowattheures par mètre carré et par an, noté kWh/m².an. Le chiffre dépend du lieu.

Les documents techniques donnent quelques repères pour la France et l'Espagne : environ 990 kWh/m².an à Lille, environ 1450 kWh/m².an à Toulouse et environ 1800 kWh/m².an à Barcelone.⁴

Une installation solaire ne reçoit pas la même énergie toute l'année. Il y a des jours de grand soleil, des jours couverts, et des moments où l'on consomme beaucoup ou peu d'eau chaude. Étudier ces variations s'appelle étudier le régime dynamique : on suit le système heure après heure, jour après jour.

Des ressources pédagogiques d'Éduscol utilisent un chauffe-eau solaire pour ce travail. Elles proposent de simuler plusieurs scénarios : avec ou sans puisage d'eau chaude, avec ou sans soleil pendant plusieurs jours.² Elles permettent aussi de passer d'un fonctionnement avec le soleil à un fonctionnement tout électrique ou partiel, en mesurant l'énergie électrique consommée pour comparer les coûts.²

Une autre activité porte sur le potentiel solaire. On trace des courbes d'ensoleillement à partir de données météo, puis on calcule la densité d'énergie cumulée en Wh/m² dans un tableur.² On précise aussi que le résultat dépend de l'orientation des capteurs.²

Cumuler, c'est simplement additionner jour après jour.

L'idée de se servir de la chaleur du soleil est ancienne. La première utilisation non passive répertoriée remonte à 212 av. J.-C. : Archimède aurait concentré les rayons pour enflammer des navires romains devant Syracuse. Des scientifiques ont ensuite douté que ce soit réalisable.⁶ En 1561, Adam Lonitzer décrit un procédé d'alchimistes qui concentrent le soleil pour préparer des parfums.⁶

Pour l'habitat, l'étape clé arrive dans les années 1910, avec les premiers chauffe-eau solaires individuels en Californie.⁶

Le développement n'a pas été régulier. Depuis les années 1970 et 1980, le solaire thermique prend du retard, tandis que le photovoltaïque est favorisé : il ne reste alors que de petites unités comme le chauffe-eau individuel.⁶ Dans les années 2000, la nécessité de réduire les gaz à effet de serre et d'autres craintes énergétiques le rendent plus attractif. Les chauffe-eau solaires se développent vite dans certains pays, en particulier en Chine.⁶ Au début des années 2010, la baisse rapide du coût du photovoltaïque fait chuter les projets individuels de solaire thermique.⁶

Ton futur métier, c'est celui de monteur en installations thermiques. Selon la présentation de la formation, ce professionnel met en place, équipe et raccorde des générateurs, des chaudières, des émetteurs de chaleur, une VMC ou encore des panneaux solaires.⁵ Le solaire thermique fait donc partie du quotidien du métier. Il travaille dans des bâtiments de tout genre : logements, bureaux et commerces, usines ou exploitations agricoles.⁵

Au cours du CAP, tu apprends aussi à produire et diffuser la chaleur, à la réguler, à la mettre en service puis à l'entretenir.⁵