Produire de l’eau chaude avec des énergies renouvelables

Le chauffe-eau thermodynamique (CET) est un équipement de production d’eau chaude sanitaire comprenant une pompe à chaleur (PAC) spécifique et un ballon de stockage (150 à 300 litres) de l’eau chaude produite. Il capte l’énergie de l’air (intérieur, extérieur ou extrait via la VMC) pour produire de l’eau chaude.

En général, les CET sont équipés d’un appoint électrique. En fonction de la performance du CET, l’eau peut être chauffée entièrement par la PAC sans recours à l’appoint électrique. Cet appoint est utile uniquement pour répondre à des besoins plus importants d’eau chaude sanitaire.

Il existe plusieurs types de chauffe-eau thermodynamiques.

Le chauffe-eau thermodynamique à captage aérothermique (captage de l’air intérieur ou extérieur)

C'est le plus simple à mettre en place : il s’adapte à de nombreuses situations, en rénovation ou dans les logements neufs. 

• Par exemple, dans le cas d’un CET sur air ambiant, la pompe à chaleur récupère l’énergie de l’air du local où cet équipement est installé. Cela peut avoir pour conséquence de rafraîchir l’air du local (cellier, garage, buanderie…) où il est installé. C’est pourquoi il peut entraîner une surconsommation de chauffage pour le logement.
• Il existe aussi la possibilité d’installer un CET sur air extrait. La pompe à chaleur récupère alors l’énergie de l’air extrait par la VMC. Directement raccordé au système de ventilation mécanique centralisé de la maison (VMC), ce chauffe-eau thermodynamique fonctionne avec une température d’air de 20 °C au minimum toute l’année. Cet équipement est efficace, mais nécessite l’existence d’une VMC. Il est aussi plus encombrant que le CET sur air ambiant. Attention, il ne faut surtout pas sur-ventiler le logement pour assurer les besoins d’eau chaude sanitaire.
• Certaines installations peuvent être mixtes : le CET récupère l’énergie d’un mélange entre l’air de la VMC et l’air ambiant.
• Enfin, une troisième technologie existe pour récupérer l’énergie de l’air extérieur : le CET sur air extérieur. Facile à installer et peu encombrant, ce chauffe-eau thermodynamique s’adapte à de nombreuses configurations. Le système comprend un ballon (à l’intérieur, dans le garage, le cellier…) et un récupérateur extérieur, reliés par un circuit contenant le fluide frigorigène. Il est soumis aux aléas du climat et ses performances dépendent de la température extérieure. L’unité extérieure peut être bruyante et gênante pour le voisinage.

Le chauffe-eau thermodynamique à captage géothermique

Il récupère l’énergie stockée dans le sol par l’intermédiaire de capteurs enterrés horizontaux ou de sondes verticales (solution marginale). Ce type de chauffe-eau thermodynamique nécessite une certaine surface de terrain pour l’installation des capteurs.

Le chauffe-eau thermodynamique à captage héliothermique

Il est composé de panneaux solaires particuliers appelés capteurs évaporatifs solaires. L’énergie solaire est récupérée pour vaporiser le fluide frigorigène qui circule et transfère l’énergie à l’eau chaude via la pompe à chaleur. Cet équipement performant reste peu répandu. Il nécessite l’installation de capteurs en façade ou en toiture.

Les avantages du chauffe-eau thermodynamique

• Réaliser jusqu’à 70 % d’économies d’énergie : même s’il nécessite un appoint électrique, un CET consomme 3 fois moins d’énergie qu’un modèle classique grâce à sa pompe à chaleur intégrée.
• Réduire votre impact environnemental : autre avantage du ballon thermodynamique, il utilise l’air ambiant comme source d’énergie, soit une ressource inépuisable, et ne rejette pas d’émissions de gaz à effet de serre.
• Améliorer votre confort : le CET permet de chauffer une grande quantité d’eau.

Les points de vigilance à prendre en compte avant d’installer un chauffe-eau thermodynamique

• La différence de prix entre un CET de 200 litres et un CET de 300 litres est assez faible. C’est pourquoi les installateurs proposent souvent un ballon de volume supérieur, même si ce volume est surdimensionné par rapport aux besoins du foyer. Cela peut entraîner des conséquences sur les performances de l’appareil : il consommera beaucoup d’énergie pour maintenir à la bonne température une eau qui n’est pas utilisée en totalité.
• Les performances diminuent quand la température extérieure baisse.
• Les CET fonctionnent de façon optimale pour une température de consigne de 55 °C.
• Le ballon ne doit pas être installé dans un local soumis à la température extérieure (abri extérieur à éviter, par exemple).
• Le CET doit être installé dans une pièce dont la surface est au minimum de 20 m².
• Certains modèles comportent un ventilateur qui peut être bruyant.

La superficie des capteurs solaires est déterminée en fonction du climat de votre région et du nombre d’utilisateurs. Plus les besoins en eau chaude sont importants, plus la surface de capteurs doit être grande.

Il y a suffisamment de soleil au nord de la France pour envisager l’installation d’un chauffe-eau solaire dans ces régions. Dans l’idéal, les capteurs doivent être orientés plein sud avec une inclinaison de 30 à 45° par rapport à l’horizontale. Mais l’efficacité des capteurs reste bonne avec une orientation de l’est à l’ouest et une inclinaison de 30 à 60°.

Il existe trois types de chauffe-eau solaire :

Le chauffe-eau solaire monobloc

Le ballon est couplé au capteur. Il fonctionne sur le principe du thermosiphon : le fluide caloporteur circule vers le ballon de stockage par convection naturelle, sans l’aide d'un système de pompe électrique. Il chauffe l’eau sanitaire puis, une fois refroidi, redescend dans le capteur. Ce type de chauffe-eau solaire est peu coûteux. Il peut convenir aux résidences habitées seulement en été. Il est à réserver aux climats chauds. En effet, le ballon de stockage est situé à l’extérieur et donc soumis aux variations de température.

Le chauffe-eau solaire à éléments séparés

Il est adapté à une demande d’eau chaude régulière toute l’année, dans une résidence principale, en métropole. Il est disponible avec deux types de système : un fonctionnement à circulation forcée, avec une pompe électrique qui entraîne la circulation du fluide caloporteur ou un fonctionnement à thermosiphon, sans pompe, avec une circulation du fluide par convection naturelle, de sorte que le ballon doit être situé au-dessus des capteurs, par exemple dans les combles de la maison. Les performances du système à thermosiphon sont réduites en hiver et l'implantation des éléments demande un vrai savoir-faire de la part des fabricants, installateurs et exploitants.

Le chauffe-eau solaire individuel optimisé

Il minimise les pertes thermiques : l’eau stockée dans le ballon est préchauffée par l’énergie solaire. La chaudière fonctionne quand l’eau a besoin d’un complément de « chauffe » au moment de son prélèvement. Elle alimente également le dispositif de chauffage. Sa compacité et le prémontage de certains éléments, comme les capteurs, permettent un gain de temps et limitent les erreurs à l’installation. Il doit être réservé à des maisons de moins de 120 m² ou comprenant une seule salle de bain. Pour des maisons plus grandes ou comportant plusieurs salles de bain, le CESI à éléments séparés est plus adapté.

Les avantages du chauffe-eau solaire individuel

Il consomme peu d’électricité (uniquement pour le circulateur) et son fonctionnement ne rejette pas de CO², ni de polluant.

L’énergie utilisée pour fabriquer l’équipement est compensée par sa faible consommation à l'usage. Au total, il utilise beaucoup moins d’énergie qu’un ballon électrique ou qu’un chauffe-eau à gaz. Enfin, le matériel constituant un CESI (en particulier les capteurs) est en grande partie recyclable.

Les éléments d’un chauffe-eau solaire individuel peuvent durer longtemps : de 20 à 30 ans pour des capteurs plans de qualité (certains constructeurs les garantissent 10 ans), de 15 à 20 ans pour un ballon performant avec un suivi régulier, d’environ 10 ans pour le circulateur ainsi que les sondes de température et la régulation.

Les points de vigilance à prendre en compte avant d’installer un chauffe-eau solaire individuel

• Il est important de bien choisir l’emplacement du ballon de stockage pour minimiser les distances entre les capteurs et le ballon afin de limiter les pertes thermiques et le coût du circuit primaire ;
• Il est préférable de placer le ballon dans un local chauffé ou isolé lui permet de ne pas se refroidir trop vite.
• Il faut veiller à ne pas surdimensionner le ballon de stockage : avec un ballon surdimensionné, la consommation d’appoint est plus importante pour réchauffer et maintenir à température l’eau sous-utilisée.
• Il vaut mieux acquérir, auprès d’un fournisseur, un ensemble complet d’une même marque : capteur, circulateur, régulateur, ballon de stockage… et vous adresser de préférence à un professionnel RGE.
• Il faut prévoir un système de gestion des surchauffes.

Le système solaire combiné produit à la fois de l'eau chaude et du chauffage. Son installation est intéressante en construction neuve et en rénovation, lorsque le logement est équipé d’un chauffage central.

Le système solaire combiné comprend :

• Une distribution par un réseau de tuyauteries semblable à celui utilisé dans les systèmes classiques ;
• Des émetteurs de chaleur, de préférence à basse température pour optimiser le fonctionnement du solaire thermique : radiateurs basse température, planchers ou murs chauffants basse température…
• Un appoint énergétique est indispensable. Il peut être assuré par un insert, un poêle, une chaudière ou une pompe à chaleur qui apportera le complément de chaleur nécessaire en cas d'ensoleillement insuffisant. L’appoint pour l’eau chaude sanitaire est le plus souvent assuré par une résistance électrique.

Pour aller plus loin, découvrez notre article :

• Pour comprendre – Se chauffer avec le soleil