Source: The Conversation – France in French (2) – By Olivès Régis, Professeur en énergétique, Université de Perpignan Via Domitia
La guerre en Iran et le blocage du détroit d’Ormuz ont poussé le gouvernement Lecornu à accélérer la mise en œuvre de mesures inscrites dans la programmation pluriannuelle de l’énergie, dite PPE3. D’un objectif environnemental de réduction des émissions de CO₂, il est passé à un enjeu de souveraineté énergétique, « électrifier pour moins dépendre des énergies fossiles ».
Dans le secteur du bâtiment, ces mesures sont actuellement très en faveur des pompes à chaleur pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire. Mais ce ne sont pas les seules solutions, comme le montre un regard sur quelques-uns de nos voisins européens, bénéficiant pourtant de moins d’ensoleillement, qui ont recours au solaire thermique – plus simple que le solaire photovoltaïque.
En France, l’eau chaude sanitaire, c’est-à-dire l’eau que nous consommons pour la douche essentiellement et la vaisselle éventuellement, consomme une énergie de 75 térawatts-heures (75 milliards de kilowatts-heures). Pour donner une idée, cette énergie correspond à l’électricité produite par un cinquième du parc nucléaire français. C’est le troisième poste de consommation d’énergie après le chauffage et l’électricité dans le secteur résidentiel. Ce poste occupe 10 à 20 % du budget énergie d’un ménage.
Alors que les efforts liés à la réglementation ont conduit à la réduction de la consommation d’énergie pour le chauffage, la part de l’eau chaude sanitaire subit plutôt une tendance à la hausse. Décarboner l’énergie dans le secteur du bâtiment nécessite donc de se pencher sérieusement sur les systèmes de production d’eau chaude sanitaire. Ceci nous amène à privilégier les systèmes électriques pour chauffer l’eau et à délaisser, forcément, les chaudières à gaz. Parmi ces systèmes électriques, on trouve les chauffe-eaux électriques, les plus répandus, et les chauffe-eaux thermodynamiques, beaucoup moins répandus mais deux à trois fois plus performants. Ces derniers ont actuellement le vent en poupe, car ils s’inscrivent très bien dans la Stratégie nationale bas carbone : le secteur du bâtiment y trouve donc une réponse intéressante à la question de souveraineté énergétique tout en respectant les impératifs écologiques.
Néanmoins, si l’électrification des usages est indispensable à la transition énergétique, elle ne doit pas faire oublier que d’autres types d’énergies renouvelables sont disponibles et exploitables pour fournir de la chaleur – elles pourraient permettre d’accroître notre souveraineté énergétique, de diversifier nos sources énergétiques pour ne pas dépendre d’un seul type d’infrastructure et de réduire nettement nos émissions de gaz à effet de serre.
La souveraineté passe-t-elle uniquement par l’électrification ?
Un chauffe-eau thermodynamique est une pompe à chaleur couplée à un ballon d’eau chaude. Grâce à son compresseur, la pompe à chaleur puise la chaleur dans l’air environnant et élève son niveau de température à environ 60 °C, température requise pour l’eau chaude sanitaire. Le rapport entre la chaleur nécessaire pour chauffer l’eau et l’électricité consommée est le coefficient de performance (COP). Pour un chauffe-eau électrique, le coefficient de performance est très proche de 1. Pour un chauffe-eau thermodynamique, le coefficient de performance dépend de la température de l’air extérieur. Généralement, les constructeurs affichent un coefficient de performance de 3. Cependant, on constate que lors des périodes froides à températures négatives, la résistance électrique prend le relais et le coefficient de performance se rapproche alors de 1. En conditions réelles, il est donc plutôt compris entre 2 et 3.
Ainsi, remplacer une chaudière au gaz ou un chauffe-eau électrique par un chauffe-eau thermodynamique apparaît comme un moyen efficace pour réduire la consommation d’énergie et s’extraire des inconvénients de l’énergie fossile : pollution, émissions de CO₂, dépendance aux pays producteurs, augmentation des coûts…
Des énergies renouvelables permettent également de chauffer l’eau et de diversifier nos ressources.
Dans le cas de la géothermie, au lieu de puiser la chaleur dans l’air extérieur, on exploite le fait que la température est stable dans le sous-sol et donc de la chaleur géothermique. Un chauffe-eau thermodynamique couplé à un forage géothermique peut avoir un coefficient de performance supérieur à 5. Beaucoup plus efficace, ce système requiert néanmoins un investissement plus élevé du fait du forage. Ce type de système reste tout de même intéressant dans l’habitat collectif, ou quand il permet de produire à la fois le chauffage et l’eau chaude sanitaire : on parle alors de « système combiné ».
Au-delà de la géothermie, le soleil aussi peut chauffer l’eau.
Comment marche un chauffe-eau solaire thermique ?
La technologie fait appel à des capteurs solaires thermiques : du cuivre pour les tubes, du verre à l’avant pour éviter le refroidissement tout en laissant passer les rayons du soleil, un isolant thermique à l’arrière, une armature en aluminium pour tenir le tout. Cette technologie simple, mature et efficace, peut être fabriquée localement. Elle est très différente du solaire photovoltaïque, qui génère de l’électricité mais nécessite des matériaux bien plus complexes et des cellules produites majoritairement en Asie.
Aux capteurs solaires thermiques, on ajoute un ballon de stockage, une petite pompe servant de circulateur et un boîtier électronique commandant la pompe selon la différence de température entre le ballon et la sortie du capteur.
Ainsi, la chaleur collectée par les capteurs solaires est transmise à un fluide caloporteur. Ce fluide, généralement de l’eau glycolée, cède sa chaleur à l’eau contenue dans le ballon avant de retourner dans les capteurs. Dans les régions qui ne subissent que quelques jours de gel dans l’année, il est même possible de se passer d’eau glycolée et d’utiliser directement l’eau du réseau.
Le ballon est muni d’une résistance électrique qui sert d’appoint pour pallier les journées sans soleil. Une installation typique est constituée de 4 mètres carrés de capteurs solaires et d’un ballon de 200 à 300 litres.
Un potentiel important mais sous-exploité
Résultat : un chauffe-eau solaire à Lille permet de couvrir près de 65 % des besoins en eau chaude sanitaire, à Besançon 71 %, à Orléans 72,5 %, à Bordeaux 76 % et à Nice 85 % (soit une moyenne nationale de 75 %). Ce système possède ainsi un coefficient de performance dépendant certes de l’ensoleillement, mais toujours compris entre 3 et 8, et donc supérieur à celui d’un chauffe-eau thermodynamique.
En 2024, la surface de capteurs en France hexagonale était de 2,457 millions de mètres carrés, utilisés essentiellement pour des chauffe-eau solaires individuels. Avec une moyenne de 4 mètres carrés installés, cela conduit à environ 600 000 installations – ceci correspond à moins de 2 % de l’ensemble des systèmes de chauffe-eaux.
En d’autres termes, le solaire thermique est peu déployé, alors que la ressource solaire disponible est suffisante pour assurer de 65 à 85 % des besoins en eau chaude sanitaire. Malheureusement, comme les énergies renouvelables thermiques sont très facilement et trop souvent oubliées (nous privilégions en France des technologies plus complexes et énergivores), le marché du solaire thermique est plutôt moribond.
Pour illustrer ce propos, comparons avec le scénario établi en 2029 par RTE (Réseau de transport d’électricité). Dans ce scénario, il s’agissait de remplacer de 9,5 millions de chauffe-eaux électriques et de chaudières à gaz par des chauffe-eaux thermodynamiques, afin d’aboutir à une économie d’énergie annuelle de 3 térawatts-heures et une réduction des émissions de CO₂ annuelles de 800 000 tonnes.
Par comparaison, nous estimons qu’installer 9,5 millions de chauffe-eaux solaires aboutirait à 16 térawatts-heures d’économies d’énergie annuelles et près de 5 millions de tonnes de CO₂ évitées par an. Les gains seraient très nettement supérieurs au scénario proposé par RTE.
Une solution rentable économiquement et déployée dans des pays moins ensoleillés
Mais est-il possible – et raisonnable – d’installer 9,5 millions de chauffe-eaux solaires ? Ceci correspondrait à 30 % des foyers (il y a 31 millions de ménages en France).
Ce n’est pas si éloigné de ce qui est fait en Autriche, où environ 27,5 % des foyers auraient installé des chauffe-eaux solaires (1,15 million d’installations pour 4,18 millions de ménages). En effet, n’étant pas dotée de centrale nucléaire, l’Autriche souhaite décarboner son énergie mais sans forcément passer par l’électricité. Elle a choisi de privilégier les technologies les mieux adaptées aux usages et en particulier à la production de chaleur à 60 °C, qui convient très bien au solaire thermique. Ce n’est donc pas étonnant que le plus grand fabricant de capteurs solaires thermiques soit autrichien !
Notons qu’en termes d’ensoleillement, les Autrichiens ne sont pas mieux dotés que les Français – c’est même plutôt l’inverse. Les Autrichiens reçoivent entre 1 000 et 1 200 kilowatts-heures d’énergie solaire par mètres carrés et par an, alors que les Français en reçoivent entre 1 000 et 1 800 kilowatts-heures par mètres carrés et par an.
Le solaire thermique intéresse plus globalement de plus en plus de nos voisins européens, Allemagne et Danemark en tête. On constate une augmentation du nombre de réseaux de chaleur urbains, de centres aquatiques et d’industries alimentés par des capteurs solaires thermiques.
La stabilité du coût de la chaleur ainsi produite explique cet intérêt grandissant : il ne dépend que des investissements et de la ressource solaire.
Les mesures gouvernementales françaises pourraient davantage favoriser ces technologies, qui répondent véritablement aux enjeux environnementaux, économiques et de souveraineté énergétique.
Olivès Régis a reçu des financements de l’ANR.
– ref. La souveraineté énergétique passe-t-elle forcément par l’électrification ? L’exemple du solaire thermique, mieux développé dans d’autres pays pas forcément plus ensoleillés – https://theconversation.com/la-souverainete-energetique-passe-t-elle-forcement-par-lelectrification-lexemple-du-solaire-thermique-mieux-developpe-dans-dautres-pays-pas-forcement-plus-ensoleilles-286900