La SAGA de mes capteurs solaires à AIR
Guy Isabel,  février 2012
  Localisation : Villedieu la Blouère , 49450 , Pays de Loire
( 47° 09.049  N    et 1° 03.899 W )
guy.isabel chez orange.fr


Avant –propos:

Adepte du solaire depuis fort longtemps déjà, mais plutôt partisan de la simplicité, j’ai opté dès 1985 pour la mise en place d’un ensemble chauffe-eau  SOLAHART  de 300 litres, en thermosiphon. (Le terme CESI m’était inconnu alors !). Matériel livré en « kit » par une grosse entreprise d’électricité choletaise. Néophyte total (newbie !),  le ballon horizontal a été installé SOUS les combles, et les 4 m2 de capteurs plus bas, à cheval sur la gouttière à la manière d’une casquette, pour autoriser le fonctionnement automatique tant espéré, malgré un aspect esthétique discutable !

Photo 1 : Les capteurs du C.E. Solahart

Juste deux conduits droits de fort calibre entre les capteurs et le ballon, sans pompe, régulateur, vannes  et autre vase d’expansion ! Fonctionnement très satisfaisant jusqu’à cet hiver 2012, où le gel  a endommagé ou fini d’user les divers organes de sécurité. Bref, plus d’eau chaude, installation en urgence d’un C.E. classique (à électrode de titane)  capacité de 200 litres seulement.
Révision globale prévue de l’ensemble solaire au printemps, avec remplacement  à l’identique ou compatible des pièces d’usure (anode, groupes de sécurité, soupapes, fluide, etc.)

Débuts de l’aérothermie:

A la même époque, donc 1985, j’ai entendu parler des capteurs à air, grâce notamment à l’ouvrage  de JL PERRIER, génial partisan angevin du solaire, qui ira jusqu’à produire de l’hydrogène à partir d’un gigantesque capteur à concentration …dans son terrain, qu’il parcourait avec sa Simca  1000 spécialement équipée. Précurseur dites-vous ?  Hélas …
Je connaissais déjà à l’époque Michel You  (oui, oui, celui d’APPER), collègue enseignant dans le même lycée, dans  la même discipline : l’électrotechnique. C’est d’ailleurs grâce à lui que j’ai pu acquérir  un profilé spécial en aluminium noirci, l’absorbeur de mon premier capteur à air, qui fonctionne toujours à ce jour, et délivre un chauffage d’appoint solaire fort apprécié !  Fiabilité dites-vous ?

Photo 2 : absorbeur aluminium noirci (montage vertical !)


Photo 3 : aspect du capteur à air initial de 2 m2, toujours en service

Particulièrement rapide à réagir, la température en partie haute à l’intérieur atteint souvent 65 à 75°C, avec un gain de 5 à 6°C dans la pièce  correspondante, elle-même chauffée par un simple convecteur à régulation électronique (réglé à 15°C, tarif EDF  HC-HP).

Photo 4 : relevés du 12/2/2012  à 14 h, température extérieure  -2°C

Satisfaction entière et économie en pleine journée ensoleillée. Aucun souci de gel, de fuites, malgré la neige ou autres gâteries météorologiques ; entretien minimal du vitrage extérieur quand la pluie ne s’en charge pas ! Seule exigence, ouvrir la trappe intérieure haute le matin, dès que la température atteint environ 20°C dans le capteur, et la refermer le soir pour éviter toute déperdition nocturne. Une habitude qui va bientôt disparaitre avec la mise en place d’un asservissement électronique, décrit dans notre ouvrage Eyrolles paru en janvier 2012. (Voir http://www.apper-solaire.org/?Publications/isabel )

Photo 5 : trappe intérieure manuelle, avec son capteur de température

Nouvelle version, absorbeur en ardoise:

Pour avoir constaté la dégradation de la « peinture noire » sur l’absorbeur alu, et l’avoir rafraichi une ou deux fois, j’ai pu constater à chaque fois  que, la chaleur aidant, pendant de longues périodes des émanations désagréables (et toxiques) étaient perçues dans la pièce chauffée. Il fallait trouver un matériau plus sain, noir de préférence et facile à mettre en œuvre. C’est mon épouse qui trouva la solution un jour : et pourquoi pas de l’ardoise ? Eh oui, pourquoi pas ? Et très vite un capteur expérimental fût assemblé à la hâte avec des ardoises diverses récupérées et le double vitrage intact d’une porte fenêtre inutilisée.

L’essai en plein hiver 2010 fût très concluant et le chantier débuta.

Photo 6 : capteur expérimental  avec les ardoises de récupération (aucune isolation)

Rappel: principe de fonctionnement du capteur à air.

Chacun sait bien que l’air chaud a tendance à s’élever, donc, si l’air prélevé en partie basse d’une pièce est réchauffé à l’EXTERIEUR, par effet de serre, dans un capteur  de préférence orienté au SUD, et placé verticalement pour atténuer la surchauffe estivale, on pourra récupérer cet air réchauffé et le réintroduire dans la pièce. En somme, le capteur aérothermique peut se comparer à un multiplicateur ou amplificateur de chaleur ! La thermo-circulation fait le reste du travail, aidée il est vrai par un ventilateur de très faible puissance, chargé de pousser l’air dans le capteur. Cette position basse évite bien entendu de faire supporter au moteur la chaleur parfois élevée de l’air  obtenu après chauffage par les rayons du soleil !

Figure 7 : principe général du fonctionnement d’un capteur à air.

Sur cette figure on peut remarquer la position de la trappe haute intérieure, à fermer le soir, mais aussi la présence d’un autre clapet haut à l’extérieur, sur le sommet du capteur. Cette sortie ne sera utile qu’en période estivale, un peu à la manière d’une soupape de sécurité, pour permettre éventuellement à la chaleur  accumulée en excès de s’évacuer. Toutefois, en cas d’ombrage naturel suffisant (arbres caduques), ou en présence d’une avancée de toiture importante à l’aplomb du capteur, cette trappe ne sera sans doute pas utile. En outre, l’angle solaire  ou angle zénithal, sera bien plus haut l’été que l’hiver !  La Nature ici encore, fait bien les choses, et cette simplicité nous convient particulièrement.

Le cahier des Charges du capteur devra répondre à plusieurs fonctions distinctes, et de fait le profil retenu pour son cadre sera adapté à la synthèse de toutes ces exigences, que nous pouvons résumer dans le tableau suivant :

Construction du cadre:

Les dimensions du profil correspondent à notre modèle de capteur de 2 m2 environ, et peuvent être adaptées selon l’approvisionnement du sapin DOUGLAS.

Voici un diaporama succinct des étapes de cette construction, encore plus détaillée dans notre ouvrage. A la fin de cette séquence, le capteur nu pèse environ 40 kg, et il est prêt à être posé  sur le mur SUD.








Fixation, préparation des ouvertures:

Il  s’agit de permettre le passage de l’air frais  prélevé dans le bas de la pièce et de l’air réchauffé en partie haute. Il faudra aussi prévoir la fixation solide du capteur au mur , avec une simple cornière  en bas et deux équerres en tête .Un « tube » en CTBX  servira de coffrage et contiendra pour le haut du moins une gaine alu ou un tube métallique , chaleur oblige . Après la menuiserie, voici le temps de la maçonnerie, et des retouches intérieures, plâtre et peintures…




Une fois le capteur fixé au mur, et les ouvertures finalisées, il convient de mettre en place la fine bande réfléchissante en alu adhésif, pour « réfléchir » la chaleur infrarouge dissipée sur l’arrière des ardoises  qui formeront l’absorbeur.




Chicanes et ardoises:

Les chicanes en bois brut de 8 x 27 ont pour fonction de permettre à la fois de fixer les ardoises et aussi de générer un parcours plus long pour l’air frais du bas, qui s’échauffera au contact de l’absorbeur lors de sa montée quasi naturelle. Leur mise en place par vissage sera donc soigneusement étudiée et est en fait tributaire de la taille des ardoises approvisionnées. Pour un parfait alignement des ardoises, nous avons fixé provisoirement un guide vertical  dans le même bois. L’ardoise se perce facilement (trop même parfois !) Et son débit sera grandement facilité si l’on peut faire usage d’une machine électrique à disque diamanté lubrifié à l’eau. Bien entendu, il convient de débuter la pose par le bas du capteur,  pour que les rangées successives masquent les vis des ardoises inférieures. La rangée du haut recevra quelques vis noires  plus discrètes !





Photo 8 : capteur équipé, prêt à recevoir son vitrage.

Vitrage:

L’inertie thermique des ardoises est certes un avantage, mais nous impose de prendre un vitrage trempé : un risque sérieux de casse subsiste lorsque le différentiel de température entre l’intérieur et l’extérieur du capteur survient, comme par exemple pluie, neige avec un soleil bas, donc chaud en hiver. Le verre trempé est plus onéreux, mais résistera à des températures de 250 °C  avec une résistance mécanique bien plus importante aussi. Compte tenu de la taille du capteur (+ de 2m2), le choix d’un verre de 5mm nous a semblé plus judicieux.  L’étanchéité sera assurée très simplement par un joint adhésif en EPDM, à la fois sous le vitrage, donc collé sur le châssis et sous la pare close elle aussi en sapin Douglas. Un serrage équilibré avec vis de 6 mm achèvera le montage. A noter que la partie basse du vitrage reste libre à l’extérieur, pour une bonne évacuation de la pluie.




Photo  9 : coupe légendée du capteur à air

Gestion  estivale:

Le capteur aérothermique donnera une pleine efficacité sur un mur SUD, verticalement pour des raisons de simplicité. Il va de soi qu’il sera opérationnel dès l’automne jusqu’au printemps. Mais en période estivale, il serait prudent de veiller à son ombrage pour parer à tout excès de chaleur (la trappe haute intérieure sera bien entendu fermée !) Une avancée de toit peut déjà contribuer à limiter son exposition ; on pourra également construire une « casquette » ou brise-soleil pour réduire l’effet de serre. Un ombrage naturel, avec des arbres à feuillage caduque est envisageable, ou encore des structures horizontales en fil de fer pour recevoir des plantes grimpantes non persistantes.  Il reste toujours la solution d’ouvrir le clapet prévu en partie haute du capteur, en veillant à se préserver de la pluie (à moins de vouloir créer un aquarium !)




Photo 10 : février 2012, la neige est là, on attend le soleil

Options éléctroniques:

Une gestion automatisée de la trappe haute intérieure apporte un confort certain, et assure un fonctionnement totalement autonome du capteur  (on pourra aussi envisager une alimentation solaire en 12 volts). L’idéal donc pour une résidence secondaire ou pendant quelques jours d’absence, sans crainte de fuites ou dégâts du gel !

Nous avons installé un volet pivotant commandé par une petite moto réductrice, asservi à la température qu’il faudra mesurer DANS le capteur, donc après le volet. Tous les détails, plans, schémas, typons figurent dans l’ouvrage Eyrolles, avec la gestion du petit ventilateur d’air froid.




Photo 11 : boitier de commande à microcontrôleur  PIC
(Température, vitesse ventilateur, commande de la trappe)

Ainsi s’achève ce retour d’expérience, en espérant avoir pu, par ce résumé, apporter ma pierre à votre édifice APPER, et où le solaire à AIR me semble aussi trouver une petite place.

Bien cordialement

Guy   ISABEL

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