Chauffage solaire de l'eau

Si vous exposez une bassine remplie d'eau au soleil, la température de l'eau va augmenter....un peu.

Mais avec quelques astuces vous pouvez chauffer l'eau à des températures beaucoup plus élevées. Un capteur solaire pour un chauffe-eau domestique utilise les mêmes astuces.

Le principe

Penser à une bassine remplie d'eau exposée au soleil :
- Une grande partie du rayonnement solaire sera réfléchi par la surface de l'eau. Néanmoins, la température de l'eau va augmenter.
- Avec l'augmentation de la température, une partie de la chaleur dans l'eau sera dissipée dans l'air et à travers les parois de la bassine.

Astuce 1
Placer une feuille de couleur sombre sur la surface de l'eau afin d'absorber le rayonnement solaire (le noir absorbe la chaleur, le blanc la réfléchie):
- La température de l'eau au contact avec la surface sombre et chaude va augmenter encore plus.
- Avec l'augmentation de la température, une partie de la chaleur dans l'eau sera dissipée dans l'air et à travers les parois de la bassine.

Astuce 2
Isoler les parois de la bassine :
- L'isolation thermique va réduire les déperditions de chaleur à travers les parois de la bassine.
- La température de l'eau au contact avec la surface chaude va augmenter encore plus.
- Une partie de la chaleur dans l'eau sera dissipée dans l'air par rayonnement.

Astuce 3
Couvrir la bassine avec une matière transparente :
- La couverture transparente va laisser passer le rayonnement solaire mais elle va empêcher le rayonnement thermique de l'eau chaude de sortir. Ce phénomène s'appelle l'effet de serre.
- Les déperditions thermiques seront fortement réduites et l'eau pourrait devenir très chaude. 

Expériences pratiques

Cette expérience simple montre comment le soleil peut servir pour chauffer de l'eau et démontrer l'importance de l'effet de serre 

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1. Le matériel nécessaire pour l'expérience :
- Un petit sac poubelle en plastique noir,
- Un carton ordinaire (dimensions du carton utilisé : 24 x 20 x 14 cm) 
- Un morceau de polystyrène expansé (ou autre matière isolante) au fond du carton,
- Un carreau de verre (ou de plastique) plus grand que le carton,
- Un thermomètre avec possibilité de monter jusqu'à 70°C

2. La première expérience 
- Verser un litre d'eau dans le sac poubelle (le volume d'eau peut être plus ou moins important, mais il vaut mieux connaître la quantité utilisée pour l'expérience)
- Fermer le sac autour du thermomètre et l'attacher avec du ruban adhésif en laissant très peu d'air à l'intérieur (probablement, il faudrait découper une partie du sac pour ne pas gêner la lecture du thermomètre),
- Placer le sac rempli d'eau sur la matière isolante à l'intérieur du carton.
- Noter les variations de température quand l'ensemble est exposé au soleil (la température de l'eau dans le verre peut être comparée avec la température de l'eau dans le sac noir). 

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3. L'effet de serre
- Placer le carreau de verre sur le carton,
- Noter les variations de température de l'eau dans le sac noir (et éventuellement dans le verre),
- Établir l'importance de l'effet de serre.

4. La température de stagnation
C'est la température de l'eau dans le capteur (le sac noir) quand les gains dus au rayonnement solaire sont équilibrés par les déperditions de chaleur à travers les parois. Dans cette expérience la température de stagnation était de 68°C.

Le chauffe-eau solaire

Cette expérience montre le principe d'un capteur utilisé pour un chauffe-eau solaire.
Le sac noir rempli d'eau est remplacé par un récipient à travers lequel l'eau chauffée par le soleil peut circuler afin de chauffer l'eau sanitaire dans un ballon de stockage.

Pour savoir plus : voir Le chauffe-eau solaire

www.outilssolaires.com