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Le Thermosiphon

  

Le principe

Le chauffe-eau solaire à "thermosiphon" 
Thermosiphon veut dire que la circulation de la chaleur passe des capteurs au ballon de stockage naturellement sans pompe ni autre dispositif, grâce à la différence de température. 

En effet, quand l'eau (ou un autre fluide caloporteur) est chauffé par le soleil dans les capteurs, elle se dilate et étant plus légère que l'eau froide à volume égal, elle monte. Ainsi, elle crée un mouvement dans le circuit hydraulique reliant les capteurs au ballon de stockage. 
Si le circuit hydraulique est conçu dans les règles de l'art, l'eau chauffée dans les capteurs va circuler à travers un échangeur dans le ballon et la température de l'eau dans le ballon va augmenter progressivement.

Les avantages et les contraintes

Le fonctionnement de ce type de chauffe-eau solaire est très simple et les risques de pannes sont faibles. Les coûts sont restreints et les performances, surtout dans les régions ensoleillées (comme le Sud de la France), sont excellentes.
S'il y a un coupure de courant électrique vous aurez toujours de l'eau chaude et l'entretien du chauffe-eau sera négligeable pendant vingt ans au moins, car la partie la plus fragile d'un chauffe-eau solaire est généralement la partie électrique (pompe, régulation électronique et sondes).

Et alors, s'il n'y a que des avantages, pourquoi les chauffe-eau solaires en thermosiphon sont-ils si rares ?

1. Emplacement
Le ballon doit impérativement être placé plus haut que les capteurs afin de permettre la thermo-circulation naturelle. C'est une contrainte importante: pas question de placer les capteurs sur le toit et le ballon dans la cave. Cependant, il y a souvent des solutions.
Les deux exemples (en photo) montrent des choix architecturaux adaptés.


Capteur solaire au sol dans un emplacement intégré à l'architecture. Le ballon se trouve au rez-de-chaussée derrière le capteur.


Capteurs accrochés en façade avec une pente légère vers la sortie de l'eau chaude. Le ballon se trouve dans les combles derrière la façade.
2. Pertes de charge
Les pertes de charge caractérisent les résistances au passage de l'eau dans les circuits. La résistance à l'écoulement est provoquée par la longueur des tuyaux et les accidents de parcours, comme les coudes, raccordement de tubes de sections différentes ou la présence des accessoires divers de réglage ou de sécurité.
Si les pertes de charge sont trop importantes, l'eau est freinée et peut même ne plus circuler. Par contre, si la tuyauterie est trop large, l'eau circule librement, mais trop lentement et le rendement est moins bon.
Le thermosiphon devra être suffisamment "puissant" pour vaincre les pertes de charge, sans que la différence de température de l'eau entre la sortie du capteur et la sortie du ballon soit excessive.

Comment faire :
Il n'y a pas si longtemps, toutes les installations de chauffage fonctionnaient en thermosiphon et les plombiers/chauffagistes avaient l'expérience nécessaire pour assurer la mise au point. Depuis lors, la banalisation des pompes et des contrôles électriques a créée une méfiance concernant la circulation naturelle. C'est pour cette raison que les chauffe-eau solaires à éléments séparés ne pouvaient pas bénéficier des subventions de l'Ademe, si leur fonctionnement était en thermosiphon. En effet, il semblait trop difficile de certifier un système qui demandait un véritable savoir faire de la part des installateurs. 
Actuellement, on peut bénéficier des crédits d'impôts sur des équipements solaires indépendamment de leur mode d'installation. Néanmoins, il faut prendre toutes les précautions dans la conception et dans la réalisation d'une installation en thermosiphon.
Cette page ne remplace pas un manuel de plomberie et les informations ne représentent que des indications.
A. Le choix des capteurs
Certains capteurs solaires ne peuvent pas fonctionner en thermosiphon, car les pertes de charge dans le circuit hydraulique à travers l'absorbeur sont trop importantes. Il faut se renseigner chez le fabricant, si le revendeur n'est pas au courant.
Dans l'exemple d'un capteur avec un absorbeur type "échelle", la diamètre interne des tuyaux doit être de 12 mm (au moins) et les collecteurs aux extrémités de 22 mm.

B. La disposition des capteurs
Il faut favoriser l'écoulement de l'eau à travers les capteurs en leur donnant une légère pente afin de faciliter la "montée" de l'eau chaude. 
Si les pertes de charge sont trop importantes, le thermosiphon ne s'amorcera pas. En conséquence, les tuyauteries horizontales doivent avoir une légère pente, 3 mm par mètre au minimum.

C. Le circuit hydraulique
En règle générale, le circuit hydraulique doit être le plus court et le plus simple possible. 
Pour une installation conventionnelle avec le ballon près du capteur, le diamètre interne des tuyaux de liaison sera de 22 mm. Il faut augmenter les dimensions si le circuit est plus long.
Le point médian de l'échangeur dans le ballon doit être au moins 1 mètre plus élevé que le point médian des capteurs.
3. Règles de sécurité
Le fonctionnement en thermosiphon est sans électricité, et avec un circuit ouvert il n'y a aucun danger possible. 
Cependant, afin d'éviter le remplissage plus ou moins fréquent du circuit "capteurs - échangeur" avec de l'anti-gel, il est plus pratique d'installer un circuit fermé. Dans ce cas, il faut ajouter un vase d'expansion et une soupape de sécurité. Il est aussi recommandé de placer un purgeur en partie haute et un robinet de vidange en partie basse. 

L'installation

Un chauffe-eau solaire à éléments séparés fonctionnant en thermosiphon est la meilleure solution pour produire de l'eau chaude sanitaire, si la disposition architecturale de votre maison le permet.
C'est la solution qui coûte le moins cher à l'achat, à l'installation et à l'entretien. Il aura le meilleur rendement global et il continuera de fonctionner en cas de panne électrique.

Il ne faut jamais penser que l'installation d'un chauffe-eau solaire en thermosiphon relève d'un travail de bricoleur, bien qu'il soit souvent le cas actuellement. 
Un installateur qualifié est le mieux placé pour répondre aux attentes des particuliers. Cependant, la plupart des installateurs n'ont pas encore l'expérience de cette technique, car jusqu'au début 2005, seulement les systèmes solaires à circulation forcée ont été certifiés par l'Ademe et pouvaient bénéficier des subventions en France. 
Actuellement, l'installation de tous les équipements solaires avec un avis technique donne droit aux crédits d'impôts et pour les aides financières régionales, il faut faire une demande cas par cas.

Note : Un chauffe-eau solaire "monobloc" qui fonctionne en thermosiphon, ne doit pas être confondu avec un système à éléments séparés.
Le chauffe-eau solaire "monobloc" est un ensemble "capteur solaire/ballon horizontal" en plein air. La technique est surtout adaptée aux climats chauds comme les Antilles. En Europe, les déperditions thermiques du ballon à l'extérieur sont importantes en hiver, et la position horizontale du ballon ne favorise pas la stratification de l'eau suivant la température. De plus, l'ensemble "capteur+ballon" en façade ou sur une toiture ne favorise pas l'intégration architecturale.

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