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Mai-2014

Un chauffe-eau solaire simple et efficace par un McGyver à la retraite – Montezuma, Costa Rica

Nous avons eu l’immense plaisir de rencontrer Tery, un américain expatrié au Costa Rica depuis un bon nombre d’années, dans son repère de bricoleur perdu quelque part au nord-ouest du Costa Rica. Comme l’indique sa carte de visite, Tery « fait disparaitre les problèmes de plomberie, d’électricité, réalise des installations neuves ou d’occasions, et travail la soudure ». Après s’être entretenu avec lui durant quelques heures, on découvre en lui un véritable génie en effet capable de trouver une solution à tous vos problèmes, et même à vos envies un peu folles !

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Un produit low-tech

OLYMPUS DIGITAL CAMERALe principe de chauffe-eau à l’aide de l’énergie tirée des rayons du soleil, aussi connu sous le nom de capteur solaire thermique, n’a rien de révolutionnaire en soi. Alors pourquoi avons-nous fait 10 heures d’auto-stop pour venir rencontrer ce spécimen ? Même si les principes de la physique que Tery utilise pour faire fonctionner ses chauffes-eau sont connus depuis des lustres, celui-ci les met en application d’une manière bien spécifique. Il inscrit en effet son système dans la catégorie des technologies low-tech. Le low-tech, c’est ce qui regroupe des techniques et des systèmes qui sont simples, économiques, efficaces, robustes, et donc très souvent populaires. Cela fait souvent appel au recyclage, en donnant une seconde vie à des matériaux ou des machines qui semblaient ne plus pouvoir jamais servir. L’usage du low-tech est fait pour s’opposer aux technologies dites high-tech, qui sont elles considérés comme déraisonnables écologiquement, aux fonctionnalités souvent trop développées et peu utilisées, à un prix élevé, plus difficiles d’utilisation, et soufrant même d’obsolescence programmée (pratique qui consiste à réduire la durée de vie ou d’utilisation d’un produit dans le but d’augmenter son taux de remplacement). La description du principe du chauffe-eau solaire proposé par Tery démontre bien sa simplicité de construction et d’utilisation, ainsi que son coût non exagéré.

Mise en place du système

Tery a mis en place quatre systèmes permettant de chauffer l’eau à l’aide de l’énergie du soleil. Tous diffèrent quelque peu, mais conservent la même idée générale.

Imaginez une grosse cuve en plastique permettant de stocker de l’eau. Ces grosses cuves que l’on trouve perchées en hauteur sur les toits-terrasses ou en haut de petites tourelles en acier, dans les pays en développement. Bon. Reliez votre arrivée d’eau froide au sommet de la cuve, à l’aide de tuyau PVC. Il s’agit ensuite de faire plonger ce tuyau jusqu’au fond de la cuve, de manière à ce que l’eau froide arrive directement à cet endroit. Ensuite, percez le fond de la cuve et faites y partir un second tuyau de CPVC (PVC résistant à la chaleur).

vue d'ensemble d'un système à 3 capteurs plans vitre orientables suivant le soleil

Dans un second temps, il vous faudra fabriquer une boite, d’environ 1 m sur 1 m, avec une épaisseur de 10 cm environ. Le fond ainsi que les 4 côtés seront en métal, tandis que le dessus sera en verre transparent, qui sera siliconé au cadre métallique. À l’intérieur de cette boite, faites passer un tuyau de cuivre plié en « S » (en serpentin), en formant le plus long serpentin possible. Partez de l’extrémité d’un côté, et ressortez sur le même, à l’opposé. Plaquez bien puis soudez ce tuyau à la plaque du fond de la boite. Reliez le tuyau qui part du fond de la cuve à une extrémité du tuyau de cuivre. Reliez enfin l’autre extrémité du tuyau de cuivre au sommet de la cuve, à l’aide d’un tuyau en CPVC. Ainsi, vous obtenez un circuit entre la cuve et la boite.

Il s’agit maintenant de peindre l’ensemble en noir, excepté la vitre. En effet, en général, plus une couleur est noire (ce qui signifie que les ondes visibles sont absorbées), plus le matériau émet d’énergie par rayonnement. On dit alors que son émissivité est grande (proche de 1).

Placez ensuite la cuve plus haute que la boîte. Il faut que le bas de la cuve soit plus haut que le haut de la boite. La boîte est placée de manière à ce que le serpent formé par le tuyau de cuivre soit sur un plan à 45 ° dans un premier temps, avec en bas le tuyau en provenance du bas de la cuve, et en haut celui allant au haut de la cuve. Remplissez la cuve et le circuit d’eau froide.

Principe de fonctionnement du système

C’est alors que le dispositif de capteur solaire thermique peut fonctionner. La plaque du fond est appelée « absorbeur ». Celui-ci est chauffé par rayonnement solaire. Il transmet ensuite cette chaleur à l’eau froide qui circule dans le tube de cuivre. On appelle ce liquide « fluide caloporteur », car c’est lui qui transporte la chaleur reçue du soleil. La vitre étant transparente à la lumière du soleil, mais opaque aux rayons infrarouges de l’intérieur de la boîte, la chaleur est piégée à l’intérieur. La boîte (dont la désignation « capteur plan vitré » serait plus exacte) étant isolante, cela permet d’obtenir une couche d’air isolante à l’intérieur de celle-ci, et ainsi d’augmenter le rendement du système.

L’eau chaude étant moins dense que l’eau froide, le principe de gravité va faire circuler l’eau vers le haut de la boite, c’est à dire vers le haut de la cuve. L’eau chaude arrive dans la partie haute de la cuve, puis lorsqu’elle se refroidit, descend peu à peu vers le bas de celle-ci.

valve en cas de trop haute pression

Il s’agit donc d’ajouter encore deux éléments au système : une valve anti-retour sur le tuyau d’eau froide qui arrive dans la cuve, de manière à ce que l’eau ne remonte pas ce tuyau. Placez enfin en haut de la cuve, sur le bord, une valve qui permet d’évacuer la pression si celle-ci dépasse une certaine température. Cela permet de contrôler la température de l’eau à l’intérieur de la cuve, évitant tout simplement qu’elle explose. Et puis de toute manière, on est pas là pour faire bouillir de l’eau pour cuire des oeufs, on veut juste prendre une douche !

Dernière étape, il ne faut pas oublier de relier le tuyau d’eau chaude qui plonge dans la cuve depuis la boite vers votre réseau d’eau chaude de la maison, en effectuant une dérivation, un « T », et en prenant toujours soin d’utiliser du CPVC..

Avec ce système, vous avez un beau chauffe-eau qui n’a besoin d’aucune alimentation électrique, ni-même de panneaux solaires onéreux. Le système a une durée de vie qui, bien entendu, dépend de la qualité des matériaux choisis. Le premier qu’a réalisé Tery date de 10 ans, et fonctionne toujours aussi bien.

Pour aller plus loin

Plusieurs paramètres peuvent améliorer le rendement du système. Bien entendu, tel que nous l’avons découvert chez Tery, il s’agit d’un système low-tech. Ces améliorations requièrent l’utilisation de matériaux ou de techniques plus spécifiques, et rendent donc la construction de l’ensemble plus délicat (savoir-faire plus développé ou récupération des matériaux plus compliqués).

Concernant le choix de la peinture pour commencer. Nous avons vu précédemment qu’une peinture noire était plus efficace qu’une claire. Cependant, il existe plusieurs types de peintures noires. Le choix à faire sera surtout être un noir mat ou un noir plus brillant. La différence n’est pas négligeable dans notre cas. En effet, une peinture noire mate capte plus d’énergie lumineuse. Mais elle a l’inconvénient d’avoir une émissivité trop élevée dans l’infrarouge, ce qui provoque un rayonnement plus élevé depuis l’absorbeur. À cause de cela, la vitre va se réchauffer, et une partie de l’énergie stockée dans la boite va se dissiper à l’extérieur, par rayonnement et convection. Ceci augmente les pertes du système, et donc réduit son rendement. Il est donc plus intéressant de peindre le tout avec une peinture noire brillante, qui absorbe correctement le rayonnement visible (situé entre l’utra-violet et l’infrarouge), mais qui émet un rayonnement infra-rouge plus faible que la mate.

Le choix de la vitre peut également influer sur le rendement. Une vitre plus transparente – plus faible teneur en fer, présence d’un traitement antireflet – permet de capter plus d’énergie.

Le choix de la soudure pour fixer le serpentin à la plaque absorbante permet de réduire les pertes lors de la phase de transmission de chaleur de la plaque au tuyau de cuivre (puis à l’eau). Ainsi, préférez la soudure laser à la sonotrodes (par ultrasons).

Un homme à tout faire

À la fin de l’interview, Tery nous a présenté quelques autres de ces inventions. En voici par exemple une remarquable.

Un homme est venu voir Tery un jour, en lui demandant de concevoir un mixeur géant. Tery a pris une cuve comme celles qui servent au chauffe-eau, et l’a fixée à l’arrière d’un pick-up, au-dessus de l’essieu. Il a ensuite relié la partie permettant de transmettre le mouvement de rotation du pont central à l’essieu au fond de la cuve. Ceci permet d’avoir un axe qui tourne arrivant par le fond. Il a soudé à cet axe des « lames géantes », à l’intérieur de la cuve, au fond. Lorsque le véhicule roule, les lames tournent, on obtient alors un mixeur géant.

Son utilisation en est d’autant plus intéressante. C’est l’homme qui est venu voir Tery qui y a pensé. Appelons-le Paul. Paul récupère régulièrement les cartons des boutiques et supermarchés de son village. Il remplit ensuite la cuve d’eau, et y dépose également les cartons. Il met le mixeur en route, jusqu’à obtenir une pâte. Il y rajoute un peu de ciment, de manière à obtenir un mélange qui va se solidifier petit à petit. Et voilà, Paul vient d’obtenir une cuve entière de « ciment-spécial », qui, comme elle est coupée avec du carton, a plusieurs avantages. Le coût, bien entendu, qui est réduit, étant donné que pour un même volume de ciment, il aura dépensé moins d’argent que du ciment « classique ». Ensuite, le plus intéressant, il obtient un mélange aux propriétés isolantes bien meilleures qu’avec du ciment classique. On rejoint en quelque sorte ici l’idée développée par Vaspar Eco-Solution que nous avions rencontrée en Inde, qui développait des maisons en carton ().

Une très bonne initiative qui permet à la fois de recycler le carton dans une région reculée où l’impact dû au transport ne serai pas négligeable, mais également d’augmenter les propriétés isolantes des ses murs, réduisant ainsi les factures dues à la régulation de température du bâtiment.

Notre analyse

La rencontre avec Tery a été très intéressante. Humble, cet homme nous a présenté avec simplicité le système qu’il a développé en s’installant au Costa Rica. Son système permet d’obtenir de l’eau chaude efficacement, ne nécessitant pas d’investissement extraordinaire, et avec une construction à la portée d’un bricoleur moyen. Le côté écologique du système est évident, permettant d’être hors du réseau d’électricité, et permettant également d’offrir une seconde vie à des matériaux destinés à être jetés (le système est composé de pièces relativement classiques). Enfin, ne demandant pas de connaissances extraordinaires en terme de savoir-faire manuel, il peut être source d’emplois par la création d’une entreprise délivrant ce système et son installation par des bricoleurs de la région.

Une bonne mise en pratique du principe du low-tech répondant à un besoin humain qu’est la source d’eau chaude.

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