Un capteur à tubes sous vide est un capteur solaire thermique composé de tubes de verre parallèles, chacun enfermant son absorbeur dans un vide qui supprime pratiquement les pertes thermiques par convection et par conduction. Avec des coefficients de pertes thermiques d'environ a1 ≈ 1 à 2 W/m²K contre 3 à 4 pour les capteurs plans, il conserve son rendement aux grands écarts de température — au prix d'un coût plus élevé et de températures de stagnation pouvant atteindre 300 °C.
Comment fonctionne un capteur à tubes sous vide ?
Le vide est le meilleur isolant thermique qui existe, et le tube sous vide en enveloppe chaque bande d'absorbeur. Chaque tube est une enveloppe de verre — le plus souvent un tube « Sydney » à double paroi, ou une simple paroi de verre autour d'une ailette métallique — mise sous un vide d'environ un cent-millionième de la pression atmosphérique. Sans air à l'intérieur, la convection et la conduction de l'absorbeur chaud vers le verre extérieur froid s'arrêtent pratiquement ; seul subsiste le rayonnement, que le revêtement sélectif réduit à quelques pour cent. Le résultat est un capteur dont les pertes augmentent à peine lorsqu'il fonctionne plus chaud, ce que traduisent précisément les faibles valeurs de a1 et a2 dans ses paramètres de rendement.
Caloduc ou circulation directe : que contiennent les tubes ?
Deux constructions dominent. Dans un tube à caloduc, un tube de cuivre scellé contient une petite charge de fluide qui s'évapore sur l'absorbeur chaud, monte et se condense dans un bulbe enfiché dans le collecteur — un raccordement « sec », qui permet de remplacer un tube isolé sans vidanger le circuit. Les tubes à caloduc exigent une inclinaison d'installation minimale, typiquement 20 à 30°, pour que le condensat reflue. Dans une conception à circulation directe (tube en U), le fluide caloporteur de l'installation circule lui-même dans chaque tube, ce qui permet un montage sur toit plat et en façade mais fait du remplacement d'un tube une intervention nécessitant la vidange du circuit.
Quand un tube sous vide surpasse-t-il un capteur plan ?
Chaque fois que le capteur doit fonctionner bien plus chaud que l'air extérieur. Comme les pertes sont très faibles, les capteurs à tubes continuent de fonctionner à des écarts de température de 60 à 100 K, là où la production d'un capteur plan a fortement chuté.
| Propriété | Tubes sous vide | Capteur plan |
|---|---|---|
| Pertes thermiques a1 | ≈ 1 – 2 W/m²K | ≈ 3 – 4 W/m²K |
| Rendement optique η0 (hors tout) | ≈ 0,45 – 0,65 | ≈ 0,75 – 0,82 |
| Température de stagnation | Jusqu'à ≈ 300 °C | 160 – 200 °C |
| Points forts | Chaleur de procédé, rafraîchissement solaire, climats froids, objectifs de 70 °C et plus | Eau chaude sanitaire, systèmes combinés, coût, robustesse |
Pour l'eau chaude sanitaire courante à 45-60 °C dans la majeure partie de l'Europe, les deux technologies fournissent une production annuelle similaire par mètre carré hors tout et le capteur plan l'emporte généralement sur le prix ; la comparaison complète figure dans capteurs plans ou capteurs à tubes sous vide. À l'échelle mondiale, les tubes sous vide dominent la puissance installée — l'essentiel des 544 GWth de capacité solaire thermique du monde (IEA SHC, données 2024) provient de capteurs à tubes du marché chinois — tandis que les installations européennes restent majoritairement des capteurs plans.
Quels sont les inconvénients pratiques ?
La stagnation est le principal. Des températures pouvant atteindre 300 °C au niveau du collecteur sollicitent le fluide glycolé et exigent des composants haute température et un dimensionnement soigneux du vase d'expansion — voir température de stagnation. La neige en est un autre : le verre extérieur restant froid (conséquence de l'excellente isolation), la neige ne fond pas sur les champs de tubes comme elle glisse d'un capteur plan chaud. Les tubes individuels peuvent se briser sous un choc, mais cela joue dans les deux sens — un tube cassé se remplace en quelques minutes, alors qu'un dommage au vitrage d'un capteur plan oblige à remplacer le panneau. Enfin, le vide lui-même est un composant qui doit durer.
Combien de temps le vide dure-t-il ?
Les tubes de qualité conservent leur vide 15 à 20 ans et davantage. Chaque tube porte un « getter » au baryum — un dépôt métallique évaporé à l'intérieur du verre qui absorbe les molécules de gaz résiduelles et sert aussi d'indicateur : un aspect de miroir argenté signifie que le vide est intact, un blanc laiteux qu'il est perdu et que le tube doit être remplacé. La durabilité du vide et les performances sont vérifiées par les essais EN ISO 9806, et les paramètres certifiés de chaque modèle sont publiés dans la base de données Solar Keymark.
Questions fréquentes
Les tubes sous vide fonctionnent-ils mieux que les capteurs plans en hiver ?
À des températures ambiantes négatives, leurs faibles pertes thermiques préservent davantage de production pour un éclairement donné ; oui, donc, pour les températures d'utilisation élevées. Un manteau neigeux persistant peut inverser l'avantage, car les champs de tubes évacuent mal la neige par rapport aux capteurs plans.
Puis-je remplacer un seul tube cassé ?
Oui. Les tubes à caloduc s'enfichent dans le collecteur par un raccordement sec et se remplacent individuellement sans vidanger le circuit solaire. Les tubes à circulation directe sont également remplaçables, mais exigent de vidanger puis de remplir de nouveau la boucle.
Comment savoir qu'un tube a perdu son vide ?
Regardez la pastille de getter à l'extrémité du tube : un vide intact la conserve en miroir argenté ; l'exposition à l'air la fait virer au blanc laiteux. Un getter blanc ou de la condensation visible à l'intérieur du tube signifie que ce tube n'isole plus et doit être remplacé.
Les tubes sous vide valent-ils la peine pour l'eau chaude sanitaire ?
Pour l'eau du robinet à 45-60 °C dans la plupart des climats européens, les capteurs plans fournissent une production annuelle comparable par mètre carré hors tout pour un coût moindre. Les tubes justifient leur surcoût là où les températures visées dépassent environ 70 °C, en hivers rigoureux, ou pour la chaleur de procédé et le rafraîchissement solaire.