Dans un chauffe-eau solaire à thermosiphon, la circulation repose uniquement sur la différence de densité : le fluide chauffé dans le capteur devient plus léger et monte dans un ballon placé au-dessus, tandis que le fluide plus froid redescend pour être réchauffé. La base du ballon doit se situer au moins 30 cm au-dessus du haut de l'absorbeur. Les systèmes à thermosiphon dominent le chauffage solaire de l'eau en Méditerranée, en Asie hors Chine, en Amérique latine et en Afrique subsaharienne.
Comment la circulation par thermosiphon fonctionne-t-elle sans circulateur ?
La chaleur rend l'eau plus légère, et tout le principe est là. L'eau à 80 °C est environ 3 % moins dense que l'eau à 20 °C, et dans une boucle verticale fermée, cette différence suffit à mettre le fluide en mouvement : le liquide chauffé par le soleil dans l'absorbeur monte dans le ballon situé au-dessus, et le liquide plus froid du bas du ballon descend pour prendre sa place.
La pression motrice se mesure en millibars, pas en bars : une conception à thermosiphon doit donc éliminer tous les obstacles qu'une boucle à circulateur peut ignorer. Cela signifie des diamètres de tuyaux généreux (22–28 mm plutôt que 15 mm), des tronçons de tuyauterie courts, une pente ascendante continue du capteur vers le ballon, sans creux susceptibles de piéger l'air, et aussi peu de coudes, de vannes et de raccords que possible. L'écoulement se régule alors de lui-même : un soleil vif produit un plus grand écart de température, une circulation plus rapide et plus de chaleur délivrée ; un soleil faible laisse la boucle au ralenti. Un système à circulation forcée a besoin d'un régulateur solaire et d'un circulateur pour imiter exactement ce comportement.
Où le ballon doit-il se trouver ?
Au-dessus du capteur, toujours. La règle empirique veut que la base du ballon se situe au moins 30 cm plus haut que le haut de l'absorbeur ; en dessous, la circulation cale et le système a besoin d'un circulateur. C'est pourquoi les chauffe-eau à thermosiphon se reconnaissent au premier coup d'œil : un ballon horizontal fixé sur un châssis juste au-dessus du panneau.
La conséquence est structurelle, non hydraulique. Un chauffe-eau à thermosiphon de 200 L rempli pèse 250 à 300 kg une fois comptés le ballon, le châssis, l'eau et le capteur, concentrés sur une petite surface de toiture. Sur une toiture en tuiles inclinée, le châssis doit reposer sur les chevrons et non sur les liteaux, et dans les régions très ventées ou sismiques, c'est le châssis de montage qui nécessite une étude technique. Les chauffe-eau à thermosiphon Solimpeks TSM sont proposés en tailles de 120 à 350 L précisément pour cette raison : le ballon est adapté aux besoins du foyer plutôt qu'au plus grand capteur que la toiture peut accueillir.
Qu'est-ce qui empêche le ballon de se refroidir à nouveau la nuit ?
Un clapet anti-retour ou une boucle de siphon thermique dans la tuyauterie. Une fois le soleil couché, le gradient de température s'inverse : le capteur devient la partie la plus froide du circuit et, si rien ne le bloque, la boucle tourne à l'envers et restitue la chaleur de la journée au ciel nocturne. Les systèmes à thermosiphon bien construits utilisent un clapet unidirectionnel, une boucle de siphon thermique inversée aux raccordements du ballon, ou les deux.
Les pertes nocturnes sont aussi un problème de ballon. Le ballon d'un thermosiphon est exposé au vent à l'extérieur : ses pertes statiques comptent donc davantage que pour un ballon intérieur ; 50 mm de polyuréthane et une enveloppe extérieure stable aux UV constituent le minimum à exiger.
Thermosiphon ou circulation forcée : lequel convient à votre site ?
| Critère | Thermosiphon | Circulation forcée (avec circulateur) |
|---|---|---|
| Électricité nécessaire | Aucune | Circulateur de 20–50 W, 6 à 10 h/jour |
| Position du ballon | Au-dessus du capteur, à l'extérieur | N'importe où, généralement à l'intérieur |
| Tolérance au gel | Types directs : climats sans gel uniquement ; types indirects avec glycol : tolèrent un gel léger | Protection complète avec du propylène glycol ou en autovidange |
| Charge sur la toiture | 250–300 kg concentrés | 20–40 kg par capteur |
| Coût installé | Le plus bas : un kit d'usine | Plus élevé : groupe de transfert, régulateur, ballon intérieur |
| Convient le mieux à | Méditerranée, Moyen-Orient, Afrique, Turquie | Europe centrale et du Nord, toitures sensibles sur le plan architectural |
Le thermosiphon domine sur les marchés ensoleillés parce qu'il convient aux climats où le chauffage solaire de l'eau est le plus rentable. Là où les hivers sont rudes, le fluide qui circule par gravité gèle aussi par gravité, et le montage indirect à circulateur l'emporte.
Quelle certification un système à thermosiphon doit-il porter ?
Les chauffe-eau solaires fabriqués en usine, c'est-à-dire le kit complet de capteur, ballon, châssis et raccords, sont testés et certifiés comme système selon la norme EN 12976, et pas seulement comme capteur. Le Solar Keymark peut être accordé sur cette base, le capteur lui-même étant testé selon la norme ISO 9806. Les systèmes à circulateur construits sur mesure relèvent de la série distincte EN 12977.
Demandez le certificat du système, pas seulement celui du capteur. Un numéro Solar Keymark couvrant l'ensemble du système fabriqué en usine prouve que l'isolation du ballon, le comportement face au gel et le rendement annuel du produit assemblé ont réellement été mesurés, et c'est ce que les dispositifs d'aide à travers l'Europe demandent à voir.
Questions fréquentes
Un chauffe-eau solaire à thermosiphon fonctionne-t-il en hiver ?
Oui, lorsque l'hiver est doux. La production baisse avec l'irradiation : un système méditerranéen qui couvre 90 % des besoins en juillet peut en couvrir 30 à 40 % en janvier, la résistance d'appoint électrique assurant le reste. Sous les climats à gel sévère, seul un système à thermosiphon indirect avec boucle de glycol et ballon à double enveloppe est sûr, et les systèmes à circulateur constituent généralement la meilleure réponse.
Le ballon peut-il être installé dans les combles plutôt que sur le toit ?
Seulement si la base du ballon reste au-dessus du haut du capteur et si le cheminement des tuyaux monte en continu. En pratique, une installation dans les combles impose des capteurs situés bas sur le toit, ce qui fonctionne rarement. Dès que le ballon doit être placé plus bas, passez à un système à circulateur.
Combien de temps un système à thermosiphon met-il à chauffer ?
La circulation démarre quelques minutes après que le capteur dépasse la température du ballon, mais un ballon plein de 200 L demande généralement 4 à 6 heures de bon ensoleillement pour passer de froid à 55–65 °C. Comme il n'y a pas de régulateur pour l'arrêter, le ballon continue de se charger toute la journée et atteint sa température maximale en fin d'après-midi.
Les systèmes à thermosiphon demandent-ils de l'entretien ?
Moins que les systèmes à circulateur, car il n'y a ni circulateur, ni régulateur, ni vase d'expansion susceptibles de tomber en panne. Les systèmes directs en zone d'eau dure demandent un détartrage du circuit de l'absorbeur ; les systèmes indirects demandent un test du glycol tous les deux ans. L'anode du ballon et les fixations du châssis doivent être inspectées lors de la même visite.