Auto-constuire une maison écologique

Intégrer des capteurs solaires verticaux dans une façade sud est le meilleur moyen pour chauffer une maison avec le soleil, en complément des apports passifs. Associés avec des murs chauffants à l’intérieur de la maison, ils permettent de stocker de la chaleur pour la restituer pendant la nuit. Cela évite de mettre en route le chauffage le soir pour compenser les déperditions nocturnes.

Malheureusement on trouve très difficilement des capteurs solaires fabriqués sur mesure, pour s’adapter aux surfaces disponibles entre les ouvrants des murs sud d’une maison. Il est difficile, et souvent assez inesthétique, d’intégrer des capteurs du commerce.

Les capteurs que nous avons construits et expérimentés pour notre maison sont relativement faciles à réaliser en auto construction, et très économiques.

Voici les raisons qui ont fondées notre de choix d’auto construire nos capteurs :

Les capteurs du commerce :

1- Ils ont des dimensions standard, généralement proches du carré. Il est très difficile de les intégrer en façade, surtout en façade sud qui est la façade privilégiée de la maison. Pour obtenir une surface d’environ 15m2, il faut placer plusieurs capteurs l’un sur l’autre, et côte à côte.

Cet assemblage augmente les difficultés de raccordement des capteurs entre eux, et surtout les problèmes d’étanchéité.

2- Ils sont construits pour fonctionner avec un circulateur (pompe électrique) commandé par un boîtier électronique. Tout ce qui est électronique met l’utilisateur dans une forme de dépendance puisqu’il est dans l’impossibilité de réparer lui-même son installation. Les collecteurs horizontaux, sont de trop faible section pour permettre un fonctionnement en thermo circulation.

3- Ils sont coûteux, et disposent en général d’une isolation arrière de faible épaisseur.

Les capteurs solaires fabriqués par l’auto constructeur :

1- Ils ont un rendement légèrement inférieur. Nous ne disposons pas de comparaison chiffrée, mais les résultats obtenus avec nos capteurs montre que cette différence ne dépasse pas 10%.

2- Les matériaux de base sont facilement disponibles :

- bois massif et vitre pour les châssis,

- tubes de cuivre et tôle ondulée pour les insolateurs.

Le coût des matériaux correspond à environ 1/5 du coût d’un capteur du commerce.

3- Leur construction est relativement facile, à la portée d’un bricoleur soigneux,

4- Leur entretien est facile puisqu’ils ne comportent pas d’électronique, ni pompe de circulation.

5- Même sans la prime accordée par l’Etat pour les seuls capteurs du commerce, fabriquer ses capteurs soi même reste plus avantageux (voir tableau « coût comparatif »).

Capteurs auto construits en toiture (1987)
Grace à des amis de Montpellier, nous avons pu réaliser un premier test en 1987 sur l’extension en ossature bois de leur maison.

Position des capteurs solaires

Pour une utilisation mixte des capteurs (chauffage de l’habitat et de l’eau chaude), il est intéressant de les placer verticalement et plein sud. De cette façon on dispose d’un bon angle d’incidence des rayons du soleil en hiver par rapport à la surface du capteur. En été le grand angle d’incidence permet de limiter les risques de surchauffes, la surface des capteurs étant alors suffisante pour le seul chauffage de l’eau.

D’ailleurs ce n’est pas le rendement absolu du capteur (maximum de puissance captée par m² affiché par les constructeurs) qui est important, mais le nombre de kWh captés par € investi. Par exemple, un capteur du marché, de 2m² avec un rendement de 85%, aux normes en vigueur en France pour obtenir la subvention coûte au minimum 700€ (fourniture seule).

L’auto construction permet de les placer verticalement en augmentant légèrement leur surface, sans générer de surcoût important. Leur intégration architecture en est grandement facilitée, et leur isolation participe ainsi à celle de la maison.

Les capteurs auto construits sont composés de deux tubes bas et haut horizontaux en cuivre de gros diamètre, reliés de nombreux tubes verticaux en cuivre de petit diamètre. Une tôle est fixée derrière les tubes verticaux, et le tout est peint en noir avec de la peinture pour insert (voir fiche « peintures à faire soi-même »). Les capteurs sont recouverts d’une vitre simple, fixée sur un châssis en bois. L’isolation est constituée par des plaques d’isolant revêtus d’un film réflecteur (type papier alu Albal) séparés par des lames d’air.

Chaque module d’insolateur comprend :

- un collecteur horizontal bas en cuivre 20/22 ou 26/28

- un collecteur horizontal haut en cuivre 20/22 ou 26/28

- un faisceau de tubes verticaux en cuivre 10/12

- une tôle ondulée peinte en noir ligaturée sur ces tubes avec du fil de cuivre (conducteur électrique1,5 ou 2,5mm2 dénudé). La ligature en cuivre est préférable au fil de fer galvanisé car une éventuelle corrosion entre du cuivre et du fer en contact se porterait sur le fer.

1- Construction de l’échangeur en cuivre

Les collecteurs sont reliés entre eux bout à bout par des raccords en laitons brasés sur le tube de cuivre. Quand on peut en trouver, utiliser de préférence un raccord à souder trois pièces à portée sphérique, sinon utiliser un raccord mâle et un raccord femelle à écrou prisonnier avec un joint de fibre pour l’étanchéité.

Dans le cas ou l’entr’axe des modules est de 0,50m, la longueur totale du collecteur entre l’extrémité du raccord mâle à un bout et la surface extérieure du joint de fibre à l’autre bout doit être exactement de 0,50m. Sinon en ajoutant les insolateurs bout à bout, ils ne tomberaient plus en face des châssis.

Pour absorber les dilatations l’entrée basse et la sortie haute des insolateurs peuvent être raccordées aux canalisations du réseau par des flexibles de diamètre 26/34 . On peut les remplacer en faisant des boucles àgrand rayon sur les canalisations.

L’espacement des tubes verticaux doit correspondre exactement à l’entraxe entre chaque ondulation de la tôle ondulée, qui est normalement de 76mm. Vérifiez bien cet espacement sur vos tôles avant de tracer les perçages : mesurez la distance entre le sommet de la première ondulation et le sommet de la plus éloignée, et divisez cette distance par le nombre d’ondulations.

Les tubes verticaux sont « piqués » sur les tubes collecteurs. Pour un meilleur assemblage, utilisez un outil spécial de plombier pour préparer les emboitures de piquage. Sinon percez avec soin un avant-trou de diamètre 5mm pour permettre un bon positionnement des piquages, afin qu’ils soient bien alignés sur le tube collecteur. Puis repercez au diamètre 12mm.

Avant de braser, bien vérifier que les tubes ne rentrent pas à l’intérieur du collecteur. Si vous pouvez disposer de l’outil à réaliser les piquages il est livré avec une pince spéciale. Elle permet de réaliser une ou deux petites bosses proches de l’extrémité du tube afin que ce dernier rentre dans le piquage sans dépasser à l’intérieur du collecteur.

Tous les tubes verticaux doivent être coupés exactement à la même longueur, de façon à obtenir la distance précise d’entr’axe des collecteurs.

Pour faciliter l’opération de brasure, nous avons utilisé un gabarit en bois qui maintenait ensemble fermement tous les tubes verticaux.

Les brasures sont impérativement réalisées en brasure forte (à base de cuivre) pour supporter les efforts dus aux dilatations.

2- Préparation des tôles de l’insolateur

Les tôles ondulés sont vendues galvanisées, c’est-à-dire recouvertes d’une couche de zinc pour éviter leur oxydation quand elles sont soumises aux intempéries. Cette couche très brillante contribue à un bon rendement du capteur car elle limite l’émission par rayonnement vers l’arrière du capteur.

Par contre elle pose un gros problème sur sa face avant car le zinc réduit considérablement l’accrochage de la peinture noire mat nécessaire à l’absorption du rayonnement solaire.

Nos expérimentations ont montré que les peintures de sous-couche d’accrochage ne résistaient pas aux hautes températures.

décollement de la peinture

Pour décaper la couche de zinc voici deux méthodes que nous avons expérimentées avec succès :
1- préparez un gel de décapage avec de l’acide sulfurique délayé avec de la farine jusqu’à obtention d’une pâte.
2- placer un feutre épais de géotextile (type Bidim) imbibé d’une solution d’acide chlorydrique à 50% entre deux tôles
Une légère oxydation de rouille doit apparaitre à la fin de l’un ou l’autre traitement.
Ensuite, dans les deux cas, bien rincer avec une solution de potasse puis à l’eau claire, afin de neutraliser les résidus acides.
Pour éliminer la couche de rouille qui n’adhérrait pas à la tôle, passer un chiffon imbibé d’un dégraissant.

On peut trouver dans le commerce des tôles ondulées galvanisées laquées qui peuvent être repeintes en noir mat sur une face. (Autre fabriquant Arcelo Mittal)

3- Découpe de la tôle

Couper la tôle avec une scie sauteuse équipée d’une lame pour métaux, en position vitesse réduite.
On peut aussi utiliser une disqueuse diamètre 125mm avec un disque à tôle de très faible épaisseur (1,5mm). La découpe est plus rapide mais il faut ensuite passer du temps pour enlever les bavures de découpe.

4- Fixation des tubes sur la tôle

Pour chaque ligature, percer deux trous distants de 12mm dans le fond d’une ondulation.

Couper des attaches en fil galvanisé diamètre 1,2mm. Passer une ligature par l’avant.

Tirer le fil en faisant levier avec la tenaille sur la tôle. Serrer en torsadant. Refaire levier avec la tenaille puis torsader à fond. Vérifier que le tube est bien plaqué sur la tôle, il ne doit y avoir aucun mouvement possible entre le tube et la tôle

5- Peinture de la tôle et des tubes de cuivre
1- utiliser une peinture noire mate pour insert du commerce, en deux couches.
2- recette de M. Ménard, droguerie, 4 rue des Halles, Nîmes :
- 200g de noir végétal,
- incorporer de l’huile de lin de bonne qualité jusqu’à obtenir une pâte très épaisse, en malaxant bien,
- laisser reposer 24 heures, puis rajouter :
- 50g de blanc de Meudon (pas trop fin, pour donner du mat à la peinture),
- une cuillère à soupe de siccatif (3% du volume total).
- agiter très énergétiquement avec un malaxeur sur perceuse,
- incorporer de l’huile de lin standolie (huile de lin cuite, très siccative) jusqu’à obtenir une peinture à consistance assez épaisse,
- rajouter 10% d’essence de térébenthine à cette peinture pour la première couche.

Appliquer cette peinture avec un pinceau dans le sens des ondulations, puis finir avec un petit rouleau en laine (dit « patte de lapin ») dans le sens transversal.

Remarques :

- Cette peinture prend beaucoup plus de temps à sécher que les peintures du commerce (au moins une semaine). On peut accélérer le séchage en augmentant la dose de siccatif, mais au détriment de la résistance.

- Cette recette est celle qu’utilisaient les artistes qui ont peints les œuvres que nous admirons dans les musées. Sa longévité est excellente (plusieurs siècles..).

- Cette peinture est fabriquée à partir d’ingrédients qui ont été chauffés à haute température (standolie, noir végétal), ou qui peuvent l’être (huile de lin), ou qui ne craignent pas la chaleur (le blanc de Meudon est du calcaire broyé très fin). Elle ne craint pas les surchauffes produites dans un capteur solaire.

- On peut encore trouver ces ingrédients dans des drogueries (M. Ménard, 4 rue des Halles, Nîmes)

Le châssis en bois

1- Choix du bois
Il est important de trouver du bois sec de menuiserie. Pour le chassis, nous avons choisi du pin Douglass. Pour les parecloses, qui sont très exposées aux intempéries, le Douglass convient également mais on peut aussi utiliser du mélèze ou du chataignier.

2- Dimensions

Epaisseur des pièces de structure : rabotées et dégauchies à 25mm

Nomenclature des pièces (dimensions en mm)

Epaisseur des parecloses : rabotées et dégauchies à 15mm

Nomenclature des pièces (dimensions en mm)

3- Plans de détails de construction

Voir capteurs Olivier et Sylvie ROIZES

Coupe verticale
capteurs-solaires-verti-1-25.pdf
capteur-solaire-imposte-verti-1-15.pdf

Coupes horizontales

capteur-solaire-n1-coupe-horiz-inf-1-2.pdf

capteur-solaire-n1-coupe-horiz-sup-1-2.pdf

capteur-solaire-coupe-horiz-mur-n1-1-10.pdf

capteur-solaire-n3-horiz-1-5.pd

capteur-solaire-n2-coupe-horiz-1-10.pdf

Photos des capteurs modulaires de notre maison

Les capteurs solaires sont constitués de deux composants :

- un châssis vitré isolé qui piège l’énergie solaire (lumière visible).

- un insolateur constitué de tubes fixés sur une tôle noire, qui transforme l’énergie solaire reçue en eau chaude.

Les capteurs sont construits par assemblage de modules identiques.

Pour diminuer le coût de construction, nous utilisons des matériaux de base du commerce :

- plaques de liège pour l’isolation : dimension 0, 50x 1,00 m

- plaque de tôle ondulées pour l’insolateur : dimension 0,90 x 2,00 m

- tube de cuivre 10/12 recuit pour les tubes de l’insolateur : longueur 5,00m

Pour diminuer les chutes sur ces matériaux, les dimensions optima de l’insolateur sont donc :

- largeur de la tôle de l’insolateur : 0,45 m

- largeur de l’isolant : 0,50m

- hauteur des tubes de l’insolateurs : 1,66m – 2,50

- 3,32 ou 5,00m

Plus on s’approche de ces dimensions, moins il y a de chutes, donc moins le capteur coûte cher au m2. Dans le cas d’un projet de construction, nous utilisons un module de 0,50m (entr’axe entre chaque capteur) qui correspond exactement à la moitié du module de l’ossature des maisons de planches.

 capteur-solaire-dossature-hor1-5.pdf

coupe horizontale capteurs modulaires module 500mm

Nota :

1- l’usage des plaques de liège pour l’isolation ne pose pas de problème de chutes. En effet, toutes les chutes peuvent être broyées avec un broyeur à compost de jardin. Recyclés en granulés de liège en vrac, elles peuvent être utilisées pour isoler le ballon d’eau chaude.

2- Les tubes de cuivre peuvent être manchonnés avec un outil spécial de plombier ou des manchons du commerce, pour réaliser un emboîtement et être rallongés. Mais la petite surépaisseur du manchon nuit au bon contact entre la tôle et le tube. On peut y remédier en partie en plaçant deux ligatures à proximité du manchon, à 10cm de part et d’autre du manchonnage.

Le châssis en bois

Vue des modules verticaux

1- Choix du bois

Il est important de trouver du bois sec de menuiserie. Pour le chassis, nous avons choisi du pin Douglass. Pour les parecloses, qui sont très exposées aux intempéries, le Douglass convient également mais on peut aussi utiliser du mélèze ou du châtaignier.

2- Dimensions

Epaisseur des pièces de structure : rabotées et dégauchies à 25mm
Nomenclature des pièces (dimensions en mm)

Epaisseur des parecloses : rabotées et dégauchies à 15mm
Nomenclature des pièces (dimensions en mm)

3- Plans de détails de construction

3- Photos de détails de construction

Détails du collecteur et des piquages

Le solaire ça marche depuis très longtemps !

Depuis l’invention des jeux olympiques, en 776 avant notre ère, la flamme est toujours allumée par les Dieux : c’est avec une parabole solaire que la flamme est allumée (à signaler que c’est toujours le cas aujourd’hui).
Archimède, environ 250 ans avant notre ère, mit au point des miroirs pour concentrer l’énergie solaire et incendier la flotte romaine qui assiégeait Syracuse.
Héron d’Alexandrie, environ 100 ans avant notre ère, construisit une machine solaire permettant le pompage de l’eau.
Saussure, physicien suisse, inventa au 18ème siècle des capteurs solaires à des fins scientifiques.
Vers la même époque, Lavoisier, chimiste et physicien français, fabriqua un four soIaire pour fondre du platine : ce four chauffait déjà à 1 755° C.
En 1839, Edmond Becquerel, physicien français qui donna son nom à la mesure de la radioactivité, découvre l’effet photovoltaïque qui se développera par la suite surtout dans le domaine de l’espace.
En 1878, Auguste Mouchot créa une machine à vapeur fonctionnant grâce à un miroir parabolique qui lui permit d’actionner une presse d’imprimerie.
En 1900, plus de l600 chauffe-eau fonctionnaient en Californie du Sud.
Au Mexique, de nombreuses maisons “bioclimatiques” utilisant l’énergie solaire fonctionnent depuis le début du siècle.
En 1912, le Nord-américain Schumann a construit en Egypte une station de pompage solaire de l’eau.
En 1953, un four solaire de 75 kW est installé au Mont-Louis dans les Pyrénées. Son successeur, bâti en 1970, permet d’atteindre des températures de 3500 C.

(article tiré du Net, origine inconnue)