L'histoire du chauffe-eau solaire

Le soleil, source de vie sur Terre

Le Soleil est le centre du système solaire. L'énergie qu'il dégage réchauffe notre planète et nourrit toute forme de vie sur Terre. Grâce à la photosynthèse, l'énergie solaire est convertie en matière organique, rendant la vie possible.

Les combustibles fossiles que nous utilisons abondamment sont aussi, pour l'essentiel, de l'énergie solaire stockée dans la Terre. Cependant, ils ne sont pas renouvelables. L'énergie solaire est si abondante. Beaucoup pourraient penser que, grâce aux avancées technologiques dont dispose l'humanité, l'exploitation de l'énergie solaire est récente. Or, c'est faux. À l'époque où l'humanité vivait dans des grottes, les hommes choisissaient celles exposées au sud-est. Cela permettait au soleil matinal de les réchauffer sans les surchauffer pendant les mois chauds.

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Les Grecs anciens

L'ensoleillement est la principale caractéristique du climat grec. Les Grecs anciens n'ont jamais eu besoin de réseaux de capteurs ni de stations météorologiques modernes pour comprendre et exploiter ce don divin. Dans une région où le soleil brille presque toute l'année (même dans les régions septentrionales, il est abondant), il est essentiel de profiter des rayons du soleil en hiver pour se réchauffer et de les éviter en été pour se protéger de la surchauffe.

Des fouilles menées dans de nombreuses cités et villages de la Grèce antique ont révélé que les maisons et les bâtiments étaient orientés vers le sud. Des villes entières étaient même conçues de manière à ce que tous les bâtiments bénéficient d'un ensoleillement (accès à l'énergie gratuite) égal en hiver. Il est intéressant de constater qu'environ 500 avant J.-C., lorsque les Grecs ont largement déboisé leur territoire Ils ont dû trouver des sources d'énergie alternatives. Ils se sont alors tournés vers l'énergie solaire.

Amérindiens

Les peuples autochtones du sud-ouest des États-Unis orientaient leurs maisons de manière à ce que le soleil les chauffe, tout en exploitant les rochers en été pour les protéger des rayons du soleil. Leur mode de vie respectueux de l'environnement est bien connu. quelque chose qui n'a pas changé à ce jour.

Empire romain

Les Romains de l'Antiquité ont considérablement accru l'utilisation de l'énergie solaire pour le chauffage. Outre les stratégies déjà évoquées concernant l'orientation des bâtiments et leur adaptation aux spécificités climatiques locales, ils ont utilisé des revêtements transparents (en verre) pour les ouvertures (portes et fenêtres) de leurs bâtiments. Cela a considérablement accru l'efficacité de l'énergie solaire dans les espaces intérieurs et a influencé l'architecture de nombreux domaines tels que les serres, les bains, etc. L'influence du soleil sur l'architecture était telle que le « droit » d'y accéder était devenu un droit. a été inclus dans le droit romainIl convient de noter que les Romains ont également déboisé leurs territoires.

L’énergie solaire a été oubliée

Après la chute de l'Empire romain, l'utilisation du verre fut oubliée, et avec elle les bienfaits du rayonnement solaire pour le chauffage des bâtiments. L'intérêt fut ravivé à la Renaissance, tant pour l'architecture que pour les serres. L'évolution technologique permit la production de verre, ce qui influença l'architecture et permit à l'utilisation du verre de reprendre de plus belle. premières grandes serres ont été créés à la fois pour des raisons productives (culture) et pour que les gens passent leur temps (loisirs).

Vers 1700, le plus grand naturaliste Horace de Saussure Ils ont commencé à expérimenter des boîtes chauffantes solaires. Celles-ci étaient en quelque sorte les ancêtres des capteurs solaires actuels. Il s'agissait de simples boîtes isolées peintes en noir, dont une face était recouverte de verre. Elles ressemblaient beaucoup aux fours solaires actuels, et nombre des premières expériences ont été réalisées pour la cuisson. Les fondoirs à cire solaires, utilisés par les apiculteurs pour faire fondre les vieux rayons de miel et en « séparer », constituent également une variante de ce même dispositif. À cette époque, les expériences menées n'ont eu que peu de succès.

Le premier brevet pour le chauffage de l'eau à l'énergie solaire et le début des chauffe-eau solaires modernes en Amérique

Peu avant 1900, des réseaux de canalisations ont commencé à être créés pour alimenter en eau les villes. Comme aujourd'hui, l'eau qui circulait dans ces réseaux était alors plutôt froide. On a alors cherché des moyens de chauffer l'eau. Les premiers chauffe-eau fonctionnant au bois ou au charbon ont été créés en 1891. Clarence M. Kemp Climax a breveté le premier chauffe-eau solaire au monde. Il s'agissait d'un réservoir d'eaux usées logé dans une boîte en bois isolée, dont une face était vitrée. Grande similitude avec les premiers essais de boîtes solaires, à la différence près que l'objectif était désormais de chauffer l'eau !

Le premier produit s'est popularisé en Californie, une région où il pouvait être utilisé presque toute l'année. Il est à noter que la Californie bénéficie d'un climat similaire à celui de la Grèce et de la Méditerranée. Des milliers d'appareils similaires ont été fabriqués et installés en peu de temps. Dans ce type d'appareil, le soleil chauffe directement l'eau contenue dans le réservoir noir, qui reste stockée au même endroit.

En 1909, un ingénieur californien également, William J. Bailey, commença à vendre un autre produit qu'il appela chauffe-eau solaires « jour et nuit »Il était composé de capteurs solaires et d'un réservoir d'eau séparé, placé au-dessus des capteurs. Le réservoir était isolé pour une meilleure rétention de la chaleur. Le capteur était constitué d'un ensemble de tuyaux fixés sur une surface plane et enfermés dans un boîtier isolé avec un couvercle en verre. Le système était rempli d'eau qui, chauffée par le soleil, montait vers le réservoir pour être utilisée ultérieurement. Ces systèmes ressemblaient beaucoup à ceux d'aujourd'hui, non pas tant par les matériaux que par leur forme et leur philosophie.

Dans 1913 un gel terrible La tempête a frappé la Californie et de nombreux chauffe-eau solaires de ce type ont gelé et éclaté. Pour éviter ou limiter de telles situations, Bailey a installé un serpentin à l'intérieur du réservoir, faisant office d'échangeur de chaleur. Il a également utilisé un mélange d'eau et d'alcool comme antigel à l'intérieur de l'échangeur. Ainsi, lorsque ce liquide était chauffé par le soleil, il montait à l'intérieur de l'échangeur (serpentin). Ainsi, sans contact direct, l'eau du réservoir était chauffée par contact avec l'échangeur, et le liquide de l'échangeur formait un circuit alimenté par la différence de température. Ce sont les systèmes que nous appelons aujourd'hui des circuits fermés. Les brevets et les applications décrits jusqu'à présent (1913) nous décrivent essentiellement le fonctionnement des chauffe-eau solaires, encore aujourd'hui, plus de 100 ans plus tard.

Le gaz naturel a failli faire disparaître à nouveau l’énergie solaire

Durant les années 1920 et 1930, d'importantes quantités de gaz naturel furent découvertes dans la région de Los Angeles. Bailey commença alors à fabriquer des chauffe-eau fonctionnant au gaz naturel, combustible très bon marché et abondant. Il les fit également contrôler par des thermostats, fournissant de l'eau chaude à la demande, jour et nuit, sans effort pour l'utilisateur. Les ventes de ce nouveau produit explosèrent tandis que celles des chauffe-eau solaires chutaient. Les sociétés de distribution et de distribution de gaz naturel proposèrent de fortes incitations aux foyers pour intégrer le nouveau réseau. Cette situation entraîna une chute encore plus marquée des ventes de chauffe-eau solaires, et les derniers modèles de Bailey sortirent finalement des chaînes de production en 1941.

L'histoire a changé et a suivi son cours final

Mais avant que Bailey ne connaisse ce destin tragique, d'autres entrepreneurs ont exporté leurs modèles de chauffe-eau solaires en Floride. C'est là que s'est écrite l'histoire et que le succès a été sans précédent. Lors de l'explosion urbaine qui a eu lieu entre 1935 et 1941, plus de 60 000 systèmes ont été installés. Plus de la moitié de la population de Miami utilisait des chauffe-eau solaires en 1941, tandis que 801 maisons construites durant cette période étaient équipées d'une installation permettant d'exploiter l'énergie solaire.

Seconde Guerre mondiale

Pendant la Seconde Guerre mondiale, la production et l'installation de chauffe-eau solaires ont été interrompues. Le cuivre était une matière première essentielle à leur fabrication et, pendant la guerre, son utilisation a été suspendue pour tout autre usage, sauf pour l'industrie de guerre. À la fin de la guerre, les entreprises de fabrication ont repris leur activité, mais d'autres facteurs ont relégué les chauffe-eau solaires au second plan.

Les chauffe-eau solaires installés lors de l'essor de l'industrie étaient désormais jugés insuffisants face aux besoins. Les machines à laver automatiques pour le linge, la vaisselle et autres appareils similaires nécessitaient une eau chaude tellement importante que les chauffe-eau solaires de l'époque ne pouvaient pas la couvrir. Le coup de grâce fut porté par la nouvelle politique tarifaire de l'électricité, qui, après la guerre, fut réduite de moitié, la rendant ainsi beaucoup plus économique et accessible à tous.

Un exemple de la situation prévalant à l'époque concernant l'utilisation de l'énergie électrique (produite de manière conventionnelle) était la politique agressive en Floride, qui proposait l'installation gratuite d'un chauffe-eau électrique pour couvrir les besoins en eau chaude grâce au courant électrique désormais bon marché. Cependant, les anciens chauffe-eau solaires, qui fonctionnaient déjà depuis plusieurs années, présentaient des signes d'usure, des défaillances matérielles et des fuites. La plupart des ménages trouvaient plus économique de les remplacer par des chauffe-eau électriques bon marché que de réparer les anciens modèles solaires. Les années 1950 et 1960 furent, aux États-Unis, des années de consommation effrénée d'énergie électrique. Pour presque tout le monde (à l'exception d'une petite minorité), l'utilisation de l'énergie solaire était absurde et semblait primitive.

L'embargo pétrolier et son rôle dans l'évolution de l'histoire

En 1973, le premier embargo pétrolier des pays arabes contre l'Amérique L'Amérique a alors connu des situations qui lui étaient inconnues : pénuries de carburant, longues files d'attente aux stations-service, pénuries évidemment aussi de combustibles de chauffage, tandis que les prix des petites quantités doublaient, voire triplaient. Jimmy Carter Il a contribué à l'amélioration de l'efficacité énergétique aux États-Unis et a fait de l'utilisation des énergies renouvelables une priorité nationale. Dans un geste symbolique, il a installé 32 capteurs solaires sur le toit de la Maison-Blanche pour la production d'eau chaude sanitaire (ils ont été retirés de la Maison-Blanche en 1986, sous la présidence de Ronald Reagan). L’ancien président Carter n’a pas changé sa position à l’égard des sources d’énergie renouvelables et l’a prouvé par son attitude ultérieure..

La crise énergétique et l'embargo pétrolier ont transformé les États-Unis. Avec la fin de la guerre du Vietnam, ils ont pris conscience de certaines de leurs faiblesses et ont modifié leur vision de la consommation d'énergie. Les consommateurs ont commencé à rechercher des appareils électroménagers plus économes en énergie, ainsi que des voitures. Le besoin d'indépendance vis-à-vis des combustibles fossiles (du Moyen-Orient) a poussé le pays tout entier à tenter de remplacer une partie de ses besoins énergétiques par des sources d'énergie renouvelables. Ce fut bien sûr un défi, mais pas simple. Ce besoin a entraîné des progrès technologiques et des entreprises du secteur des énergies renouvelables ont fleuri un peu partout pour répondre à la demande croissante. Le soutien public à la recherche dans ce domaine a explosé, passant d'un million à 400 millions (il convient de noter que ce chiffre ne représentait qu'une fraction des montants correspondants pour l'énergie nucléaire).

Durant les années 1970 et 1980, l'installation d'infrastructures utilisant l'énergie solaire était perçue comme une forme de patriotisme. La législation de nombreux États incluait des réglementations incitant à l'installation d'infrastructures d'énergie renouvelable, par exemple des allègements fiscaux. Une nouvelle période d'essor s'ouvrit : les gens commencèrent à se renseigner et à vouloir installer des éoliennes, des panneaux photovoltaïques et des systèmes de chauffage actifs et passifs. Ils se tournèrent alors naturellement vers la solution traditionnelle et éprouvée de production d'eau chaude sanitaire : les chauffe-eau solaires, qui avaient connu plusieurs vagues de succès avant d'être considérés aujourd'hui comme une solution évidente.

Durant la période d'explosion de la demande d'appareils utilisant l'énergie solaire, des produits commercialisés présentaient des défauts de conception et, la plupart du temps, n'avaient pas été testés correctement. L'échec de certains produits a terni la réputation de l'entreprise, mais, comme tous les secteurs, celui des énergies renouvelables a connu quelques anomalies avant de se stabiliser quant à la qualité de ses produits.

Le lobby des combustibles fossiles et son rôle

Le courant créé en faveur d'une utilisation généralisée des énergies renouvelables n'a pas plu à ceux qui tiraient profit du commerce des combustibles fossiles. Après la campagne électorale la plus coûteuse des États-Unis, Ronald Reagan a été élu président. Cette campagne a été financée par les compagnies pétrolières. Les intentions du nouveau président, et surtout de ceux qui l'ont soutenu et ont favorisé son élection, se sont rapidement manifestées. Sous sa présidence, le retour des États-Unis aux énergies fossiles est devenu évident. Peut-être par une mesure symbolique (correspondant à celle du président Carter, mais avec un contenu opposé), les capteurs solaires qui affirmaient et « montraient l'exemple » à tous les citoyens américains en matière d'utilisation des énergies renouvelables et de sensibilité aux économies d'énergie ont été immédiatement retirés de la Maison Blanche.

Entre 1981 et 1986, la perception publique de la politique énergétique a radicalement changé. On pourrait dire que la politique américaine a simplement changé et que, face aux circonstances, les États-Unis se sont à nouveau tournés vers des énergies moins chères pour soutenir l'économie. Cependant, sous l'administration Reagan, le financement des programmes de recherche sur les énergies renouvelables a été considérablement réduit.

Alors que tous les autres pays en développement poursuivaient leurs efforts pour généraliser l'utilisation des énergies renouvelables, l'Amérique les a abandonnées. Les pays européens et asiatiques ont réduit leur consommation d'énergie par rapport à leur PIB d'environ la moitié par rapport à l'Amérique du Nord. Bien qu'ils aient conservé un mode de vie similaire à celui des Américains, une réduction de 50% de leur consommation d'énergie a été obtenue. La comparaison avec l’exemple d’Israël en vaut la peine La gestion de la pénurie énergétique a été différente de celle des États-Unis. Bien sûr, les échelles de population, de superficie et d'économie étaient différentes. Israël s'est senti dans le besoin et a pris des mesures drastiques. Il a considéré l'énergie solaire comme une source stable et non comme une solution temporaire réservée aux cas où toutes les autres sources d'énergie se révèlent insuffisantes.

Reagan a décimé l'industrie de l'énergie solaire aux États-Unis au moment même où d'autres nations la considéraient comme la principale solution aux problèmes énergétiques. Il s'est fixé comme objectif de supprimer tous les allégements fiscaux liés aux énergies renouvelables et de limiter le financement de la recherche dans ce secteur d'ici 90%. La position et les politiques mises en œuvre par son administration ont porté le coup fatal à l'industrie américaine des chauffe-eau solaires. Entre 1984 et 1986, les ventes de chauffe-eau solaires ont chuté de plus de 91%. Jusqu'aux années 1990, l'industrie a survécu grâce à ceux qui ont investi dans l'énergie solaire par conscience et non pour des raisons financières. Autrement dit, grâce à des personnes qui comprenaient la signification des économies d'énergie et non des économies d'argent. De l'Antiquité à nos jours, la plupart des gens, bien que conscients de la différence, choisissent finalement en fonction de l'argent.