Le projet initial est loin du projet final car il faut beaucoup d’humilité pour admettre que les lois physiques imposent toujours leurs limites et lorsque le projet est réalisable, les détails de la mise en musique viennent encore perturber ce qui semble cohérent.
Je vais réaliser une synthèse pour éviter aux lecteurs la lecture des débats qui ont lieu depuis fin d’année 2015.
Je vais commencer par parler du pourquoi de ce projet.
La situation vis-à-vis de notre consommation d’énergie dans l’habitat c'est 75% de consommation sur le chauffage et l'ECS et fort de ce constat, il faut trouver le type d’énergie la plus adaptée pour réduire la plus grosse part de notre consommation.
Comme il faut énormément de puissance seul le solaire semble à la hauteur.
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La puissance solaire est bien supérieure à notre consommation et bien supérieure à la quantité d’énergie fossile extraite chaque année, il est donc naturel d’aller vers cette énergie pour espérer assouvir notre besoin.
La part la plus importante étant le besoin thermique privilégions un captage direct de cette forme d’énergie pour éviter au maximum les transformations de genre.
Constat grossier
Consommation énergétique d’un foyer type français : 13500 kWh/an (Logement typique peu énergivore : 4 personnes et 100 m2 de surface au sol)
Energie Electrique: 4500 kWh/an (1/3)
Energie Thermique : 9000 kWh/an (2/3)
avec la répartition suivante : -6000 kWh/an (2/3 pour le chauffage) -3000 kWh/an (1/3 pour l‘Eau Chaude Sanitaire ECS)
On peut voir que le chauffage et l’ECS prend une part importante de la consommation d’où l’importance d’isoler et d’utiliser plutôt une source thermique.
Comme nous vivons dans un monde basé sur l’économie du capital restons réaliste en regardant à chaque étape un œil dans le domaine de la rentabilité.
Base de 1 m2 de capteur thermique / personne pour ECS (rentabilité 12 ans )
Base de 1m2 de capteur thermique pour 10m2 à chauffer pour un SSC (système couplé à une chaudière) (rentabilité 12 ans)
Ce qui donne en synthèse :
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Avec les bases du croquis ci dessus il manque de l’énergie….
En auto installation on peut augmenter le nombre de capteurs ce qui augmentera la couverture solaire sans dégradation de la rentabilité à 12 ans mais avec les ennuies du bricoleur.
On passe donc globalement de 40% à 60%…de besoin couvert. Tripler la surface de capteur ne ferait que gagner 5 à 10 % de couverture solaire supplémentaire plombant par ailleurs la rentabilité….
Voici le gain en productivité en fonction de l’augmentation de surface de captage.
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On comprend alors qu’il faut quelque chose pour couvrir le besoin et le déphasage qu’il y a entre l’utilisateur et le rayonnement solaire et surtout durant les pics de besoin au plus froid de l'hiver.
En regardant du coté de l’ensoleillement et du besoin on peut espérer se focaliser sur l’essentiel.
couverture solaire moyenne au centre de la France vis à vis du besoin
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Malheureusement, le besoin et l’irradiation son opposé et c’est là l’énorme problème des EnR en général et le besoin de stocker devient fondamentale.
Bien entendu le mieux est de réduire sa consommation mais ce sera visiblement long pour faire évoluer l’habitat ainsi que nos transports et nos besoins en tout genre.
Mon projet vise donc le stockage thermique de longue durée car c’est une des solutions pour résoudre l’intermittence et le déphase entre le besoin et la disponibilité des EnR.
Base de calculs
Quantité d’énergie Thermique nécessaire pour le projet : 9000 kWh/an (2/3), prenons 10 Mwh soit 1000 litres de fuel.
L’eau étant le meilleur stockeur thermique commençons par ce qui vient à l’esprit immédiatement pour donner une idée du dimensionnement du projet.
Il me faudrait élever de 30°, 300 m3 au dessus de la température de fonctionnement de mes émetteurs soit une eau au moins à 70° ce qui est déjà limite pour certain capteur solaire. C’est un stockage énorme (un cube d’environs 7m de coté) en soit et ca ne résout pas le problème du temps de stockage qui doit être long. A moins d’isoler beaucoup trop cette cuve, cette voie semble être une impasse…. La voie de stockage thermique hydraulique semble crédible seulement pour les maisons fortement isolées.
J’ai donc choisi le stockage dans le sol par BTES (Borehole thermal energy storage) car le sol est isolant, il garde la chaleur longtemps, il est gratuit, c’est un espace perdu. En revanche, il est difficilement accessible avec de petit moyen car il est très hétérogène et parfois inexploitable pour le stockage (ruissellement, sable…) et c’est là que débute la recherche et les ennuies …
La capacité thermique du sol étant réduite à disons 10 kwh /m3/30° il me faut donc 1000 m3 de matière, un carrée de 10m de coté, c’est énorme.
Impossible de faire de l’excavation et de l’isolation sur un tel volume de terre sans plomber la rentabilité.
Il me reste donc 2 chemins à explorer : l’augmentation de la taille du captage et/ou la réduction de la taille du stockage….je décide de jouer sur les 2 tableaux.
J’ai tenté naturellement dans un premier temps d’augmenter la taille du captage en réduisant le prix du panneau solaire (ce fut les recherches et essais de cette année).
En résumé, je n’ai pas réussi à réduire le prix du panneau solaire de manière satisfaisante en dessous de 30 euros/m2. En effet, je n’ai pas réussi à obtenir un rendement acceptable vis-à-vis de ce que produit mon capteur plan d’occasion de comparaison (80 Euros).
Toutefois, durant les multiples essais effectués allant du simple tuyau noir enroulé jusqu’au capteur à concentration, un capteur plan a retenu mon attention. Le capteur béton faible épaisseur avec PER noyé à l’intérieur sur un support Polystyrène isolant identique à ce que l’on trouve en réalisation d’un plancher chauffant.
Ce dernier capteur affiche de bon rendement > 60% du capteur de comparaison avec une très grande simplicité de réalisation dont la théorie est connue, une robustesse dans le temps et un cout très bas <25euros à partir d’une surface de 10m².
Son gros défaut étant l’inertie thermique de 30 minutes qu’il génère mais les calculs montrent que son utilisation est favorable à un captage l’été ramené à son coût de réalisation.
Je vais donc tout simplement l’associer progressivement en amont à des capteurs tubes.
Pourquoi ?
Les capteurs tubes sont puissants plus adaptés au chauffage, plus performant que son homologue plan l’hiver et donc complémentaire des capteurs auto construit.
L’amplitude de température est supérieure à un plan, l’énergie exploitable est donc supérieure et on le trouve à des prix plus raisonnables que le plan, il permet aussi d’augmenter la température max de stockage.
Deuxième évolution, l’émetteur, il sera basse température et une partie sera très basse température (plancher chauffant réalisé avec un pas PZ 5 cm entre tube noyé dans le béton). Ceci me permet de prendre une nouvelle marge de manœuvre du coté des basses températures (température exploitables à partir de 28°) exploitable par l’émetteur plancher chauffant.
La taille du stockage.
C’est le nœud du problème et lorsqu’on a dimensionné simplement l’énorme taille du BTES il reste à trouver un moyen « efficace » et « rentable » pour atteindre le volume colossal de sol à exploiter, 1000 m3 dans mon cas.
J’ai choisi le forage de petite dimension car c’est le seul accessible et rentable à mon niveau.
J’ai donc tenté de réduire le coût du forage en premier lieu par la théorie. Première approche faire faire une multitude de forage au plus juste besoin par un professionnelle.
Au plus juste besoin c’est déjà une profondeur de 16m pour obtenir une épaisseur de 6m (permettant de limiter les pertes thermique par le haut sans isoler) au dessus du stockage et exploiter 10m d’épaisseur de sol (profondeur), une réalisation d’environ 25 à 36 forages en matrice carré de 2mx2m ( soit un maillage de 2x2 sur 10x10) un cube de 10x10x10 sous 6m de sol (à affiner à la suite des premiers sondages).
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Ca fait un coût mini de 20 000 euros pour un résultat incertain (échec économique probable).
J’ai donc poursuivi mes recherches avec des prises de contact avec des Thésards me permettant d’acquérir les écrits et théories sur les études et projet en cours en ayant pour objectif de rendre le forage accessible à l’amateur.
Le forage en dessous de 50m n’est pas si compliqué finalement mais je n’ai pas encore réalisé les premiers essais pour valider ces affirmations.
Dans cette recherche j’ai pensé à l’achat d’une foreuse d’occasion (5000 euros) mais peu à peu je me suis focalisé sur des projets de ce genre,
voir ce type d'auto construction
Une foreuse capable de forer à 15m (50mm de diamètre) en 6h toutefois avec compresseur d'air de chantier.
Après avoir pris contact avec le concepteur, je me suis penché sur la réalisation d’un mat de forage hydraulique similaire à la foreuse sur chenille.
http://vieilles-soupapes.grafbb.com/t31 ... ht=foreuse
On arrive en théorie avec pas mal de temps de conception à un projet d’une durée de réalisation de deux ans et d’un millier d’euros de coût de réalisation.
Pas satisfaisant pour moi, je bascule sur la recherche d’un mat de foreuse qu’on trouve finalement pour 1500 euros sur le marché d’occasion (négociation en cours pour une acquisition et adaptation sur un tracteur ou pelle hydraulique pour l’automne 2016)
En parallèle je regarde la possibilité de me procurer en importation une mini-foreuse fonctionnant à l’électricité uniquement (5.5 Kw de puissance) et permettant de forer à 20m diamètre 60mm, ce sont généralement des mini foreuses de carrière utilisées pour faire des trous de sondage ou trous d’explosif.
Je suis donc dans l’acquisition d’une telle machine soit par la voie d'un engin hydraulique soit par un achat de mini foreuse électrique ou pneumatique. (il y a une multitude de possibilité dans le monde du forage ce qui rend les choix difficiles)
Mes premiers tests seront toutefois réalisés avec une machine pneumatique de location (capacité 6m) qui me permettra d’affiner la théorie tout en continuant la recherche de la meilleure foreuse pour mon environnement.
Je réalise mes premiers forages (tests et mesures) avant l’automne. 3 forages de 6m de profond distant de 50 cm et 1m pour mesurer et sonder les paramètres du sol ce qui devrait me permettre par la suite d’affiner les calculs (model numérique) et les forages.
L’immense difficulté de ce genre de projet réside dans la difficulté à valider les paramètres de sol et la diffusivité thermique associée ainsi que la multitude de compétences à acquérir et à maitriser.
J’ai donc pris un maximum de précaution en rendant le projet évolutif et réversible à tout moment en gardant à l'esprit que le stockage de l’énergie dans le BTES est une énergie perdue.
