Accumulateur de glace solaire : chauffer avec le soleil et de la glace

Les pompes à chaleur sont le premier choix pour le chauffage. Grâce à cette technologie, près de 90 % des nouvelles maisons d’habitation sont alimentées en chaleur à faible émission de CO₂. Dans ce contexte, un nouveau système sur trois utilise la chaleur constante du sol. Mais où prélever l’énergie s’il est interdit d’installer une sonde géothermique en profondeur pour des raisons de protection des eaux souterraines ? Indépendamment de la qualité du sol, un bassin d’eau souterrain – ou réservoir – peut constituer une source d’énergie locale alternative. Ce réservoir, appelé « accumulateur de glace solaire », est capable de fournir deux prestations énergétiques : d’une part de la chaleur de sortie pour le système de chauffage par pompe à chaleur et d’autre part de la fraîcheur pour tempérer le bâtiment en été. Par ailleurs, il peut être combiné avec un système solaire thermique. Le système de chauffage par accumulation de glace solaire, lequel fait ses preuves en Allemagne et en Suisse depuis plusieurs années, se compose des trois éléments suivants :

• un réservoir de glace (eau) solaire souterrain
• une pompe à chaleur
• des capteurs solaires non vitrés pour une production de chaleur élevée.

Des cristaux de glace pour stocker l’énergie

L’accumulateur de glace solaire ne contient en réalité que de l’eau, dans laquelle flotte un entrelacement de tuyaux d’échangeurs de température. Le principe de fonctionnement est similaire à celui d’un congélateur : pendant la période de chauffage, la chaleur est extraite du réservoir d’eau, ce qui fait baisser sa température jusqu’à 0 °C. Idéalement, de la glace commence à se former. Ce processus donne naissance à l’énergie de cristallisation : lorsque l’eau gèle et se transforme en glace, des cristaux se forment, lesquels dégagent une énorme énergie thermique. Le contenu thermique correspond à l’énergie nécessaire pour chauffer l’eau de 0 à 80 °C.

Cependant, le givrage du réservoir est réversible. C’est à ce niveau que le système solaire thermique entre en jeu : le capteur solaire fournit en permanence de l’énergie à l’accumulateur de glace, afin de ralentir le processus de congélation jusqu’à la fin de la saison de chauffage. Au cours de la saison chaude, l’eau dégèle de nouveau dans le réservoir souterrain et se réchauffe, autant que possible. En été, le contenu frais du réservoir peut être utilisé pour refroidir le bâtiment au gré des besoins. Parallèlement, le système solaire peut également être utilisé pour chauffer l’eau sanitaire. 

Pratique : convient aux maisons individuelles

La technique de la glace solaire était, au commencement, utilisée dans le secteur industriel, les complexes hôteliers ou les archives dont les besoins en énergie varient rapidement, autrement dit, qui doivent passer du refroidissement au chauffage en l’espace de 24 heures. De nos jours, ce processus convient également aux bâtiments collectifs et maisons individuelles : dans le cas des petites applications, l’accumulateur de glace solaire est un réservoir cylindrique en béton de 12 m³, enterré dans le jardin. L’eau provient de collecteurs d’eau de pluie ou d’eau météorique installés sur place. Dans la pratique, quelques dizaines d’installations de référence ont été réalisées ; les systèmes standards disponibles se limitent à quelques fournisseurs.

Les coûts d’acquisition et d’installation d’un système à accumulateur de glace solaire sont comparables à ceux d’une pompe à chaleur utilisant des sondes géothermiques. En comparaison directe, les besoins en termes de courant électrique pour l’exploitation sont plus faibles, parce que la fonction d’accumulateur assure une exploitation plus efficiente sur le plan énergétique. Ces résultats sont issus de recherches indépendantes et de tests pratiques soutenus par l’Office fédéral de l’énergie.