21 mai 2011

Le chauffage par poêle ou insert au bois

flammesAvec la hausse du coût des énergies fossiles, le bois énergie revient sur le devant de la scène. Ce mode de chauffage permet en effet de réduire sa facture énergétique tout en apportant l'agrément et la convivialité du spectacle des flammes dans le cas des poêles et inserts.

Dans le cas de maisons très basse énergie ou passives, l'excellente isolation du bâtiment peut permettre de se passer de l'installation d'un coûteux système de chauffage, le poêle à bois étant alors suffisant pour chauffer tout le bâtiment. 

Cependant, l'utilisation du bois ne sera intéressante économiquement et écologiquement que sous certaines conditions.

Les feux ouverts sont a proscrire, sauf pour une utilisation très ponctuelle : en effet, ces cheminées ont un très faible rendement (de l'ordre de 20%) et émettent dans l'atmosphère quantités de polluants et surtout de particules fines nocives.

Un appareil fermé de conception moderne est à utiliser. Les bons appareils sont munis d'une porte bien étanche, d'une chambre de combustion favorisant les hautes températures, et d'arrivées d'air maitrisées en différents points : une arrivée d'air venant du haut de la vitre alimente efficacement les flammes tout en permettant de garder la vitre propre. En outre, une arrivée d'air à la base des flammes permet la combustion des braises et un allumage aisé des bûches. Parfois, des arrivées d'air dit secondaire, situées au dessus des bûches, permettent de compléter la combustion des gaz.

De plus, le mode d'utilisation de l'appareil influence grandement ses performances. Il faut donc utiliser du bois bien sec (2 à 3 années de séchage). Les bûches doivent être refendues et ne pas être trop grosses. Il faut égallement éviter de faire fonctionner son appareil à allure trop réduite, car ses performance sont alors dégradées. C'est pourquoi il est important de préférer un appareil de faible puissance (donc souvent égallement de petites dimensions) mais de le faire fonctionner à sa puissance nominale, plutôt que de choisir un appareil trop gros et trop puissant, qui devra être utilisé à allure très réduite pour éviter les surchauffes.

Avec un appareil moderne et bien utilisé, on obtient des rendements énergétiques de l'ordre de 80% et des émissions de polluants et de particules très faibles, tout en gardant une vitre et un conduit de cheminée propres. 

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21 juin 2008

Le solaire photovoltaïque à concentration

concentratingPVLe solaire photovoltaïque est doté d'un énorme potentiel pour devenir la source d'énergie de l'avenir : Sans entretien, modulaires, et ne consommant aucun carburant durant leur fonctionnement, les cellules solaires exploitent le rayonnement solaire transmit à notre planète pour produire directement de l'électricité. La surface de la terre reçoit jusqu'à 1000 W/m² d'énergie solaire.

L'industrie du solaire photovoltaïque est actuellement l'industrie qui connaît la plus forte croissance dans le monde. Le rendement des cellules solaires commercialisées atteint 18% ; cette valeur augmente rapidement au fil des recherches tandit que le coût de production, tant financier qu'énergétique, décroit au fil des avancées de la technologie.

En effet le coût d'investissement initial représente le principal frein à cette technologie aujourd'hui (ordre de grandeur : 5 000 € pour un ensemble de modules solaires totalisant 1000 Wp). Ce prix élevé provient principalement du coût du silicium nécessaire. Concernant le retour sur investissement énergétique, ils est de 2 à 3 ans pour les cellules actuelles (temps nécessaire à une cellule solaire pour produire l'énergie qu'il a fallu investir pour sa fabrication). La durée de vie des cellules est quand à elle supérieure à 20 ans.

Une technologie permettant de réduire fortement ce coût d'investissement mérite notre attention. L'idée est d'utiliser une grande surface de concentrateurs (miroirs ou lentilles) afin de concentrer les rayonnements solaires sur une petite surface de cellules solaires, minimisant ainsi le coût d'investissement lié aux cellules solaires, très coûteuses. De plus, des cellules solaires à haut rendement (et donc coût élevé) peuvent être utilisées sans multiplier le coût de l'installation. L'entreprise australienne Solar systems commercialise des disques solaires concentrant le rayonnement solaire 500 fois sur une cellule solaire d'un rendement de 25%. Un circuit de refroidissement maintient la température des cellules solaires basse. 

Bien sur le solaire, tout comme l'éolien, a toujours l'inconvénient d'une production discontinue, mais avec les progrès des technologies de l'hydrogène (électrolyseurs et piles à combustible), il sera dans l'avenir possible de stocker l'énergie électrique sous forme d'hydrogène et de la restituer en suivant la demande.

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08 novembre 2007

La pompe à chaleur

w_rmepumpeAvec l'augmentation du prix des combustibles, la pompe à chaleur (PAC) est aujourd'hui une alternative intéressante aux chaudières à combustion. Elle possède en effet des caractéristiques attrayantes : lorsqu'elle consomme 1kWh d'énergie électrique, elle génère jusqu'à 5kWh d'énergie thermique pour les besoins de la maison. Mais cette performance n'est atteinte que dans des conditions particulières.

Qu'est exactement une pompe à chaleur? C'est un dispositif qui exploite la chaleur du sol ou du sous-sol (géothermie), ou bien la chaleur de l'air (aérothermie).

- La pompe à chaleur eau-eau utilise la plupart du temps des capteurs horizontaux que l'on enterre à environ 70 cm de profondeur. Ces capteurs récupèrent la chaleur du sol, dont la température est en hiver plus élevée que celle de l'air. Cette pompe à chaleur possède un bon rendement, mais l'installation des capteurs a un coût et la surface utilisée ne pourra être recouverte que par du gazon ou un potager, pas d'arbres ni de macadam. Le capteur peut aussi être vertical, il s'agit alors d'un puits permettant d'aller chercher la chaleur en profondeur. Le rendement est encore amélioré mais l'installation est coûteuse et pas toujours possible.

- La pompe à chaleur air-eau (ou air-air si la chauffage du bâtiment se fait par air pulsé) récupère de la chaleur dans l'air extérieur. Le rendement est nettement moins bon, mais pas besoin de capteurs enterrés. Ainsi ce mode de chauffage peut convenir pour la rénovation, ce qui est difficile pour la PAC eau-eau qui est plutôt dédiée au neuf.

pompe_chaleurLa PAC en elle même s'apparente par son aspect extérieur à une chaudière ordinaire. Naturellement, pas besoin de cheminée. Le principe est le même que celui du frigo : un fluide circule successivement dans un évaporateur, où il s'évapore et devient un gaz en prenant de la chaleur au milieu extérieur (exemple : les capteurs dans le sol), puis est comprimé par le compresseur électrique. Comprimé, le gaz possède un point de rosée plus haut, c'est à dire qu'il se condense à partir d'une température plus haute. Il passe alors dans le condenseur, où il redevient liquide en cédant sa chaleur au circuit de chauffage. En passant ensuite dans un détendeur, sa pression diminue, rendant possible l'évaporation à une température plus basse. Le fluide retourne dans l'évaporateur et le cycle recommence.

Voici quelques caractéristiques qu'il est important de connaître si l'on souhaite se doter d'une PAC :

- la température maximale de l'eau chauffée est plus faible que pour une chaudière classique : environ 50°C contre 80°C. Ainsi, pour disposer d'une même puissance de chauffage dans les pièces à chauffer, il faut plus de surface d'échange, c'est à dire plus de radiateurs, ou bien préférer un chauffage par le sol. Cette dernière option est conseillée.

- le rendement de la PAC décroit lorsque la température extérieure diminue. Pour faire face aux hivers très froids (températures inférieures à -5 ou -10°C), il est parfois nécessaires d'utiliser une chaudière classique couplée à la PAC. Si vous utilisez un poële ou une cheminée à bois pour vous chauffer en hiver, la PAC est appropriée car elle ne fournira qu'un appoint à la cheminée par grand froid, et fournira tout le chauffage efficacement par froid modéré.

D'un point de vue écologique, la PAC n'est pas gagnante a tous les coups : si en moyenne sur une année elle consomme un tiers de ce qu'elle produit, il ne faut pas oublier qu'elle consomme de l'électricité produite en majeure partie par des centrales thermiques, qui elles ne produisent qu'un tiers de ce qu'elles consomment. Au final, le rendement global sera comparable avec celui d'une chaudière à condensation, c'est à dire aux alentours de 100%.

En France, l'énergie électrique est produite à 80% par du nucléaire, sans rejets de CO2. Ainsi en France la PAC est propre d'un point de vue émissions de gaz à effet de serre. Mais dans de nombreux pays, où l'énergie électrique est produite majoritairement par des centrales à flammes (charbon, fuel, ...) le bilan n'est pas si bon. L'efficacité énergétique et écologique de la PAC dépend donc essentiellement du mode de production de l'électricité.

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07 avril 2007

La chaudière à condensation

chaudiere_gazLa chaudière à condensation est une solution souvent très intéressante pour les habitations dotées d'une installation de chauffage au gaz ou au fuel. Sa mise en place ne nécessite pas de grosse modification du réseau d'eau chaude de chauffage, ainsi elle peut facilement être installée en remplacement d'une chaudière classique.

Par rapport à une chaudière classique, une chaudière à condensation possède plusieurs avantages :

- son rendement peut atteindre 109% (!), à comparer à environ 90% pour une chaudière classique. C'est en récupérant la chaleur dégagée par la condensation des gaz issus de la combustion que l'on arrive à de tels résultats. Le PCI du combustible étant calculé sans la chaleur latente de condensation, on arrive à un rendement sur PCI supérieur à l'unité.

- A charge partielle, une chaudière à condensation reste très efficace, alors qu'une chaudière classique perd en efficacité. Ceci est très intéressant lorsque l'on sait qu'une chaudière est très rarement utilisée à pleine charge, seulement lorsqu'il fait très froid. Elles tournent le plus souvent aux alentours de 30% de charge. Or le rendement à 30% de charge n'est plus que de 75% pour une chaudière classique alors qu'il vaut près de 105% pour une chaudière à condensation.

Il existe des chaudières à condensation adaptées à la combustion de gaz, mais aussi de fioul. Par contre, le rendement est un peu moins bon avec du fioul.

Du fait du meilleur rendement des chaudières à condensation, les économies sur la factures de gaz sont supérieures à 20%. Un crédit d'impôt permet de rembourser 40% de l'investissement. Ainsi, une telle chaudière peut être rentabilisée 5 ans.

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18 août 2006

Nouveaux tarifs de rachat de l'électricité photovoltaïque

PVSi une entreprise ou un particulier possède une installation de panneaux solaires photovoltaïques, EDF a l'obligation de lui acheter l'énergie électrique produite. Les nouveaux tarifs de rachat sont élevés et rendent intéressante la mise en place de panneaux solaires photovoltaïques malgré leur coût important : ce tarif est de 0,30€/kWh, plus 0,25€/kWh si l'installation est intégrée au bâti existant. Par exemple, un particulier possédant des panneaux photovoltaïques sur sa toiture de maison pourra revendre l'électricité produite à hauteur de 0,55€/kWh.

Il est intéressant de noter que ce tarif est bien plus élevé que le tarif de vente d'électricité par EDF : celui-ci s'élève à environ 0,08€/kWh ... Ainsi, on peut équilibrer son budget électricité, et ainsi n'avoir rien à payer, en ne produisant que 15% de ce que l'on consomme.

Dans ce cas, on doit posséder deux compteurs d'électricité : un compteur de vente, comptabilisant la quantité d'énergie vendue à EDF, et un traditionnel compteur d'achat, comptabilisant l'énergie achetée à EDF.

Ces tarifs sont valables pour une installation de moins de 5kWc. Sous nos lattitude, la puissance moyenne produite par un panneau photovoltaïque est d'environ 11% de la puissance crête. Ainsi on calcule facilement qu'une telle installation fournirait 4800kWh par an et rapporterait à son propriétaire 2650€ par an ...

Ces nouveaux tarifs peuvent donc aider au développement du solaire électrique, mais le principal frein à la multiplication des installations reste le coût initial élevé.

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21 mars 2006

La pompe Fluidine

fluidine

Une pompe sans aucune pièce en mouvement et fonctionnant à l’énergie solaire, c’est un rêve ? Non, c’est la pompe fluidine.

Cette pompe est une sorte de moteur Stirling dont le piston et le déplaceur sont liquides. Comme pour le moteur à air chaud, ce sont les dilatations et contractions de l’air contenu dans un tube, se déplaçant entre une source chaude et une source froide, qui produit le travail nécessaire au pompage.

             

Elle ne possède aucune pièce en mouvement (à part les clapets unidirectionnels), caractéristique synonyme de faible besoin de maintenance. On imagine les services que pourrait rendre cet type de pompe dans certains villages africains dépourvus d’accès à l’eau potable. Sans entretient, fonctionnant à l’énergie solaire, et ne comportant aucun composants coûteux (à l’opposé du solaire photovoltaïque), elle pourrait être le moyen idéal d’offrir l’accès à l’eau potable à ces régions.

Seul inconvénient de cette pompe, son faible rendement, inférieur à 5%. Mais cette inconvénient est à minimiser, du moment où l’on dispose d’une surface suffisante pour déployer les capteurs solaires nécessaires. Mais cette pompe souffre d’un faible débit de fluide refoulé.

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01 mars 2006

La gazéification du bois

gasificationLe procédé de gazéification du bois est surtout connu pour avoir remplacé le pétrole pendant la seconde guerre mondiale, où de nombreux véhicules étaient modifiés pour rouler au bois. Ce procédé pourait redevenir à l'ordre du jour ; en effet, le bois est un biocarburant dont la combustion s'inscrit dans le cycle naturel du carbonne.

Le domaine d'application de la gazéification du bois ne se limite pas à l'automobile : il pourait être intéressant pour la cogénération de chaleur et d'électricité. Une entreprise belge commercialise d'ors et déjà des unités de cogénération fonctionnant au bois gazéifié. Le rendement d'une unité moderne transformant le bois en gaz combustible atteint 70 à 85%. Le gaz obtenu est composé de monoxyde de carbone, de dihydrogène et de méthane.

Avec ce système, on peut valoriser les multiples déchets de bois inutilisés ; mais la biomasse utilisable ne se limite pas au bois : tous les végétaux sont en principe utilisables.

Dans le procédé BTL (Biomass To Liquid), qui permet de transformer la biomasse en carburant de synthèse, c'est bien la gazéification qui est utilisée ; le gaz de synthèse produit par gézéification du bois peut en effet être transformé en méthanol.

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12 janvier 2006

Electricité solaire : il n'y a pas que le photovoltaïque

stirling_solaireQuand on parle de produire de l'électricité à partir de l'énergie solaire, on pense aux panneaux photovoltaïques. Ces modules représentent une solution prometteuse à long terme, lorsque la technologie aura progressé pour diminuer les coûts de fabrication et augmenter le rendement. Mais à l'heure actuelle, l'investissement représenté par la mise en place d'une installation photovoltaïque est trop élevé pour rendre cette solution intéressante. Sur le plan énergétique, il faut entre 10 et 15 ans pour qu'un panneau solaire produise autant d'énergie qu'il en a fallu pour le fabriquer (Edité le 26/09/2008 : correction : pour des panneaux photovoltaïques raccordés au réseau, et avec la technologie d'aujourdhui, le retour sur investissement énergétique de panneaux photovoltaïques est d'environ 3 ans ; les 10 ans sont vrais pour un système autonome, non raccordé au réseau, et ce sont alors les batteries qui augmentent le temps de retour sur investissement énergétique) ... Mais les progrès constants de la recherche sur cette technologie la rendront certainement plus compétitive dans les années à venir.

Mais le photovoltaïque n'est pas la seule solution : on peut utiliser un moteur Stirling dont la source chaude est le foyer d'une parabole (voir photo). Celle-ci tourne pour suivre le soleil et recueillir un maximum d'énergie. Le moteur Stirling actionne une génératrice triphasée. Une telle installation possède un rendement énergétique égal ou supérieur à celui du photovoltaïque, c'est-à-dire presque 20% du rayonnement solaire converti en électricité. Le générateur représenté sur la photo ci-dessus peut délivrer une puissance de 9 kW, c'est à dire alimenter complètement une habitation.

Avec ce système, on convertit le rayonnement en chaleur, puis en électricité. Il est envisageable de concevoir une installation qui produise à la fois chaleur et électricité, en cogénération. On récupérerait la chaleur sur le radiateur (source froide) du moteur Stirling, c'est-à-dire la chaleur que le moteur n'a pas été capable de convertir en électricité. Une telle installation apporterait donc à la fois l'électricité et le chauffage.

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05 janvier 2006

Exploiter l’énergie des vagues

vague1On parle souvent d’énergie éolienne, d’énergie solaire … mais il existe une multitude d’autres énergies renouvelables.

Parmi elles, l’énergie houlomotrice. Il s’agit de convertir, grâce à des flotteurs, l’énergie mécanique des vagues en énergie électrique.

Une équipe du laboratoire de mécanique des fluides de l’école centrale de Nantes a développé un prototype du Searev, une bouée capable de capter l’énergie de la houle.

Ce système n’est pas à confondre avec les hydroliennes, sortes d’éoliennes sous-marines qui utilisent l’énergie des courants marins.

Le Searev (Système autonome électrique de récupération de l’énergie des vagues) est une bouée flottante en forme de large flèche, longue de 25 m et large de 13 m pour 15 m de tirant d’eau. A l’intérieur est installé un système de récupération du mouvement de la houle par mouvement pendulaire d’une sorte de roue lestée. L’opération est gérée par ordinateur pour être optimale. Cette roue constitue une pompe hydraulique, permettant d’actionner un moteur hydraulique entraînant un alternateur.

Le Searev a une puissance maximum de 500 kW, soit 4 fois moins qu’une éolienne standard de 2 MW. Mais en terme de surface, une ferme houlomotrice peut produire 20 MW par km² contre 6 MW par km² pour un parc éolien offshore. Ainsi, un carré de 9 km de côté équipé de ce système remplacerait une centale nucléaire. De plus, ce système pourrait bien être plus simple et moins coûteux à installer que des éoliennes offshore. Le potentiel de cette énergie est élevé : un "gisement" potentiel de 2500 watts par mètre carré, contre 400 pour l'éolien et 150 pour le solaire.

Ce type d’installation, de la même façon que les éoliennes, doit fournir une puissance répondant à la demande, quelles que soient les conditions de vent ou d’agitation de la mer. Ainsi, le problème, c’est que la météo ne suit pas les fluctuations de notre demande d’énergie ! Ainsi, lors d’un surplus de production par rapport à la demande (cela arrive surtout la nuit, où la demande en électricité est faible), on peut envisager d’utiliser l’électricité produite pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Cette solution sera intéressante notamment lorsque l’hydrogène se sera développé en tant que carburant.

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