Volume 21, number 3, septembre 2007

Du domaine agricole au secteur industriel : les applications du mur solaire

À la veille d’accueillir un premier port méthanier au Québec, l’énergie est le sujet de l’heure. Une conscientisation au sujet de notre dépendance, de nos besoins énergétiques grandissants et des hausses incontournables du prix des différentes sources d’énergie nous amène à chercher d’autres avenues.

L’énergie solaire, populaire lors de la crise de l’énergie au début des années 80, revient aujourd’hui dans l’actualité. Pourquoi ne pas profiter du soleil, cette source d’énergie renouvelable qui peut avoir un rôle à jouer dans l’équilibre de notre situation énergétique?

Y a-t-il un potentiel intéressant dans notre pays nordique?

En mettant en relation le rayonnement solaire hivernal de différentes villes nordiques et les degrés-jours, nous constatons que Montréal, Québec et Sherbrooke sont très bien positionnées comparativement à d’autres villes (voir figure 1). Le rayonnement solaire de 800 kWh/m2 peut donc être utilisé sur une longue période correspondant à 4 500 ˚C degrés-jours, ce qui aide à rentabiliser l’installation.

Qu’en est-il du nombre de jours d’ensoleillement ?

Montréal bénéficierait de 2 000 heures d’ensoleillement par année, soit l’équivalent de Miami ! En comparaison, Terre-Neuve, Rome et Londres comptent 1 500 heures d’ensoleillement par année, et Vancouver, 800.

Le soleil, grâce à son irradiation, est une source d’énergie considérable sur la terre. L’intensité des rayons solaires reçus change selon l’angle avec lequel ils frappent la terre. Cet angle varie en fonction de l’axe de rotation terrestre, qui a une inclinaison de 23,45 degrés perpendiculairement au plan formé par l’orbite de la terre et l’équateur du soleil.

À cause de cette inclinaison, l’angle d’incidence des rayons solaires sur la terre varie tout au long de l’année. Cette variation est la raison première du changement de saison. En fait, deux phénomènes en sont la cause : les variations dans la distribution des rayons solaires à la surface de la terre et les changements dans le nombre d’heures, de jours et de nuits.

Selon ces faits, comme le veut la croyance populaire, les toits sont-ils l’endroit optimal pour capter l’énergie solaire ?

Au Québec, nos besoins en chauffage correspondent au moment où les rayons solaires nous atteignent avec un angle très fermé. Une surface horizontale n’est donc pas l’idéal. En fait, l’angle optimal serait de 70° par rapport à l’horizontale. Une orientation vers le sud est aussi recommandée.

Pour des considérations économiques et esthétiques, la plupart des murs solaires sont verticaux. Toutefois, des collecteurs inclinés situés sur le toit permettent d’optimiser une surface importante et sous-utilisée.

Le Centre avicole inc. à Wickham

Le Centre avicole inc. a fait l’installation de deux murs solaires pour ses poulaillers, il y a plus de deux ans. La figure 1 montre le principe de fonctionnement typique.

Figure 1 : Principe de fonctionnement d’un mur solaire

Le mur solaire est composé d’un capteur solaire installé sur le mur extérieur le plus ensoleillé du bâtiment. Il est fait d’une simple tôle perforée de couleur foncée. Au contact de la tôle, l’air est réchauffé puis aspiré par les petits orifices pour se retrouver dans l’espace entre la plaque et le mur porteur du bâtiment. L’air préchauffé est ensuite distribué dans le bâtiment au niveau du plafond.

Les avantages de ce système sont nombreux pour le propriétaire. Principalement, on a constaté des économies de 45 % sur les factures de gaz naturel après deux hivers. Les bénéfices ne s’arrêtent pas là. La qualité de l’air fut grandement améliorée, car le nombre de changements d’air à l’heure a augmenté, sans coût supplémentaire. De plus, l’air chauffé excédentaire est quand même dirigé vers l’intérieur et le taux d’évacuation est augmenté pour éviter la surchauffe.

Dans ce milieu, le taux de ventilation a une incidence directe sur la qualité des poulets produits. Un meilleur taux de ventilation assèche la litière, réduit les risques de maladie et diminue le taux d’ammoniac dans l’air ambiant.

Par ailleurs, l’air étant aspiré à travers plusieurs perforations à basse vitesse, l’effet d’entraînement de particules extérieures est réduit. Les changements de filtres sont donc moins fréquents.

Usine Bombardier à Ville Saint-Laurent

Un mur solaire a été installé il y a une dizaine d’années à l’usine Bombardier de Ville Saint-Laurent. On a évalué les économies énergétiques à 29 250 GJ par année. Aujourd’hui cela représente un coût annuel d’environ 380 000 $. Le mur solaire est toujours performant et ne présente aucun signe d’usure. L’entretien se limite aux moteurs des volets. La superficie de départ a légèrement diminué en raison d’agrandissements requis pour les besoins de l’usine.

Même la nuit, le mur solaire ajoute un facteur d’isolation au mur extérieur, car les pertes de chaleur par le mur réchauffent l’air dans l’espace entre le capteur (mur perforé) et le bâtiment. La résistance thermique du mur extérieur approche R50.

Pour les bâtiments dont les plafonds sont hauts, le système de ventilation accompagnant le mur solaire permet la déstratification de l’air en mélangeant l’air chaud près des plafonds à de l’air provenant de l’extérieur.

En conclusion, le mur solaire est de plus en plus utilisé et ses avantages sont nombreux. La simplicité de sa conception et les performances mesurées en font une technologie à considérer par quiconque désire bénéficier d’une énergie renouvelable.

Le Fonds en efficacité énergétique de Gaz Métro octroie un montant de 1 $ pour chaque mètre cube de gaz naturel économisé grâce à l’utilisation du mur solaire. Ceci diminue la période de retour sur l’investissement, qui se situe généralement en deçà de 3 ans. Vous trouverez les détails de ce programme sur le site www.fee.qc.ca.

De plus, il existe un outil permettant de faire, en autres, l’évaluation des économies d’énergie potentielles avec des systèmes tels les murs solaires. Le logiciel RETScreen® International est gratuit et disponible sur le site du Centre de la technologie de l’énergie de Canmet-Varennes : http://cetc-varennes.nrcan.gc.ca/fr/index.html. Des bases de données permettent une modélisation des projets.

Natalie Saucier, ing.
Conseillère technique
Groupe DATECH

Référence : Système de chauffage solaire de l’air de ventilation des bâtiments, Agence de l’efficacité énergétique du Québec

Remerciements à M. Réal Savaria, de Solag, et à M. Christian Vachon, d’Énerconcept