La naissance du concept de l'Héliophore

Comme expliqué dans la page sur le concept architectural, le chauffage central est une invention récente dans l'histoire humaine et sa divulgation massive dans les constructions a été liée à un coût de l'énergie très faible. Cela a donc eu peu d'influence sur la manière de construire. Les premières réflexions à ce sujet sont apparues dans les années qui ont suivi la fin de la 2ème guerre mondiale. Dans cette période de reconstruction, il fallait imaginer des systèmes peu couteux et efficaces. Pour répondre à ce défi, André Missenard, un brillant polytechnicien, spécialisé dans le chauffage des logements, a inventé le plancher chauffant. Son procédé a connu un grand succès, mais il a occasionné des problèmes circulatoires qui ont conduit à son abandon. Ce problème était dû à la température trop élevée circulant dans les serpentins de sol. Ce n'est que récemment, à cause de l'augmentation du coût de l'énergie, que l'on s'est à nouveau interrogé sur les liens possibles entre les modes constructifs et les systèmes de chauffage.

Le premier choc pétrolier de 1974 a été un déclencheur de ce processus. Tout à coup, il a semblé utile de tout repenser et de regarder dans toutes les directions. Cela n'a pas duré très longtemps en France, car en 1980 nous nous sommes engagés dans le déploiement massif de l'énergie nucléaire, un choix qui exclu tous les autres.

Pour autant, c'est bien dans cette période d'ouverture, entre 1974 et 1980, qu'un nouveau concept architectural est né : une maison qui intègre son système de chauffage dans le processus constructif : la maison héliophore (même si ce nom ne lui a été attribué qu'en 2013).

Quelle énergie choisir ?

Parmi les sources d'énergie existantes, une se démarque d'emblée, c'est l'énergie solaire. Elle est la source première de toutes les autres énergies sur terre. Elle est abondante, inépuisable (à échelle humaine) et gratuite. Nous savons la capter, grâce à des capteurs solaires thermiques, qui ont déjà fait leurs preuves. la seule difficulté est qu'elle se raréfie en hiver au moment où nous en avons le plus besoin.
Dans un système de chauffage central, il faut une température de 45°C dans les radiateurs pour atteindre la température de confort souhaitée.
Or les températures qu'il est possible d'atteindre couramment en hiver (en Bretagne) dans un capteur solaire thermique sont de l'ordre de 30°C.
Comment faire alors pour se chauffer avec le soleil ?

Quel procédé mettre en place ?

C'est un autre ingénieur, Guy Royer, qui, reprenant à son compte le procédé de plancher chauffant d'André Missenard va l'utiliser dans son système de chauffage de maison solaire . Les problèmes de circulation dans les jambes, occasionné précédemment vont être résolus, car c'est un fluide à basse température qui va circuler dans les serpentins de sol.

En effet, ce type de chauffage est tout à fait compatible avec les faibles températures de captation solaires hivernales en Bretagne, puisqu'il fonctionne même de manière plus satisfaisante avec un fluide à basse température. Ce procédé offre même un bien meilleur rendement qu'une installation de chauffage central classique.

Il suffit donc de maintenir la température du sol à la température adéquate et on bénéficie en plus d'un système de chauffage hors pair, car son mode de chauffage par rayonnement assure des conditions optimales de confort thermique.

Même si le solaire n'a pas connu le développement imaginé à l'époque, l'intérêt de l'installation de planchers chauffants n'est plus à démontrer, vu sa large diffusion dans les constructions actuelles !

Un saut quantique

Cette première idée, d'utiliser le rayonnement du sol, chauffé à basse température par les apports solaires thermiques, a rendu possible le chauffage solaire hivernal des maisons en zone de rayonnement diffus élevé. Mais la maison héliophore a bien d'autres caractéristiques, non moins innovantes.

Comme expliqué dans la page sur la dalle thermique, la deuxième idée concerne le stockage de l'énergie. Cette fois, c'est une idée totalement neuve qui va surgir, car c'est un tout autre mode de stockage qui est imaginé. Comme on l'a déjà dit plus haut, l'utilisation du solaire thermique à des fins de chauffage était déjà en usage à l'époque dans le sud-est de la France. L'usage voulait que l'on stocke les calories solaires dans une cuve, dans laquelle on venait puiser pour pourvoir aux besoins en chauffage. Et dans la maison expérimentale Elf-Chaffoteaux, première du genre en Bretagne, c'est ce qui a été fait.

Cependant, force est de constater que la réserve d'énergie thermique d'un cuve, même de grande capacité (3000l à 5000l), n'offre guère plus d'une journée d'autonomie énergétique. De plus il arrive que des calories solaires soient disponibles qui ne puissent être captées parce que la cuve a emmagasiné toutes les calories qu'elle pouvait absorber.

Il y avait donc quelque chose à imaginer de nouveau pour pouvoir stocker davantage d'énergie solaire.
Où trouver dans la maison un grand volume pour stocker cette énergie ? Le plancher chauffant est une dalle parcourue par des serpentins. Cette dalle stocke l'énergie avant de la diffuser par rayonnement.
- Si l'on augmente l'épaisseur de la dalle, elle pourra stocker davantage d'énergie.
- Par contre le béton est moins efficace que l'eau en matière de stockage d'énergie.
- Cependant le volume d'une dalle chauffante peut être beaucoup plus important que celui d'une cuve de stockage.
Après calcul il est apparu évident que c'était ainsi qu'il fallait procéder :
- réaliser un sol stockeur solide de vastes dimensions, qui serait en mesure de capter toute l'énergie solaire incidente et qui offrirait une réserve d'énergie de plusieurs jours.
Par contre, la cuve voit sa taille considérablement réduite :
- Elle devient une cuve de régulation, dans lequel s'amortissent les variations du flux solaire. Cela va permettre un apport de calories à une température plus constante dans les serpentins de sol.

Pourquoi une piscine ?

Dans la page consacrée à l'héliotherme sont résumées les principales innovations liées à ce concept novateur. En bas de page, il y est mentionné la possibilité d'installer une piscine. C'est mentionné parce que c'est historique. Pour utiliser les apports solaires conséquents de l'été, une piscine (qui n'avait pas été imaginée pendant la phase projet) a été réalisée dans la maison expérimentale Elf-Chaffoteaux. Ainsi cette installation de chauffage solaire est capable de se reconvertir lorsqu'il n'y a plus de besoin en chauffage. Elle peut alors maintenir l'eau d'une piscine privée non couverte à 24°C pendant 6 mois de l'année (en Bretagne).

Cependant on pourrait imaginer d'autres applications estivales, comme satisfaire un besoin de climatisation. Notre  centre de recherche travaille sur ce sujet.

Un système de chauffage économique

Introduction du PER* en France

Pour autant sa réalisation dans la maison expérimentale Elf-Chaffoteaux a été longue et coûteuse, car les règles de construction des planchers chauffants en vigueur à cette époque imposaient qu'il soient réalisés en acier soudé.
La réalisation de ces planchers chauffants a représenté un mois de travail !

Par la suite, afin d'abaisser le coût de construction des planchers chauffants, Guy Royer a fait fabriquer le premier tube en PER* par Pont à Mousson en 1980.  Dès lors, il a suffi de deux jours au lieu d'un mois pour en équiper toute une maison.

(* Polyéthylène réticulé)

Une attention constante au coût global

La même réflexion est toujours à l’œuvre aujourd'hui dans tous les choix constructifs, tant au niveau des matériaux que des techniques de réalisation, tant au niveau des équipements que de leur intégration spatiale, tant au niveau de la conception des volumes qu'au niveau du confort des usagers.