Comment fonctionne un ballon d’eau chaude électrique ?

Le chauffe-eau électrique à accumulation⁽¹⁾ est l’équipement de production d’eau chaude « sanitaire » (ECS) le plus répandu dans les logements⁽²⁾ en France (plus de 15 millions de logements en France selon le Gifam⁽³⁾). Il est également qualifié de « ballon d’eau chaude » ou de « cumulus » électrique.

Composants d'un chauffe-eau électrique

Un chauffe-eau électrique à accumulation est principalement composé des éléments suivants :

• une cuve en métal (recouverte d’une couche d’isolant), réservoir d’eau qui peut être fixé au mur ou posé au sol et dont la capacité⁽⁴⁾ dépend des besoins du logement (généralement 100 litres pour 2/3 personnes avec douche⁽⁵⁾) ;
• une résistance qui amène l’eau à la température souhaitée par effet Joule. Elle peut être plongée directement dans la cuve (résistance dite « thermo-plongée », solution à éviter si l’eau est très calcaire en raison du risque d’entartrage) ou placée dans un fourreau sans contact direct avec l’eau (résistance dite « stéatite », solution qui réduit le rendement du chauffe-eau) ;
• un thermostat (il est conseillé de maintenir la température de l’eau stockée dans le ballon entre 60°C et 65°C)⁽⁶⁾ ;
• différents raccordements, pour l’arrivée d’eau froide en bas du ballon (avec brise-jet⁽⁷⁾) et pour la sortie d’eau chauffée en haut de la cuve ;
• un système de prévention de la corrosion (couche d’émail à l’intérieur de la cuve, anode en magnésium, etc.).

L’eau chauffée au contact de la résistance a une densité plus faible que l’eau froide entrant par le bas du ballon et elle remonte donc vers le haut de la cuve. Ce phénomène, dit de « stratification⁽⁸⁾», évite le mélange de l’eau chaude et de l’eau froide à l’intérieur du ballon.

Schéma d'un ballon d'eau chaude

Principaux éléments d’un ballon d’eau chaude (©Connaissance des Énergies, d’après Mon-chauffage-maison.fr)

Un moyen de stocker l'électricité

En France, et plus généralement dans les pays où le prix de l’électricité varie selon l’heure de la journée (tarification en heures creuses/heures pleines), les ballons d’eau chaude peuvent être activés lorsque l’électricité est la moins chère sur le réseau, constituant ainsi une solution de stockage de l’énergie. les cumulus peuvent être considérés comme une solution de stockage électrique lorsqu’ils sont programmés pour fonctionner en heures creuses. Ce signal tarifaire permet en effet de chauffer l’eau du cumulus en dehors des pointes journalières d’appel de puissance électrique sur le réseau (en particulier autour de 19h).

Selon RTE, près de 80% de la production d’eau chaude sanitaire à partir d’électricité est aujourd’hui réglée sur un signal tarifaire, ce qui correspond à une consommation annuelle d’un peu plus de 15 TWh en heures creuses. En l’absence de ce pilotage, le pic de puissance appelée en France à 19h en période hivernale pourrait augmenter de plus de 3 GW selon les estimations de RTE⁽⁹⁾.

Précisons qu’il existe de nombreux autres types de chauffe-eau qui utilisent d’autres sources d’énergie : gaz naturel, énergie solaire⁽¹⁰⁾, fioul, calories de l’air (chauffe-eau thermodynamique intégrant une pompe à chaleur), etc.

Comment choisir son ballon d'eau chaude ?

Selon l'Ademe⁽¹¹⁾, un tiers de l’eau chauffée est perdue en moyenne (soit de l'ordre de 85 € par en moyenne pour un logement). Et près de 30% des chauffe-eau sont surdimensionnés. L'Agence recommande ainsi de dimensionner son chauffe-eau en fonction de ses besoins quotidiens et non de besoins exceptionnels. « Passer de 200 litres à 50 litres revient à économiser 300 à 400 kWh/an », précise l'Ademe.

Pour réduire la facture liée à son chauffe-eau électrique, l'Ademe évoque 3 solutions possibles :

• utiliser un réducteur de débit pour consommer moins d'eau ;
• installer une jaquette isolante sur le ballon d'eau chaude pour limiter les déperditions de chaleur ;
• régler son thermostat à 50/55°C.