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Résumé
Pour porter une pièce à une température déterminée, les différents types de radiateurs électriques sont tous équivalents. En effet, une résistance électrique produit une énergie thermique (chaleur) toujours exactement égale à la puissance électrique consommée. Son rendement est toujours égal à 100%.
Trois modes de transmission de la chaleur :
- par conduction, de proche en proche dans un métal,
- par convection, c’est-à-dire par les déplacements naturels ou forcés des particules d’un fluide (eau, air ou autre),
- ou par rayonnement dans l’infrarouge, la lumière visible ou l’ultraviolet.
- Des convecteurs, dont la résistance chauffe l’air ambiant.
- Des panneaux radiants dans lesquels une partie de l’énergie thermique est émise par rayonnement d’un panneau plus grand et plus chaud qu’un convecteur.
- L’extension de la lutte des écologistes contre le CO2, au nucléaire qui en est pourtant exempt,
- Une réputation de prix élevé, que le calcul ne confirme pas, mais qui est entretenue par une norme d’équivalence biaisée.
Les panneaux
radiants, sèche-serviettes, soufflants, infrarouges sont-ils plus
performants et plus économes que les convecteurs,
surnommés « grille-pains » ?
Non. C’est le
mode de transmission de la chaleur qui
différent. Tous ont un rendement de 100%. Le choix se fera donc en
fonction du prix et de l’utilisation.
- Le panneau radiant rayonne davantage que le
convecteur et agit directement sur les personnes présentes. La
température dans la pièce est plus homogène et peut être légèrement inférieure
sans perte de confort. À puissance égale, les deux techniques
arriveront exactement à la même température moyenne dans une pièce.
- Les radiateurs « sèche-serviettes »,
intermédiaires entre les deux précédents, utilisent convection et
rayonnement.
- Les radiateurs d’appoint
soufflants utilisent la convection forcée. Ils chauffent plus
les personnes que la pièce. Ils ne sont pas silencieux.
- Les infrarouges muraux utilisés dans les salles de bains, beaucoup plus chauds, rayonnent dans le rouge et l’infrarouge. Leur temps d’utilisation limité les rend intéressants.
Le
reproche d’air trop sec à l’encontre du convecteur est valable pour la
quasi-totalité des chauffages classiques, électriques ou non : l’air extérieur
froid, réchauffé sans apport d’eau, voit son humidité relative baisser fortement. On peut y remédier par apport d'eau par des saturateurs.
Les radiateurs à inertie solide ou fluide
ne sont pas traités ici, mais leur rendement reste de 100%, avec une transmission
plus ou moins différée.
Chauffage électrique : grille-pains ou panneaux radiants ?
Bases techniques
Création de chaleur par
l’électricité : l’effet Joule :
Il traduit le fait que quand une
intensité I (en ampères) traverse une résistance R (en ohms), une
différence de potentiel U (en volts) apparaît entre les bornes de la
résistance, selon la célèbre formule : U = R I, correspondant à une
puissance électrique consommée égale à P = U I = R I² = U²/R.
Cette résistance dissipe alors
une énergie thermique (chaleur, en
joules) qui est EXACTEMENT EGALE à l’énergie électrique consommée (en
joules également). La chaleur étant la forme la plus dégradée de l’énergie, et
cette dernière se conservant globalement, le
rendement ne peut donc être que 100%.
La transmission de la chaleur
Il existe trois moyens de
transmettre la chaleur :
- La conduction : si une barre solide est chauffée à une de ses extrémités, le reste de la barre s’échauffera progressivement jusqu’à l’autre extrémité, à une vitesse très variable selon sa longueur et son matériau. Il en va de même pour une paroi plate : si l’on chauffe un côté, la température de l’autre côté augmentera plus ou moins vite. C’est très apparent pour les métaux, et particulièrement pour l’argent, le cuivre et l’aluminium. Tout matériau est plus ou moins conducteur. S’il l’est très peu, il est qualifié d’isolant : polystyrène, mousses organiques diverses, laines et feutres organiques ou minéraux… La transmission par conduction est lente.
- La convection : La chaleur issue de la source (effet Joule, combustion et toute réaction chimique exothermique, fission nucléaire) chauffe localement le fluide présent (air, eau, fumées, liquide caloporteur…) dont le déplacement permet de transporter cette chaleur ailleurs. Elle est dite naturelle si le fluide chaud se répartit spontanément dans l’ensemble du fluide, et forcée si son mouvement est obtenu artificiellement. Exemples de convections forcées, assez rapides:
- Le fluide de refroidissement d’un moteur d’automobile transporte la chaleur indésirable des cylindres au radiateur extérieur qui la dissipera dans l’air.
- L’eau primaire d’un réacteur nucléaire EPR transporte la chaleur utile créée par la fission dans les barres d’uranium, depuis le cœur jusqu’à l’échangeur où elle transmet sa chaleur à la vapeur d’eau secondaire.
- L’eau d’un chauffage central, chauffée par la chaudière centrale, transporte sa chaleur utile vers les convecteurs des différents locaux.
- Le rayonnement : Tout un corps porté à une température absolue T (degrés Kelvin) rayonne selon un spectre (gamme de longueurs d’onde) qui dépend de T. Ce rayonnement est faible et invisible jusque vers 800° K (527° C). Il augmente avec la température dans toutes les fréquences et particulièrement dans les fréquences élevées, atteignant le spectre visible du rouge au violet, et au-delà, dans l’ultraviolet. Le rayonnement est pratiquement instantané. Si la température est très élevée (filament de tungstène dans le vide d’une ampoule électrique traditionnelle), le rayonnement est prépondérant sur les autres transmissions. Il est directionnel : il ne chauffe que les surface qui l’absorbent. Le soleil chauffe la terre exclusivement par rayonnement, dans une large gamme du spectre incluant la lumière visible.
- Cumul des modes : bien entendu, ces trois modes de transmission ne sont pas exclusifs l’un de l’autre. Ils sont souvent simultanés, dans des proportions très variables.
Les différents types de radiateurs
électriques
L’effet Joule, très anciennement
connu, a été utilisé pour le chauffage domestique dès la montée en puissance
des réseaux électriques avant 1939, sous forme de convecteurs d’appoint mobiles
fonctionnant par convection : l’air, au contact des résistances, s’échauffe,
monte et circule dans la pièce. Dès les années 60, des chauffages principaux
électriques ont apparu dans les logements. Dans les années 70, la baisse du
prix de l’énergie électrique permise par la production électronucléaire, jointe
à l’augmentation du prix du fioul domestique, les a généralisés à la majorité
des logements construits depuis. Presque tous ces chauffages étaient de
convecteurs muraux.
Le développement du chauffage
électrique a néanmoins rencontré deux écueils :
- L’audience accrue du mouvement écologiste dès les années 90 a amené, avec juste raison, une prise de conscience de l’opinion publique sur le risque climatique lié aux émissions de CO2 résultant de l’utilisation toujours croissante des combustibles fossiles. Sans doute en raison de ses origines antinucléaires et pacifistes, ce mouvement a paradoxalement inclut l’électronucléaire dans ses cibles, et a donc lutté contre le chauffage électrique, alors même que l’énergie électronucléaire n’émet pas de CO2, évite la consommation de combustibles fossiles et se trouve totalement déconnectée des armes atomiques.
- La généralisation de convecteurs électriques dans des immeubles bon marché, pas ou très mal isolés, a débouché sur des consommations élevées qui ont amené l’image d’une énergie chère, ce que les chiffres ne montrent pas, mais qui est aussi induite par les normes de qualité énergétique des bâtiments, fortement biaisées, adoptées sous l’influence de ce même mouvement.
Ces écueils ont amené une défiance
du public, et notamment des acquéreurs de logements neufs, comme des acquéreurs
de radiateurs électriques en rénovation ou en appoint, vis à vis de ces convecteurs.
Ce sont des produits extrêmement
simples, et très bon marché : une boîte plate en tôle, fixée au mur,
ajourée en bas et en haut, comporte en bas une résistance électrique qui
chauffe l’air, lequel circule naturellement de bas en haut comme dans une
cheminée. Leur seule évolution a été le passage du thermostat électromécanique (bilame qui coupe le courant quand
la température de de consigne est atteinte dans la pièce) au thermostat électronique qui assure la
même fonction, mais beaucoup plus fréquemment et silencieusement, avec la
perception d’une puissance réduite et continue améliorant le confort.
Image « Pages-Energie »
Les fabricants et les promoteurs de
convecteurs ont cherché à segmenter leur
gamme et à lui apporter de la valeur ajoutée. Faute de pouvoir jouer sur le
rendement, qui est de toujours de 100% par nature, ils ont cherché à jouer sur
la transmission de la chaleur, et ont
fait la promotion des panneaux radiants. Ceux-ci se caractérisent par un
panneau à une température plus élevée que les parois d’un convecteur, protégé
par un grillage pour prévenir les brûlures, et de surface plus élevée, de
manière à augmenter le rayonnement par
rapport à la convection, bien que les deux modes existent naturellement dans
les deux types d’appareils.
Image « MaisonBrico »
Le rayonnement est absorbé par
tout ce qu’il rencontre : murs et cloisons de la pièce, mobilier et
personnes présente. La perception
directe de la chaleur par les personnes permet d’assurer leur confort avec une
température un peu plus basse dans la pièce, ce qui peut amener une petite
économie. Selon le nombre d’appareils installés, le panneau radiant amène aussi
une température un peu plus homogène. Mais
il faut bien comprendre que :
- En l’absence de personnes présentes, un convecteur ou un panneau radiant de même puissance aboutiront exactement à la même température moyenne de la pièce.
- Pour que le panneau radiant apporte un petit avantage de confort, les personnes doivent être placées face à lui, sans écran interposé (meuble, autre personne…), et assez près : si la distance double, le rayonnement reçu par la personne est divisé par quatre.
Vendus nettement plus cher, ils
ont reconstitué les marges des fabricants et distributeurs qui en ont assuré la
promotion, parlant à tort de « meilleur rendement » et dévalorisant abusivement
les convecteurs qualifiés de « grille-pains ».
Sans nier le petit avantage des
panneaux radiants pour le chauffage des personnes (et seulement d’elles) leur
supplément de prix n’est pas toujours justifié. Pratiquement, ils sont à
conseiller dans les salles de séjour, mais apportent peu dans une chambre à coucher.
Les radiateurs « sèche-serviettes » sont intermédiaires entre
les précédents: leur grande surface améliore le rayonnement, mais ils sont à
plus basse température que les panneaux radiants. Leur structure très divisée est favorable à
la convection.
Radiateur Bahia AirElec
Au-delà des panneaux radiants,
les infrarouges muraux utilisés dans
les salles de bains, beaucoup plus chauds, sans écran de protection fin, ce qui
oblige à les placer en hauteur, rayonnent dans le rouge et l’infrarouge. Leur
temps d’utilisation limité les rend économiquement intéressants : ils
chauffent les personnes beaucoup plus que la pièce, et ce, juste pendant le
temps nécessaire. Binaires (en marche ou arrêtés), leur confort est discutable.
Image Noirot
A l’inverse, les radiateurs d’appoint soufflants transfèrent
la chaleur principalement par convection forcée. Ils sont directionnels et donc
aptes à chauffer des personnes proches plutôt que la pièce, pendant le temps
strictement nécessaire, et donc économiques, en concurrence directe avec les
infrarouges. Mais ils ne sont pas silencieux, et pas à l’optimum du confort thermique.
Image Tecnolec publiée par Darty
Les arguments usuels contre le
convecteur qui apporterait une chaleur
trop sèche sont fondés, mais malheureusement partagés avec presque tous les autres types de chauffage : quand
l’air froid extérieur, à 5°C par exemple, ayant une humidité relative de 50%
(réputée agréable) est chauffé à 22°C sans apport d’eau, son humidité relative
baisse de 50% à 15%, et il peut être
qualifié d’air trop sec. Ceci traduit le fait que l’air à 22° peut absorber
environ 3 fois plus d’eau que l’air à 5°C, alors que le chauffage n’en n’a pas
apporté. Ce problème est commun à tous les modes de chauffage, convecteurs,
panneaux radiants et infrarouges électriques, chauffage central à eau chaude
quelle que soit la nature du combustible… Il ne se pose pratiquement pas dans
des cuisines ou salles d’eau où les apports en eau sont importants :
douches, eau bouillante, etc. On peut aussi poser des saturateurs, récipients poreux remplis d’eau, sur les convecteurs,
mais il faut penser à les remplir (image ci-dessous). Seules les climatisations
avec régulation d’hygrométrie, très peu usuelles dans les logements, résolvent
ce problème.
Image « notrefamille.com »
Les radiateurs à inertie solide ou fluide ne sont pas traités ici.
Ils permettent de différer de quelques heures la dissipation de la chaleur par
rapport à la consommation électrique, ce qui n’est pas sans intérêt, mais n’ont
pas davantage pour effet d’améliorer le rendement, en dépit d’argumentaires qui
vantent le fait qu’ils chauffent plus longtemps (mais moins !). Beaucoup
plus chers, ils sont fortement promus par leurs fabricants et distributeurs,
sans que ce soit toujours justifié. A n’acheter qu’après analyse fine du besoin
et de la tarification électrique !
Conclusion
Comme on le voit, chaque mode de
chauffage électrique a ses avantages et ses inconvénients. Le choix sera
fonction de l’utilisation, par exemple :
- Panneaux radiants dans le séjour et les pièces à vivre.
- Sèche-serviettes, éventuellement complétés par des infrarouges, dans les salles de bains.
- Convecteurs dans les chambres à coucher, la cuisine, l’entrée, les WC.
- Radiateurs soufflants en demi-saison, pour utilisation brève.
Il faut se rappeler de ce que, pour
porter une pièce à une température déterminée, ils sont tous équivalents, car
tous ont un rendement de 100%. Il reste que les convecteurs sont les moins
chers, peu encombrants, et silencieux : Il n’y a donc pas lieu de mépriser
leur simplicité !
