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Les bains publics, un luxe partagé

Mon, 25 Nov 2024 00:00:00 +0000

Image : Bains publics construits au-dessus d’une source chaude, Taïwan. Photo datant du début du XXe siècle, domaine public.

Pas d’eau courante à domicile

Dans les sociétés industrielles, peu d’activités exigent autant d’intimité que le lavage et les soins corporels. Nous le faisons généralement seuls, dans nos salles de bains privatives, portes fermées à clé. Dans le passé, ce n’était pas la norme. Se baigner en présence d’autres personnes était la règle plutôt que l’exception. Jusqu’à la première moitié du XXe siècle, de nombreux foyers, même dans les sociétés les plus modernes, ne disposaient pas d’eau courante… Et encore moins d’une salle de bains privative. ¹

Une salle de bains nécessite une alimentation en eau domestique, mais aussi une évacuation des eaux usées et une source d’énergie pour chauffer l’eau. Bien sûr, il est possible de prendre un bain chaud chez soi sans ces infrastructures. Depuis l’Antiquité, les plus riches ont construit des bains privatifs dans leurs maisons. Le plus souvent, ils pouvaient le faire parce que des personnes moins aisées – serviteurs ou esclaves – remplissaient et vidaient leurs baignoires avec des seaux d’eau et ramassaient du bois pour les chauffer.

Cependant, il était généralement plus pratique d’aller à l’eau au lieu de la faire venir. Certains se baignaient dans une rivière, un lac ou une source. D’autres, surtout en milieu urbain, se rendaient aux bains publics.

Image : Bains à Aix-la-Chapelle, Allemagne, par Jan Luyken, 1682.

Les bains sont-ils non durables ?

Les pratiques modernes de bain sont un exemple typique de mode de vie non durable, reposant sur les énergies fossiles. La production d’eau chaude représente la deuxième plus grande consommation d’énergie dans de nombreux foyers (après le chauffage et/ou la climatisation), et une grande partie de cette eau est utilisée pour les bains ou les douches. ² La salle de bains moderne consomme également beaucoup d’eau et ajoute une consommation d’énergie supplémentaire par le chauffage de l’espace et le traitement des eaux usées. La construction et la rénovation des salles de bains nécessitent également des ressources.

Les défenseurs de la durabilité suivent deux stratégies pour résoudre ces problèmes. La première stratégie se concentre sur des solutions technologiques, telles que les pommeaux de douche à faible débit, les chauffe-eau alimentés par des capteurs solaires, les systèmes de récupération de chaleur des eaux usées et le recyclage des eaux grises. La deuxième stratégie repose sur des changements comportementaux ou sociaux en remettant en question les normes modernes de propreté et de confort : prendre des bains ou des douches plus courts et moins fréquents, prendre des douches froides ou se laver rapidement au lavabo. ²³

Il est peu probable que ces stratégies donnent des résultats significatifs. De nombreuses solutions technologiques sont difficiles, voire impossibles à installer dans les bâtiments existants, surtout en milieu urbain. Par exemple, plus le nombre d’étages augmente, moins il y a de place sur le toit pour installer des panneaux solaires pour tous les résidents. D’un autre côté, présenter l’inconfort comme un sacrifice nécessaire pour la durabilité risque de ne pas encourager une adoption plus large des pratiques écologiques. ³⁴

Le bain public permet de dissocier plus facilement les pratiques de bain des énergies fossiles.

Le bain public pourrait être une troisième piste, mais elle est rarement évoquée. C’est d’autant plus surprenant que, sur le plan de l’efficacité des ressources, il est difficile de faire mieux. Construire et exploiter un bain public pour 1 000 personnes nécessite beaucoup moins d’énergie que de construire et exploiter 1 000 salles de bains individuelles. Un bain public est également plus efficace en termes de matériaux, d’argent et d’espace. ⁵

Tout aussi important, le bain public facilite l’application des technologies durables mentionnées précédemment. Cela réduit encore la consommation d’énergie et permet de dissocier les pratiques de bain des énergies fossiles. Enfin, un bain public peut améliorer considérablement la durabilité sans encourager l’inconfort. Au contraire, mutualiser les ressources pour construire quelque chose pour une communauté plutôt que pour chaque foyer individuellement permet d’atteindre un niveau élevé de luxe durable. C’est peut-être plus vendeur que des douches froides.

Image : Bains publics de Dunkerque, France, ouverts en 1897.

Bains dans les rivières, les lacs et les sources thermales

La nature a fourni à l’homme des moyens de se baigner tels que des ruisseaux, des rivières, des piscines naturelles, des lacs, des cascades ou la pluie. Pendant longtemps, l’humanité a vécu en Afrique tropicale, où il n’était pas nécessaire de chauffer l’eau artificiellement pour se baigner confortablement. Lorsque nous nous sommes déplacés vers des climats plus froids, la nature nous a offert une autre solution : les sources d’eau chaude. Des dizaines de milliers de sources thermales existent à travers le monde. Seuls quelques pays en sont encore totalement dépourvus. ⁶⁷

Se baigner dans des sources d’eau chaude était une pratique courante dans les civilisations anciennes du monde entier. Cependant, cette pratique remonte à une époque encore plus lointaine. Des preuves archéologiques montrent abondamment que de nombreuses colonies préhistoriques se sont établies près de sources d’eau chaude ⁶⁸. Il est impossible de prouver de manière irréfutable que les gens utilisaient ces eaux pour se baigner, mais pourquoi ne le feraient-ils pas, surtout dans les régions froides ? ⁹

On appréciait déjà les bains chauds bien avant l’invention de l’écriture.

Le bain moderne consomme des énergies fossiles, mais ce n’était pas toujours le cas dans le passé, où des pratiques plus écologiques existaient. Dans le cas des sources thermales, l’ensemble de l’infrastructure et du fonctionnement – approvisionnement en eau, drainage et source de chaleur – est déjà en place.

Nos ancêtres ont également inventé le bain de vapeur ou hammam pour profiter de l’eau froide en toutes saisons et sous tous les climats. Plutôt que de chauffer l’eau, ils chauffaient les personnes afin qu’elles puissent se baigner confortablement dans l’eau froide. Les premières huttes de vapeur, datant de la préhistoire, n’étaient guère plus que de petites cabanes en rondins ou des structures en forme de tente recouvertes de couvertures en laine ou de peaux. ¹⁰¹¹¹²¹³

Peinture : Baignade, huile sur toile, Paul Gauguin, 1886.

La naissance des bains publics

Les bains artificiels en brique ou en pierre sont apparus il y a environ 4 000 ans. ¹⁴ Ils pouvaient être des piscines en plein air, des bains publics ou des salles de bains privatives. De nombreuses piscines et bains publics ont été construits au-dessus de sources chaudes naturelles, modifiant l’environnement naturel pour le rendre plus pratique, sûr et attrayant. ⁶⁸ Les gens ont également commencé à détourner l’eau vers des bains urbains en utilisant des canaux, des tuyaux et des aqueducs. Ils ont commencé à construire des bains utilisant de l’eau chauffée artificiellement.

Les anciens Romains sont les plus célèbres pour leurs bains publics, bien qu’ils se soient beaucoup inspirés des anciens Grecs. Les bains grecs comprenaient des salles avec des baignoires individuelles contre les murs. Les baigneurs, assis bien droit, se versaient de l’eau chaude sur eux-mêmes ou faisaient faire cela par un serviteur. En revanche, les Romains partageaient l’eau dans de grandes baignoires ou piscines. Tous deux utilisaient également des bains de vapeur. ¹⁵¹⁶¹⁷¹⁸

À l’apogée de l’Empire, la ville de Rome comptait à elle seule environ 1 000 bains publics pour une population d’environ 1 million d’habitants, soit un établissement de bains pour 1 000 personnes. ⁸¹⁹ Les bains publics les plus importants étaient les “thermes”, qui pouvaient accueillir jusqu’à plusieurs milliers de personnes en même temps. Ces installations, présentes uniquement dans les plus grandes villes, étaient richement décorées de mosaïques, de piscines et de sols en marbre, de colonnes de granit et de statues. Cependant, la plupart des bains romains étaient des bains de quartier plus petits appelés « balnea ». ¹⁵

Image : Coupe transversale des thermes de Dioclétien par l’architecte français Edmond Paulin, 1880. Ce complexe de bains était le plus grand de la Rome antique, avec une capacité de plus de 3 000 personnes.

Les bains publics à l’époque préindustrielle

L’histoire des bains publics se poursuit après la chute de l’Empire romain. En Orient, le bain romain a évolué en hammam, abandonnant les piscines pour se concentrer davantage sur la transpiration comme méthode de nettoyage. ²⁰²¹ Après un bain de vapeur, les gens se jettent de l’eau dessus. Rappelant les petits bains romains connus sous le nom de balnea, les hammams se sont répandu en grand nombre dans toutes les villes du monde islamique, facilitant la propreté corporelle et l’accomplissement des ablutions avant la prière. ²²

En Europe occidentale, de nombreux bains romains sont tombés en ruine. Cependant, les bains publics ont fait leur grand retour à la fin du Moyen Âge, avec une nouvelle période d’urbanisation. ²³²⁴²⁵ Aux XIIIe, XIVe et XVe siècles, de nombreuses villes européennes comptaient un bain public pour 2 000 à 5 000 habitants. ²⁶ Nombre d’entre eux étaient des bains de vapeur inspirés du hammam. Un deuxième type d’établissement de bains proposait des baignoires en bois pouvant accueillir un petit groupe de personnes. Le bain public médiéval était connu sous le nom d’« étuve » (« stew » en anglais), un terme qui fait référence au four qui chauffait l’eau pour les baignoires ou remplissait la pièce de vapeur. ²³²⁵

Image : Un ancien bain médiéval, construit en 1562, à Münden, en Allemagne. Photo par Axel Hindemith (CC BY-SA 4.0).

Image : Le bain public des femmes, par Albrecht Dürer, 1496.

Peinture : Bains Rudas, Ludwig Rohbock, 1850. Les bains Rudas de Budapest ont été construits en 1550 et sont toujours en activité.

L’Europe du Nord et la Russie, qui n’ont jamais été conquises par les empires romain ou islamique, sont restées fidèles aux bains de vapeur et aux bains d’air chaud. Par exemple, des « banyas » publiques existaient dans les villes de la Moscovie au Moyen Âge. ¹² L’Asie a également développé des cultures de bain indépendantes. Notamment dans le Japon de la fin du Moyen Âge, les gens partageaient des bains chauds privés entre familles, voisins et amis pour des raisons économiques. Pour ces “bains coopératifs” de quatre à dix personnes, chaque baigneur apportait un peu de bois pour chauffer l’eau. Cette pratique a évolué en bains publics plus grands – les « sento » – qui ont vu leur popularité augmenter à partir du XVe siècle. ²⁷²⁸

Image : Femmes prenant un bain de vapeur. Gravure sur bois d’Olaf Sörling.

Image : Hommes dans un établissement de bains publics japonais, début du XX^e siècle. Image dans le domaine public.

Se baigner pour le plaisir

De nos jours, les défenseurs de la durabilité qui prônent des douches plus courtes ou moins fréquentes considèrent implicitement le bain comme une pratique strictement utilitaire. Cependant, le bain n’a jamais été une simple question d’hygiène, et ce pendant la majeure partie de l’Histoire. En plus de s’y laver, les gens se rendaient dans les bains publics pour se détendre, s’amuser et se retrouver entre eux. Le bain, quelle que soit sa forme, durait souvent des heures et était loin d’être une action rapide. ¹⁵²⁸

Les Grecs de l’Antiquité s’asseyaient côte à côte dans des baignoires individuelles pour converser, ce pour quoi l’acoustique du lieu était parfaitement adaptée. ²⁹ Dans la Rome Antique, les thermes étaient des lieux où les gens se rendaient presque quotidiennement pour être vus, se rencontrer, se détendre, bavarder, faire du sport ou même dîner et étudier. Les baigneurs avaient accès à des soins de beauté et pouvaient ainsi se faire masser, raser, coiffer ou épiler. Ils y célébraient des fêtes et des anniversaires et honoraient des invités étrangers. ¹⁵¹⁷¹⁹²⁵³⁰

Le bain, quelle que soit sa forme, durait souvent des heures et était loin d’être une action rapide.

Les bains publics européens médiévaux perpétuaient ces traditions avec moins de splendeur, mais pas nécessairement moins d’entrain. Ainsi, les étuves médiévales où l’on se baignait dans des baquets en bois étaient souvent un lieu de divertissement. On y trouvait de la nourriture, des boissons, de la musique et divers soins corporels. ²³ Au Japon, au cours du XVI^e siècle, les bains publics sont devenus des lieux de rassemblement et de socialisation, où de grands groupes de personnes mangeaient, buvaient et chantaient. ²⁷²⁸ Les bains de rivière, qui ont perduré autour des villes et dans les zones rurales jusqu’au XX^e siècle, étaient une sorte de jeu dans lequel on pouvait pratiquer la natation. ³¹

En parallèle, les bains avaient la réputation de pouvoir prévenir et guérir les maladies, conformément aux idées d’Hippocrate. Selon lui, on pouvait maintenir ou rétablir l’équilibre des fluides corporels en exposant le corps au froid, au chaud, à l’humidité ou à la sécheresse. L’agencement des bains préindustriels reflétait ces idées, avec des bassins et des espaces dédiés à différentes températures. ¹⁵²¹

Image : Dessin miniature dans "De Sphaera Mundi", écrit par Johannes de Sacrobosco, vers 1230.

Jeu d’échecs dans les bains Széchenyi à Budapest, en Hongrie, dans les années 1970. Photo de Kereki Sándor. Trouvé à [Fortepan](https://fortepan.hu/hu/).

Un luxe partagé

Si ces aspects de plaisir, d’interaction sociale et de soins sont encore présents aujourd’hui dans les stations thermales minérales, ces dernières se distinguent nettement des pratiques du bain antérieures. Un spa moderne est bien trop cher pour remplacer une salle de bain privée. À l’inverse, les bains publics historiques étaient une institution égalitaire.

Les bains publics romains n’étaient pas ou peu payants et étaient ouverts à tous. Il n’y avait pas de zones réservées aux clients de haut rang. L’architecture splendide et la décoration opulente des bains publics garantissaient que même le plus humble des serviteurs pouvait goûter au luxe. ¹⁵¹⁷¹⁹ En Europe, ces coutumes ont perduré jusqu’au Moyen Âge et se retrouvent dans plusieurs cultures du bain à travers le monde. ²³ Au Japon, par exemple, les bains publics ont contribué à « déconstruire lentement la hiérarchie sociale existante et à fluidifier les échanges culturels entre l’élite et les roturiers ». ²⁸³²

La seule séparation se trouvait entre les hommes et les femmes, et elle était loin d’être universelle au cours de l’Histoire. Ils se rendaient dans des thermes différents, y occupaient des espaces différents ou partageaient les mêmes espaces mais à différents moments de la journée ou de la semaine. ¹²¹⁵¹⁷¹⁹²³

Image : Un sento au Japon. Photo de [Stuart Gibson](https://stuartgibson.aminus3.com/portfolio/).

L’utilisation de combustibles dans les bains publics romains

Ce luxe partagé était-il durable ? La plupart des études sur l’utilisation de l’énergie dans les bains publics portent sur les thermes de la Rome antique. Les historiens ont parfois reproché aux thermes de l’Empire leur gaspillage, estimant que leur utilisation généralisée avait engendré la déforestation. ³³³⁴³⁵ Toutefois, les recherches archéologiques, les analyses thermiques et les études sur le transfert thermique menées ces dernières années ont révélé que les thermes de la Rome antique, malgré leur opulence, offraient d’excellentes performances énergétiques. ³⁶³³

La première raison était le système d’hypocauste. Il s’agit d’un ou de plusieurs fours souterrains qui diffusent de l’air chaud sous le sol et dans les murs creux (certains bains ont également des plafonds chauffés). Grâce aux grandes surfaces lumineuses, l’intérieur du bâtiment peut être chauffé à une température plus basse, ce qui permet d’économiser de l’énergie. Bien que l’eau des bassins soit régulièrement réchauffée dans une chaudière isolée située à proximité du four, la chaleur des planchers et des murs contribue à la maintenir chaude pendant une longue période. ³⁶³³

Une étude des thermes de Stabies, l’un des plus anciens thermes conservés, indique une consommation de bois de chauffage de 5 à 8 kg par heure, en fonction de la saison. ³⁶³⁷ Cela correspond à un approvisionnement en bois d’un peu plus de 60 frênes par an, ce qui ne risquait pas de provoquer une déforestation. ³⁶ La consommation de bois de chauffage était probablement encore plus basse, car les thermes romains complétaient régulièrement le bois par d’autres combustibles disponibles localement, qui étaient d’ailleurs souvent des déchets : roseaux, sous-produits de récolte (noyaux d’olives, déchets de vergers, paille) et déchets animaux (fumier et os). ³³

De nombreux thermes romains étaient chauffés presque exclusivement à l’énergie solaire les jours ensoleillés.

En suivant la même méthodologie, l’étude d’un complexe de bains publics plus récent – les thermes du Forum d’Ostie – montre que les Romains ont constamment amélioré l’efficacité énergétique de leurs bains publics. ³⁸³⁹ Les thermes du Forum d’Ostie faisaient presque le triple des thermes de Stabies : 923 m² d’espace chauffé, contre 310 m². Cependant, l’on estime qu’ils consommaient seulement une centaine d’arbres par an, soit moins du double que ceux de Stabies. ³⁸³⁶ Les bains publics plus récents avaient des murs plus épais (deux mètres au lieu d’un mètre) et des fenêtres beaucoup plus grandes, ce qui augmentait la contribution du rayonnement solaire. Des recherches antérieures ont montré que, lors des jours ensoleillés, les thermes du Forum étaient chauffés presque exclusivement par l’énergie solaire. ⁴⁰

Les études ci-dessus supposent que les Romains chauffaient leurs thermes 24 heures sur 24 et ne les fermaient que pour l’entretien. Les bains publics de la Rome antique étaient probablement chauffés aussi pendant la nuit, car c’était plus pratique et plus efficace sur le plan énergétique. De nombreux bains étaient ouverts tous les jours et il fallait parfois une journée entière pour les réchauffer après entretien. Au cours des siècles suivants, les étuves et les hammams médiévaux utilisaient souvent la chaleur ou les cendres du four pour cuire du pain et d’autres aliments pendant la nuit. ⁴¹ Les hammams et les étuves médiévales étaient moins efficaces sur le plan énergétique que les thermes romains. Les sols des hammams étaient chauffés, mais pas leurs murs, et ils avaient peu de fenêtres alors que les étuves médiévales n’avaient souvent rien de tout cela.

Image : Les grandes fenêtres des thermes du Forum. Image : [Jan Theo Bakker](https://www.ostia-antica.org/regio1/12/12-6.htm).

Image : L’hypocauste du complexe des Grands Bains, Dion antique. Photo prise par Carole Raddato (CC BY-SA 2.0).

Image : Reconstruction historique des thermes romains de Weißenburg, en Allemagne, à l’aide de données obtenues par balayage laser. Crédit : [CyArk](https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:Cyark_Weissenburg_Reconstruction.jpg#filelinks). CC BY-SA 3.0

Comparons les bains publics romains aux salles de bain privées

Où la consommation d’énergie des bains publics romains se situe-t-elle par rapport à celle d’une douche moderne ? Les études n’apportent pas de réponse, mais un calcul rapide montre qu’un bain dans des thermes de la Rome antique, qui durait des heures, était plus économe en énergie qu’une douche dans une salle de bain privée actuelle, qui dure en moyenne 9 minutes. La consommation quotidienne d’énergie des thermes du Forum correspond à la consommation quotidienne d’énergie de 557 douches. Les thermes pouvaient accueillir jusqu’à 500 baigneurs à la fois, et bien que nous ne sachions pas combien de personnes fréquentaient les thermes du Forum chaque jour, il est probable que la fréquentation dépassait ce chiffre. ⁴²

Un bain dans des thermes de la Rome antique, qui durait des heures, était plus économe en énergie qu’une douche dans une salle de bain privée actuelle, qui dure en moyenne 9 minutes.

En outre, dans le calcul ci-dessus, la consommation d’énergie pour la douche ne concerne que le chauffage de l’eau, alors que la consommation de combustible pour les bains publics comprend également et principalement le chauffage des locaux. ³⁶ Par exemple, en supposant que l’eau des bassins des thermes de Stabies n’était changée qu’une fois par jour, le chauffage de l’eau représentait moins de 10 % de la consommation totale d’énergie, ce qui correspond à la consommation d’énergie de 52 douches seulement. La faible consommation d’énergie pour le chauffage de l’eau s’explique en partie par l’excellente isolation thermique des sols et des murs chauffés, ce qui signifie que le chauffage de l’espace et de l’eau est indissociable. De plus, les Romains se partageaient l’eau dans des bassins, alors que chaque douche nécessite de l’eau propre chauffée pour cette dernière.

De même, les bains publics de la Rome antique soutiennent avantageusement la comparaison avec nos modèles de sauna d’extérieur modernes. Ces derniers consomment entre 5 et 15 kg de bois de chauffage par séance. ⁴³ Donc, en seulement seize séances de sauna d’extérieur, on brûle autant de bois que les thermes de Stabies en une journée. Le sauna n’a pas de plancher ni de parois chauffées. Historiquement, il était souvent construit partiellement sous terre pour économiser du combustible, mais de nos jours, il s’agit généralement d’un ouvrage mal isolé, situé dans un environnement froid.

Image : Sandales de bain pour femmes, Arabie saoudite. Les sols chauffés des hammams sont trop chauds pour y marcher pieds nus. Source : [Wereldmuseum](https://collectie.wereldmuseum.nl/) (CC BY-SA 4.0).

Les bains publics de la révolution industrielle

Les pratiques du bain ont beaucoup évolué depuis l’époque romaine et la fin du Moyen Âge, en particulier dans la majeure partie du monde occidental. Peu d’entre nous ont le temps ou même le besoin de s’attarder dans des bains publics pendant plusieurs heures par jour, et certains d’entre nous peuvent se sentir mal à l’aise à l’idée de se baigner en public. ³⁰ Cependant, les bains publics peuvent également prendre une forme plus conforme aux coutumes balnéaires modernes. Les bains publics de la révolution industrielle en sont la preuve.

Au XIX^e siècle et au début du XX^e siècle, les villes ont accueilli un grand nombre d’immigrants venus travailler dans les usines. La plupart d’entre eux étaient logés dans des immeubles surpeuplés sans eau courante, entraînant des conditions de vie insalubres. ⁴⁴ Les épidémies récurrentes et les nouvelles avancées médicales ont conduit à un « évangile de la propreté », se traduisant par un nouvel essor des bains publics dans le monde occidental. Beaucoup de ces bains n’ont disparu qu’entre les années 1950 et 1980.

Le mouvement en faveur de l’hygiène publique est né en Angleterre et y a atteint son apogée dans les années 1840. En 1896, plus de 200 municipalités britanniques disposaient de bains publics. Les bains anglais s’inspiraient de la grandeur des bains romains tant sur leur plan architectural que décoratif : ils étaient « grands, beaux et coûteux » ⁴⁴, mais ils ne reproduisaient pas les coutumes de bain de l’Antiquité. Les différentes sections des établissements de bains étaient réservées à différentes classes sociales. En outre, bien que les bassins favorisaient toujours les interactions sociales, les baignoires étaient désormais situées dans des compartiments individuels. Enfin, les établissements de bains modernes imposaient des limites de temps pour l’utilisation du bassin et des baignoires. ⁴⁴⁴⁵⁴⁶

Image: Bains publics de Nechelles à Birmingham, Angleterre, 1910. Image par Oosoom (CC BY-SA 3.0).

Image: L’intérieur restauré de l’Amalienbad à Vienne, en Autriche, construit en 1926. Il s’agissait de l’un des plus grands établissements de bains d’Europe de l’époque, pouvant accueillir jusqu’à 1 300 baigneurs simultanément. Le toit d’origine pouvait coulisser par beau temps. Image par Schwimmschule Steiner (CC BY-SA 4.0).

Le Bain-Douche

L’Allemagne, premier pays du continent à suivre les Britanniques, a également construit des bains monumentaux. ⁴⁷ Cependant, dans les années 1880, le médecin berlinois Oscar Lasser a affirmé que les grands bains étaient trop coûteux pour être construits dans les dimensions nécessaires. Il a proposé de construire des bains plus petits ne comportant que des douches dans des compartiments individuels. Jusqu’alors, la douche était principalement associée à une baignoire ou utilisée dans les casernes et les prisons, où les soldats et les détenus se douchaient à l’eau froide. ⁴⁶⁴⁴²⁵

Le bain-douche est devenu le type de bain public prédominant dans la plupart des pays d’Europe occidentale, ainsi qu’en Amérique du Nord, où le mouvement de réforme sanitaire a pris de l’ampleur dans les années 1890. ⁴⁸⁴⁹ Ce mouvement a fait disparaître les derniers vestiges de la culture des bains antiques en remplaçant les bassins par une architecture plus pratique. Pour le meilleur ou pour le pire, les bains publics de la révolution industrielle étaient « l’antithèse des bains préindustriels ». ⁴⁵ Bien que les baigneurs utilisaient toujours les infrastructures communes, il n’y avait plus d’espace dédié au plaisir, à l’interaction sociale, à la nudité publique et à la mixité sociale.

Pour le meilleur ou pour le pire, les bains publics de la révolution industrielle étaient l’antithèse des bains préindustriels.

Au fur et à mesure que les classes sociales plus aisées disposaient de leur propre système d’approvisionnement en eau et leurs propres salles de bains, les bains publics étaient de plus en plus associés à la pauvreté. Bien que les bains-douches ne disposaient pas de sections séparées pour les différentes classes sociales, ils étaient principalement construits dans les quartiers défavorisés et ne s’adressaient qu’aux personnes pauvres. Les baigneurs étaient conduits à leur cabine de douche par un gardien, qui ouvrait le robinet, décidait de la température de l’eau et déclenchait une minuterie. Ils ne disposaient que de 20 minutes au maximum pour se déshabiller, se doucher et se rhabiller. ⁴⁴⁴⁵ «Les pauvres devaient être propres, mais ne pas trop en profiter». ⁴⁴

Image : Le dernier gardien d’un établissement de bains à Haarlem, aux Pays-Bas, en 1984. Image dans le domaine public.

Bains et douches équipés de minuteurs dans les bains publics d’Amsterdam, 1985. Source : [Stadsarchief Amsterdam](https://archief.amsterdam/beeldbank/detail/ca27031b-8e92-023a-eb42-461dc0cf6fd2/media/728f468c-3dca-91e3-0eb9-6dca39ea8130?mode=detail&view=horizontal&q=badhuis&rows=1&page=24).

Image: Cabines de douche dans un bain public à Amsterdam, Pays-Bas. Stadsarchief Amsterdam.

Image : Chaufferie d’un bain municipal à Amsterdam, Pays-Bas, 1985. Stadsarchief Amsterdam.

Le retour des bains publics ?

En Europe et en Amérique du Nord, les bains publics ont cessé d’exister avec l’avènement des salles de bain privées, même si nous continuons à nous laver ensemble dans les centres sportifs et à utiliser des salles de bain communes dans les auberges ou les campings. Les bains publics subsistent ailleurs, mais sont en déclin dans la plupart des pays. Le Caire, par exemple, ne comptait que huit hammams en 2000, contre plus de soixante-dix au début du 19e siècle. ⁵⁰⁵¹ En 1968, l’agglomération de Tokyo comptait 2 687 bains publics. En 2022, il n’en restait plus que 462. ⁵²⁵³

Historiquement, les bains publics sont nés d’un besoin d’efficacité, car prendre un bain individuellement nécessitait trop de ressources. Ce n’est plus le cas grâce au progrès des infrastructures centrales : énergies fossiles, électricité, approvisionnement en eau, égouts. Cependant, face à la crise environnementale actuelle, l’efficacité des bains publics en termes de ressources est redevenue d’actualité. C’est une solution qui pourrait réduire rapidement la consommation d’énergie sans nécessiter de nouvelles technologies ni sacrifier le confort. La résilience est un autre argument en faveur de l’établissement de bains. ⁵⁴

Image : Bains municipaux à Javaplein à Amsterdam, Pays-Bas. Image : Stadsarchief Amsterdam.

Image: Un ancien bain public à Flensburg, en Allemagne. Image : VollwertBIT (CC BY-SA 2.5).

Quel type de bains publics souhaitons-nous ?

La transformation des bains publics aux XIXe et XXe siècles, qui a également touché ceux en dehors du monde occidental, constitue un défi pour tous ceux qui souhaiteraient faire revivre les bains publics dans une optique de durabilité. Quel type d’établissement de bains souhaitons-nous ? Bien entendu, le bain romain et le bain-douche sont deux extrêmes, mais de nombreuses formes intermédiaires sont envisageables. Toutefois, tout architecte d’un futur établissement de bains devra prendre des décisions potentiellement controversées.

Par exemple, on pourrait avancer que le bain-douche ne répond pas seulement aux habitudes modernes de bain, mais qu’il optimise également l’utilisation des ressources. Cela est d’autant plus vrai lorsque c’est le gouvernement qui contrôle la durée de la douche et la température de l’eau, plutôt que les utilisateurs eux-mêmes. Ainsi, les bains publics pourraient devenir un moyen d’imposer la modération à l’ensemble de la population. Toutefois, il est peu probable qu’une telle approche suscite un engouement pour la renaissance des bains publics. Elle ne contribuerait pas non plus à améliorer les interactions sociales. ⁵⁵

Tout architecte d’un futur établissement de bains devra prendre des décisions potentiellement controversées.

La promotion d’un retour vers les bains publics préindustriels, centrés sur l’interaction sociale et le bien-être collectif, peut s’avérer plus efficace pour inciter les individus à quitter leurs salles de bains privées, mais cette approche se heurte également à certains obstacles. Les bains publics font face à des réticences depuis 2 000 ans, principalement en raison de divergences d’opinions sur la santé et la morale. ⁵⁶ Par exemple, les préoccupations liées à la débauche et à la prostitution, fondées ou non, ont traversé l’histoire des bains publics dans toutes les cultures. ⁵⁷ La séparation entre hommes et femmes n’apaise pas entièrement ces inquiétudes.

Image : Scène d’un établissement de bains, c. 1470, peinte par le Maître d’Antoine de Bourgogne (Berlin Staatsbibliothek, Ms. Dep. Breslau 2, vol. 2, fol. 244).

Tout discours en faveur de la réouverture des bains publics devra également tenir compte de la préoccupation concernant les maladies contagieuses. Par exemple, un « confinement » de la population, comme l’ont mis en œuvre de nombreux gouvernements lors de la pandémie de coronavirus en 2020 et 2021, n’est pas compatible avec le concept de bains publics. Une telle mesure ne peut être appliquée que si tout le monde dispose d’une salle de bain privée. ⁵⁸ Le lien entre les bains collectifs et la santé est complexe. La science a reconnu les nombreux bienfaits des bains pour la santé, qu’ils soient froids, chauds ou de vapeur, et a également démontré l’importance des interactions sociales. Cependant, le fait de rassembler des personnes comporte toujours des risques pour la santé.

Comment construire un établissement de bains low-tech ?

Il existe une autre différence entre les bains construits avant la révolution industrielle et ceux qui ont vu le jour après : les bains préindustriels étaient alimentés par des combustibles renouvelables, tandis que les bains industriels fonctionnaient avec des combustibles fossiles. De nombreux établissements de bains modernes disposent d’une centrale électrique au charbon pour chauffer à la fois le bâtiment et l’eau tout en fournissant de l’électricité pour l’éclairage. Bien que les bains publics alimentés par des énergies fossiles soient plus économes en énergie que les salles de bains privées utilisant ces mêmes énergies, il reste encore des progrès à réaliser.

Un grand bain chauffé par hypocauste et doté de grandes fenêtres demeure une technologie neutre en carbone difficile à surpasser (si l’on utilise une production de bois renouvelable). ⁵⁹⁶⁰ Cependant, la combustion de la biomasse crée de la pollution atmosphérique, alors que l’utilisation de sources d’énergie renouvelable pour alimenter un établissement de bains pourrait éviter ce problème. La solution la plus évidente pour le chauffage des bâtiments et de l’eau est l’utilisation de capteurs solaires plats, qui permettent au soleil de chauffer l’eau. Les éoliennes productrices de chaleur constituent une alternative économique par rapport aux capteurs solaires thermiques dans les régions moins ensoleillées. ⁶¹ D’autres sources potentielles de chaleur incluent l’énergie géothermique et la chaleur résiduelle des usines.

Bien que les bains publics alimentés par des énergies fossiles soient plus économes en énergie que les salles de bains privées utilisant ces mêmes énergies, il reste encore des progrès à réaliser.

Le principal inconvénient d’un établissement de bains alimenté par l’énergie solaire ou éolienne est qu’il nécessite des conditions météorologiques favorables. Pour remédier à ce problème, l’énergie solaire ou éolienne pourrait être associée à un système de stockage thermique, tel que des réservoirs d’eau isothermes. Le stockage de la chaleur dans une masse thermique sur de longues périodes est beaucoup moins coûteux et plus durable que le stockage de l’électricité dans des batteries chimiques. Cependant, il nécessite un espace que seuls les bains collectifs peuvent offrir. Il est plus difficile de séparer les bains de vapeur et les saunas de la combustion de la biomasse, bien que quelques exemples innovants existent. ⁶²

La centralisation des installations de baignade dans une infrastructure commune permet également de créer un espace suffisant pour qu’un établissement de bains puisse bénéficier d’une isolation thermique importante (un facteur décisif pour la consommation d’énergie) et assurer son approvisionnement en eau (par exemple, en récupérant et en stockant l’eau de pluie) ainsi que le traitement des eaux usées (comme avec la phytoremédiation utilisant des plantes).

Les architectes ont adopté certaines de ces idées dans des pays où les bains publics sont encore utilisés. Par exemple, dans un village de montagne en Chine, un bain communautaire pouvant accueillir 5 000 personnes fonctionne principalement hors réseau, puisant l’eau d’un puits, la chauffant à l’aide de capteurs solaires et filtrant les eaux usées des douches et des toilettes dans des bassins remplis de bambous. ⁶³

Image : En Chine, cet établissement de bains publics dispose de 24 douches utilisées par une communauté de 5 000 habitants. Les eaux usées y sont recyclées grâce à des plantations de bambou. Source : BAO Architectes.

En outre, les bains publics s’inscrivent dans la vision plus high-tech d’une infrastructure énergétique centralisée, qui produit de l’électricité grâce à des panneaux photovoltaïques et des éoliennes. Dans ce cas de figure, les bains publics pourraient absorber l’excès d’électricité durant les journées très ensoleillées ou venteuses. Plutôt que d’« effacer » l’électricité produite par les surplus d’énergie solaire et éolienne, cette énergie pourrait alimenter des pompes à chaleur électriques et permettre aux bains publics de stocker cette chaleur dans leur masse thermique. ⁶⁴ Bien que cette méthode soit moins efficace en termes de ressources, comparée à celle des bains publics ne nécessitant pas d’électricité, elle demeure préférable à un réseau d’énergie renouvelable centralisé alimentant plusieurs salles de bains privées.

Kris De Decker

Merci à Jonas Görgen et Elizabeth Shove pour leurs retours sur une version antérieure de cet article.

Marie Verdeil et Roel Roscam Abbing ont contribué à la sélection des images.

La mise en place de réseaux de distribution d’eau et d’assainissement a nécessité un temps considérable, notamment dans les anciennes villes européennes. Avant 1900, seuls les appartements parisiens les plus onéreux étaient équipés d’une salle de bains. ²⁶ Des salles de bains privées raccordées au réseau d’eau potable ont commencé à apparaître dans les foyers britanniques les plus aisés dans les années 1860. Cependant, ce n’est qu’à partir des années 1950 que les classes ouvrières ont eu accès à des logements régulièrement approvisionnés en eau courante chaude et froide. ³. Dans les villes plus récentes des États-Unis, l’installation d’infrastructures d’approvisionnement en eau et de canalisations a été plus facile. Dès les années 1870, le système de plomberie américain était supérieur à celui des autres pays. En 1940, plus de la moitié des maisons américaines possédaient une salle de bains complète, alors qu’en 1954, seul un logement français sur dix était équipé d’une douche ou d’une baignoire. ²⁰ ↩︎
La douche à brumisation : vers un confort plus durable ?, Kris De Decker, Low-tech Magazine, 2019. https://qelnixcor.cloud/fr/2019/10/mist-showers-sustainable-decadence/ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Pickerill, Jenny. « Cold comfort? Reconceiving the practices of bathing in British self-build eco-homes. » Annals of the Association of American Geographers 105.5 (2015) : 1061-1077. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00045608.2015.1060880 ↩︎ ↩︎ ↩︎
La tendance va vers des douches plus fréquentes et plus longues ² ainsi que vers des salles de bains privées plus grandes et plus luxueuses. Par exemple, en 2021, plus d’un tiers des nouvelles maisons unifamiliales aux États-Unis comptait trois salles de bains ou plus, contre « seulement » un quart en 2005. Source : Number of Bathrooms in New Homes in 2021, Jesse Wade, National Association Of Home Builders, novembre 2022. https://eyeonhousing.org/2022/11/number-of-bathrooms-in-new-homes-in-2021/ ↩︎
La quantité d’eau pouvant être économisée grâce aux bains publics dépend de la façon dont les individus se baignent ensemble. Les piscines et les bains collectifs permettent d’économiser de l’eau, contrairement aux douches et baignoires individuelles, même lorsque ces dernières se trouvent dans un espace partagé. ↩︎
Erfurt, Patricia. « Hot springs throughout history. The Geoheritage of hot springs. » Cham : Springer International Publishing, 2021. 119-182. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Tamburello, Giancarlo, et al. « Global thermal spring distribution and relationship to endogenous and exogenous factors. » Nature Communications 13.1 (2022) : 6378. ↩︎
Cataldi, Raffaele, Susan F. Hodgson et John W. Lund. Stories from a heated earth: our geothermal heritage. N° 19. Nicholson, 1999. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Certains animaux, comme les macaques japonais et les capybaras, sont même connus pour apprécier les baignades dans les sources d’eau chaude. Voir, par exemple : Matsuzawa, Tetsuro. « Hot-spring bathing of wild monkeys in Shiga-Heights: origin and propagation of a cultural behavior. » Primates 59.3 (2018) : 209-213. https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s10329-018-0661-z.pdf. ↩︎
Sonntag, C. F. « The History of Baths and Bathing in Britain before the Norman Conquest. » Proceedings of the Royal Society of Medicine 13.sect_hist_med (1920) : 25-46. ↩︎ ↩︎
Aaland, Mikkel. « Sweat: The illustrated history and description of the Finnish sauna, Russian bania, Islamic hammam, Japanese mushi-buro, Mexican temescal and American Indian & Eskimo sweat lodge. » (1978). ↩︎
Pollock, Ethan. Without the banya we would perish: a history of the Russian bathhouse. Oxford University Press, USA, 2019. ↩︎ ↩︎ ↩︎
La première mention écrite des bains de vapeur date du V^e siècle avant J.-C., lorsque l’historien grec Hérodote a comparé le bain de sueur de la Scythie, située au nord de la mer Noire, au bain de vapeur grec de son époque. Toutefois, il est très probable que leurs origines remontent à la préhistoire. Il n’est pas surprenant que les bains à vapeur et les bains d’air chaud aient d’abord émergé dans les régions où les hivers sont longs et froids : le nord-ouest de l’Europe, la Russie, l’Alaska et le Canada. Ils ont également été utilisés par les Amérindiens et se sont répandus en Amérique centrale et en Amérique du Sud. ¹⁰ ↩︎
L’une des premières preuves archéologiques d’installations de bains construites par l’homme remonte à environ 2 300 ans avant J.-C., dans l’actuel Pakistan. Les habitants de Mohenjo-daro, qui était probablement la capitale de la civilisation de l’Indus, ont construit des puits et des systèmes de drainage pour aménager des salles de bains privées dans la plupart des habitations, ainsi qu’un grand bassin commun. Les salles de bains privées comprenaient une plate-forme peu profonde de 1 m², où les gens s’aspergeaient d’eau avec des seaux. Le « Grand Bain » était un bassin en briques, flanqué de marches, qui pouvait contenir 160 m³ d’eau. Comme la ville se situait dans une région au climat désertique chaud, il n’était pas nécessaire de chauffer l’eau. Sources : Graeber, David, et David Wengrow. The dawn of everything: A new history of humanity. Penguin UK, 2021 + Jansen, Michael. « Mohenjo-Daro, Indus Valley civilization: water supply and water use in one of the largest Bronze Age cities of the third millennium BC. » Geo : A new world of knowledge (2011). https://openarchive.icomos.org/id/eprint/1541/1/110601geo_06_2011_indian_edition_email.pdf ↩︎
Maréchal, Sadi. Public baths and bathing habits in Late Antiquity: a study of the archaeological and historical evidence from Roman Italy, North Africa and Palestine between AD 285 and AD 700. Diss. Ghent University, 2016. https://biblio.ugent.be/publication/7235534/file/7235545.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Fagan, Garrett G. « The genesis of the Roman public bath: recent approaches and future directions. » American Journal of Archaeology 105.3 (2001) : 403-426. ↩︎
Kosso, Cynthia, et Anne Scott, eds. The nature and function of water, baths, bathing, and hygiene from antiquity through the Renaissance. Vol. 11. Brill, 2009. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Les Grecs et les Romains utilisaient également des bains froids en complément de leurs installations sportives. Dans ce contexte, l’acte de se laver était secondaire. ¹⁵¹⁹ ↩︎
Hoagland, Alison K. The bathroom: a social history of cleanliness and the body. Bloomsbury Publishing USA, 2018. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Ashenburg, Katherine. The dirt on clean: An unsanitized history. Vintage Canada, 2010. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Fournier, Caroline. Les bains d’al-Andalus : VIII^e-XV^e siècle. Presses universitaires de Rennes, 2018. https://books.openedition.org/pur/44617#anchor-resume ↩︎ ↩︎ ↩︎
Sibley, Magda, Camilla Pezzica et Chris Tweed. « Eco-hammam: the complexity of accelerating the ecological transition of a key social heritage sector in Morocco. » Sustainability 13.17 (2021) : 9935 ↩︎
Coomans, Janna. « Janna Coomans - The Medieval Bathhouse (MA Thesis - 2013). » The Medieval Bathhouse: Bathing Culture in the Late Medieval Low Countries (2013) : n. pag. Print. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Wurtzel, Ellen. « Passionate Encounters, Public Healing: Medieval Urban Bathhouses in Northern France. » French Historical Studies 46.3 (2023) : 331-360. https://read.dukeupress.edu/french-historical-studies/article/46/3/331/381254/Passionate-Encounters-Public-HealingMedieval-Urban ↩︎ ↩︎
Büchner, Robert. Im städtischen Bad vor 500 Jahren: Badhaus, bader und Badegäste im alten Tirol. Böhlau, 2014. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Au XIII^e siècle, Paris comptait environ 30 établissements de bains publics pour 200 000 habitants ²³²⁴, tandis qu’au XIV^e siècle, Londres en avait au moins 18 pour une population de 80 000 habitants. ²⁰ Dans les Pays-Bas de la fin du XIV^e siècle, Bruges (30 000 habitants) et Gand (40 000 habitants) possédaient chacune une vingtaine de bains publics, tandis que des villes plus petites comme Maastricht et Louvain (15 000 habitants) en avaient environ cinq. Vienne (en Autriche) comptait 29 établissements de bains publics au XV^e siècle. ²³ Les bains médiévaux, comme les hammams, étaient plus petits que les bains romains. Les bains médiévaux découverts en Allemagne et dans les Pays-Bas avaient une superficie entre 100 et 200 mètres carrés. ²³ Les bains publics romains typiques mesuraient plutôt dans les 500 m². ¹⁵ ↩︎ ↩︎
Butler, Lee. « “Washing Off the Dust”: Baths and Bathing in Late Medieval Japan. » Monumenta Nipponica 60.1 (2005) : 1-41. https://web.archive.org/web/20190818120651id_/http://muse.jhu.edu:80/article/182356/pdf ↩︎ ↩︎
Merry, Adam M., « More Than a Bath: An Examination of Japanese Bathing Culture » (2013). CMC Senior Theses. Paper 665. http://scholarship.claremont.edu/cmc_theses/665 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Gill, A. A. « “Chattering” in the Baths: The Urban Greek Bathing Establishment and Social Discourse in Classical Antiquity. » (2011). https://tobias-lib.ub.uni-tuebingen.de/xmlui/bitstream/handle/10900/61481/CD27_Gill_CAA2008.pdf?sequence=2&isAllowed=y ↩︎
Górnicka, Barbara. Nakedness, shame, and embarrassment: A long-term sociological perspective. Vol. 12. Springer, 2016. ↩︎ ↩︎
A Cultural History of Parson’s Pleasure, George Townsend, PhD, Birkbeck, University of London, 2022, non publié. Voir aussi : Dive in! A history of river swimming in Oxford. Musée d’Oxford, exposition de 2023. https://moxdigiexhibits.omeka.net/exhibits/show/dive-in#:~:text=Dive%20In!-,A%20history%20of%20river%20swimming%20in%20Oxford,places%20for%20bathing%20and%20swimming. ↩︎
Le caractère égalitaire des bains publics était renforcé par le fait que les individus étaient partiellement ou totalement nus. « On ne se débarrassait pas seulement de ses vêtements, mais aussi de son rang social et de ses biens matériels, qui devenaient en grande partie invisibles », conclut un historien des bains publics japonais. ²⁸ « Le véritable collectif est un collectif nu », observe un autre, en faisant référence au banya russe. Source : Gearsimova, A. « My Banya, Your Banya: From Reality to Myth. » (2016). ↩︎
Mietz, Michael. « The fuel economy of public bathhouses in the Roman Empire. » Master’s thesis, Ghent University, Faculty of Arts and Philosophy, Campus Boekentoren, Blandijnberg 2 (2016) : 9000. https://libstore.ugent.be/fulltxt/RUG01/002/303/996/RUG01-002303996_2016_0001_AC.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Wilson, A. Raw materials and energy. Dans « The cambridge companion to the roman economy », Scheidel, 2012. ↩︎
Ancient deforestation revisited, Journal of the history of biology, 44 (1), 43-57. https://www.researchgate.net/profile/J-Donald-Hughes/publication/45407393_Ancient_Deforestation_Revisited/links/08ce17d911d2244431641d70/Ancient-Deforestation-Revisited.pdf ↩︎
Miliaresis, Ismini. « Heating the Stabian Baths at Pompeii. » Curious (2021) : 83. https://library.oapen.org/bitstream/handle/20.500.12657/58973/1/external_content.pdf#page=91 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
L’étude suppose que les bains étaient chauffés 24 heures sur 24 et qu’ils n’étaient arrêtés que pour l’entretien. Elle ne compte qu’une seule fois le combustible utilisé pour le chauffage initial des lieux (estimé à 35 kg dans le cas des thermes de Stabies) dans le total annuel de consommation énergétique. Les résultats reposent également sur l’hypothèse que l’eau des bains était renouvelée quotidiennement (et qu’il fallait donc chauffer de l’eau froide tous les jours). ↩︎
Veal, Robyn, et Victoria Leitch.tch. Fuel and Fire in the Ancient Roman World: Towards an integrated economic understanding. McDonald Institute for Archaeological Research, 2019. https://www.repository.cam.ac.uk/bitstreams/c349fc20-11d0-4ad4-a2e9-55dccca9f2df/download ↩︎ ↩︎
Miliaresis, Ismini Alexandra. Heating and Fuel Consumption in the Terme del Foro at Ostia. Diss. University of Virginia, 2013. https://libraetd.lib.virginia.edu/public_view/5d86p0445 ↩︎
Ring, James W. « Windows, baths, and solar energy in the Roman empire. » American Journal of Archaeology 100.4 (1996) : 717-724. ↩︎
Il est possible que les bains publics romains aient fait de même, mais je n’ai trouvé aucune référence à ce sujet. Pour les hammams, voir, par exemple : Sibley, Magda, et Martin Sibley. « Hybrid transitions: combining biomass and solar energy for water heating in public bathhouses. » Energy Procedia 83 (2015) : 525-532. ↩︎ ↩︎
Clemens Brünenberg, Jens-Arne Dickman, Monika Trümper, et al. « Stabian Baths in Pompeii. New Research on the Development of Ancient Bathing Culture. » (2019). https://www.academia.edu/download/67567783/Truemper_et_al._Stabian_Baths_RM_2019.pdf ↩︎
La consommation énergétique d’un sauna est plus variable que celle d’une douche, et je n’ai trouvé aucune étude académique fiable sur le sujet. Les valeurs que j’utilise ici sont des estimations approximatives, basées sur des données issues de forums et de sites internet. Notez également que la différence d’efficacité énergétique s’explique en partie par le climat : les saunas se trouvent généralement dans des régions froides, tandis que la plupart des bains romains étaient situés autour de la Méditerranée. ↩︎
Williams, Marilyn T. Washing « The Great Unwashed: public baths in urban America », 1840-1920. Ohio State University Press, 1991. https://kb.osu.edu/bitstream/handle/1811/6282/1/Washing_the_Great_Unwashed.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Dillon, Jennifer Reed. Modernity, sanitation and the public bath: Berlin, 1896–1933, as archetype. Duke University, 2007. https://dukespace.lib.duke.edu/bitstreams/33e2fe84-16ec-4044-91d6-75d5c87d37e3/download ↩︎ ↩︎ ↩︎
Ladd, Brian K. « Public baths and civic improvement in nineteenth-century German cities. » Journal of urban history 14.3 (1988) : 372-393. ↩︎ ↩︎
Les bains publics de Stuttgart, par exemple, comptaient deux grands bassins, 300 vestiaires, 102 baignoires, deux bains russo-romains, deux bains d’eau froide, un solarium et un bain pour chiens. À la fin du siècle, presque toutes les villes allemandes possédaient un établissement de bains publics monumental, souvent équipé d’un restaurant et d’un salon de coiffure. ²⁵⁴⁴ ↩︎
La ville de New York a construit 25 bains publics monumentaux, et Boston a intégré aux siens des piscines et des gymnases. En revanche, d’autres villes américaines se sont limitées aux bains-douches publics pour les classes populaires. Par exemple, en 1920, Chicago comptait plus de vingt bains-douches publics répartis dans les quartiers pauvres et ouvriers. ⁴⁴ ↩︎
L’Allemagne et l’Autriche ont construit des bains-douches publics dans les quartiers pauvres, tout en continuant à édifier des établissements plus élaborés et onéreux pour les classes sociales supérieures, qui bénéficiaient souvent d’un approvisionnement en eau, mais n’avaient pas forcément de salle de bains. ⁴⁴ ↩︎
Talmisānī, Mayy, et Eve Gandossi. The last hammams of Cairo: a disappearing bathhouse culture. American Univ in Cairo Press, 2009. ↩︎
Damas est passée de 40 hammams dans les années 1940 à seulement 13 en 2004. Source : Sibley, Magda. « The Historic hammāms of Damascus and Fez: lessons of sustainability and future developments. » 23^e conférence sur l’architecture passive et à faible énergie (PLEA). 2006. https://www.academia.edu/download/52232181/The_Historic_Hammms_of_Damascus_and_Fez_20170321-32624-5s2lbk.pdf Le Maroc est une exception. Selon les sources, le nombre de hammams en activité varie entre 6 000 et 10 000, fonctionnant encore avec le système de chauffage traditionnel. ⁴¹ ↩︎
« Tokyo starts effort to revive public bathhouses », Julian Ryall Tokyo, 1er octobre 2022. https://www.dw.com/en/japan-launches-campaign-to-revive-fading-public-bathhouses/a-63282747#:~:text=In%20an%20effort%20to%20protect,pop%20into%20their%20local%20bathhouse. ↩︎
« Public baths fade from Tokyo, with nearly half gone over 15 years », Natsumi Nakai, 10 octobre 2023. https://www.asahi.com/ajw/articles/15025294#:~:text=Public%20bathhouses%20are%20swiftly%20disappearing,to%20the%20Tokyo%20metropolitan%20government. ↩︎
« Fuel Crisis Forces Syrians to Use Public Baths », Sputnik International, 2023. https://sputnikglobe.com/20230131/fuel-crisis-forces-syrians-to-use-public-baths-1106687250.html Voir aussi : « Aleppo bathhouse boom as Syria crisis turns showers cold », Africanews, 2021. https://www.africanews.com/2021/12/30/aleppo-bathhouse-boom-as-syria-crisis-turns-showers-cold/ ↩︎
« Why we need to bring back the art of communal bathing. » Jamie Mackay, Aeon Magazine, 2016. https://aeon.co/ideas/why-we-need-to-bring-back-the-art-of-communal-bathing ↩︎
Cela est particulièrement vrai en Europe occidentale, où les bains publics ont fait face à une opposition si forte qu’ils ont fini par disparaître complètement de certaines régions entre le XVI^e et le XIX^e siècle. ²³ Le déclin temporaire de ce service en Europe occidentale constitue un événement unique dans l’histoire mondiale, bien que les historiens soient en désaccord sur ses causes. Certains évoquent la pression exercée par les Églises catholique et protestante sur les étuves médiévales, qu’elles percevaient de plus en plus comme des lieux d’immoralité et de péché. ⁵⁷ D’autres pointent les épidémies ou soulignent l’évolution des opinions médicales, les médecins ne considérant plus l’eau chaude et la vapeur comme saines. ²³ L’opposition a commencé même avant l’apparition de la religion organisée : le philosophe romain Sénèque avait critiqué les grands bains romains dans plusieurs de ses écrits. Il se plaignait du bruit dans les thermes et les accusait d’extravagance et d’hédonisme. Voir, par exemple : Lettres à Lucilius, par Sénèque. Lettre 86. Maison de campagne et bains de Scipion l’Africain. https://fr.wikisource.org/wiki/Lettres_%C3%A0_Lucilius/Lettre_86. ↩︎
Dans la Rome antique, certains établissements de bains publics autorisaient la mixité, tandis que d’autres séparaient les hommes et les femmes. La prostitution était légale, mais le fait qu’une femme prenne son bain avec d’autres hommes que son mari pouvait constituer un motif légitime de divorce. ¹⁵ Dans l’Espagne musulmane, de lourdes amendes étaient infligées aux hommes surpris à espionner par les fenêtres des bains ou infiltrant ces lieux les jours réservés aux femmes. Ces dernières risquaient de perdre tous leurs droits si elles faisaient de même. Maltraiter une femme dans un établissement de bains publics, même verbalement, était passible de la peine de mort. Voir : Powers, James F. « Frontier municipal baths and social interaction in thirteenth-century Spain. » The American Historical Review 84.3 (1979) : 649.667. Dans l’ancienne région des Pays-Bas, au Moyen Âge, les autorités distinguaient les étuves « honnêtes » des étuves « malhonnêtes ». Pour garantir la qualité des bains publics « honnêtes », elles ont aboli la baignade mixte, établi des règles pour les employées des bains publics et rendu la prostitution illégale dans ces établissements. ²³ ↩︎ ↩︎
Les bains publics ont sans aucun doute été un vecteur d’épidémies historiques. Des tracts médicaux déconseillaient même de s’y rendre. Malgré cela, presque tous les bains sont restés ouverts, très probablement parce qu’ils étaient considérés comme un service trop essentiel pour être supprimé. C’était du moins le cas dans les Pays-Bas médiévaux et dans l’Empire romain, voir : ²³ ²¹ ↩︎
Comment rendre l’énergie de la biomasse à nouveau durable, Kris De Decker, Low-tech Magazine, septembre 2020. https://qelnixcor.cloud/fr/2020/09/how-to-make-biomass-energy-sustainable-again/ ↩︎
En outre, l’hypocauste a été perfectionné au Moyen Âge pour devenir encore plus efficace sur le plan énergétique qu’à l’époque romaine. Voir : Les hypocaustes : le chauffage du Moyen Âge, Kris De Decker, Low-tech Magazine, mars 2017. https://qelnixcor.cloud/fr/2017/03/heat-storage-hypocausts-air-heating-in-the-middle-ages/ ↩︎
Chauffer sa maison avec une éolienne mécanique, Kris De Decker, Low-tech Magazine, février 2019. https://qelnixcor.cloud/fr/2019/02/heat-your-house-with-a-mechanical-windmill/ ↩︎
Par exemple, des chercheurs de l’université de Stuttgart ont conçu un système de stockage hybride qui emmagasine l’énergie solaire dans un réservoir d’eau et de vapeur sous pression. La vapeur peut être libérée à tout moment dans un sauna, tandis que l’eau est utilisée pour le chauffage. Voir : Schaefer, M., et al. « Development of a zero-energy-sauna: Simulation study of thermal energy storage. » Energy and Buildings 256 (2022) : 111659. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378778821009439. Le « Solauna » constitue un exemple parfait de l’usage des technologies sobres. Il s’agit d’un sauna alimenté uniquement par la chaleur du soleil et qui fonctionne comme un grand four solaire bien isolé. Voir : https://www.biopiscinas.pt/en/solar-sauna/. Le système « Lytefire », quant à lui, génère de la chaleur et de la vapeur grâce à des miroirs qui concentrent les rayons du soleil sur une plaque en métal ou un sac de pierres. Voir : https://lytefire.com/fr. ↩︎
Voir : https://www.designboom.com/architecture/bao-split-bathhouse/. On peut aussi citer le cas d’un établissement de bains publics, construit en 2004 dans l’est de l’Iran, qui fonctionne grâce à deux champs de capteurs solaires (195 m² au total) et deux réservoirs de stockage thermiquement isolés (3 m³ chacun). L’installation fournit de l’eau chaude pour douze douches et quatre bains, satisfaisant ainsi les besoins en eau chaude de 150 personnes par jour. Source : Azad, E. « Design, installation and operation of a solar thermal public bath in eastern iran. » Energy for Sustainable Development 16.1 (2012) : 68-73. Des recherches sont également en cours sur l’utilisation combinée de chaudières à biomasse et de capteurs solaires thermiques dans des hammams au Maroc. Voir : Krarouch, M., et al. « Simulation of floor heating in a combined solar-biomass system integrated in a public bathhouse located in Marrakech. » IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. Vol. 353. N° 1. IOP Publishing, 2018. Voir aussi : Mohamed, Krarouch et Haller Michel. « Design optimisation of a combined pellets and solar heating systems for water heating in a public bathhouse. » Energy Reports 6 (2020) : 1628-1635. Voir aussi : Sibley, Magda, Camilla Pezzica et Chris Tweed. « Eco-hammam: the complexity of accelerating the ecological transition of a key social heritage sector in Morocco. » Sustainability 13.17 (2021) : 9935. Voir aussi : Zbaidi, Mourad, et al. « Improving the Energy Efficiency of a Traditional Hammam by Using Two Types of Heat Exchanger. » International Journal on Engineering Applications 11.6 (2023). ↩︎
Un réseau électrique alimenté à 100 % par les énergies renouvelables serait-il réellement durable ?, Kris De Decker, Low-tech Magazine, septembre 2017. https://qelnixcor.cloud/fr/2017/09/how-not-to-run-a-modern-society-on-solar-and-wind-power-alone/ Voir aussi : Battery Killers: Grid-Interactive Water Heaters, Kris De Decker, No Tech Magazine, mai 2015. https://www.notechmagazine.com/2015/05/battery-killers-grid-interactive-water-heaters.html ↩︎

Énergie solaire directe : hors réseau, sans batteries

Wed, 24 Jan 2024 00:00:00 +0000

Image : un ordinateur portable alimenté par énergie solaire directe. Photo : Marie Verdeil.

Les installations solaires classiques ne remettent pas en cause notre dépendance aux énergies fossiles et le mode de vie énergivore qu’elles génèrent. Peu importe le temps qu’il fait, les panneaux solaires sur nos toits ou dans d’immenses centrales nous fournissent toute l’énergie qu’il nous faut, dans la mesure où ces systèmes utilisent le réseau électrique général. Alimenté en grande partie par des énergies fossiles, il agit comme une batterie et nous évite les coupures de courant.

Bien que les panneaux solaires, reliés au réseau général, permettent une réduction de la consommation en énergie fossile des centrales thermiques, les économies ainsi réalisées sont partiellement contrebalancées par la même énergie fossile nécessaire à la construction et à l’entretien de ce qui est en réalité une infrastructure à double énergie. La combinaison de la production éolienne et solaire permettrait d’augmenter la part d’énergie renouvelable dans le réseau, mais il faudrait adapter davantage les infrastructures, ce qui demanderait beaucoup d’énergie, de temps et d’argent.

La même problématique se pose lorsqu’il s’agit de remplacer les centrales à énergies fossiles par des solutions de stockage, dans le but d’emmagasiner le surplus d’énergie produit au cours des journées à fort ensoleillement, afin de le restituer lorsqu’il y en a moins. Les systèmes de stockage d’énergie, reliés au réseau général ou aux ménages de particuliers (systèmes hors réseau), sont en effet très coûteux financièrement. De plus, leur construction et leur entretien génèrent une quantité considérable d’émissions de carbone.

Installations solaires autonomes

La production de panneaux solaires entraîne bien sûr un coût financier et énergétique. Cependant, ce coût est moindre face à celui associé aux équipements complémentaires. Dans le cas d’installations reliées au réseau, il est difficile d’estimer précisément ces dépenses, mais en ce qui concerne les installations autonomes (non reliées au réseau et disposant de leurs propres systèmes de stockage), la tâche est plus facile. Prenons donc comme exemple le petit dispositif solaire autonome alimentant mon salon à Barcelone.

Ce système se compose de deux panneaux solaires de 50 W installés sur le balcon, d’une batterie au plomb de 100 Ah et d’un régulateur de charge de 10 A. L’énergie produite est notamment utilisée pour l’éclairage et le système audio ainsi que pour charger des appareils électroniques comme des ordinateurs portables. L’investissement financier initial a été de 340 euros : 120 euros pour les panneaux solaires, 170 euros pour la batterie et 50 euros pour le régulateur de charge.

Cependant, même si les panneaux solaires devraient tenir 30 ans et le régulateur 10 ans, je dois quand même changer la batterie au plomb tous les 3 à 5 ans. ¹ Sur 30 ans, les coûts s’élèvent à 120 euros pour les panneaux, 150 euros pour les régulateurs et dans le meilleur des cas 1 020 euros pour les batteries. Les batteries (et les régulateurs de charge associés) représentent donc 90 % des coûts du cycle de vie.

Le système de stockage représente aussi la majorité de l’énergie « intégrée » au système (et les émissions carbone associées). Il faut 1 200 mégajoules (MJ) d’énergie pour produire une batterie au plomb. ² Sur 30 ans d’utilisation (au mieux, six batteries), cela équivaut à 7 200 MJ. Les trois régulateurs de charge ajoutent 360 MJ supplémentaires et le bilan énergétique du système de stockage sur 30 ans s’élève alors à 7 560 MJ. ³ Néanmoins, la production des panneaux solaires ne coûte que 2 275 MJ sur un total de 9 835 MJ. ⁴ Conclusion : plus de 75 % de la consommation totale d’énergie fossile est due au stockage de l’énergie.

Image : à droite, sur le balcon, les deux panneaux solaires 50 W qui alimentent mon salon. À côté, le panneau de 30 W permettant à ce site de fonctionner. Photo : Marie Verdeil.

Image: La structure pour les panneaux solaires, faite à partir de bois de récupération. Photo : Kris De Decker.

Image : La batterie au plomb 100 Ah alimentant le salon la nuit tombée. Photo : Kris De Decker.

L’utilisation d’un autre type de batterie ne modifierait pas significativement cette conclusion. Dans un système hors réseau similaire utilisant des batteries lithium-ion, le stockage d’énergie représenterait 95 % des coûts du cycle de vie (presque le double d’un système fonctionnant avec des batteries au plomb). Même en étant optimiste sur les durées de vie (10 ans) et en tenant compte des régulateurs de charge, les batteries au lithium sont responsables de 70 % de l’énergie engagée dans un réseau solaire. ⁵ ⁶ Pour les batteries nickel-fer, le stockage représenterait 85 % des coûts du cycle de vie (il n’y a pas de données sur le coût énergétique). ⁷

L’échelle et le lieu de l’installation n’ont également aucune incidence. Un système plus extensif nécessiterait plus de panneaux solaires, mais aussi des batteries plus grosses et des régulateurs de charge plus puissants et plus coûteux. Les pourcentages restent les mêmes. ⁸ La structure sur laquelle les panneaux solaires sont montés est le seul facteur pouvant légèrement augmenter leur part dans le coût total. Nous ne prendrons pas en compte ces structures puisque je les ai construites moi-même à partir de bois de récupération. Néanmoins, installer soi-même les panneaux solaires sur un toit est plus compliqué. Même dans ce cas-là, le coût lié au stockage d’énergie reste de loin le facteur le plus important.

L’énergie solaire directe : beaucoup plus économique et durable

Contrairement aux combustibles fossiles, le vent et le soleil ne sont pas disponibles à la demande. C’est là tout le problème dans notre approche des énergies renouvelables : nous insistons pour que l’énergie soit toujours disponible à volonté, qu’importe la météo, la saison ou l’heure. Adapter l’offre d’énergie à la demande, comme par le passé, entraînerait des réductions énormes dans les coûts et l’utilisation des combustibles fossiles.

Par exemple, si je n’avais pas installé de batterie dans mon installation solaire, mon système aurait été environ 10 fois moins cher : 120 euros au lieu de 1 290 euros sur un cycle de vie de 30 ans. Sinon, j’aurais pu dépenser ces 1 290 euros en panneaux solaires et atteindre les 1 075 W avec mon système solaire. Cela représente dix fois la capacité de l’installation avec les batteries, mais ça ne tiendrait pas sur le balcon.

Sans batterie et régulateur de charge, le coût énergétique de l’installation chute de 9 835 MJ à 2 275 MJ. En d’autres termes, je pourrais générer au moins quatre fois plus d’énergie solaire pour le même investissement en combustibles fossiles.

Comment utiliser concrètement l’énergie solaire directe ?

Tout cela est bien beau, mais le soleil n’est pas toujours au rendez-vous et la quantité d’énergie solaire varie selon l’heure et la saison. Par conséquent, la question se pose : comment utiliser concrètement des panneaux solaires sans batteries (ou sans équipements complémentaires dans le cas d’installations reliées au réseau) ?

Pour y répondre, regardons l’exemple d’un pionnier de l’énergie solaire directe : la Living Energy Farm. Cette communauté de sensibilisation environnementale, située dans l’état de Virginie aux États-Unis, est complètement « hors réseau » grâce à l’énergie solaire. Cependant, seulement 10 % de cette énergie est stockée dans une batterie (Nickel-fer), alors que les panneaux solaires alimentent plusieurs maisons, une cuisine commune, un atelier de métallurgie et une ferme. ⁹ ¹⁰

Image : système d’énergie solaire directe à la Living Energy Farm.

L’installation solaire est en activité depuis 2011 et se compose de systèmes distincts réunissant une puissance-crête totale de 1 400 watts. ¹¹ À titre comparatif, la puissance-crête moyenne d’une installation solaire privée au Royaume-Uni et aux États-Unis (pour un ménage) est respectivement de 4 000 watts et de 6 500 watts. Comme dans mon appartement, l’énergie est utilisée avec modération à la Living Energy Farm. Cependant, il y a d’autres raisons pour lesquelles la communauté se passe de batteries.

Certains appareils ne sont utilisés que de jour

Une première raison est évidente : certains appareils électriques ou certaines machines ne sont utilisés que de jour. C’est notamment le cas de toutes les machines de l’atelier de métallurgie, y compris : une scie à ruban, un compresseur, une meuleuse, une scie circulaire, un tour, une fraiseuse et une perceuse. C’est aussi le cas pour les machines agricoles comme le moulin à grains et la pompe pour puits profond. Directement reliées aux panneaux solaires, ces machines ont les mêmes capacités que les technologies modernes du réseau général, si ce n’est le fait de ne pas pouvoir être utilisées la nuit. ¹⁰

À une toute autre échelle, l’énergie solaire directe m’a permis d’alimenter : un fer à repasser, un pistolet à colle et une pompe d’arrosage (pour mon balcon). Ajoutons aussi à la liste d’exemples d’appareils et de machines pouvant n’être utilisés que le jour : les aspirateurs, les machines à coudre, les lave-linges, les consoles de jeux, les découpeuses laser et les imprimantes 3D. Il n’est pas si difficile d’envisager une société moderne dans laquelle passer l’aspirateur ou bricoler n’est possible que pendant la journée. Ce n’est certainement pas un retour au Moyen-Âge.

Image : Plusieurs outils à la Living Energy Farm, la plupart fonctionnant à l’énergie solaire directe. Image : Alexis Zeigler.

Image : Tour à métaux fonctionnant à l’énergie solaire directe, Living Energy Farm. Image : Alexis Zeigler.

Image : Soudure à l’énergie solaire directe. Photo : Marie Verdeil. [Regarder la vidéo](https://www.youtube.com/watch?v=qozZCJU4IOc).

D’un autre côté, les appareils électriques n’ont pas tous besoin d’être constamment surveillés. Les lave-linges et les lave-vaisselles pouvant être programmés pour démarrer automatiquement au lever du soleil sont souvent cités comme exemples d’application d’un réseau électrique « intelligent ». Cependant, cette approche s’appuie sur une infrastructure considérable de transmission électrique, de réseaux de communication et d’appareils électroniques.

En revanche, avec une approche solaire directe et décentralisée, cette « intelligence » est fournie par le soleil et la rotation de la planète. Un lave-linge ou un lave-vaisselle alimenté par énergie solaire directe peut être complètement chargé et allumé le soir. La machine se recharge ensuite « automatiquement » le matin. On peut même utiliser des minuteurs (électroniques ou mécaniques) pour programmer l’activation des équipements l’un après l’autre.

Il reste à déterminer si les nuages constituent un obstacle supplémentaire pour une installation solaire directe. La solution repose sur la taille des panneaux solaires. Doubler la surface des panneaux solaires garantit suffisamment de puissance par temps partiellement couvert. De plus, les coûts économiques et écologiques demeurent bien plus faibles que pour une installation avec des batteries ou autres équipements complémentaires.

L’augmentation supplémentaire de la surface des panneaux solaires permettrait de produire suffisamment d’énergie, même en cas de forte couverture nuageuse. Cependant, au-delà de dix fois la surface originelle, les coûts sont équivalents à ceux d’un système autonome classique avec batteries. En quadruplant leur surface, le système redevient dépendant des combustibles fossiles.

Beaucoup d’appareils possèdent leur propre batterie

Avec l’énergie solaire directe, l’utilisation d’appareils électroniques la nuit tombée reste possible. Comme indiqué précédemment, la Living Energy Farm utilise peu de batteries qui servent, entre autres, à alimenter les luminaires, les ventilateurs ou les appareils électroniques la nuit. ¹⁰ Par ailleurs, beaucoup d’appareils modernes sont dotés de leur propre système de stockage. C’est notamment le cas de la grande majorité des véhicules électriques, de la plupart des gadgets électroniques et d’anciens appareils fonctionnant avec des piles AA.

Par conséquent, ce type d’appareil peut être rechargé par énergie solaire directe durant le jour, ce qui permet leur utilisation plusieurs heures après le coucher du soleil grâce aux batteries intégrées. Associé à une banque d’énergie au lithium-ion, un panneau à énergie solaire directe permet également de recharger des appareils USB la nuit. Ce dispositif peut même fonctionner pour l’éclairage, puisque de nombreux luminaires possèdent des batteries et peuvent être utilisés comme des sortes de torches accrochées à différents endroits des pièces et des bâtiments.

Image : Un téléphone portable se rechargeant à l’énergie solaire directe. Photo : Marie Verdeil.

Bien entendu, externaliser le stockage d’énergie chimique dans les appareils n’est pas la solution la plus durable. La production de batteries lithium-ion nécessite des combustibles fossiles et (contrairement aux batteries au plomb) elles ne sont pas recyclables. La meilleure solution reste évidemment de limiter l’utilisation des appareils électroniques. Néanmoins, les charger à l’énergie solaire directe est bien plus durable et efficace que d’utiliser d’autres batteries ou un réseau électrique alimenté par des combustibles fossiles. S’il faut utiliser ces appareils technologiques, utilisons-les de la manière la plus intelligente possible.

Stockage d’énergie non électrique

La troisième raison pour laquelle l’énergie solaire directe est bien plus pratique qu’il n’y paraît est que certains appareils peuvent être utilisés une fois le soleil couché grâce à l’énergie thermique. Cette option est bien plus économique et durable que le stockage d’énergie électrique. Le stockage d’énergie thermique est une solution assez répandue pour les systèmes de chauffage des locaux et la production d’eau chaude. L’eau est chauffée par le soleil et est ensuite stockée soit dans une chaudière, soit dans l’enveloppe du bâtiment (pour le chauffage des locaux uniquement). Ce n’est pas surprenant que la Living Energy Farm soit dotée de tels systèmes. C’est aussi l’énergie solaire thermique qui chauffe l’eau de mon appartement.

De plus, cette même approche fonctionne aussi pour deux appareils ménagers essentiels qu’il est nécessaire de faire fonctionner après le coucher du soleil, mais qui sont aussi énergivores : le réfrigérateur et la cuisinière. Plutôt que de stocker l’énergie d’un panneau solaire dans une batterie pour ensuite alimenter un réfrigérateur ou une cuisinière, la Living Energy Farm utilise l’isolation thermique. Cela permet de conserver la chaleur à l’intérieur (dans le cas de la cuisinière) ou à l’extérieur (dans le cas du réfrigérateur) en l’absence d’alimentation électrique. L’isolation thermique est également une solution très efficace énergétiquement, ce qui signifie que ces appareils peuvent fonctionner sur des panneaux solaires de quelques 100 ou 200 watts.

Un réfrigérateur alimenté par énergie solaire directe

Il est tout à fait possible de relier un réfrigérateur classique ou un congélateur directement à un panneau solaire. Néanmoins, une telle installation chaufferait très vite la nuit. Même les réfrigérateurs étiquetés comme étant les plus efficaces énergétiquement présentent une épaisseur d’isolation relativement limitée (généralement 2,5 cm). Cependant, si cette épaisseur d’isolation est portée à 12,5 cm, la consommation d’énergie d’un réfrigérateur est divisée par quatre.¹² ¹³ Sa capacité de refroidissement passif peut être amplifiée en ajoutant une masse thermique sous la forme d’un réservoir d’eau à l’intérieur de l’appareil. Pendant la journée, le panneau solaire refroidit l’eau ou la change en glace. La nuit, cette eau (ou glace) ralentit le réchauffement de l’appareil. ¹⁴

Aussi, un réfrigérateur à énergie solaire directe s’ouvre par le haut et non par l’avant. L’air froid est lourd, et par conséquent beaucoup moins d’énergie est perdue lorsque quelqu’un ouvre la porte. Tous ces choix de conception cumulés permettent une économie d’énergie considérable. Une étude sur les réfrigérateurs à énergie solaire directe dans des régions très ensoleillées (Texas et Nouveau-Mexique, États-Unis) a démontré qu’ils pouvaient garder leur capacité de refroidissement même après 6 à 7 jours sans alimentation électrique. Les équipements fonctionnent à l’année avec des panneaux solaires de 80 W à 120 W seulement. ¹⁵ la Living Energy Farm alimente son réfrigérateur solaire à l’aide d’un panneau de 200 W. ¹⁰

Image : Le Sundanzer DDR165. un réfrigérateur conçu spécialement pour l’énergie solaire directe. Photo : Sundanzer.

Contrairement au chauffage solaire, le refroidissement solaire est parfaitement adapté aux variations saisonnières du rayonnement solaire. Refroidir est plus énergivore en été, la période où le rayonnement solaire est au plus haut. Le réfrigérateur installé au Nouveau-Mexique, mentionné précédemment, a enregistré une consommation de 406 wattheures par jour en été, contre 230 en hiver. ¹⁶ De plus, cette technologie peut être utilisée tout le long de la chaîne du froid pour laquelle le réfrigérateur, bien qu’il demeure essentiel, ne représente qu’un maillon. La climatisation est une autre application de l’énergie solaire directe, bien qu’elle soit peu documentée et difficile à mettre en place. ¹⁷

Une cuisinière à énergie solaire directe

En principe, une cuisinière standard peut être reliée directement à un panneau solaire, mais comme pour un réfrigérateur standard, ce n’est pas très pratique. On ne peut cuisiner que le jour et cela implique d’installer un grand nombre de panneaux solaires. Une seule plaque chauffante nécessite une puissance électrique de 1 000 watts. Pour résoudre ce problème, les plaques des cuisinières solaires électriques sont enveloppées d’un isolant thermique. En principe, cette technologie est la combinaison d’une cuisinière électrique et d’une marmite norvégienne.

Image : Test d’une cuisinière solaire électrique. Photo : université d’État polytechnique de Californie (Cal Poly).

Grâce à l’isolation thermique, une cuisinière solaire électrique emmagasine progressivement la chaleur pendant le jour pour pouvoir ensuite cuisiner une fois la nuit tombée. Ainsi, il est possible d’atteindre de hautes températures à moindre coût énergétique. Cela revient à « charger » la cuisinière, non pas avec de l’électricité, mais avec de la chaleur.

Des chercheurs de l’université d’État polytechnique de Californie (Cal Poly) ont construit la première cuisinière solaire électrique en 2015. Leur appareil de 12 volts, qui a évolué depuis, n’a besoin que d’un panneau solaire de 100 W pour fonctionner. Il fait bouillir un litre d’eau en une heure. Sur une journée ensoleillée, il peut cuire presque 5 kg de haricots, de riz, de ragoût ou de pommes de terre.¹⁸

En utilisant une marmite avec un fond beaucoup plus épais (5-10 kg), il devient possible de cuisiner après la tombée de la nuit. L’équipe de recherche de Cal Poly a notamment réussi à atteindre une température de 250 °C à l’intérieur du dispositif de stockage par chaleur sensible, après cinq heures de charge par un panneau solaire de 100 W. En trois secondes, ils ont ainsi fait bouillir un litre d’eau après le coucher du soleil. Au cours d’un autre test, ils ont réussi à cuire 1 kg de légumes en deux minutes. La configuration idéale est de disposer de deux marmites, une avec stockage de chaleur et l’autre sans. On peut alors utiliser une cuisinière solaire électrique pour des cuissons lentes ou rapides, selon le moment de la journée et le plat à préparer. ¹⁹

Image : Principe de la cuisinière électrique avec stockage par chaleur sensible. Dessin : université d’État polytechnique de Californie (Cal Poly).

Thermique ou électrique ?

Comme pour le chauffage des locaux et la production d’eau chaude, les cuisinières et les systèmes de refroidissement solaires peuvent fonctionner avec ou sans électricité, soit à l’aide de panneaux photovoltaïques, soit à l’aide de capteurs solaires thermiques. Mais, les cuisinières et systèmes de refroidissement solaires sont plus économiques et plus efficaces énergétiquement quand ils fonctionnent à l’aide d’électricité, ce qui n’est pas le cas pour le chauffage solaire.

Le chauffage des locaux et de l’eau peut s’obtenir avec de faibles écarts de températures. Ils peuvent être fournis par des capteurs thermiques solaires bon marché composés de plaques de verre et de conduites d’eau. En revanche, les systèmes de refroidissement solaires et les cuisinières solaires nécessitent des écarts de température plus importants, qui requièrent des capteurs solaires thermiques plus sophistiqués (à tubes sous vide ou paraboliques), plus chers que les panneaux photovoltaïques. ²⁰ ²¹

La seule exception est la cuisinière solaire classique, composée d’une boîte isolée avec un couvercle en verre, qui ne peut pas atteindre des températures aussi hautes. Les cuisinières électriques solaires présentent encore d’autres avantages. Avec un appareil non électrique, il faut cuisiner à l’extérieur, ce qui est moins pratique et moins efficace, surtout en hiver ; les pertes d’énergie sont plus grandes pour une cuisinière solaire thermique. Les cuisinières solaires électriques sont aussi plus rentables énergétiquement puisqu’elles sont isolées de tous les côtés. Elles sont aussi plus performantes par temps couvert et après le coucher du soleil. À la Living Energy Farm, la cuisinière solaire parabolique n’est utilisée que lorsque les conditions sont optimales : quand le soleil brille fort et qu’il fait chaud.

Quels défis techniques ?

Même si la Living Energy Farm met en œuvre toutes ces applications de l’énergie solaire directe, quelques défis techniques subsistent pour ceux qui voudraient faire de même. Presque toutes nos technologies modernes sont conçues pour être utilisées avec une alimentation énergétique stable et continue. Il pourrait en être autrement, mais l’énergie solaire directe nécessite généralement un peu de bricolage. Construire un système solaire direct est bien plus facile que de construire un système autonome avec batteries, mais cela implique souvent des ajustements au niveau des dispositifs.

Certains appareils peuvent être reliés directement à un panneau solaire : il suffit de connecter les bornes positives et négatives du panneau et de l’appareil. Par exemple, les machines à moteurs CC tolèrent d’importantes fluctuations d’alimentation électrique. L’atelier de métallurgie et les machines agricoles de la Living Energy Farm fonctionnent ainsi. Si les nuages bloquent le soleil, la charge électrique combinée peut surpasser la puissance fournie par les panneaux solaires, mais cela n’arrête pas les machines. Tous les moteurs ralentiront puisqu’ils se partageront l’énergie disponible, mais ils continueront néanmoins à fonctionner. ¹⁰ ²²

Les appareils utilisant des éléments à résistance chauffante sont également concernés, par exemple les chaudières, les plaques de cuisson ou les systèmes de chauffage électrique. Ils fonctionnent quelque soit la puissance ou la tension, seule leur vitesse varie. Un réfrigérateur à alimentation solaire directe fonctionne idéalement avec un compresseur à courant continu variable, lequel peut ajuster sa vitesse en fonction des variations de la production d’énergie solaire. ¹⁰ ²³

De nombreux autres appareils requièrent une tension d’entrée précise et stable, ne correspondant généralement pas à celle produite par un panneau solaire. Néanmoins, il est possible de remédier à cet inconvénient en installant un convertisseur DC-DC (convertisseur « buck » ou « boost ») entre le panneau solaire et l’appareil. Il s’agit d’un petit module électronique qui transforme la tension fluctuante du panneau solaire en une tension de sortie constante adaptée à un appareil basse tension (5 V, 12 V ou plus). ²⁴

Image : expériences avec l’énergie solaire directe. Photo : Marie Verdeil.

Si vous ajoutez un onduleur, les appareils fonctionnant sur secteur pourront aussi être alimentés directement par un panneau solaire. ²⁵ Les convertisseurs DC-DC sont donc nécessaires pour tous les appareils qui contiennent des composants électroniques. C’est le cas de nombreux appareils aujourd’hui, notamment ceux qui fonctionnaient jusqu’à récemment sans électronique, comme les lave-linges ou les machines à café. En règle générale, il existe deux façons d’alimenter ces appareils avec de l’énergie solaire directe. Vous pouvez soit installer un convertisseur DC-DC, soit modifier l’appareil en contournant l’électronique.

Manuels de bricolage et appareils commerciaux

La plupart des installations solaires directes opèrent à basse tension, il est donc possible de faire l’installation soi-même en toute sécurité. Low-tech Magazine publiera bientôt un manuel à ce sujet. Toutefois, la Living Energy Farm opte pour le courant continu à tension plus élevée dans plusieurs de ses installations, comme par exemple les machines-outils de l’atelier de métallurgie (90 V) et un certain nombre de fours solaires électriques de grande puissance (48 V, 180 V). Il est peu recommandé de construire ces systèmes soi-même sans l’aide d’un électricien qualifié : ces tensions électriques peuvent entraîner des accidents mortels.

Si vous souhaitez construire vos propres fours solaires électriques (à basse tension), vous trouverez des manuels complets auprès de la Living Energy Farm ou de la Cal Poly. ²⁶ Les appareils peuvent être fabriqués à partir de matériaux simples. Les matériaux d’isolation doivent être ignifuges (par exemple, la laine de roche, la fibre de verre, la laine naturelle ou l’argile).

Différentes technologies peuvent être utilisées pour les éléments chauffants, mais la solution la plus simple consiste à incorporer des fils de nichrome dans le ciment. Ces fils peuvent être récupérés sur divers appareils tels que les grille-pains, les fours ou les plaques de cuisson. En principe, les fils chauffants peuvent être fixés directement à la marmite, cependant il est plus judicieux de confectionner un « nid » chauffé dans lequel la marmite peut être placée.

Image : inspirée par les travaux de la Cal Poly, la Living Energy Farm a aussi développé un certain nombre de fours solaires électriques, dont l’un [est commercialisé sur leur site web](https://livingenergylights.com/product/roxy-solar-electric-oven/). Le four Roxy s’utilise comme plaque chauffante ou comme four, par exemple pour la cuisson du pain. La porte reste fermée même lorsqu’il est utilisé comme plaque chauffante. Ce four solaire ne stocke pas l’énergie.

Image : le four Roxy sans porte avec l’isolation en laine de verre visible. L’appareil, fabriqué dans l’atelier de métallurgie à l’aide de l’énergie solaire directe, fonctionne à 48 V et nécessite un panneau solaire de 200 à 500 watts. La Living Energy Farm commercialise également le réfrigérateur solaire Sunstar [sur leur site web](https://livingenergylights.com/product/sunstar-direct-drive-8-cuft-chest-style-refrigerator-freezer/).

L’énergie solaire directe est-elle source de gaspillage ?

La durabilité d’une installation solaire dépend non seulement de la quantité d’énergie nécessaire à la production et à l’entretien de l’infrastructure, mais également de l’énergie générée par les panneaux solaires au cours de leur durée de vie. Selon certains, les installations solaires directes sont beaucoup moins performantes que les installations conventionnelles raccordées au réseau ou alimentées par des batteries.

En effet, on n’utilise pas quotidiennement son aspirateur, son lave-linge ou sa perceuse, et si aucun appareil électrique n’est branché, un panneau solaire ne produira pas non plus d’électricité. Par conséquent, la quantité d’électricité produite par le panneau diminuera au cours de sa vie, alors que l’énergie nécessaire à la fabrication du panneau restera la même. Ainsi, l’énergie produite par un panneau solaire direct est beaucoup plus polluante en termes d’émissions de carbone.

En revanche, comme le stockage de l’énergie dans des batteries (ou l’alternative connectée au réseau) représente une proportion importante de l’énergie totale investie, un panneau solaire autonome peut dilapider une plus grande quantité d’énergie avant de devenir moins durable que son équivalent avec un stockage dans des batteries ou une connexion au réseau.

De plus, la consommation directe d’énergie solaire empêche les pertes de charge et de décharge causées par les batteries, ou encore les pertes d’énergie au niveau de la structure de transmission pour les systèmes raccordés au réseau. Les deux doivent être compensés par l’installation de panneaux solaires supplémentaires. Parallèlement, les panneaux solaires reliés à des batteries ou au réseau électrique gaspillent également de l’énergie, conséquence de la grande différence de production d’énergie entre l’été et l’hiver.

Maximiser l’énergie solaire directe grâce aux services collectifs

Néanmoins, il est important de maximiser la production d’énergie d’un panneau solaire direct. À ce propos, il convient de revenir un instant sur l’exemple initial du système installé sur mon balcon. L’énergie solaire directe constitue un complément intéressant à ce système, en particulier pour le réfrigérateur et le four. Ces appareils m’ont amené à conclure en 2016 qu’il était impossible de déconnecter complètement mon appartement du réseau.

Cependant, la Living Energy Farm démontre qu’il est bel et bien possible de le faire : il y a en effet de la place pour installer 200 watts supplémentaires de panneaux solaires (4 x 50 W) sur le balcon, soit une puissance suffisante pour alimenter un réfrigérateur et une plaque de cuisson isolés thermiquement. Il ne serait donc pas nécessaire d’augmenter la capacité de la batterie.

En revanche, l’énergie solaire directe n’est pas très utile pour la plupart de mes autres appareils. L’installation d’un panneau solaire supplémentaire pour la machine à laver ou la perceuse électrique n’est pas très utile, étant donné qu’elles ne sont pas utilisées quotidiennement. Ainsi, il semble plus intéressant de mettre en place un réseau électrique « intelligent », afin que plusieurs ménages puissent utiliser la même énergie solaire, en sachant qu’il y a toujours une personne qui a besoin de laver du linge ou de percer un trou.

L’installation d’un tel réseau requiert toutefois une infrastructure importante, et ce malgré l’utilisation de l’énergie solaire directe à une telle échelle. Elle ne nécessiterait pas obligatoirement de batteries ou de combustibles fossiles en guise de secours, mais plutôt la mise en place d’un réseau de transmission et de communication.

Image : un tourne-disque fonctionnant directement à l’énergie solaire. Photo : Marie Verdeil. [Regarder la vidéo](https://www.youtube.com/watch?v=_LjSigJv0-0).

La Living Energy Farm offre une solution alternative : l’organisation communautaire des tâches ménagères et du travail. Au lieu de disposer d’un réseau électrique communal répartissant l’énergie entre de nombreux foyers individuels, il est possible de mettre en place des services collectifs à production d’énergie décentralisée.

Grâce à l’atelier communautaire de la Living Energy Farm, l’énergie solaire directe est utilisée de manière beaucoup plus efficace qu’au sein d’un atelier individuel dont l’utilisation n’est qu’occasionnelle. Par exemple, une laverie collective utilisée dans chaque rue permettrait d’utiliser l’énergie solaire directe plus efficacement. De plus, cette solution fait économiser beaucoup d’énergie aux appareils de construction et permet de gagner en espace.

L’énergie éolienne directe ?

Cette stratégie prend tout son sens si l’on opte non pas pour l’énergie solaire directe, mais pour l’énergie éolienne directe, ou pour une combinaison des deux. La Living Energy Farm est située dans une région ensoleillée, mais la même approche conviendrait également aux régions venteuses.

Il existe toutefois une différence significative entre l’énergie solaire et l’énergie éolienne. Le rendement d’un panneau solaire ne dépend pas de sa taille. L’énergie solaire est donc idéale pour la production d’énergie décentralisée. En revanche, le rendement d’une éolienne augmente plus que proportionnellement à la hausse du diamètre du rotor. Par conséquent, il est plus intéressant de posséder une seule grande éolienne pour une communauté de ménages, par exemple pour alimenter une laverie ou un atelier collectif, qu’une éolienne par ménage.

La durée de vie d’une batterie plomb-acide dépend de nombreux facteurs. Elle peut être inférieure à trois ans si la décharge est trop importante ou si la batterie n’est pas entièrement rechargée régulièrement. En revanche, une batterie au plomb peu ou pas utilisée peut durer bien plus de cinq ans. Pourtant, la documentation académique mentionne une durée de vie de trois à cinq ans, qui correspond à l’expérience que j’ai eue avec celles que j’utilise depuis 2016. Voir par exemple « Optimal Sizing and Life Cycle Assessment of Residential Photovoltaic Energy Systems With Battery Storage» , A. Celik, dans « Progress in Photovoltaics : Research and Applications », 2008. & « Energy pay-back time of photovoltaic energy systems: present status and prospects », E.A. Alsema, dans « Proceedings of the 2nd World Conference and Exhibition on photovoltaics solar energy conversion », juillet 1998. ↩︎
La fabrication d’une batterie au plomb ( à partir de matériaux majoritairement recyclés) utilise environ 1 MJ d’énergie par wattheure de capacité de stockage. Ma batterie de 100 ampères-heure possède une capacité de stockage équivalente à 1 200 wattheures, soit une énergie intégrée de 1 200 MJ. Sur une durée de vie de 30 ans, il me faudra au mieux six de ces batteries, soit 7 200 MJ au total. Source : « Energy Analysis of Batteries in Photovoltaic systems. Part one (Performance and energy requirements) » et « Part two (Energy Return Factors and Overall Battery Efficiencies) » (PDF). Energy conversion and management 46, 2005 (2015) : ↩︎
Peu de travaux de recherche ont été réalisés sur l’énergie intégrée des contrôleurs de charge. Les informations les plus pertinentes dont je dispose font état d’une valeur de 1 MJ par watt de puissance maximale : Kim, Bunthern, et al. « Life cycle assessment for a solar energy system based on reuse components for developing countries. ». Journal of cleaner production 208 (2019) : 1459-1468. Pour une capacité de 120 W (mon régulateur de charge possède une capacité maximale de 10 A x 12 V = 120 W), cela revient à 120 MJ. Quant à la durée de vie, j’ai trouvé des estimations de 7 et 12,5 ans : même référence que ci-dessus, ainsi que : Kim, Bunthern, et al. « Second life of power supply unit as charge controller in PV system and environmental benefit assessment ». IECON 2016 - 42^e conférence annuelle de la IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2016. J’ai donc effectué le calcul fondé sur une durée de vie estimée à 10 ans. ↩︎
Nawaz, I., et G. N. Tiwari. « Embodied energy analysis of photovoltaic (PV) system based on macro-and micro-level ». Energy Policy 34.17 (2006) : p. 3144-3152. Selon cette source fréquemment citée, il faut 3500 MJ pour produire 1 m² de panneau solaire. Mes deux panneaux solaires combinés mesurent 0,65 m², pour un coût énergétique total de 2275 MJ. Une revue littéraire plus récente évalue le coût énergétique de la production de différents types de panneaux solaires entre 1034 et 5150 MJ/m². Les dernières études sur les panneaux solaires en silicium, présentées dans cet article, estiment leur coût à environ 1000 MJ/m², un chiffre bien plus bas que celui que je mentionne. Voir : Ludin, Norasikin Ahmad, et al. « Prospects of life cycle assessment of renewable energy from solar photovoltaic technologies: A review ». Renewable and Sustainable Energy Reviews 96 (2018) : p. 11-28. ↩︎
Les batteries en lithium-ion sont bien plus onéreuses que celles au plomb-acide, mais elles possèdent une plus grande capacité de déchargement (jusqu’à 15 % de leur capacité totale) et une plus longue durée de vie (entre 7 et 10 ans). Par conséquent, la taille et la quantité des batteries nécessaires sont réduites. En prenant en compte ces facteurs, le coût à vie d’une batterie en lithium est de 750 € contre 1020 € pour une au plomb. En contrepartie, les batteries en lithium-ion ont besoin d’un contrôleur de charge plus sophistiqué et onéreux. Selon sa qualité, un chargeur de 10 A coûte entre 200 et 600 €. En supposant qu’un contrôleur de charge coûte 400 € et dure 10 ans tout comme la batterie, le stockage de la batterie représente 95 % du coût à vie (2070 € au total, bien plus que le coût total d’une installation avec des batteries au plomb-acide). Sources : https://www.lithiumion-batteries.com/products/product/12v-50ah-lithium-ion-battery & https://www.lithiumion-batteries.com/products/12v-lithium-ion-battery-chargers/ ↩︎
Bien que la production des batteries en lithium-ion consomme plus d’énergie que celle des batteries au plomb-acide (entre 1,4 et 1,9 MJ/Wh contre 1 MJ/Wh), elle est contrebalancée par une durée de vie plus longue et une plus grande capacité de charge. Sur une durée de vie de 30 ans, le coût énergétique des batteries en lithium-ion est d’environ 3000 MJ, bien inférieur à celui des batteries au plomb-acide. En revanche, son contrôleur de charge contient davantage de pièces électroniques complexes. Malheureusement, aucune donnée n’est disponible sur le coût énergétique d’un tel contrôleur de charge. Il n’existe donc pas d’autre solution que d’estimer le coût énergétique par rapport au coût financier, qui s’avère être quatre à douze fois plus élevé qu’un contrôleur de charge pour une batterie au plomb-acide. En supposant que le coût soit quatre fois supérieur, l’énergie grise du contrôleur de charge monte jusqu’à 480 MJ, ou 1440 MJ sur une période de 30 ans. Le coût énergétique total pour ce système est de 6685 MJ, dont 70 % sont consacrés au stockage de la batterie, une valeur inférieure à celle des batteries au plomb-acide. ↩︎
Les batteries en nickel-fer, plus lourdes et imposantes que celles au plomb-acide, nécessitent une maintenance régulière, mais peuvent se décharger entièrement et ont une très longue durée de vie (20 ans). De plus, elles sont compatibles avec les contrôleurs de charge des batteries au plomb-acide. Sur une période de 30 ans, ces batteries coûtent 750 € au total, soit un coût inférieur à six batteries au plomb-acide de même capacité. Une batterie en nickel-fer, accompagnée de panneaux solaires de 100 W, coûte 1020 €, dont 85 % sont dédiés au stockage d’énergie. Malheureusement, il est difficile de se procurer des batteries en nickel-fer, notamment les petits modèles. Sources : https://beyondoilsolar.com/product/nickel-iron-battery-industrial-series/ & https://beyondoilsolar.com/product-category/batteries/nickel-iron/ ↩︎
En réalité, le prix des panneaux solaires dans une plus grande installation serait comparativement plus bas, car les panneaux solaires de petite taille (comme les 50 W) sont proportionnellement plus onéreux à chaque watt de capacité, par rapport aux panneaux solaires de taille traditionnelle (à partir de 250 W). Une logique plus ou moins similaire s’applique au coût énergétique. ↩︎
https://livingenergyfarm.org ↩︎
Alexis Zeigler, fondateur de la Living Energy Farm, a écrit un livre à propos de ce projet, entièrement disponible en ligne : Empowering Communities. A Practical Guide to Energy Self Sufficiency and Stopping Climate Change. La version papier peut également être commandée. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Puisque l’énergie solaire directe ne nécessite pas de contrôleur de charge pour chaque système distinct, diviser une installation solaire n’implique pas de coûts supplémentaires ni de surconsommation d’énergie. ↩︎
Des recherches démontrent que doubler l’épaisseur de l’isolation de 2,5 cm (standard) à 5 cm réduit la consommation d’électricité annuelle d’un réfrigérateur (capacité de 50 L) de 250 à 125 kilowattheures. [^13] Pour une épaisseur d’isolation entre 10 et 12,5 cm, la consommation d’électricité est encore divisée par deux et atteint les 60 kilowattheures par an. Une isolation plus épaisse n’entraîne qu’une baisse minime de la consommation d’électricité et n’est donc plus une solution intéressante, car elle impliquerait une hausse du coût et de la taille du réfrigérateur. Cette étude prend comme exemple un réfrigérateur solaire à courant alternatif qui fonctionne grâce à un onduleur et une batterie. Il est moins écoénergétique qu’un réfrigérateur solaire direct. ↩︎
Gupta, B. L., Mayank Bhatnagar, et Jyotirmay Mathur. « Optimum sizing of PV panel, battery capacity and insulation thickness for a photovoltaic operated domestic refrigerator ». Sustainable Energy Technologies and Assessments 7 (2014) : p. 55-67. ↩︎
Cette inertie thermique peut simplement être un récipient d’eau placé à l’intérieur du réfrigérateur, ou des bouteilles d’eau de consommation. Toutefois, l’eau peut également être stockée dans des réservoirs installés le long de l’équipement, derrière une paroi qui les maintient en place et les dissimule. L’eau a une plus haute densité de stockage de la chaleur que l’air, et stabilise donc la température plus longtemps. ↩︎
Ewert, M., et al. « Photovoltaic direct drive, battery-free solar refrigerator field test results ». Compte-rendu de la conférence sur l’énergie solaire. American Solar Energy Society ; American Institute of Architects, 2002. ↩︎
Cet avantage s’applique uniquement si le réfrigérateur est installé dans une pièce non chauffée. L’installer dans une cuisine chauffée alors que la température hivernale extérieure est égale ou inférieure à celle à l’intérieur du réfrigérateur est évidemment du gaspillage. Ce n’est pas non plus un avantage dans les pays tropicaux, où les températures sont élevées toute l’année. ↩︎
L’utilisation d’énergie solaire directe comme source de climatisation n’a pas été soumise à une analyse aussi approfondie que les réfrigérateurs domestiques. Voir : Luerssen, Christoph, et al. « Life cycle cost analysis (LCCA) of PV-powered cooling systems with thermal energy and battery storage for off-grid applications ». Applied energy 273 (2020) : p. 115-145. De plus, les chances de réaliser des économies d’énergie aussi importantes sont minces. Un réfrigérateur est toujours isolé, contrairement à une pièce ou un bâtiment climatisé où ce n’est pas toujours le cas. En outre, un réfrigérateur est placé dans une pièce où la température est stable. Un bâtiment est sujet à des fluctuations de températures importantes, et peut également être chauffé grâce au rayonnement solaire direct. La climatisation solaire directe est donc bien plus compliquée. Voir : Qi, Ronghui, Lin Lu, et Yu Huang. « Parameter analysis and optimisation of the energy and economic performance of solar-assisted liquid desiccant cooling system under different climate conditions ». Energy conversion and management 106 (2015) : p. 1387-1395. ↩︎
Solar Electric Cooking, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Voir également ce PowerPoint du même auteur. ↩︎
Insulated Solar Electric Cooker with Solid Thermal Storage, Andrew McCombs et al., 2022. Voir également cette vidéo. ↩︎
Voir : Ferreira, Carlos Infante, et Dong-Seon Kim. « Techno-economic review of solar cooling technologies based on location-specific data ». International Journal of Refrigeration 39 (2014) : p. 23-37. ///// Riffat, James, et al. « Development and testing of a PCM enhanced domestic refrigerator with use of miniature DC compressor for weak/off grid locations ». International Journal of Refrigeration 19.10 (2022) : p. 1118-1131. ///// Du, Wenping, et al. « Dynamic energy efficiency characteristics analysis of a distributed solar photovoltaic direct-drive solar cold storage ». Building and Environment 206 (2021) : p. 108-324. ///// Alsagri, Ali Sulaiman. « Photovoltaic and photovoltaic thermal technologies for refrigeration purposes: an overview ». Arabian journal for science and engineering 47.7 (2022) : p. 7911-7944. ↩︎
Faute de recherche, il n’est pas certain que cela s’applique également à la consommation d’énergie grise. ↩︎
Dans les deux cas, il est cependant nécessaire de contourner l’interrupteur de l’appareil, car l’électricité en courant continu produit davantage de chaleur que celle en courant alternatif. Un interrupteur externe approprié peut s’avérer utile, mais le mécanisme de sûreté de l’appareil est alors contourné, représentant un risque évident. [^10] Là encore, ce problème pourrait être évité, car il est techniquement possible de fabriquer des appareils adaptés à l’énergie solaire directe. ↩︎
Un compresseur à vitesse fixe peut utiliser seulement 50 % de l’énergie solaire utile produite, alors qu’un compresseur à vitesse variable en utilise 75 %. [^15] Un condensateur est alors nécessaire pour aider le compresseur lors de la phase de démarrage. ↩︎
À la place d’un convertisseur DC-DC, vous pouvez installer une petite « batterie tampon » ainsi qu’un contrôleur de charge qui assure une tension de sortie stable. De plus, cette petite batterie peut fournir un stockage d’énergie limité, particulièrement utile pour faire face à des pics de consommation d’énergie passagers. Par exemple, certains appareils provoquent un pic de consommation lorsqu’ils sont en charge. La batterie tampon présente toutefois des inconvénients, comme son coût, une hausse de l’énergie grise, ou des défaillances au niveau des composants. Un condensateur est une technologie alternative pour absorber les pics d’énergie. ↩︎
Néanmoins, utiliser des appareils en courant continu basse tension est bien plus écoénergétique, puisque les panneaux solaires produisent également un courant continu basse tension : https://qelnixcor.cloud/2016/04/slow-electricity-the-return-of-dc-power/ ↩︎
Insulated Solar Cooker Construction Manual, Living Energy Farm. Insulated solar electric cooker manual, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Roxy Oven Manual, Living Energy Farm. Video presentation manual solar electric cookers, Alexis Zeigler, Living Energy Farm. Explication vidéo de la fabrication de fils chauffants. Stockage de la chaleur thermique : Insulated Solar Electric Cooker with Solid Thermal Storage, Andrew McCombs et al., 2022. Voir également cette vidéo. ↩︎

Compresseur d’Air à Énergie Humaine avec Stockage d’Energie

Wed, 06 Dec 2023 00:00:00 +0000

Image : Compresseur d’air à énergie humaine avec système de stockage d’énergie. Photo d’Andy Lagzdins.

Il suffit de jeter un rapide coup d’œil dans mon atelier de réparation de motos pour se rendre compte que les outils pneumatiques y sont absolument partout. Du petit outillage portatif comme les clés à choc, ponceuses, cisailles, scies et meuleuses, aux équipements plus conséquents – notamment une cabine de sablage et une machine à pneus ; l’air a un rôle vital et permet de réaliser un large éventail de tâches au sein de l’atelier.

J’utilise depuis les années 1990 un compresseur d’air 220v, dont le moteur électrique 7 ch entraîne une pompe à air bi-étagée à 800 tr/min, qui remplit le réservoir de 300 litres (80 gallons) à une pression de 150 psi en cinq minutes environ. C’est une machine extrêmement fiable, à tel point que je n’y pense que rarement de manière consciente. Ce n’est qu’en cas de panne de courant que je réalise combien je suis dépendant, dans le cadre de mon activité, d’un approvisionnement permanent en air comprimé.

Face au constat de l’instabilité croissante de notre monde actuel, au sein duquel l’abondance, le faible coût et la fiabilité de l’énergie ne peuvent désormais plus être tenus pour acquis, j’ai décidé de me fabriquer un système qui me permettrait de remplir mes réservoirs d’air comprimé sans avoir à utiliser d’électricité ni de carburant. Ma conception du dispositif serait exempte de toute électronique et, moyennant un entretien minimal, les composants devraient (idéalement) durer toute une vie. Je souhaitais par ailleurs utiliser un maximum de pièces d’occasion, dans la double optique de promouvoir le recyclage et le réemploi tout en réduisant le coût de la fabrication.

Les Composants

La première étape consistait à trouver un réservoir d’air. J’ai déniché un compresseur d’air Ingersoll Rand d’une capacité de 300 litres, fabriqué en 1952, auquel j’ai retiré la pompe à air et le moteur électrique. La pompe d’origine a été remplacée par un nouveau modèle Speedaire, préconisé pour 115 psi, et nécessitant un moteur de seulement 0.5 ch pour fonctionner. La pompe est fixée sur le dessus du réservoir avec une plaque d’acier, boulonnée à la platine du moteur d’origine. À l’emplacement du moteur électrique, j’ai installé un arbre de transmission en acier massif, monté sur paliers à semelle avec roulements auto-aligneurs. Cet arbre de transmission accueille trois poulies de 20 kg utilisées comme volant d’inertie (on parle aussi de « volant moteur »), c’est à dire destinées fluidifier le fonctionnement. Ces disques de fonte ont un alésage de 3.5 cm de largeur et mesurent 40 cm de diamètre. La pompe à air est reliée à l’arbre moteur par une courroie de distribution simple trapézoïdale de section 4L.

Image : Compresseur et poulies de compresseur utilisées comme volants d’inertie. Photo d’Andy Lagzdins.

Image : Arbre de transmission en acier massif, avec trois poulies utilisées comme volant d’inertie. Photo d’Andy Lagzdins.

L’étape suivante consistait à trouver une source d’énergie humaine pour faire tourner ces volants d’inertie. J’ai trouvé un vélo d’appartement Schwinn des années 1970, de très bonne facture, presque entièrement construit en acier. Après l’avoir dépouillé pour ne conserver que le strict nécessaire, j’ai remplacé la roue à rayons d’origine par un moyeu à 8 vitesses intégrées de marque Sturmey Archer. Ce moyeu offre une plage de braquets (rapports de démultiplication de la transmission) comprise entre 1 et 3,25. Les changements de vitesse sont effectués via une manette située sur le guidon.

Afin de supporter les sollicitations mécaniques d’un pédalage à pleine puissance, l’ensemble du pédalier d’origine a quant à lui également été remplacé par des bras de manivelle tubulaires Cr-Mo (acier faiblement allié au chrome-molybdène), un boîtier à roulements scellés, ainsi que des pédales à plateforme issues d’un BMX de course. Enfin, le guidon et la potence ont été remplacés par des composants en Cr-Mo afin de minimiser leur flexion lors d’une utilisation intensive. Les chaînes 1/8” (largeur équivalente à 3.175 mm) sont de la plus haute résistance pour plus de fiabilité.

A ce stade de l’assemblage, le vélo et le réservoir d’air comprimé se trouvaient alignés l’un par rapport à l’autre, et installés sur des cadres en bois traité de section 14 x 14 cm à leur emplacement définitif. À l’avant du vélo, le pignon de sortie a ensuite été relié à un pignon similaire fixé à l’extrémité de l’arbre moteur ; le système de transmission était désormais terminé.

Image : Un vélo d’entraînement Schwinn des années 1970. Le pédalier d’origine a été remplacé par des bras de manivelle tubulaires Cr-Mo, un boîtier à roulements scellés, ainsi que des pédales à plateforme issues d’un vélo de course BMX. Photo d’Andy Lagzdins.

Image : Moyeu à 8 vitesses intégrées de marque Sturmey Archer. Photo d’Andy Lagzdins.

Pour gérer le flux d’air, j’ai intégré un système à deux étages. Les deux réservoirs d’air, d’une capacité respective de 10 et 80 litres, sont dotés de valves séparées, ce qui me permet de les remplir séparément, simultanément, ou de transférer de l’air d’un réservoir à l’autre. Sur chacun d’eux, un manomètre indique la pression interne. Après remplissage initial du grand réservoir, j’augmente sa pression à 50 psi en l’alimentant directement depuis la pompe à air. Je commence alors à remplir le petit réservoir jusqu’à atteindre 100 psi, pour ensuite le vider vers le grand.

Une Transmission à 8 Vitesses

Le système de transmission à 8 vitesses est d’une précieuse aide au cours du processus de remplissage. Quand la pression du réservoir est faible, le vélo peut être utilisé avec de grands braquets. À l’inverse, les plus petits braquets permettent de surmonter la résistance opposée par la pompe à air quand la pression atteint la plage de 70 - 100 psi.

Le remplissage des deux réservoirs à une pression de 100 psi nécessite 5 à 10 sessions de pédalage par jour sur environ une semaine. Dans les périodes de forte activité à l’atelier, enfourcher le vélo de temps en temps permet de me vider un peu l’esprit pour me remettre les idées en place ; par temps froid, c’est un bon moyen de se réchauffer tout en stimulant la circulation sanguine. Je peux aussi me mettre en petit rapport de vitesse et pédaler plus doucement tout en étant sur mon portable ou en écoutant de la musique. Le fait d’avoir à pédaler aussi fréquemment pour obtenir de l’air comprimé m’incite à éviter de gaspiller de l’air quand j’utilise mes outils. Cela oblige par ailleurs à vérifier régulièrement l’absence de fuite en s’assurant que tous les raccords sont bien étanches.

Image : Outils à air comprimé. Photo d’Andy Lagzdins.

Dans cette installation, les composants les plus exposés à l’usure dans le temps sont les joints de la pompe à air, la courroie de transmission et les chaînes, les pignons ainsi que le flexible en caoutchouc. Je garde en stock pour chacun d’entre eux des pièces de rechange, afin de m’assurer que le système puisse rester opérationnel pour les années à avenir. Toutes les opérations d’entretien et de maintenance peuvent être réalisées au moyen d’outils manuels simples, et la totalité des pièces sont réparables et remplaçables.

L’autre avantage d’utiliser l’air comprimé comme vecteur d’énergie est le faible coût des outils pneumatiques. La tendance actuelle est à la généralisation du matériel électroportatif sur batterie, ce qui incite beaucoup de gens à vendre leurs « vieux » outils pneumatiques, soi-disant désuets. On trouve ainsi à la vente beaucoup d’anciens compresseurs dont la pompe ou le moteur est défectueux, pour des prix par conséquent très abordables. Le marché d’occasion propose une bonne offre de vélos d’appartement ; probablement du fait de personnes qui ont entamé un programme d’entraînement physique pour finalement abandonner en cours de route. La prochaine modification prévue consistera à ajouter un second réservoir d’air de 300 litres afin d’augmenter la capacité de stockage.

En résumé, les principaux avantages du vélo générateur d’air comprimé (ou « compresseur d’air à pédale ») sont les suivants : aucune source d’énergie extérieure n’est nécessaire, il peut fonctionner dans des sites isolés à n’importe quel moment de la journée ou de l’année, il est construit à partir de composants recyclés qui sont facilement remplaçables, et ne coûte rien à l’utilisation. Les avantages secondaires sont nombreux : de plus en plus de bienfaits se font sentir à l’usage de cette machine. En premier lieu, on peut citer une meilleure forme physique grâce au pédalage, et un esprit plus libre après s’être changé les idées.

Image : Compresseur d’air à énergie humaine avec système de stockage d’énergie. Illustration d’Andy Lagzdins.

Caractéristiques techniques :

Réservoir d’air principal : 300 litres Horizontal, Ingersoll Rand
Réservoir de remplissage : 38 litres, 125psi, SnapOn
Pompe de compresseur d’air : 1 étage, 1 ch Max, 115psi, Speedaire 40KH94
Cycle stationnaire : vélo d’appartement Schwinn Exerciser
Transmission : moyeu à vitesses intégrées Sturmey Archer S80 XRK8 (8 vitesses)
Volants d’inertie : Fonte, diamètre 406 mm, alésage 35 mm
Roulements : paliers à semelle P207 avec roulements auto-aligneurs
Courroie : simple trapézoïdale, type 4L
Chaînes : KMC Z1eHX Wide 1/2”x1/8”
Valves : valves à boisseau sphériques 12.7 mm, laiton
Filtre à air : filtre K&N, coton et treillis métallique

Vidéo

Andy fait une démonstration de la machine et explique son fonctionnement dans cette vidéo.