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Comment fonctionne un ballon d’eau chaude électrique ?

Chauffe-eau électrique à accumulation

En France, près de 12,8% de la consommation d’électricité des ménages est consacrée à l’eau chaude sanitaire selon l’Ademe(1). (©Atlantic)

Le chauffe-eau électrique à accumulation(2) est l’équipement de production d’eau chaude « sanitaire » (ECS) le plus répandu dans les logements(3) en France (11 millions d’unités selon l’Ademe(4)). Il est également qualifié de « ballon d’eau chaude » ou de « cumulus » électrique.

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

  • une cuve en métal(5), réservoir d’eau qui peut être fixé au mur ou posé au sol et dont la capacité(6) dépend des besoins du logement (généralement 100 litres pour 2/3 personnes avec douche(7)) ;
  • une résistance qui amène l’eau à la température souhaitée par effet Joule. Elle peut être plongée directement dans la cuve (résistance dite « thermo-plongée », solution à éviter si l’eau est très calcaire en raison du risque d’entartrage) ou placée dans un fourreau sans contact direct avec l’eau (résistance dite « stéatite », solution qui réduit le rendement du chauffe-eau) ;
  • un thermostat (il est conseillé de maintenir la température de l’eau stockée dans le ballon entre 60°C et 65°C)(8) ;
  • différents raccordements, pour l’arrivée d’eau froide en bas du ballon (avec brise-jet(9)) et pour la sortie d’eau chauffée en haut de la cuve ;
  • un système de prévention de la corrosion (couche d’émail à l’intérieur de la cuve, anode en magnésium, etc.).

L’eau chauffée au contact de la résistance a une densité plus faible que l’eau froide entrant par le bas du ballon et elle remonte donc vers le haut de la cuve. Ce phénomène, dit de « stratification(10)», évite le mélange de l’eau chaude et de l’eau froide à l’intérieur du ballon.

En France(11), les cumulus peuvent être considérés comme une solution de stockage électrique lorsqu’ils sont programmés pour fonctionner en heures creuses. Ce signal tarifaire permet en effet de chauffer l’eau du cumulus en dehors des pointes journalières d’appel de puissance électrique sur le réseau (en particulier autour de 19h).

Selon RTE, près de 80% de la production d’eau chaude sanitaire à partir d’électricité est aujourd’hui réglée sur un signal tarifaire, ce qui correspond à une consommation annuelle d’un peu plus de 15 TWh en heures creuses. En l’absence de ce pilotage, le pic de puissance appelée en France à 19h en période hivernale pourrait augmenter de plus de 3 GW selon les estimations de RTE(12).

Précisons qu’il existe de nombreux autres types de chauffe-eau qui utilisent d’autres sources d’énergie : gaz naturel, énergie solaire(13), fioul, calories de l’air (chauffe-eau thermodynamique intégrant une pompe à chaleur), etc.

Chauffe-eau électrique à accumulation

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