Fonctionnement d’un ballon d’eau chaude électrique

Ce n’est que depuis le XXe siècle que de l’eau chaude est disponible dans toute la maison. Cela a notamment été rendu possible par l’invention du ballon d’eau chaude. Bien qu’il soit aujourd’hui possible de s’en passer, de nombreux foyers sont encore équipe d’un ballon d’eau chaude électrique. Comment fonctionne-t-il ? Quels sont les différents éléments qui le composent ? Comment agissent-ils pour que l’eau soit toujours maintenue chaude et soit disponible avec tant de facilité ?

Fonctionnement du ballon d’eau chaude électrique

Chauffage de l’eau

Le principe de fonctionnement d’un ballon d’eau chaude électrique est simple. On remplit une cuve avec de l’eau froide pour ensuite la réchauffer et la répartir dans le circuit sanitaire de la maison. On parle, dans ce cas, d’un ballon d’eau chaude à accumulation. En effet, l’eau chaude est stockée pour être disponible selon les besoins. C’est au niveau du ballon que l’on va donc centraliser l’eau chaude sanitaire qui desservira l’ensemble de la maison. Il faut un certain temps pour que l’eau soit en température. On estime par exemple que pour un modèle de 300 litres, il faudra environ une heure pour que celle-ci atteigne 65 à 70 °C.

Stratification

L’appareil est constitué d’une cuve émaillée qui possède un système de chauffage. L’élément qui va chauffer l’eau sera soit une résistance dans le cas du cumulus électrique soit un brûleur dans le cas d’un cumulus à gaz. L’eau chaude sera stockée en haut du réservoir et l’eau froide en bas. On appelle ce phénomène la stratification. L’eau chaude et l’eau froide ne se mélangent jamais. Un petit brise-jet situé à l’entrée de l’eau froide dans le ballon d’eau chaude électrique évite un jet puissant qui empêcherait ce processus.

Au fur et à mesure que l’eau chaude est puisée, elle est remplacée par de l’eau froide. La cuve, isolée thermiquement, est protégée contre la corrosion par l’intermédiaire d’une anode. L’isolation thermique de la cuve favorise le maintien en température de l’eau.L’installation d’un ballon d’eau chaude électrique est relativement aisée. Le ballon d’eau chaude doit être facile d’accès pour faciliter son entretien. On peut le fixer sur un mur ou le poser sur un trépied. Il en existe en position verticale ou horizontale.

Les composants du ballon d’eau chaude électrique

Plusieurs éléments complémentaires constituent un ballon d’eau chaude électrique. Certains sont toujours présents, d’autres sont optionnels :

Les éléments de base du ballon d’eau chaude

• La cuve : Elle peut être de différents volumes (de 40 à 300 litres en général). Celle-ci est isolée thermiquement pour réduire les coûts et maintenir une température constante.
• Le thermostat : Il détecte la température présente et enclenche la chauffe en agissant sur le circuit électrique responsable de la mise en marche de la résistance. Il facilite le fonctionnement automatique de la résistance. Pour des raisons économiques, de nombreux foyers ont installé un dispositif électrique appelé jour/nuit. Ainsi, le ballon d’eau chaude ne fonctionne que la nuit, pendant les heures creuses, lorsque le prix du kWh est le plus bas.
• La résistance : Elle peut être soit thermoplongée (en acier inoxydable ou en inox), soit à l’intérieur d’un fourreau (en stéatite). Cette dernière est plus performante même si elle demande plus de temps pour chauffer. En effet, elle résiste à l’action du calcaire, car elle n’est pas en contact avec l’eau. Par contre, la résistance thermoplongée sera en contact direct avec l’eau. Elle peut causer des problèmes pratiques puisqu’une vidange du ballon sera nécessaire si on doit la remplacer.
• Le groupe de sécurité : Il possède trois fonctions. Il permet d’abord l’entrée d’eau froide, agissant comme une soupape qui permet l’évacuation de l’eau lorsque la pression augmente à la chauffe. Il facilite également la vidange de la cuve. Enfin, il empêche l’eau chaude de remonter dans le circuit d’eau froide.
• L’anode : C’est le système qui favorise la prévention de la corrosion. Elle est soit en magnésium ou en titane (plus performant). Elle fixe la corrosion afin que la cuve ne soit pas agressée. Petit à petit, elle s’oxydera ou, dans le cas de l’anode en magnésium, se diluera dans la cuve en renforçant celle-ci. Ainsi, chaque aspérité qui apparaîtra dans la cuve pourra être colmatée. L’anode en titane émet des ondes électriques et capte ainsi les minéraux comme le calcium. Aujourd’hui, il existe des anodes hybrides : en titane et enrobé de magnésium. Celles-ci possèdent ainsi les avantages des deux matières. Chaque année, il est bon de nettoyer l’anode. Sa dégradation dépend essentiellement de la qualité de l’eau. On estime sa durée de vie à 10 ans en moyenne pour une anode en titane et 3 ans pour une anode en magnésium.

Les composants optionnels

• Le limiteur thermostatique ou limiteur de température : C’est un équipement de sécurité. On l’installe à la sortie du ballon d’eau chaude. Son but est de mélanger de l’eau froide avec l’eau chauffée qui sort du ballon d’eau chaude. L’eau sera ainsi plus basse en température et empêchera toute personne de se brûler (la température passera d’environ 60 degrés à 40, 50 degrés.). Un autre avantage sécuritaire est qu’en cas d’arrêt de l’alimentation en eau froide, le limiteur thermostatique coupera automatiquement le débit de l’eau.
• Le vase d’expansion ou vase sanitaire : Il récupère l’eau dilatée lors de la chauffe. Il n’est pas obligatoire mais fortement recommandé. Il évite des pertes inutiles et permet des économies non-négligeables.
• Le réducteur de pression : Il permet de contrôler la pression et donc d’éviter une perte d’eau trop importante au niveau du siphon. Il se situe à arrivée de l’eau du réseau. Comme son nom l’indique, il permet de réduire la pression de l’eau grâce à un obturateur. Grâce à lui, la pression à l’intérieur de la cuve sera donc constante. Il est très important en cas de chauffe nocturne. En effet, c’est pendant la nuit que la pression du réseau d’eau de la ville est la plus forte.

D’autres types de ballon d’eau chaude

Bien que le principe du ballon d’eau chaude électrique soit détaillé ici, il existe aussi des ballons d’eau chaude alimentés par d’autres sources énergétiques telles que le gaz, l’énergie de l’air ou le soleil. On parle par exemple d’un ballon d’eau chaude thermodynamique qui utilise le principe de la pompe à chaleur. Il récupère les calories présentes dans l’air afin de les réutiliser pour chauffer l’eau. Le chauffe-eau solaire utilise, quant à lui, l’énergie des rayons du soleil pour chauffer.