10 · Énergie et autonomie
Calculer son autonomie électrique
On achète trop souvent une station électrique avant d'avoir compté ce qu'on veut alimenter. Le bon ordre est inverse : on mesure le besoin, on le réduit, puis on choisit le stockage et la production. Avec une calculatrice et une soirée, on sait exactement de quoi on a besoin.
Une panne de courant de quelques heures se gère avec des lampes frontales. Au-delà de deux jours, les questions deviennent sérieuses : le congélateur, la pompe du puits, les téléphones, la radio, parfois un appareil médical. C'est là qu'on découvre si l'on a une vraie autonomie ou seulement une grosse batterie posée dans un placard.
La méthode tient en quatre étapes. Faire son bilan. Trier. Dimensionner le stockage. Dimensionner la production. Et à chaque étape, la sobriété fait gagner plus que n'importe quel achat.
L'unité qui compte : le wattheure
La puissance d'un appareil, en watts (W), dit combien il consomme à un instant donné. L'énergie, en wattheures (Wh), dit combien il consomme sur une durée. La formule est simple :
puissance (W) × durée d'usage (h) = énergie (Wh)
Une ampoule LED de 7 W allumée 5 heures consomme 35 Wh. Un routeur de 10 W qui tourne jour et nuit en consomme 240. On confond souvent les deux : une station « 2 000 W » annonce la puissance maximale qu'elle peut délivrer, pas l'énergie qu'elle contient. C'est sa capacité en Wh qui dit combien de temps elle tiendra.
Pour les appareils qui fonctionnent par cycles, comme un réfrigérateur, la puissance affichée ne suffit pas : le compresseur démarre et s'arrête. Il vaut mieux partir de la consommation annuelle indiquée sur l'étiquette énergie et la diviser par 365. Un réfrigérateur récent consomme de l'ordre de 100 à 250 kWh par an, un congélateur de 150 à 300 kWh, soit en gros 300 à 800 Wh par jour selon le modèle, la taille et la température de la pièce. Le plus fiable reste un wattmètre de prise, à une quinzaine d'euros, branché une semaine entière.
Le bilan d'un foyer en mode crise
Voici un exemple réaliste pour une famille de quatre personnes en maison, qui veut garder l'essentiel en marche pendant une coupure longue. Les valeurs sont des moyennes : faites le vôtre avec vos propres appareils.
| Appareil | Puissance | Heures/jour | Wh/jour |
|---|---|---|---|
| Éclairage LED (4 × 7 W) | 28 W | 5 h | 140 |
| Recharge de 3 téléphones | 30 W | 1,5 h | 45 |
| Radio et talkies | 5 W | 4 h | 20 |
| Box, routeur ou petit serveur | 10 W | 24 h | 240 |
| Réfrigérateur récent (cycles) | 80 W | 5 h | 400 |
| Congélateur coffre (cycles) | 90 W | 6 h | 540 |
| Pompe de puits | 400 W | 0,25 h | 100 |
| Ordinateur portable | 45 W | 2 h | 90 |
| Total | 1 575 |
Près de 1,6 kWh par jour. Il faut encore ajouter les pertes : l'onduleur, les câbles et la batterie en gaspillent 10 à 15 %. On arrive vers 1,8 kWh. Ce chiffre paraît modeste comparé aux 10 à 15 kWh quotidiens d'une maison chauffée à l'électricité, mais il est déjà lourd à produire en hiver avec du solaire.
Indispensable, utile, confort
Le tableau n'a de valeur que si on le trie. Trois colonnes suffisent.
L'indispensable, c'est ce dont l'absence met en danger : la lumière le soir, la radio pour les consignes, un téléphone pour appeler les secours, la pompe si c'est votre seule eau, un appareil médical s'il y en a un. Dans notre exemple, cela représente environ 545 Wh par jour, box comprise.
L'utile évite des pertes : le réfrigérateur et surtout le congélateur, qui contient parfois plusieurs centaines d'euros de nourriture. Mais un congélateur bien rempli, qu'on n'ouvre pas, garde le froid une journée ou plus. On peut donc le faire tourner quelques heures par jour aux heures de production plutôt qu'en continu.
Le confort, c'est le reste : ordinateur, télévision, bouilloire, cafetière. Ces derniers sont des gouffres (une bouilloire tire 2 000 W) et se remplacent facilement par un réchaud.
Prenez une famille équipée d'une station de 1 000 Wh pendant une panne de quatre jours. Si elle fait tourner la box, la télévision et un radiateur d'appoint « juste pour les enfants », la batterie est vide en une soirée. Le lendemain, plus rien pour recharger les téléphones. La sobriété est la première source d'énergie : chaque watt qu'on n'utilise pas est un watt qu'on n'a ni à stocker ni à produire.
Stocker : lithium fer phosphate ou plomb
Deux familles de batteries dominent pour l'autonomie domestique. Leur différence principale tient à la profondeur de décharge utile, c'est-à-dire la part de la capacité qu'on peut réellement consommer sans abîmer la batterie.
Une batterie au plomb (AGM, gel ou plomb ouvert) ne devrait pas descendre sous la moitié de sa charge si l'on veut qu'elle dure. Une batterie de 100 Ah en 12 V contient 1 200 Wh, mais on n'en utilise sereinement que 600. Elle supporte en général quelques centaines de cycles à 50 % de décharge, rarement plus d'un millier. Elle est lourde et n'aime pas rester déchargée.
Une batterie LiFePO4 (lithium fer phosphate) accepte couramment 80 à 90 % de décharge et annonce plusieurs milliers de cycles, souvent 2 000 à 6 000 selon les modèles et les conditions. Elle pèse trois à quatre fois moins à énergie égale, et sa chimie est bien plus stable que celle des batteries lithium des téléphones. Elle coûte plus cher à l'achat, mais revient moins cher par kilowattheure réellement restitué sur sa durée de vie. Son point faible : elle ne doit pas être chargée en dessous de 0 °C, ce qui compte dans un garage non chauffé. Les bons modèles intègrent un système de gestion (BMS) qui bloque la charge dans ce cas.
Reprenons notre foyer, réduit à l'indispensable plus le réfrigérateur : environ 1 kWh par jour, 1,1 avec les pertes. Pour tenir trois jours sans soleil, il faut 3,3 kWh utilisables. En LiFePO4 à 85 % de décharge, cela donne environ 4 kWh nominaux, soit une quarantaine de kilos. En plomb à 50 %, il en faut 6,6 kWh nominaux, soit plus de 200 kg de batteries. Le calcul tranche généralement la question.
Les stations électriques portables sont des batteries LiFePO4 (pour la plupart des modèles récents) avec onduleur, régulateur et prises intégrés. Elles sont pratiques et sûres pour débuter. Choisissez-les sur leur capacité en Wh, avec une marge d'au moins 20 à 30 % sur votre besoin, et vérifiez qu'elles acceptent une entrée solaire suffisante.
Produire : le solaire, avec des chiffres honnêtes
Un panneau est vendu en watts crête (Wc) : c'est sa puissance dans des conditions de laboratoire, sous un ensoleillement de 1 000 W par mètre carré. Pour savoir ce qu'il produit vraiment, on utilise les heures équivalentes plein soleil, qui ramènent l'ensoleillement d'une journée à un nombre d'heures à 1 000 W/m².
En France, sur un panneau bien incliné et plein sud, cela donne des ordres de grandeur très contrastés. En juillet, environ 5 heures dans le Nord et à Paris, 6,5 à 7 heures sur la côte méditerranéenne. En décembre, on tombe à 1 à 1,5 heure dans le Nord et à Paris, et autour de 2 à 2,5 heures à Marseille ou Nice. L'hiver, la ressource est donc divisée par quatre environ au nord. L'outil public européen PVGIS donne les valeurs exactes pour votre adresse, mois par mois.
La production quotidienne s'estime ainsi : puissance crête × heures équivalentes × 0,75 environ, pour tenir compte des pertes (chaleur, câbles, poussière, régulateur). Pour produire 1,1 kWh par jour près de Paris :
- en juillet, 1 100 ÷ (5 × 0,75) donne environ 300 Wc, soit un seul panneau ;
- en décembre, 1 100 ÷ (1,3 × 0,75) donne environ 1 100 Wc, soit trois panneaux de 400 Wc ;
- à Marseille en décembre, 1 100 ÷ (2,5 × 0,75) donne environ 600 Wc.
On dimensionne sur le mois le plus défavorable. Orientation plein sud, sans ombre entre 10 h et 16 h. Pour une installation utilisée toute l'année, une inclinaison de 30 à 35 degrés est un bon compromis. Si l'hiver est votre priorité, redressez-la vers 60 degrés : le soleil est bas, et la neige glisse mieux.
Entre le panneau et la batterie, le régulateur MPPT est préférable au modèle PWM, plus simple. Il suit en permanence le point de puissance optimal du panneau et convertit la tension en excès en courant de charge. Le gain est net par temps froid et avec des panneaux modernes de tension élevée.
Le groupe électrogène, toujours dehors
Un groupe électrogène complète bien le solaire en hiver, pour recharger la batterie en deux ou trois heures quand le ciel reste gris. Mais il tue chaque année. Son échappement produit du monoxyde de carbone, un gaz inodore et invisible, responsable de plusieurs milliers d'intoxications par an en France. Les autorités sanitaires sont formelles : jamais de groupe électrogène à l'intérieur, ni dans un garage, une cave ou un abri, même porte ouverte. On l'installe dehors, loin des fenêtres, des portes et des entrées d'air, échappement orienté à l'opposé de la maison. Un détecteur de CO à l'intérieur est une précaution peu coûteuse.
Le carburant est son autre faiblesse. L'essence vieillit en quelques mois, surtout les carburants contenant de l'éthanol comme le SP95-E10 : elle perd ses qualités, encrasse le carburateur et le groupe refuse de démarrer le jour où on en a besoin. On stocke de petites quantités dans des bidons homologués, au frais, hors de la maison, on fait tourner le stock en le versant dans la voiture, et on démarre le groupe une fois par mois. Un stabilisateur de carburant prolonge la conservation sans la rendre illimitée.
Sécurité électrique : les erreurs qui coûtent cher
La plus grave consiste à brancher un groupe ou un onduleur sur une prise murale pour « alimenter toute la maison ». Sans dispositif de séparation, le courant remonte dans le réseau, peut électrocuter un technicien qui répare la ligne, et détruit l'installation au retour du courant. La seule solution propre est un inverseur de source, qui sépare physiquement le réseau et le secours, installé par un électricien. En attendant, on branche les appareils directement sur le groupe ou la station, avec des rallonges adaptées.
En basse tension, ce sont les intensités qui piègent. À 12 V, un onduleur de 1 000 W tire plus de 80 A sur la batterie. Il faut des câbles de forte section, courts, et un fusible sur chaque départ, au plus près de la borne positive. Un câble trop fin chauffe, fond, et met le feu bien avant que l'appareil ne s'arrête. Au-delà de 1 500 à 2 000 W d'onduleur, passer en 24 V divise l'intensité par deux et simplifie tout. Suivez les sections données par le fabricant de l'onduleur, sans les arrondir vers le bas.
Refaire le calcul chez soi
Prenez une feuille, listez vos appareils, notez puissance et heures, et faites les multiplications. Rayez tout ce qui n'est pas indispensable, et regardez le total : c'est lui, et pas la fiche d'un produit, qui doit décider de ce que vous achetez. Puis coupez le disjoncteur général un samedi matin, vivez vingt-quatre heures sur votre installation, et corrigez le tableau avec ce que vous aurez appris.