Revêtements réfléchissants et installations photovoltaïques 2012/04.13

Il est de plus en plus souvent demandé de peindre en blanc les toitures plates. Les toitures réfléchissantes permettraient notamment d'accroître le rendement des installations photovoltaïques. Quelles sont ces peintures et quels gains peuvent être attendus au niveau des installations PV ?
Les demandes concernant les toitures réfléchissantes ont considérablement augmenté au cours des dernières années. Le nombre de produits disponibles s'est également fortement accru et les principales catégories de revêtements de toiture disposent aujourd'hui d'alternatives dites réfléchissantes. Parallèlement aux membranes de couleur claire, des peintures réfléchissantes ont également été développées.

Les toitures réfléchissantes ont pour principal objectif d'augmenter la réflexion du rayonnement solaire. La température de surface de la toiture est alors réduite ainsi que les transferts de chaleur vers l'intérieur du bâtiment. Cet effet est favorable pour limiter le risque de surchauffe en été, voire pour économiser de l'énergie si un système de refroidissement actif est installé dans le bâtiment. Les revêtements réfléchissants permettraiet aussi d'augmenter le rendement des installations photovoltaïques éventuellement présentes.

Il existe actuellement des peintures réfléchissantes pour la plupart des toitures : surfaces minérales ou métalliques, membranes bitumineuses ou synthétiques, … Outre leur impact présumé sur l'échauffement des bâtiments, elles sont souvent utilisées afin de protéger des UV certains revêtements de toitures (SBS, …). Les peintures sont également employées pour réduire les sollicitations thermiques des membranes et accroître leur durée de vie. On distingue généralement :
  • les peintures élastomères : généralement à base d'acrylique, de silicone ou de polyuréthane, leur capacité de déformation est généralement élevée afin de s'adapter aux variations dimensionnelles du support. Elles ne doivent donc pas être confondues avec des peintures extérieures pour façade, lesquelles n'ont pas été conçues pour être appliquées en toiture

  • les peintures à liant bitumineux.
Les principales dégradations des peintures réfléchissantes se manifestent par des fissurations, des décollements, des variations de teinte ou encore par des faïençages. Ces altérations apparaissent essentiellement en cas d'application in situ sur des membranes synthétiques ou bitumineuses. Sur ces supports, les décollements sont généralement localisés au niveau de zones de stagnation d'eau qui sont en partie inévitables (recouvrements des lés, tolérances de planéité du support, présence d'obstacles, …). Ils peuvent aussi être liés à des défauts d'adhérence ou à une couche de fond inadaptée.

Impact sur le comportement thermique de la toiture

L'effet de ces revêtements sur la limitation de la surchauffe est réel, mais est d'autant plus limité que l'isolation thermique de la toiture est importante.

Leur impact au niveau énergétique est étroitement lié au climat, au niveau d'isolation thermique de la toiture ainsi qu'au recours ou non au conditionnement d'air. Dans des bâtiments équipés de refroidissement actif, ils exerceront, en été, un effet favorable sur la réduction de la consommation de refroidissement. Durant la saison de chauffe, la diminution des apports solaires via la toiture exercera, à l'inverse, un impact défavorable, généralement très limité, sur la consommation de chauffage. L'effet réel de ces membranes variera de ce fait d'un bâtiment à l'autre. Rappelons toutefois que la première des mesures à prendre pour économiser de l'énergie reste de prévoir une bonne isolation thermique de la toiture.

Impact sur le rendement des modules photovoltaïques

Les toitures réfléchissantes permettent, dans certaines conditions, d'accroître le rendement des modules PV. Ce phénomène résulterait principalement des mécanismes dont l'influence dépend de la configuration de l'installation, à savoir :
  • un échauffement limité des modules, leur assurant une meilleure efficacité de fonctionnement. Cette dernière diminue d'environ 0,35 à 0,5 % pour chaque degré au-dessus de 25 °C

  • une augmentation de la quantité de rayonnement reçu.
Influence d'une membrane blanche sur la température de panneaux PV en surimposition
Pour des panneaux placés en surimposition, des mesures réalisées au CSTC (cf. figure) ont montré qu'une membrane blanche n'induisait pas de diminution de la température des panneaux. Les toitures réfléchissantes permettent toutefois, en fonction de l'inclinaison des modules PV, de renvoyer un supplément de rayonnement sur les cellules, augmentant ainsi leur production. En été, ce rayonnement supplémentaire serait d'environ 1,5 % pour une inclinaison de 20° et d'environ 10 % pour une inclinaison de 45°. Les modules photovoltaïques cylindriques peuvent recevoir la lumière de toutes les directions. Pour ces systèmes, les toitures réfléchissantes permettent d'augmenter la production indépendamment de l'inclinaison.

Pour des panneaux de silice amorphe collés sur la membrane, l'application de ce type de revêtement n'influence pas la quantité de rayonnement reçu par le système PV.

Vieillissement

Au cours du temps, les revêtements réfléchissants peuvent s'encrasser. L'accumulation de poussières, de salissures et les développements biologiques induisent généralement une diminution de la réflexion de 20 % les premières années. Dans certains cas, la réduction de réflexion peut être plus importante et survenir après quelques mois. Afin de maintenir les performances, des nettoyages réguliers sont à prévoir. Ils devraient intervenir au moins au début de chaque période estivale.


E. Cailleux, dr., chef de projet, laboratoire Bois et coatings, conseiller technologique (*), CSTC
B. Michaux, ir., chef adjoint de la division Enveloppe du bâtiment et menuiserie, CSTC
X. Loncour, ir., chef de la division Energie et bâtiment, CSTC

(*) Guidance technologique 'REVORGAN - Revêtements organiques' subsidiée par la Région wallonne.