Planification de panneaux légers : comprendre la charge morte par rapport à la charge vive des panneaux solaires sur les toits

En mars 2018, une salle scientifique de la région des Cévennes (sud de la France) s'est effondrée à la suite d'une forte pluie sur neige. Les chercheurs ont effectué une analyse rétrospective combinant des données météorologiques et des simulations structurelles pour estimer les pressions à l'origine de la défaillance. Comme la pluie a saturé la neige existante, la charge sur le toit a augmenté de façon marquée et la structure n'a pas pu la supporter.

Cette affaire montre comment la charge vive et les effets environnementaux peuvent faire basculer un système de toiture de la sécurité à la défaillance, et elle illustre une vérité fondamentale : les toits supportent deux types de poids très différents et les ingénieurs les traitent de manière très différente.

C'est là que les termes charge morte et charge utile entrent en jeu dans la planification solaire. Ce sont des concepts simples qui permettent de déterminer si une installation solaire est sûre, réalisable et durable à long terme.

La charge à vide fait référence au poids constant

La charge morte est le poids permanent qui ne change jamais une fois qu'un système solaire est installé. Il comprend des modules solaires, des structures de montage, des rails et des pinces, ainsi que des composants électriques fixes, tels que des plateaux de câblage.

La charge propre est généralement exprimée en kilogrammes par mètre carré (kg/m²). Comme ce poids repose sur le bâtiment pendant des décennies, il doit être minimisé dans la mesure du possible.

La charge vive fait référence à la pression variable

La charge vive fait référence aux forces temporaires qui agissent sur le toit en plus de la charge morte. Celles-ci varient selon les conditions et incluent l'accumulation de neige (et la pluie, comme nous l'a appris l'exemple), le soulèvement du vent pendant les tempêtes, le déplacement des ouvriers d'entretien sur le toit.

Contrairement à la charge morte, la charge vive est imprévisible, c'est pourquoi les codes du bâtiment ajoutent des marges de sécurité supplémentaires. Les codes du bâtiment sont les règles et normes officielles qui définissent la manière dont les structures (maisons, bureaux, usines, etc.) doivent être conçues et construites de manière à être sûres et durables. Ils sont publiés par les gouvernements ou les organismes de normalisation. En ce qui concerne les charges, ils indiquent le poids qu'un toit doit pouvoir supporter dans différentes conditions.

En Autriche, les toits doivent être conçus pour résister à des charges de neige allant d'environ 84 à 1 080 kilogrammes par mètre carré, selon l'altitude et la région du bâtiment, comme spécifié dans la norme nationale ÖNORM EN 1991-1-3. Même si le système solaire lui-même est léger, les ingénieurs doivent tout de même tenir compte des pires événements de neige ou de vent.

Les réserves de charge limitées rendent la conception légère essentielle

Il est essentiel de séparer la charge morte de la charge vive pour une ingénierie correcte. La charge morte est constante et mesurable, tandis que la charge utile est incertaine et doit être anticipée. Une conception sûre tient toujours compte des deux, car le toit doit supporter à la fois le poids solaire permanent et la pression potentielle de la neige ou du vent.

Dans les régions où la neige abondante est rare, les toits sont souvent construits avec une capacité de réserve limitée. Des matériaux légers, des structures de support plus fines ou des conceptions optimisées en termes de coûts signifient que ces toits sont considérés comme peu porteurs de charge. Bien que cela soit suffisant pour une utilisation quotidienne, cela laisse peu de marge une fois que des équipements supplémentaires tels que des panneaux solaires sont ajoutés, en particulier en cas d'événements météorologiques inattendus. Pour les bâtiments ne disposant que d'une faible capacité tampon pour les charges vives, le choix de modules solaires légers constitue une garantie pratique. Un système qui minimise la charge morte augmente non seulement le nombre de toits où l'énergie solaire peut être installée en toute sécurité, mais offre également une plus grande sécurité contre les contraintes imprévues à long terme.

Comment les modules à verre unique se comparent aux modèles légers pour réduire la charge morte

Le type de module choisi influe directement sur la charge propre que le toit doit supporter et, par conséquent, sur la marge qui reste pour les charges vives telles que la neige ou le vent. Pour illustrer la différence, voici comment les modules mono-verre classiques se comparent aux solutions plus légères, et comment la conception dédiée de LONGi va encore plus loin.

Modules à verre unique classiques

Un module monobloc standard pèse généralement entre 20 et 25 kg, soit environ 11 à 13 kg/m² une fois monté. Sur un toit commercial de grande taille, cela peut tout de même devenir un facteur limitant et nécessiter un renforcement structurel coûteux si le toit possède de faibles réserves de charge.

Modules légers en général

Pour surmonter cet obstacle, les fabricants ont développé des modèles légers qui réduisent le poids total. En réduisant l'épaisseur du verre, en utilisant des feuilles de fond avancées ou en optimisant les cadres, ces modules réduisent la charge morte et augmentent le nombre de toits pouvant héberger de l'énergie solaire.

Conception de la lampe Longi Hi-MO X10 Guardian

LONGi est allée encore plus loin avec le module Hi-MO X10 Guardian Light Design, conçu pour les toits commerciaux et industriels soumis à des limites de charge strictes. Chaque module pèse 16,3 kg, ce qui correspond à seulement 7,2 kg/m². Cela le rend environ 30 % plus léger que les modules à verre unique classiques, tout en fournissant jusqu'à 560 W de puissance avec un rendement de 24,8 %. Le poids réduit peut éliminer le besoin de renforcer la toiture et faire économiser aux propriétaires de projets jusqu'à 200 000€ par mégawatt en coûts de structure, selon la région, le type de bâtiment, les réglementations locales et les conditions du site. Les économies réelles peuvent varier.

Comment les modules légers atténuent les contraintes liées à la charge morte sur les toits

En réfléchissant bien à la fois aux charges mortes et aux charges vives, les propriétaires de bâtiments et les installateurs peuvent débloquer des projets qui pourraient autrement être considérés comme « trop lourds ». Des modules légers, tels que le Light Design de LONGi, rendent possible l'utilisation de l'énergie solaire sur des toits anciens ou légèrement construits, réduisant ainsi les contraintes structurelles tout en fournissant des décennies d'énergie propre fiable.

Chaque kilogramme supplémentaire de charge propre met à rude épreuve les poutres, l'isolation et les revêtements de toit. Au fil des décennies, cela peut accélérer l'usure, créer des risques de fuites ou rendre les rénovations plus complexes. Les systèmes légers réduisent ces risques.

En savoir plus sur Conception de la lampe LONGi Guardian module ici ou téléchargez le fiche technique.

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