Planification de panneaux solaires légers : Comprendre la charge morte vs. charge vive sur les toits

En mars 2018, une salle scientifique dans la région des Cévennes (sud de la France) s'est effondrée suite à de fortes pluies mêlées de neige. Les chercheurs ont mené une analyse rétrospective, combinant des données météorologiques et des simulations structurelles pour estimer les pressions à l'origine de la défaillance. La pluie a saturé la neige existante, augmentant considérablement la charge sur le toit, que la structure n'a pas pu supporter.

Cette affaire illustre comment les charges vives et les effets environnementaux peuvent faire basculer un système de toiture de la sécurité à la défaillance, et elle souligne une vérité fondamentale : les toits supportent deux types de poids très différents, traités distinctement par les ingénieurs.

C'est ici qu'interviennent les notions de charge morte et de charge vive 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 morte représente le poids permanent d'un système solaire une fois installé. Cela inclut les modules solaires, les structures de montage, les rails et les pinces, ainsi que les composants électriques fixes tels que les chemins de câbles.

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

La charge vive désigne les forces temporaires agissant sur le toit en plus de la charge morte. Celles-ci varient selon les conditions et incluent l'accumulation de neige (et de pluie, comme l'illustre l'exemple), le soulèvement dû au vent lors des tempêtes, ou encore le passage des ouvriers de maintenance sur le toit.

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

En Autriche, par exemple, les toits doivent être conçus pour supporter des charges de neige allant d'environ 84 à 1 080 kg/m², selon l'altitude et la région du bâtiment, conformément à la norme nationale ÖNORM EN 1991-1-3. Même si le système solaire lui-même est léger, les ingénieurs doivent tenir compte des pires scénarios de neige ou de vent.

Il est crucial de distinguer la charge morte de la charge vive pour une ingénierie correcte. La charge morte est constante et mesurable, tandis que la charge vive est incertaine et doit être anticipée. Une conception sûre prend toujours en compte les 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 les chutes de neige abondantes sont rares, les toits sont souvent construits avec une capacité de réserve limitée. Des matériaux plus légers, des structures de support plus fines ou des conceptions optimisées pour le coût signifient que ces toits sont considérés comme peu porteurs. Bien que suffisant pour une utilisation quotidienne, cela laisse peu de marge lorsque des équipements supplémentaires tels que des panneaux solaires sont ajoutés, surtout en cas d'événements météorologiques imprévus. Pour les bâtiments disposant 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.

Le type de module choisi influence directement la charge morte que le toit doit supporter, et par conséquent, la marge restante pour les charges vives telles que la neige ou le vent. Pour illustrer la différence, voici comment les modules monofaciaux classiques se comparent aux solutions plus légères, et comment la conception dédiée de LONGi va encore plus loin.

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

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

LONGi a repoussé les limites avec le module Hi-MO X6 Guardian Light Design, conçu pour les toits commerciaux et industriels soumis à des limites de charge strictes. Chaque module pèse 16,3 kg, soit seulement 7,2 kg/m². Cela le rend environ 30 % plus léger que les modules monofaciaux classiques, tout en fournissant jusqu'à 560 W de puissance avec une efficacité 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.

En considérant attentivement les charges mortes et 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 construits plus légèrement, réduisant ainsi les contraintes structurelles tout en fournissant des décennies d'énergie propre fiable.

Chaque kilogramme supplémentaire de charge morte met à rude épreuve les poutres, l'isolation et les revêtements de toiture. Au fil des décennies, cela peut accélérer l'usure, créer des risques de fuites ou compliquer les rénovations. Les systèmes légers minimisent ces risques.

En savoir plus sur le module LONGi Guardian Light Design ici ou téléchargez la fiche technique.

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