Structures solaires

Étape 1 : toiture inclinée, toiture-terrasse ou autoporté

Ces trois familles se comportent différemment sous charge, coûtent différemment à poser et sollicitent le bâtiment différemment. Décidez d'abord de la famille, car elle détermine tous les composants suivants.

• Toiture inclinée : la structure la moins chère au kWc, car la toiture fournit déjà l'inclinaison et le cheminement des charges. Les modules sont posés au plus près de la couverture : la ventilation arrière est donc limitée et les températures de cellule plus élevées. À réserver aux charpentes et liteaux sains.
• Toiture-terrasse : la structure crée l'inclinaison, typiquement 10 à 15 degrés pour les implantations est et ouest ou 15 à 20 degrés en orientation sud. Le soulèvement est la charge déterminante et il est normalement repris par un système lesté qui laisse l'étanchéité intacte.
• Autoporté : les carports et les châssis au sol transmettent toutes les charges à leurs propres fondations, le bâtiment n'est donc pas touché. Coût matériel et de génie civil le plus élevé, mais liberté totale sur l'inclinaison, l'orientation, l'entraxe des rangées et le dégagement arrière pour les modules bifaciaux.

Étape 2 : le cheminement des charges, de la pince au rail, à la fixation, à la structure

Vérifiez chaque maillon, dans l'ordre, par rapport au composant situé en dessous. Une structure cède à l'interface bien plus souvent qu'au milieu d'un profilé.

• Pince vers module : la pince doit correspondre à la hauteur du cadre, couramment 30, 35 ou 40 mm, et se trouver dans la zone de serrage que le fabricant de modules indique dans sa notice de pose. Serrer hors de cette zone annule la garantie du module, quelle que soit la qualité du reste de la structure.
• Pince vers rail : le boulon de la pince s'engage dans la rainure du rail, et le couple de serrage vient de la notice du système. Des pinces sous-serrées laissent les modules glisser au fil des cycles thermiques, des pinces trop serrées déforment le cadre et fissurent les cellules.
• Rail vers fixation : crochets, ponts et pinces de joint ont chacun une capacité admissible en traction et en compression. Le soulèvement sollicite les vis du crochet à l'arrachement, et c'est en général cette valeur qui limite, pas la charge de neige descendante.
• Fixation vers bâtiment : une vis de crochet exige un bois sain de profondeur suffisante, une vis autoperceuse exige l'épaisseur de tôle retenue dans la fiche technique, et un bac de lestage exige une toiture capable de reprendre réellement la masse ajoutée.

Étape 3 : zone de vent, zone de neige et note de calcul

Les charges découlent de l'EN 1991-1-4 pour le vent et de l'EN 1991-1-3 pour la neige, appliquées via l'annexe nationale correspondante. Les données d'entrée sont la zone de vent et de neige, la catégorie de terrain, la hauteur du bâtiment, la pente de toiture et la position de chaque module sur la toiture. Le résultat est un entraxe maximal de fixation, un nombre d'ancrages requis ou une masse de lest par position.

• Les zones à l'intérieur de la toiture : les angles et les rives subissent une dépression bien plus forte que la partie centrale, parfois le double. C'est pour cela que les champs sont maintenus à une distance définie de chaque bord de toiture et que les modules de rive reçoivent des ancrages ou du lest supplémentaires.
• La neige provoque la flexion, le vent l'arrachement : la charge de neige fait fléchir le rail entre appuis, le soulèvement au vent arrache les fixations de la toiture. Une structure peut être correcte pour l'un et limite pour l'autre : les deux cas doivent donc être calculés.
• Le calcul valide le système, pas le bâtiment : un configurateur confirme le kit de fixation. Sur les toitures anciennes, les halls tertiaires et toute solution traversante en toiture-terrasse, un ingénieur structure doit tout de même confirmer que le bâtiment accepte la charge.
• Conservez le résultat : le rapport du configurateur, avec la zone, la catégorie de terrain et la hauteur de bâtiment indiquées, appartient au dossier de remise. C'est la preuve que l'entraxe et le lestage ont été calculés et non estimés.

Étape 4 : portées de rails, porte-à-faux et hauteur de profilé

Le choix du rail est un arbitrage entre le coût du profilé et le nombre d'ancrages. Un profilé plus haut franchit une portée plus grande avec moins d'appuis, ce qui revient presque toujours moins cher sur une toiture difficile où chaque fixation impose de soulever une tuile, de percer et d'étancher.

• Portée : la distance entre deux appuis, fixée par le module de flexion du profilé et la charge de neige. Sur les toitures inclinées résidentielles, elle se situe couramment entre 1,2 et 1,7 m, mais c'est le tableau du système qui fait autorité, pas l'habitude prise sur le dernier chantier.
• Porte-à-faux : la partie du rail dépassant du dernier appui. En règle pratique, il doit rester proche du tiers de la portée retenue, et ne jamais être laissé long simplement parce que le chevron manquait. Un long porte-à-faux combiné à la dépression de la zone de rive est le classique du rail plié.
• Éclisses : les raccords de rails prolongent une file mais obéissent à leurs propres règles de portée, et une éclisse ne doit pas se trouver juste au-dessus d'un appui, sauf autorisation du fabricant. Les éclisses coulissantes servent aussi de joints de dilatation.
• Orientation : les implantations de modules en portrait et en paysage sollicitent les rails différemment et modifient le nombre de rails nécessaires par rangée. Figez l'implantation avant de commander les longueurs de profilés.

Étape 5 : aluminium, inox et séparation galvanique

Les profilés structurels sont typiquement en aluminium EN AW-6005T6 ou 6063 avec des fixations en acier inoxydable A2 ou A4. L'aluminium maintient le poids propre bas, l'inox encaisse l'effort de serrage. Ce couple est standard et l'effet galvanique entre les deux reste faible en atmosphère normale. Les ennuis viennent presque toujours d'un troisième matériau.

• A2 ou A4 : l'A2 (1.4301) convient à l'intérieur des terres. Choisissez de l'A4 (1.4401 ou 316) à quelques kilomètres de la côte et dans les atmosphères industrielles, agricoles ou de piscine où les chlorures et l'ammoniac attaquent l'A2.
• Cuivre et plomb : la différence de potentiel avec l'aluminium est importante. Le ruissellement d'une bavette en cuivre ou d'une pièce en plomb sur un rail aluminium suffit à amorcer des piqûres : séparez par de l'EPDM ou détournez l'eau.
• Béton et mortier frais : l'attaque alcaline corrode l'aluminium nu : les blocs de lest et les faces de fondation exigent donc une couche de séparation ou une face de contact revêtue.
• Outillage : ne coupez pas l'aluminium avec des disques ou des lames utilisés sur l'acier. Les particules ferreuses incrustées rouillent et tachent le profilé. Ébavurez et protégez chaque extrémité coupée.
• Liaison équipotentielle : les rails et les cadres de modules sont reliés au système équipotentiel, et les distances de séparation avec toute protection foudre extérieure doivent être respectées.

Étape 6 : la visite technique de fixation, dans l'ordre

Une structure chiffrée d'après une photo est une structure qui sera rechiffrée sur le chantier. Menez la visite selon une séquence fixe pour que rien ne soit supposé.

• Identifiez la couverture et son état : type de tuile, profil et épaisseur de tôle, type de joint ou matériau de membrane, ainsi que toute fragilité ou réparation existante.
• Mesurez la charpente : entraxe et section des chevrons ou des pannes, état des liteaux, voligeage et épaisseur d'isolant, depuis les combles quand c'est possible.
• Relevez la géométrie : pente, azimut, hauteurs de faîtage et d'égout, surface exploitable après retraits de rive, et chaque obstacle : ventilations, lucarnes, antennes et conducteurs de descente de paratonnerre.
• Établissez les données de charge : zone de vent, zone de neige, catégorie de terrain et hauteur de bâtiment, puis lancez le configurateur avec ces valeurs.
• Planifiez les cheminements : passage du câble DC, point de traversée de toiture, cheminement de mise à la terre, et accès pour monter les rails et les modules sur le toit.
• Photographiez et documentez : le compte rendu de visite est la base de la note de calcul et de la nomenclature, et ce qui vous protège si la toiture se révèle ensuite différente.

Comparaison rapide des familles de structures

Faites glisser le tableau vers la gauche