L'énergie solaire
Ce que l'on désigne par
énergie solaire est le rayonnement émis dans toutes les directions par le Soleil, et que la Terre reçoit à raison d'une puissance moyenne de 1,4 kW/m 2 ,
pour une surface perpendiculaire à la direction Terre-Soleil. Ce flux solaire est atténué lors de la traversée de l'atmosphère par absorption ou diffusion, suivant les conditions météorologiques
et la latitude du lieu; au niveau du sol, la puissance restante est de l'ordre de
Le Soleil, source de
vie
Le rayonnement solaire est à l'origine de la
plupart des formes d'énergie que nous exploitons; les combustibles fossiles, charbon, pétrole et gaz naturel, en sont issus, mais ne sont pas renouvelables à l'échelle de l'humanité. C'est le
rayonnement solaire qui est à l'origine des cycles hydrologiques qui alimentent les cours d'eau et les flux aériens, ainsi que les marées océaniques (en liaison avec la Lune); c'est lui aussi qui
fournit aux végétaux, la biomasse, l'énergie nécessaire à leur développement par photosynthèse. En plus de ces sources d'origine solaire indirecte, il existe des possibilités d'utilisation
directe du rayonnement solaire par conversion du rayonnement en chaleur. Mais si le Soleil constitue indéniablement un énorme réservoir d'énergie, inépuisable à l'échelle humaine, son
exploitation se heurte au fait qu'elle est diffusée irrégulièrement, qu'elle est de faible densité, et que le rendement de conversion est loin d'être
favorable.
Par THE-Technicien
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La conversion
thermique à basse température
Les serres
Les serres pour cultures florales ou maraîchères sont connues depuis longtemps; elles
assurent des récoltes précoces. L'effet de serre peut être avantageusement complété au moyen d'un réchauffage par ruissellement sur les parois, en faisant appel à la géothermie basse température
ou à la récupération de rejets industriels, ceux des centrales électronucléaires par exemple.
Les capteurs solaires
Les capteurs solaires plans sont constitués
d'un caisson fermé par un couvercle en verre, et renfermant une canalisation parcourue par de l'eau (fluide caloporteur). Tout l'intérieur est peint en noir de façon à absorber le maximum de
rayonnement; le rendement d'un capteur bien réalisé dépasse 50 % et permet de produire l'eau chaude sanitaire d'une habitation. La température atteinte ne dépasse pratiquement pas
80 °C. Le couplage de capteurs solaires avec un chauffe-eau électrique assure la fourniture d'eau chaude quelles que soient les conditions d'ensoleillement; le gain d'un tel chauffe-eau
solaire peut être estimé à environ 50 % de la dépense annuelle, avec un amortissement du surcoût d'installation sur une dizaine d'années.
Les maisons solaires
Le rayonnement solaire peut aussi servir à
chauffer directement des locaux d'habitation; des maisons solaires ont été expérimentées dans des sites variés, les meilleurs étant ceux qui correspondent à un ensoleillement annuel maximal. La
construction doit être fermée vers le nord, ouverte au sud; la collecte de l'énergie se fait par les murs, des panneaux solaires, et éventuellement par une serre; un système de chauffage
d'appoint doit être prévu. Les difficultés proviennent de l'irrégularité du rayonnement, suivant la latitude du lieu, la saison, l'heure de la journée, et l'état de l'atmosphère; de plus, le
soleil manque essentiellement quand on en a le plus besoin, de l'automne au printemps. Un stockage de la chaleur est donc primordial, et de préférence sur une longue période, afin d'utiliser en
hiver la chaleur captée et stockée pendant l'été.
La conversion thermique à haute
température
Le four solaire
Le principe mis en œuvre est la concentration du rayonnement, mais
avec un facteur multiplicateur beaucoup plus grand que dans le cas précédent. Le meilleur exemple en est le four solaire d'Odeillo, créé en 1968 en Cerdagne, successeur de celui de
Lavoisier, après les fours de Meudon (1946) et de Mont-Louis (1949). A Odeillo, le rayonnement solaire est capté par un «champ» de 63 miroirs plans orientables de 45 m
2 chacun, puis réfléchi sur un miroir parabolique formé de 9'500 miroirs élémentaires de 0,45 m de côté courbés par
contrainte mécanique. Le faisceau convergent ainsi obtenu permet d'atteindre une puissance de 1 MW, soit 1'000 fois la puissance reçue au sol; les matériaux exposés à ce rayonnement
peuvent être portés à des températures de 1'500 à 3'800 o C. Les recherches portent sur les réactions à hautes températures, les propriétés mécaniques et électriques des
matériaux, la préparation d'oxydes réfractaires de grande pureté.
La centrale thermique
La centrale thermique Thémis, construite
en 1976, à Targassonne, dans les Pyrénées-Orientales a permis d'étudier les problèmes liés à la conversion du rayonnement solaire en électricité. La concentration d'énergie était obtenue par
des miroirs plans orientables sur une chaudière placée au sommet d'une tour. Avec comme fluide caloporteur des sels fondus portés à 450 o C et un système de stockage indispensable, la puissance électrique était de
2,5 MW.
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