Quelles énergies pour demain ? Le solaire thermique.

          Suite de mes articles sur "l'énergie demain".

        Un système solaire thermique exploite le rayonnement du soleil pour le transformer directement en chaleur.
         Il existe divers procédés :

Les unités thermodynamiques pour produire de haute températures ou de l’électricité :
           Dans les années 70, des fours solaires ont été créées pour étudier les phénomènes physico- chimiques à haute température : des miroirs plans (les héliostats, figure ci-contre) pouvant pivoter et s'incliner plus ou moins, suivent le soleil dans sa course et renvoient ses rayons dans un miroir parabolique de grande dimension (constitué de petits miroirs juxtaposés), qui concentre l'énergie dans un petit volume expérimental au sommet d'une tour, où l'on place les objets à expérimenter.
         Le grand four solaire d'Odeillo (photo en tête d'article du concentrateur et de la tour), comporte 63 héliostats dispersés dans la montagne entre 100 et 300 mètres du concentrateur, miroir parabolique fixe, adossé à un immeuble de 40 m de haut et 50 de large, de 1830 m² de surface et 18m de distance focale. La tache de lumière et d'énergie, qu'il concentre 18M devant lui a environ 1 m de diamètre,  peut atteindre en son centre 10 000kw /m², et obtenir  en quelques secondes des températures supérieures à 3 300 °C.
         Les réglages des héliostats plus ou moins nombreux en service permet de moduler ces valeurs.

        Ce principe peut être utilisé pour réaliser des centrales solaires en recevant les rayons solaires sur un miroir parabolique qui concentre l’énergie sur un récepteur contenant un fluide caloporteur situé dans une tour (figures de gauche ci-dessous) ou bien sur des miroirs cylindro-paraboliques qui concentraient l’énergie sur des tuyauteries linéaires contenant un fluide à réchauffer (figures de droite ci-dessous).

      Le fluide caloporteur peut être de l’eau transformée en vapeur qui alimente ensuite des turbines classiques qui produisent l’électricité. Il peut être aussi constitué de sels fondus qui transforment l’eau en vapeur dans un échangeur. L’avantage des sels fondus est leur température (environ 650 d°), ce qui permet de continuer à produire de la vapeur pendant une certaine durée, alors que l’intensité de l’ensoleillement à disparu.

            Une grande centrale de ce type existe en Espagne, Gemasolar, près de Séville, constituée de 2500 héliostats qui concentrent la chaleur solaire sur un récepteur dans la tour, contenant des sels fondus, ce qui les chauffe à 900 degrés et permet de produire de l'électricité pendant 15 heures sans ensoleillement.Elle produit trois fois plus d'énergie qu'une centrale photovoltaïque de même puissance. D'une puissance de 20 MW, elle produit110 GWh/an, et alimente en électricité 25 000 foyers en Andalousie. Elle a coûté 710 millions d'euros.,Seul inconvénient : elle couvre 187 hectares.

Les installations solaires thermique basse température :

          Ce sont de petites installation, à l'échelle d'une maison individuelle. 
         Des capteurs solaires thermiques recueillent l'énergie provenant du Soleil et la transmettent à un fluide caloporteur, qui circule dans -des tuyauteries sur les toits.
La chaleur est ensuite utilisée afin de produire de l'eau chaude sanitaire ou bien encore chauffer des locaux.
        Les capteurs peuvent être plans où  le fluide caloporteur, très souvent de l’eau mélangée à un antigel, passe dans un circuit en serpentin placé derrière une vitre, qui crée un effet de serre. 
        Le fluide caloporteur peut aussi circuler à l'intérieur d'un double tube sous vide, l’isolation étant simplement assurée par l’absence de molécules d’air (sous vide) dans la double paroi.
        Les types de panneaux solaires thermiques diffèrent selon la nature du fluide caloporteur qui transporte la chaleur : de l’eau ou de l’air. Les capteurs solaires à eau sont utilisés pour le chauffage et/ou pour produire de l'eau chaude sanitaire. Dans les capteurs thermiques à air, l'air circule et s'échauffe au contact des absorbeurs etest ensuite ventilé pour chauffer les pièces des logements.
        Ces systèmes peuvent chauffer l'eau sanitaire d'un ballon ou des tuyauteries dans un plancher.

         Paradoxalement, la chaleur du rayonnement solaire peut aussi être utilisée pour rafraîchir un bâtimen enutilisant des capteurs solaires pour fournir de la chaleur qui est dirigée vers une machine à absorption. Cette machine dissocie, par ébullition, une solution d'eau et de bromure de lithium. Après refroidissement, la recombinaison des deux composants produit du froid, par absorption de chaleur. Le froid est ensuite distribué de manière identique à celle de la climatisation classique.

       Certains architectes ont aussi réalisé des murs capteurs composés d'un bloc de matière à forte inertie (béton, pierre, etc.) qui accumule le rayonnement solaire du jour et le restitue pendant la nuit. Devant cette paroi, on place une vitre pour créer un effet de serre afin de chauffer l'air.

       En définitive :
               - L’énergie solaire thermique à basse température est renouvelable, disponible gratuitement  et en grande quantité et peut être utilisée  dans les régions d’ensoleillement moyen.
              - La production de l’énergie thermique n’a pas d’impact sur l’environnement. Il n’y a pas de rejets de polluants ou de déchets.
             - Les technologies de la technologie solaire thermique sont simples et relativement peu coûteuses, matures d’ores et déjà disponibles sur le marché.
             - Il est possible de stocker temporairement la chaleur créée et de les restituer plus tard, pendant la nuit par exemple.
            - Les installations thermiques sont adaptées à la majorité des contextes domestiques, dans tous les lieux, mêmes isolés.
           - Par contre la production de chaleur est tributaire des saisons et des climats, et des capacités de chauffage d’appoint restent nécessaires.
           - Les technologies thermiques à faible température ne produisent pas d’électricité, et ne peuvent par conséquent pas répondre à ces besoins (mais peuvent satisfaire des besoins de chaleur : chauffer une piscine ou l'eau sanitaire).

        On voit que l'inconvénient majeur du solaire, photovoltaïque comme solaire thermique, est le problème d'intermittence, qui menace l'équilibre des réseaux électriques.
        Je traiterai ce problème dans mon  article de demain.