LE FOUR SOLAIRE D`ODEILLO

SORTIE AU FOUR SOLAIRE D’ODEILLO
PICARD Romain
LOUBET Floriant
QUENNEHEN Sylvain
LE FOUR SOLAIRE D’ODEILLO
Sommaire :
1. Bref historique
2. Géographie
3. Avantages
4. Les projets
5. Les installations
5.1 Principe de fonctionnement
5.2 Le four solaire
5.3 La parabole
5.4 La tour foyer
5.5 Le champ d’héliostats
5.6 Les onze autres petits fours solaires
Bref historique
En entendant le mot four solaire, les mots sources inépuisables d’énergie viennent à l'esprit.
Le four solaire d'Odeillo est le plus grand du monde.
Un modèle avant le four solaire d’Odeillo
C’est en 1947 que Félix Trombe commence à étudier la réaction de la lumière solaire sur la matière avant de
créer un poste de chauffage solaire de 2 kW. L’essai étant concluant, le four solaire de Mont-Louis, modèle
utilisé pour la création de celui d’Odeillo, mais également d’autres fours dans le monde, sera réalisé par Félix
Trombe.
La mise en service, 1970
Après 6 ans de travaux, la construction s’achève enfin en 1968. Une période de réglage et de qualification des
installations débute. Elle durera environ deux ans. Le four solaire d'Odeillo est mis en service en 1970-1971.
Son utilisation
Au fur et à mesure, le four solaire d’Odeillo est de plus en plus employé pour tester la résistance des matériaux
à des températures extrêmes avec en 1973 le lancement de programmes d'essais de chaudières solaires car le
four d'Odeillo est alors unique. Depuis, le but essentiel de ces chercheurs est de pouvoir stocker la chaleur
solaire pour pouvoir la restituer à un autre moment. Par exemple, garder la chaleur pendant le jour et la
restituer pendant la nuit.
Géographie
Le groupe de chercheurs du four d'Odeillo est divisé en deux parties. L'une se trouve à Perpignan (66) où elle
travaille sur les cellules photovoltaïques, sur le stockage et le renouvellement de la lumière et de la chaleur
L'autre se situe au four d'Odeillo où elle reproduit les conditions naturelles. Le grand four solaire d’Odeillo est
situé sur la commune de Font-Romeu, dans le département des Pyrénées-Orientales. Le site a été choisi pour
de nombreuses raisons qui concernent surtout la durée exceptionnelle de plus de 3000 heures par an
d’ensoleillement, la pureté de son atmosphère et le peu de pluie qui y tombe.
Avantages
Cette installation a de nombreux avantages tels que la capacité de tester la résistance des matériaux à des
températures très élevées (jusqu’à 3800°C), obtenues rapidement, gratuitement, et sans pollution aucune. Il y a
en plus la possibilité de réaliser ces expériences dans diverses conditions de composition ou de pression de
l’air.
Les objectifs du laboratoire :
Comme déjà vu précédemment, le CNRS , depuis 1984, expérimente de nouvelles manières de stocker la
chaleur solaire, mais aussi, grâce aux températures extrêmes obtenues, de perfectionner et la résistance des
matériaux (conditions de rentrée dans l’atmosphère des navettes recréées pour être sûr que les composants
utilisés ne brûleront pas, par exemple) et leur longévité. Ces recherches entreprises par la centaine d’hommes
et de femmes qui travaillent au four solaire d’Odeillo ont surtout pour but de stocker les déchets toxiques sans
endommager l’environnement. Ces chercheurs travaillent aussi sur les énergies renouvelables.
Installations
Principe de fonctionnement
Ce four solaire fonctionne sur le principe de la double réflexion : le champ de 63 héliostats mobiles renvoie les
rayons du Soleil vers le miroir parabolique qui les concentre au foyer situé sur la tour centrale (appelé tour
foyer), une zone circulaire de 80cm de diamètre. Sur cette zone, la lumière concentrée correspond à l’énergie
de 10000 soleils (d’où le nom de l’exposition).
Le four solaire de 1000kW
Comme son titre l’indique, le four solaire d’Odeillo concentre jusqu’à 10MW/m2 au foyer, zone d’à peine 80
centimètres de diamètre. Celui, situé sur la tour foyer à 13m de hauteur, est tout comme elle, placé 18m en
avant de la parabole. Sur cette zone, la température peut atteindre les 3800°C.
La parabole
Le four solaire d’Odeillo possède bien évidemment une parabole (adossée au bâtiment de 8 étages) mais cette
dernière est d’une taille démesurée. 40m de haut et 54m de large ! pour une surface totale de plus de 1800 m2.
Nous pouvons y compter pas moins de 9130 miroirs de formes différentes, ce qui fait du four solaire d’Odeillo
le plus grand du monde. Elle est assez étrange, ne formant pas une parabole complète du fait de l’ombre
projetée par la tour foyer, entraînant les constructeurs à ne pas installer certains miroirs.
La tour foyer
Après la première réflexion de la lumière par les héliostats vers le miroir central, une seconde se réalise de la
parabole vers la tour foyer de 20m de haut. Les salles du 4ème et 5ème étage, dotées d’équipements de pointe,
servent aux expérimentations. Les autres étages sont utilisés pour la préparation des expériences notamment.
Les héliostats
Ce four solaire comporte un champ de 63 héliostats plans d’une surface totale de 2835m2 installés sur 8
terrasses face au grand miroir parabolique. D’une surface de 45m2, ils sont composés de 180miroirs concaves
dont le diamètre est de 80cm. Pour un éclairage du miroir central optimal, chaque héliostat, mobile autour de 2
axes, est piloté de manière numérique (micro-calculateurs, carte répartiteur, ordinateur de pilotage) de sorte
que le faisceau réfléchi insole toujours la même partie de parabole.
Les onze autres fours solaires
L’installation d’Odeillo comprend également 11 fours solaires de bien moindre puissance :
neuf sont situés au 6ème étage du bâtiment principal : un de 6 kilowatts (X4500), quatre de 2 kilowatts
et quatre de 1.5 kilowatt (X1500).
deux concentrateurs de 2 kilowatts se trouvent dans un bâtiment annexe.
Le four solaire de 1 mégawatt possède aussi des bureaux, une bibliothèque, des salles de conférence, un
atelier, les autres activités de recherche de laboratoire et un monte-charge de 10 tonnes pour monter le
matériel.
Nous venons de voir le four solaire d’Odeillo qui est le plus grand au monde, mais qui se concentre surtout sur
la recherche et l’amélioration de processus industriels. Nous allons maintenant nous intéresser à celui de MontLouis, qui est bien plus petit et dont l’équipement est bien plus restreint, mais qui lui se focalise sur des
utilisations pratiques de cette concentration des rayons solaires.
LE FOUR SOLAIRE DE MONT-LOUIS
Sommaire 2 :
1. Bref historique
2. Equipement
2.1 Le concentrateur
2.2 L’héliostat
2.3 Applications pratiques
Ce jour là, nous sommes arrivés au four solaire de Mont-Louis le matin. Une visite guidée était programmée.
En voici le résumé :
La visite débutait par un petit film rappelant la fascination des hommes pour le soleil, l'astre doré.
Comme l'exprime le film, le soleil fascine, mais aussi réchauffe, étouffe, brûle. Notre vie dépend de sa
puissance et sa douceur. Le soleil est une étoile irremplaçable. Sa chaleur, 6000°C en surface, permet à la
Terre de ne pas mourir.
De tout temps, l'Homme a voulu apprivoiser le soleil. Aujourd'hui, des chercheurs ont mis au point le
système du four solaire. Celui-ci nous sert à beaucoup de choses que nous verrons par la suite.
Bref Historique
Dès 1947, le Professeur Félix Trombe du C.N.R.S. vient s'installer à Mont-Louis pour y construire avec ses
confrères le premier four solaire à double réflexion du monde qui servira par la suite de « maquette » pour les
autres fours solaires.
Achevé en 1949 après deux ans de travaux, il sera abandonné pour celui gigantesque d’Odeillo et déplacé sur
Achevé en 1949 après deux ans de travaux, il sera abandonné pour celui gigantesque d’Odeillo et déplacé sur
les remparts pour sa visite.
Repris par la S.A.R.L. Four Solaire Développement en 1993, il est utilisé avec le C.N.R.S. pour la recherche
scientifique. Cependant, il ne s’y limite pas et est utilisé également pour la production de céramiques, la
cuisson du pain, la métallurgie telle que la fabrication des sifflets du train jaune, la cuisson de bronze pour les
bijoux ou des pétales de bronze.
Pour les mêmes raisons qui furent décrites précédemment, les scientifiques choisissent Mont-Louis pour y
tester des travaux sur l'énergie solaire. Cet immense miroir parabolique va concentrer les rayons solaires
vers le foyer dont la température s'élèvera à près de 3000°C.
Equipement
A Mont-Louis, on commande le four solaire grâce à un ordinateur situé dans un laboratoire élevé de 5
mètres au-dessus du sol. A l'entrée du four, deux portes régulent la température (en masquant une partie du
faisceau) qui entre dans celui-ci. Au four solaire de Mont-Louis, le four arrive à concentrer plus de 3000°C
à son foyer. D'une puissance thermique de 50 kW, il comprend un concentrateur qui est un paraboloïde de
10m de haut et 12m de large, formé d’environ 860 miroirs concaves réglés de manière à concentrer tous les
rayons solaires en une tâche focale de 18 cm de diamètre et une température d'environ 3000°C.
Le concentrateur est éclairé par un immense miroir mobile de 141 m2, appelé héliostat (« Hélios » vient du
grec soleil). En tout, 570 miroirs carrés disposés en 27 rangées sur 21 lignes horizontales sont placés sur la
plaque de fer orientable par ordinateur.
Il peut cuire la céramique dans un four à 1000°C en deux heures et demie, et à 1300°C en trois heures au
niveau des portes, ce qui convient parfaitement car la silice blanche dont il est recouvert résiste jusqu’à
1400°C. Ce four possède plusieurs étages, mais on n’en remplit que la partie supérieure. Il a une capacité de
cuisson de 1 à 3 mètres cube de céramique par jour et de fusion d’aluminium ou de bronze qui varie entre 200
et 500 kg par jour.
Le four solaire de Mont-Louis, contrairement à celui d’Odeillo, permet donc des applications pratiques.
On trouve aussi un panneau solaire qui grâce à une plaque noire absorbe la chaleur qui est ensuite retenue par
la vitre qu’elle avait traversée, créant ainsi un effet de serre et de l’énergie. Il nécessite de l’eau pour son
fonctionnement. Cette eau, qui sert pour la chaleur des chauffages, est chauffée grâce au soleil. Bien que d’un
prix élevé (3000€, mais l’installation est remboursée), il est rentabilisé dans nos régions dès 5 ou 6 ans. Sa
durée de vie est de 20-25 ans. Ce système est beaucoup plus rentable que le chauffage central ou électrique.
Lors de la visite, nous avons également pu voir un «mini four solaire» avec ses deux cônes de concentration
qui comprenait un héliostat mobile (vérins hydrauliques) et un concentrateur fixe dont la température au foyer
s’élève à 2000°C.
Nous y avons remarqué aussi un barbecue solaire inclinable. Celui-ci sert à cuire des aliments sur une ardoise.
La lumière et la chaleur sont reflétées sur des miroirs, puis vont chauffer l'ardoise qui cuira les aliments. La
température avoisine les 250°C. Il est nécessaire de se servir de ce système à midi pour utiliser la lumière et la
chaleur du soleil.
Lors de cette visite, il y avait également un cuiseur solaire à effet de serre. Celui-ci peut servir à cuire des
aliments. La température atteint les 120°C. Ce système nécessite au moins 4 heures de cuisson et économise 5
à 10 kg de bois. Cela, évidement, n'est pas la solution la plus facile, mais c’est la plus économique et la plus
écologique qui soit.
Nous y avons aussi vu un distillateur solaire d’huiles essentielles qui nécessitait des panneaux solaires (tubes)
et une réserve d’eau pour son fonctionnement.
Je fus agréablement surpris par cette visite car elle fut somme toute très instructive. J’ai appris grâce à cette
sortie de nombreuses informations sur un sujet que je ne connaissais que fort peu : je ne croyais absolument
pas que l’utilisation de l’énergie solaire put permettre d’obtenir une température allant jusqu’à 3800°C par
exemple.
Je conclurais en disant que le prix du pétrole augmentant et nos ressources en cette matière première
diminuant, l’énergie solaire devrait constituer une source d’énergie importante dans l’avenir car illimitée et
non-polluante.