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== Solaire thermique ==

Un concentrateur solaire est un dispositif qui a vocation à concentrer le rayonnement solaire pour en récupérer l’énergie thermique. Il s’agit donc d’un principe différent de celui des panneaux solaires photovoltaïques qui convertissent une partie de la lumière en électricité de façon plus immédiate.

Les deux techniques sont intéressantes mais elles sont très différentes. Le rendement du photovoltaïque est intrinsèquement bas mais délivre de l’électricité qui est une forme d’énergie riche et multi-usage. Le rendement du solaire thermique est très élevé mais fournit une énergie déjà spécialisée : de la chaleur. Cette technique est cependant tout à fait intéressante dans la mesure où nous allons voir qu'il est possible de convertir une partie de cette chaleur en électricité, que l'industrie primaire est grande consommatrice de chaleur (pour faire monter en température les matériaux qu'elle travaille) et que la part du chauffage dans nos consommations d'énergie finales est de toute façon très élevée.

Le premier inconvenient de ce procédé est qu'à nos niveaux de latitude - et tout comme le photovoltaïque - il produit particulièrement peu d'énergie au moment où nous en avons le plus besoin ; à savoir l'hiver. Il n'est donc pas la "solution miracle" qui devrait-être exclusivement développé pour répondre à la problématique énergétique.

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== Fonctionnement ==

Comment fonctionne un concentrateur solaire ? Toute la lumière qui arrive sur une large zone est concentrée sur un absorbeur où circule un fluide (de l'eau par exemple) par un jeu de miroirs. Ceci engendre une augmentation de la température de l’absorbeur et du fluide qui y circule. On obtient donc une source de chaleur renouvelable que l’on peut utiliser de différentes manières.

Certaines applications concrètes reposent simplement sur l’utilisation immédiate de la chaleur dans des fours, pour des procédés chimiques, le séchage de matériaux, la stérilisation, etc. L’autre application consiste à adjoindre au concentrateur une machine thermique (telle une turbine) qui viendrait entrainer une génératrice. Seulement, une telle machine est pourvue d'un rendement inhérent du fait du second principe de la thermodynamique [à détailler].

On peut cependant récupérer la chaleur résultante pour un usage non-électrique, on parle alors de cogénération.

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Avec le type de concentrateur que nous cherchons à développer, il est possible d’atteindre des températures de 200°C à 400°C. D’autres dispositifs, beaucoup plus complexes et aux dimensions bien plus importantes, ont été développés depuis plusieurs décennies par des laboratoires de recherche dans le monde entier. Ceux-ci peuvent atteindre des températures de l'ordre de 3500°C. On le voit, parmi les concentrateurs solaires, il existe en fait toute une gamme de possibilités adaptées à de multiples usages.

== Principes physiques ==

Le concentrateur solaire destiné à la cogénération est un système multi-physique, dont le développement associe optique, thermique sous ses trois formes (rayonnement, conduction, convection), thermodynamique, mécanique des fluides, mécanique du solide et électricité. On aura également recours à l'informatique pour contrôler un système aussi complexe.

Il va s'agir dans cette partie de dresser un très bref état de l'art des connaissances de chacune de ces disciplines qui nous serviront par la suite.

=== Optique géométrique ===

L'optique géométrique intervient au sein du concentrateur au niveau des miroirs, qu'on associe à un mode de transmission de la lumière spécifique appellé "réflexion". Les choses sont alors particulièrement simple :

[[Fichier:Reflexion dioptre plan.png|center]]

Dans notre cas, ce qu'on appelle "dioptre" n'est en fait que le miroir. La règle est que <math>\theta_i = \theta_r</math>. Pour le dire rapidement, la lumière est réfléchie avec le même angle qu'elle arrive sur le miroir.

=== Rayonnement ===

La lumière en provenance du soleil est le support d'un flux de chaleur, dont la puissance moyenne s'élève sur la surface du globe à <math>\varphi = 340 W.m^{-2}</math>. L'idée du concentrateur est de focaliser le flux reçu sur toute la surface du dispositif au niveau de l'absorbeur.

Il n'est pas nécessaire d'en savoir beaucoup plus sur la thermodynamique du rayonnement. Gardons simplement à l'esprit que si l'on néglige les pertes en tout genre, la puissance reçue par l'absorbeur s'élève à <math>P = \varphi \times S</math> avec S la surface couverte par les miroirs.

A notre que <math>\varphi</math> dépend en première approximation de la latitude, de l'heure, du jour de l'année et de la météo. Les <math>340 W.m^{-2}</math> précédemment évoqués sont une moyenne sur tous ces paramètres (et encore, même pas de la météo).

== Développement technique ==

=== Concentration du rayonnement solaire ===

L'énergie contenue dans le rayonnement solaire reçu par la Terre est suffisant pour répondre au moins plusieurs centaines de fois à la demande d'énergie primaire de l'humanité, mais il est réparti sur toute la surface du globe. L'idée du solaire à concentration est donc de focaliser vers l'absorbeur tout le rayonnement reçu au niveau de la surface recouverte par les miroirs.

C'est là que l'optique géomètrique intervient. La première idée qui viendrait à un physicien serait de construire des miroirs paraboliques. En effet, en considérant tout point d'un miroir parabolique comme localement plat, et en appliquant la loi de la réflexion précédemment explicitée, on peut montrer que tout le rayonnement est concentré au niveau du foyer de la parabole (à condition que le miroir soit orienté vers le soleil).

Seulement, la fabrication d'un tel miroir parabolique est loin d'être aisé, c'est pourquoi nous avons recours au dispositif couramment appellé - de façon peut-être un peu abusive - "Miroirs de Fresnel".

L'idée est de n'avoir recours qu'à des miroirs plats, mais disposés d'une façon bien particulière. Nous allons voir maintenant comment bien orienter ces miroirs.

[En cours de rédaction]

=== Autre ===

Vous pouvez retrouver les données techniques produites par [[OSE France]] sur [[Concentrateur_solaire|cette page]] (en cours d'import depuis notre ancien wiki)

[[Category: Concentrateur solaire]]