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Concentrateur solaire

Techniquement, de quoi s'agit-il ?

La concen­tra­tion solaire

Notre objec­tif étant de dépas­ser les 1000°C, nous avons donc opté pour des miroirs para­bo­liques, c’est-à-dire un système à simple réflexion. Ce sont aussi des systèmes qui peuvent être moins couteux à construire.

Comme il n’existe pas de données tech­niques précises et publiques sur le lien entre la taille de surfaces réflé­chis­santes para­bo­liques et les niveaux de tempé­ra­tures attei­gnables dans des « fours », nous avons décidé, sur la base de calculs ther­miques esti­ma­tifs, de construire une surface de captage de 30m2 de miroirs para­bo­liques, ce qui corres­pon­dra à 288 miroirs carrés de 32,5cm de côté.

Pour concen­trer les rayons du soleil, il y a en fait plein de moyens. De simples feuilles d’alu­mi­nium le permettent déjà. De nombreux petits cuiseurs domes­tiques en utilisent. On peut le faire avec des plaques d’inox polies aussi, ou encore avec des miroirs plats. Le prin­cipe, c’est que plus on veut obte­nir des tempé­ra­tures élevées, plus il faut à la fois augmen­ter les surfaces réflé­chis­santes et être précis dans la façon dont on concentre les rayons.

Et puis il y a les systèmes à double ou à simple réflexion. La double réflexion, comme les fours solaires de Mont­louis et Odeillo (66), utilise des miroirs plans pour réflé­chir les rayons solaires dans une grande para­bole qui elle ensuite concentre les rayons dans une petite zone à l’in­té­rieur d’un « four ». La simple réflexion, comme dans la centrale Thémis(66), utilise des miroirs cylin­dro-para­bo­liques (ou para­bo­liques dans notre cas), pour concen­trer direc­te­ment les rayons du soleil dans le « four ».

Marc Kniebihler et Jacob Redman (réalisateur de notre film pédagogique)
Marc Kniebihler et Jacob Redman (réalisateur de notre film pédagogique)
Luc Dando travaillant à la fabrication d'un moule
Luc Dando travaillant à la fabrication d'un moule

Les miroirs du "four" solaire

Nos miroirs seront thermoformés par un verrier Ariègeois, Marc Kniebihler. Pour voir une courte vidéo où il présente son travail en 2025 lors des premiers essais de thermoformage, c'est ici.

Le processus de fabrication est le suivant : Luc Dando, notre ingénieur a fabriqué des moules ronds en inox de 40 cm de diamètre. Ces moules ont ensuite été usinés pour être légèrement convexes. Les miroirs qui en prendront la forme seront donc eux, concaves et leur courbe correspondra à la distance (focale) à laquelle nous voulons que les rayons se rassemblent. 

Le processus global de thermoformage est en réalité complexe et de multiples paramètres entrent en jeu. De ce fait, nous n'avons pas encore terminé la phase de tests de fabrication des miroirs. Petit résumé de nos péripéties .

Déjà, pour ce qui est des moules, ce n'est pas si simple de trouver une entreprise locale capable d'usiner des galettes d'inox de 40cm de diamètre. Par ailleurs, la "galette" est renforcée dessous par des raidisseurs qui sont soudés. Or, nous nous sommes rendus compte au bout d'un moment que lors du passage dans le four du verrier, les soudures se "relâchent" et déforment un peu le moule.  Pour éviter cela, il faut donc passer les moules juste soudés au four,pour qu'ils se "détendent", avant de pouvoir les faire usiner !

Mais le processus de thermoformage du verre est lui aussi compliqué. Il se déroule comme suit : il faut tout d'abord préparer les moules et les plaques de verre. Ça veut dire appliquer un "séparateur" sur le moule avant d'y poser le verre, dont la nature et le mode d'application doivent être maîtrisés. Il faut aussi contrôler la propreté du verre et du four au moment de l'enfournage. Puis programmer le four pour un cycle assez long : 9h de montée en température (jusqu'à 720°C), puis 9h de redescente lente. Au fil des essais, nous nous sommes rendu compte qu'il fallait modifier le cycle, qui maintenant monte plus haut en température. 

Voici une petite vidéo tournée dans l'atelier de Marc au tout début des essais, qui vous donnera un aperçu des coulisses. Sont aussi présents dans la vidéo Luc Dando, que vous découvrirez plus bas et Thomas Galland, membre actif de l'association.

Parmi les autres difficultés techniques, il y a aussi, une fois que la plaque de verre est thermoformée, la qualité de l'argenture qui va être déposée sur la face convexe, pour la transformer en miroir. Étape qui sera faite par des artisanes spécialisées d'Avignon.

Toutes ces étapes ont des répercussions sur la qualité du miroir final et donc sur sa capacité à concentrer les rayons du soleil au mieux.

Enfin, il est important de préciser ici qu'un de nos objectifs ultimes serait de réussir à thermoformer les miroirs de futurs nouveaux concentrateurs (pour nous ou pour d'autres projets) avec l'énergie solaire de ce premier concentrateur !! Ce serait une façon magnifique d'améliorer encore le bilan écologique de la fabrication d'un concentrateur.

Le travail de notre ingénieur Luc Dando

Luc Dando a passé sa carrière à concevoir des machines spéciales pour des industriels ET à les fabriquer ! Il a donc les capacités peu communes de savoir concevoir des systèmes et d'en fabriquer toutes les pièces ou presque. Il s'intéresse au solaire depuis près de 30 ans et a construit son premier concentrateur en 1999 ! Puis un autre, pour la cuisson du pain, en 2017. Des modèles assez proches d'ailleurs de celui qu'il construit pour nous - si ce n'est qu'il les a beaucoup améliorés cette fois !

Enfin, il a toute une réflexion sur la relocalisation, la sobriété, le low tech, que l'on peut retrouver dans son livre "Vers une éco-industrie locale" ou sur son site internet.

C'est pour toutes ces raisons que nous nous sommes lancés dans cette aventure avec lui ! Ainsi, depuis 3 ans, c'est donc lui qui porte tout le volet technique de notre projet. Il a conçu ce concentrateur bien plus grand que les précédents, et bien plus abouti aussi. Par exemple, outre le choix des miroirs paraboliques (plus performants) que nous avons fait, tous les miroirs seront pilotés mécaniquement et simultanément, mais chacun avec des angles différents !

De plus, Luc va concevoir tous les fours que les différents artisans utiliseront. Comme nous ne pouvons pas être certains d'atteindre les plus hautes températures (par exemple 1350°C pour la cuisson du grès - et sur des cycles assez longs de surcroit), nous avons prévu depuis le début de compléter les apports en énergie solaire à l'aide de résistances électriques incluses dans les fours. Ceci nous permettra aussi de pouvoir faire face à l'arrivée de nuages imprévus qui pourraient sinon perturber des cycles de cuisson.

Luc fabriquera la plupart des pièces dans son atelier (et il a déjà commencé). Seules certaines pièces (comme la fabrication du grand cadre des miroirs, trop long pour son atelier) seront sous-traitées à des entreprises locales.

Conception des rotules de pilotage des miroirs
Conception des rotules de pilotage des miroirs
Fabrication des rotules avec le tour à commandes numériques
Fabrication des rotules avec le tour à commandes numériques
Les 288 rotules terminées !
Les 288 rotules terminées !

Un projet aussi low tech que possible

Un projet dit "low tech", c'est évidemment l'inverse des projets "high tech" que notre époque aime tant. Mais ceci étant dit, reste à préciser de quoi l'on parle !

Pour nous, concevoir ce concentrateur de façon low tech, cela signifie tout d'abord rendre sa conception sobre en matières premières utilisées (le moins possible et les plus locales possibles) et économe dans l'énergie qu'il va nécessiter à la fois pour être conçu, puis pour fonctionner. Ce qui veut dire utiliser des moyens mécaniques de pilotage autant que faire se peut.

Cela veut aussi dire concevoir un outil robuste, facilement réparable et le plus simple possible dans son fonctionnement. Cependant, comme nous voulons atteindre des performances de haut niveau (au regard de la
surface de miroirs totale), et faire en sorte que l'utilisation du concentrateur soit viable économiquement, nous n'avons pas pu échapper à un pilotage par ordinateur. C'est la partie du projet qui n'est pas low
tech. Autrement, il aurait fallu un système de pilotage entièrement mécanique assez complexe, nécessitant probablement une attention humaine beaucoup plus constante (et donc coûteuse). De futurs projets pourront s'atteler à ce défi ! Pour notre part, nous en avions déjà suffisamment à relever.

Et puis, faire du low tech, cela signifie pour nous utiliser le maximum de savoir-faire locaux. Nous nous adressons à de petites entreprises spécialisées, les plus proches possibles, pour toutes les étapes de la fabrication du concentrateur et des bâtiments. C'est un soutien déterminé du tissu économique local, qui en a grand besoin.

Enfin, le low tech est également pour nous une façon de sortir des logiques néolibérales de privatisation et de profit. Toutes les innovations que Luc Dando a réalisées pour ce projet seront mises dans le libre. Elles seront donc accessibles gratuitement à tout nouveau projet d'intérêt général qui ambitionnerait de créer un autre concentrateur solaire quelque part. Nous voulons favoriser l'essaimage aussi large et libre que possible des usages de l'énergie solaire concentrée !

Plus d'informations sur ce concentrateur solaire


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