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Four solaire, centrale solaire, une solution durable pour produire de l’énergie


Dans un monde où les énergies fossiles représentent 85% de la production d’énergie, la concentration solaire, technique utilisée par les fours et les centrales solaires pour produire de l‘énergie pourrait être une solution durable.

La concentration solaire est un procédé consistant à concentrer les rayons du soleil à l’aide de miroirs paraboliques afin de les orienter vers un seul et même point appelé le foyer. Elle est connue depuis très longtemps puisque Archimède l’utilisait en -200 afin de brûler les navires ennemis lors de la bataille de Syracuse. La concentration solaire permet de créer de la chaleur, qui peut servir à la production d’énergie ou qui peut être utilisée directement, pour de la cuisson par exemple. L’énergie produite est une énergie entièrement propre et renouvelable puisqu’elle utilise la puissance infinie des rayons du soleil et que les matériaux servant à la concentration, en l’occurence, le verre est commun et quasiment inusable. La concentration solaire est le principe de fonctionnement de divers appareils. Nous allons donc, à travers cet article, voir comment fonctionne chacun de ces appareils, à quelle échelle ils sont efficaces et pourquoi leur développement est compliqué. Nous nous pencherons donc dans un premier temps sur les fours solaires et plus particulièrement sur celui de Mont-Louis avant d’étudier le cas des centrales solaires pour enfin pouvoir nous intéresser à ce qui freine leur développement.



1. Les fours solaires, efficaces et rentables

Le four solaire de Mont Louis Inventé en 1949 par Félix TROMBE, chercheur et chimiste français, les fours solaires permettent de monter facilement à de très hautes températures (3000°C) et cela en utilisant seulement la puissance des rayons du soleil. Pour ce faire, un héliostat, grande plaque pivotante couverte de miroir va suivre le soleil et renvoyer ses rayons vers le concentrateur dont la forme parabolique va permettre de concerter tout les rayons en un même point : le foyer. Cette concentration va alors créer beaucoup de chaleur, qui permettra ensuite de faire cuire rapidement ce que l’on veut. Le premier des fours solaire, installé par Félix Trombe dans la commune de Mont-Louis (Pyrénées Orientales), est aujourd’hui toujours en activité (après quelques rénovations en 1975 et en 1996) même si ses activités de recherche ont été déplacées à une dizaine de kilomètres de là, à Odeillo, où le four solaire est plus récent et plus grand. Le modèle économique du four solaire de Mont-Louis, géré aujourd’hui par la société Four Solaire Développement et son patron, Denis Eudeline (que je remercie pour toute la documentation et pour toute les réponses apportées à mes questions), est basé sur la vente de poteries cuites dans le four et sur les visites touristiques. Au-delà de ce cas particulier, les fours solaires peuvent être des solutions écologiques et économiques pour les entreprises. En effet, un four solaire, contrairement aux fours traditionnels est très résistant et nécessite très peu d’entretien. La société Four Solaire Développement a rentabilisé celui de Mont Louis en 10 ans tout en sensibilisant plus de 100 000 personnes par ans aux dangers que représentent les énergies non-renouvelables. On peut donc se rendre compte que, même si le coût d’installation d’un four solaire est assez élevé (2 millions d’Euro) il devient rapidement rentable et permet, en plus de remplacer les fours traditionnels, polluants (électricité, pyrolyse) et fragiles, d’accélérer les cuissons grâce à la chaleur extrême atteinte au niveau du foyer (permet de faire cuire des poteries en 4h au lieu de 12, ou de faire fondre un rail de chemin de fer en moins de 10 minutes). Des fours solaires miniatures peuvent aussi être utilisés par les particuliers, notamment en guise de barbecue.
Schéma du développement durable
Avantageux aux plans écologique et économique, les fours solaires peuvent aussi être au coeur d’un projet social, ce qui permet de remplir toutes les cases du développement durable (cf : schéma développement durable ci-contre). En effet, la société Four Solaire Développement s’est associé avec plusieurs pays d’Afrique, notamment le Sénégal pour construire des fours solaires. Dans ces pays extrêmement ensoleillés et où, pour produire de la chaleur, on utilise du bois, au prix d’une déforestation massive, ces fours solaires sont de véritables aubaines pour les gens (les enfants n’ont plus besoin d’aller ramasser du bois et peuvent donc plus aller à l’école; la productivité des artisans, notamment des potiers est accrue) et pour l’environnement (moins de déforestation et donc moins d’atteintes à la biodiversité).
Schéma du principe de la concentration solaire à double réflexion


2. : Les centrales solaires, pour la production énergie à grande échelle

Centrale solaire thermodynamique
Les centrales solaires thermodynamiques sont basées sur le même principe que les fours solaires, celui de la concentration des rayons, à la différence qu’elles permettent de produire beaucoup plus. En effet, alors qu’un four solaire, comme celui de Mont-Louis possède une puissance de 50 kW, une centrale solaire, comme Thémis (située à quelques kilomètre de Mont Louis) en possède une de 11 MW, notamment grâce à ses 195 héliostat, tous dirigés en direction d’une tour où les rayons chauffent un fluide caloporteur (qui transporte la chaleur), ce qui permet de produire de l’électricité via une turbine. La centrale solaire Thémis, première en son genre, a vu le jour en 1983 suite à des recherches communes du CNRS et d’EDF entamée en 1976. Suite à une décision gouvernementale, elle a arrêté ses activités en 1986 alors qu’elle fonctionnait parfaitement bien et employait 48 personnes. Elle a rouvert ses portes en 1987 mais pour servir cette fois ci de centre de recherche à des astrophysiciens afin d’étudier les rayons gamma. C’est sa vocation jusqu’en 2004, moment choisi par le conseil général des Pyrénées orientales pour relancer le site afin d’en faire un grand pôle de recherche et développement autour de l’énergie solaire et un centre de tourisme. La centrale se visite aujourd’hui et, sur place, on peut se rendre compte que la France avait 30 ans d’avance sur les autres pays, une avance qu’elle n’a pas su exploiter, si bien qu’aujourd’hui, la plupart des grandes centrales solaires se trouvent d’en d’autre pays (Chine, Allemagne, Etats-Unis). Ces pays ont su apprécier à leur juste valeur les nombreux avantages que présentent les centrales solaires, qui outre la production d’énergie renouvelable à grande échelle, permettent le stockage de celle-ci pendant 15h, grâce au stockage du fluide caloporteur dans des réservoirs (ce qui n’est pas le cas des panneaux solaires). Autre avantage des centrales solaires par rapport aux panneaux solaires, leur solidité. En effet, alors qu’un panneau solaire doit être renouvelé assez souvent (perte de 80% de sa puissance en 25 ans), les centrales solaires ne nécessitent que très peu d’entretien : depuis l’ouverture du site Thémis, seuls trois moteurs d’héliostat ont dû être changé. Si l’on compare ces chiffres avec les 100 milliards d’euros sur 15 ans que nécessite la maintenance des quelque 58 réacteurs nucléaires du parc français, on peut voir que les centrales solaires ont bien des avantages par rapport aux autres moyens de produire de l’électricité.
Centrale nucléaire
Bien que la production et la puissance des centrales solaires ne soit pas comparable à celles des centrales nucléaires (puissance de 2500 MW pour une centrale nucléaire contre 500 MW pour les centrales solaires les plus puissantes), celles-ci coûtent beaucoup moins cher (Thémis a coûté 60 millions d’euros alors qu’un réacteur nucléaire en coûte 2 milliards). Enfin, les centrales solaires offrent de nombreuses possibilités de recherche et développement avec de nombreux projets testés à Thémis, notamment de production d’hydrogène grâce au craquage de l’eau, procédé visant à séparer l’oxygène et l’hydrogène contenus dans l’eau et ne pouvant s’effectuer qu’à des températures comprises entre 800 et 1200°C. Les centrales solaires pourraient donc être une alternative aux énergies fossiles et nucléaires notamment dans des régions très ensoleillées comme l’Afrique ou plus localement le sud de la France. Cependant, celles-ci ne peuvent pas être installées partout et doivent donc faire partie d’un mix énergétique (par exemple, en France, centrale solaires thermodynamique dans le sud, parc éolien offshore au bord de l’Atlantique, hydroélectricité dans les massifs montagneux…)
Schéma de fonctionnement d’une centrale solaire thermodynamique


3. : Une énergie qui peine à se développer

Siege social de EDF
Malgré les nombreux avantages qu’ils représentent, fours solaires comme centrales solaires peinent à se développer notamment en France, pays pourtant inventeur de ces technologies. Le problème vient en partie du fait que le nucléaire est, encore aujourd’hui, le mode de production d’énergie dominant en France. L’Etat et EDF (dont 80% des parts appartiennent à l’Etat) ont tellement investi dans cette énergie qu’un changement de paradigme serait difficilement envisageable aujourd’hui. De plus le lobby nucléaire français est très puissant, si bien que le développement d’alternatives est très compliqué, notamment lorsqu’il s’agit de recevoir des subventions de l’Etat ou de l’Europe. Ainsi, des entreprises n’ayant pas les moyens de payer des représentants pour aller défendre leurs intérêts auprès des différentes institutions ne reçoivent pas ou très peu de subventions de leur part. C’est le cas de la société Four Solaire Développement, qui ne reçoit aucune subvention de l’Etat ou de l’Europe. Ce refus d’aider l’énergie solaire vient aussi de ce que rapportent les énergies fossiles à l’Etat. En effet, alors que l’énergie solaire ne rapporte que très peu aux pouvoirs publics (coût de production trois fois moins élevé que celui du nucléaire absence de flux à taxer), les taxes sur le pétrole pèsent pour 60% du prix et rapportent environ 31 milliards d’euros (hors TVA) par an à l’Etat (5% des recettes fiscales). Celui-ci n’a donc aucun intérêt financier à aider à se développer une industrie qui ne lui rapporte que très peu et préfère se reposer sur des énergies détruisant peu à peu la planète. Enfin, ces énergies sont victimes des revirements des politiques locales et gouvernementales. La fermeture du site de Thémis est grandement due à ces discordances puisque la centrale fut fermée alors que François Mitterrand était au pouvoir sous prétexte que celle-ci n’était pas assez rentable (ce problème de rentabilité était surtout dû au fait que la centrale employait 48 personnes alors que 2 auraient suffi pour la faire fonctionner). La motif principal et officieux de cette fermeture était que ce projet de centrale solaire thermodynamique était un projet soutenu par Valéry Giscard d’Estaing, prédécesseur et adversaire de Mitterand, pour résorber le choc pétrolier de 1973 et réduire la dépendance envers les pays de l’OPEP (organisation des pays exportateurs de pétrole).
Pompe à essence
La concentration solaire est donc une énergie durable et utilisable à plusieurs échelles. Tandis que les fours solaires permettent de rendre plus efficaces et écologiques les entreprises dans leur production, les centrales solaires thermodynamiques produisent de l’énergie à grande échelle et peuvent entrer dans un processus de diversification de l’approvisionnement énergétique. Cependant, ces énergies peinent à se développer faute de soutiens des pouvoirs publics. Les difficultés que rencontrent les énergies renouvelables à se développer cachent en fait un problème de plus grande ampleur. Le manque d’appétence des dirigeants français pour l’écologie malgré de bien beaux discours montrent qu’il y a encore de gros progrès à faire en matière d’écologie et de changement des mentalités. C’est pourquoi je vous invite à aller soutenir toutes les entreprises ou associations s’engageant en faveur de l’environnement et, si vous passez dans le département des Pyrénées-Orientales, je vous encourage à aller visiter le four solaire de Mont-Louis et la centrale Thémis. Les visites, assurées par l’équipe de Four Solaire Développement y sont très intéressantes et instructives.




Crédit photo :
-1,3,5 : Four solaire développement
-2 : Lisa Audric
-3,4,6,7: pixabay

Le 02/10/2020 par Axel Tondut