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Bruno RIVOIRE
LA FILIÈRE « CENTRALE À TOUR »
Les principes
Ici on ambitionne d'emblée de déployer des surfaces de miroir très importantes. On
renonce donc à utiliser une vraie parabole (qui devrait être mobile, ce qui est inimaginable en grande taille) et on la remplace par une pseudo-parabole, à foyer fixe,
d'une taille pouvant atteindre plusieurs centaines de milliers de mètres carrés, et
constituée de centaines ou de milliers de miroirs plans orientables. On appelle ces
miroirs « héliostats » (en grec, qui fixe le Soleil). Leur ensemble constitue le « champ
d'héliostats ». On utilise ici l’image de la pseudoparabole parce que, à chaque instant, les rayons
solaires atteignant le centre de chaque héliostat
sont réfléchis par le dispositif en direction d’un point
unique, fixe dans le temps, et qui joue donc le rôle
du foyer de la parabole. La surface réfléchissante
de cette « parabole » étant fatalement déployée
au sol, son « foyer » se trouve en altitude. Pour y
disposer le récepteur, on est amené à construire
une tour de grande hauteur qui donne son nom à
la filière.
18.2 - Schéma d’une centrale à four
Pour faire fonctionner ce dispositif, il faut réaliser un « tir croisé » des héliostats
et, pour cela, animer chaque miroir d'un mouvement particulier de suivi du Soleil.
Comme dans le cas précédent, ce mouvement peut être obtenu par la combinaison de deux rotations.
Il faut encore avoir optimisé la position des miroirs (ou plutôt la distribution de leur
densité sur le terrain), la hauteur du foyer (qui conditionne la hauteur de tour, et
donc son coût) et la géométrie de l'ouverture du récepteur. A travers un calcul
difficile, on minimise le rapport coût d’investissement/rendement thermo-optique
de l’ensemble champ d’héliostats-récepteur. Les optima trouvés, en particulier en
ce qui concerne l’altitude du foyer, se traduisent par des courbes très plates qui
laissent pas mal de liberté au concepteur (autrement dit, il peut faire varier dans
une large fourchette la hauteur de tour sans dégrader gravement le rendement).
Si ce travail a été bien mené, et si l'ouverture du récepteur est située dans le plan
focal de l'optique, on peut obtenir par ce moyen des concentrations de l'ordre de
700 (cas de Thémis par exemple, à 42,5° de latitude). Cette dernière condition
n'est pas facilement remplie dans le cas de champs circulaires (la tour est située
au milieu du champ d'héliostats et non au sud comme à Thémis). Dans ce cas, les
concentrations atteintes sont plus faibles (235 à Solar One par exemple), mais la
formule a d'autres avantages (essentiellement une hauteur de tour diminuée pour
Bruno RIVOIRE
LA FILIÈRE « CENTRALE À TOUR »
Les principes
Ici on ambitionne d'emblée de déployer des surfaces de miroir très importantes. On
renonce donc à utiliser une vraie parabole (qui devrait être mobile, ce qui est inimaginable en grande taille) et on la remplace par une pseudo-parabole, à foyer fixe,
d'une taille pouvant atteindre plusieurs centaines de milliers de mètres carrés, et
constituée de centaines ou de milliers de miroirs plans orientables. On appelle ces
miroirs « héliostats » (en grec, qui fixe le Soleil). Leur ensemble constitue le « champ
d'héliostats ». On utilise ici l’image de la pseudoparabole parce que, à chaque instant, les rayons
solaires atteignant le centre de chaque héliostat
sont réfléchis par le dispositif en direction d’un point
unique, fixe dans le temps, et qui joue donc le rôle
du foyer de la parabole. La surface réfléchissante
de cette « parabole » étant fatalement déployée
au sol, son « foyer » se trouve en altitude. Pour y
disposer le récepteur, on est amené à construire
une tour de grande hauteur qui donne son nom à
la filière.
18.2 - Schéma d’une centrale à four
Pour faire fonctionner ce dispositif, il faut réaliser un « tir croisé » des héliostats
et, pour cela, animer chaque miroir d'un mouvement particulier de suivi du Soleil.
Comme dans le cas précédent, ce mouvement peut être obtenu par la combinaison de deux rotations.
Il faut encore avoir optimisé la position des miroirs (ou plutôt la distribution de leur
densité sur le terrain), la hauteur du foyer (qui conditionne la hauteur de tour, et
donc son coût) et la géométrie de l'ouverture du récepteur. A travers un calcul
difficile, on minimise le rapport coût d’investissement/rendement thermo-optique
de l’ensemble champ d’héliostats-récepteur. Les optima trouvés, en particulier en
ce qui concerne l’altitude du foyer, se traduisent par des courbes très plates qui
laissent pas mal de liberté au concepteur (autrement dit, il peut faire varier dans
une large fourchette la hauteur de tour sans dégrader gravement le rendement).
Si ce travail a été bien mené, et si l'ouverture du récepteur est située dans le plan
focal de l'optique, on peut obtenir par ce moyen des concentrations de l'ordre de
700 (cas de Thémis par exemple, à 42,5° de latitude). Cette dernière condition
n'est pas facilement remplie dans le cas de champs circulaires (la tour est située
au milieu du champ d'héliostats et non au sud comme à Thémis). Dans ce cas, les
concentrations atteintes sont plus faibles (235 à Solar One par exemple), mais la
formule a d'autres avantages (essentiellement une hauteur de tour diminuée pour