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Bruno RIVOIRE
Le récepteur doit ici réchauffer de l’air à une température très élevée (typiquement
800°C). Des tentatives ont été menées à bien pour obtenir ce résultat à partir d’un
absorbeur métallique à paroi (citons en particulier l’expérience « Sirocco » entreprise par le CNRS au grand four solaire d’Odeillo, au début des années 1980, et qui
mettait en œuvre une paroi métallique gaufrée en « boîte à œufs » pour augmenter sa surface d’échange). C’était d’ailleurs l’option envisagée lors des premières
esquisses de Gast. Mais de telles solutions, chères et fragiles, présentent en plus
l’inconvénient d’offrir des surfaces de pertes à température plus élevée que celle
de l’air chaud produit (du fait du gradient de température existant dans la paroi
métallique).
Les concepteurs de Phoebus ont été d’emblée plus ambitieux en prévoyant d’utiliser
une chaudière volumétrique dont le principe a été précisé plus haut. Mais comme
il est irréaliste de prétendre fermer une telle chaudière de grande taille par une
fenêtre en quartz, ce choix les contraint à alimenter leur cycle thermodynamique
par de l’air aspiré, à pression atmosphérique, depuis la face avant de l’absorbeur
(on parle ici de récepteur volumétrique « ouvert » ou de chaudière « à aspiration »).
Dans le projet Phoebus de 1994, ce récepteur est tout simplement constitué d’un
volume de laine métallique suffisamment lâche pour que le rayonnement solaire
y pénètre profondément et y soit progressivement absorbé sur toute l’épaisseur.
La température de l’air chaud produit est limitée à 750°C. Par la suite, d’autres formules ont été testées mettant en œuvre par exemple des volumes en nid d’abeille
de céramique, ces matériaux permettant de produire de l’air encore plus chaud
puisque les 1000°C ont été atteints.
On verra plus loin que cette solution présente de graves inconvénients, mais elle
est la seule qui permette d’abaisser significativement les pertes chaudière (qui risquent ici d’atteindre un niveau élevé à cause de la haute température de travail), en
diminuant sensiblement la température apparente du récepteur.
LA FILIÈRE CYLINDRO-PARABOLIQUE
Le récepteur est ici complètement différent des précédents à beaucoup de points
de vue, et d’abord parce qu’il est linéaire au lieu de surfacique. Ensuite parce que,
disposé au foyer d’un système optique peu performant, on le fait travailler, comme
nous l’avons déjà signalé, à température modérée (inférieure à 400°C), ce qui permet d’utiliser comme fluide caloporteur une huile de synthèse (l’avantage de ce
fluide étant qu’il n’est pas figeable et ne nécessite donc pas de dispositif de traçage). Enfin parce que, pour la même raison, il est protégé de pertes thermiques
par deux dispositions originales et efficaces :
l’enfermement de l’absorbeur dans un tube de verre sans fer vidé de son air, ce
qui supprime radicalement les pertes convectives et limite les pertes radiatives ;
le revêtement du tube chaudière d’une couche de cermet (il s’agit d’un composite céramique/métal projeté par plasma) qui joue le rôle d’un absorbeur sélectif
(96% d’absorptivité pour 20% d’émissivité à la température de travail), bien plus
Bruno RIVOIRE
Le récepteur doit ici réchauffer de l’air à une température très élevée (typiquement
800°C). Des tentatives ont été menées à bien pour obtenir ce résultat à partir d’un
absorbeur métallique à paroi (citons en particulier l’expérience « Sirocco » entreprise par le CNRS au grand four solaire d’Odeillo, au début des années 1980, et qui
mettait en œuvre une paroi métallique gaufrée en « boîte à œufs » pour augmenter sa surface d’échange). C’était d’ailleurs l’option envisagée lors des premières
esquisses de Gast. Mais de telles solutions, chères et fragiles, présentent en plus
l’inconvénient d’offrir des surfaces de pertes à température plus élevée que celle
de l’air chaud produit (du fait du gradient de température existant dans la paroi
métallique).
Les concepteurs de Phoebus ont été d’emblée plus ambitieux en prévoyant d’utiliser
une chaudière volumétrique dont le principe a été précisé plus haut. Mais comme
il est irréaliste de prétendre fermer une telle chaudière de grande taille par une
fenêtre en quartz, ce choix les contraint à alimenter leur cycle thermodynamique
par de l’air aspiré, à pression atmosphérique, depuis la face avant de l’absorbeur
(on parle ici de récepteur volumétrique « ouvert » ou de chaudière « à aspiration »).
Dans le projet Phoebus de 1994, ce récepteur est tout simplement constitué d’un
volume de laine métallique suffisamment lâche pour que le rayonnement solaire
y pénètre profondément et y soit progressivement absorbé sur toute l’épaisseur.
La température de l’air chaud produit est limitée à 750°C. Par la suite, d’autres formules ont été testées mettant en œuvre par exemple des volumes en nid d’abeille
de céramique, ces matériaux permettant de produire de l’air encore plus chaud
puisque les 1000°C ont été atteints.
On verra plus loin que cette solution présente de graves inconvénients, mais elle
est la seule qui permette d’abaisser significativement les pertes chaudière (qui risquent ici d’atteindre un niveau élevé à cause de la haute température de travail), en
diminuant sensiblement la température apparente du récepteur.
LA FILIÈRE CYLINDRO-PARABOLIQUE
Le récepteur est ici complètement différent des précédents à beaucoup de points
de vue, et d’abord parce qu’il est linéaire au lieu de surfacique. Ensuite parce que,
disposé au foyer d’un système optique peu performant, on le fait travailler, comme
nous l’avons déjà signalé, à température modérée (inférieure à 400°C), ce qui permet d’utiliser comme fluide caloporteur une huile de synthèse (l’avantage de ce
fluide étant qu’il n’est pas figeable et ne nécessite donc pas de dispositif de traçage). Enfin parce que, pour la même raison, il est protégé de pertes thermiques
par deux dispositions originales et efficaces :
l’enfermement de l’absorbeur dans un tube de verre sans fer vidé de son air, ce
qui supprime radicalement les pertes convectives et limite les pertes radiatives ;
le revêtement du tube chaudière d’une couche de cermet (il s’agit d’un composite céramique/métal projeté par plasma) qui joue le rôle d’un absorbeur sélectif
(96% d’absorptivité pour 20% d’émissivité à la température de travail), bien plus