Tour solaire
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Une tour solaire est une centrale à énergie renouvelable, construite de manière à canaliser l'air chauffé par le soleil afin d'actionner des turbines pour produire de l'électricité. Le concept a été inventé par l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et à la mise en œuvre de...) allemand Jörg Schlaich.

Principe

Schéma de principe
Schéma de principe

La tour n'est en fait qu'une cheminée (Une cheminée (lat. caminus) est un conduit vertical aménagé dans un bâtiment, (un véhicule), pour évacuer les gaz et fumées toxiques d'un feu...). L'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air...), sous une serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour...) gigantesque, le " collecteur ", placée tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de la cheminée centrale, est chauffé par le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type...) et dirigé vers le haut par convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des pâtes, l'eau se met en...), le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense...) de l'air permettant à des turbines situées à l'embouchure de la cheminée de produire de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la...). Son fonctionnement se base sur un principe simple : l'air chaud étant plus léger que l'air froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.), il s'élève.

Les avantages principaux de cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) sont : le peu d'entretien nécessaire, une mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou...) simple, et la gratuité des rayons du soleil. De plus, comme le sol sous le collecteur, truffé de conduites d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), emmagasine de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...) pour la redonner la nuit, le système est opérationnel quasiment 24 heures (L'heure est une unité de mesure  :) sur 24. La seule difficulté est l'investissement de départ.

Une variante qui consiste à coucher la tour à flanc de montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique, satellites comme la Lune), et faisant généralement partie...) est également à l'étude. Le principe reste le même : un vaste collecteur situé au niveau d'une plaine (Une plaine est une forme particulière de relief, c'est un espace géographique caractérisé par une surface topographique plane, avec des pentes relativement faibles. Elle se...), et un conduit qui débouche en altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie...), permettant de tirer profit de la différence de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...). Puisqu'il ne s'agit pas d'une cheminée dressée au milieu du collecteur, mais d'un conduit couché à flanc de montagne, son installation et son éventuel démontage peuvent être envisagés plus facilement. Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) pourrait par exemple s'appliquer à des zones montagneuses comme l'île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un lac ou d'une mer. Son étymologie latine, insula, a donné l'adjectif « insulaire » ; on dit...) de la Réunion (La Réunion est une île française du sud-ouest de l'océan Indien située dans l'archipel des Mascareignes à environ 700...).

Historique

Depuis la fin de la deuxième guerre mondiale, de nombreux chercheurs dans le monde (Le mot monde peut désigner :) ont présenté différents projets de tour solaire (Une tour solaire est une centrale à énergie renouvelable, construite de manière à canaliser l'air chauffé par le soleil afin d'actionner des turbines pour produire de l'électricité. Le concept a été...).

Le premier est incontestablement un militaire espagnol, le Colonel Isidoro Cabanyes, qui en 1903 proposa un modèle de tour solaire dans la revue La Energía eléctrica[1].

L'une des premières représentation d'une tour solaire a été rédigée in 1931 par un auteur Allemand: Hanns Günther.

En France, le militaire français Edgard Nazare qui, sous les ordres du général Suffrin Hébert, travailla longtemps sur les profils d'ailes d'avions au sein du Bureau de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) d'Alger (Alger, (arabe : ??????? al-Jaz??ir, al-Dzayer ; berbère : L?ayer), surnommée Al Bahdja (« La Radieuse ») ou « la Blanche », tant par les Algériens que par les...). C'est après avoir mesuré scientifiquement les tourbillons de sables observés au Sahara qu'il déposa à Alger en 1956 un premier brevet sur ce qu'il appelait alors " la tour à dépression ". Ce brevet fut redéposé à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la...) le 3 août 1964 sous le numéro 1.439.849 (P.V. 983.953). Il s'agissait de générer artificiellement une ascendance atmosphérique tourbillonnaire dans une sorte de tour en forme de tuyère (Une tuyère ou tuyère propulsive, dans le domaine de l'astronautique, est un conduit (appelé aussi divergent) de section conique (fusées de feu d'artifice) ou oblongue (tuyères de missiles, et lanceurs), placé à la...) de Laval.

En 1975 l'ingénieur canadien Louis M. Michaud publia son projet Vortex Power Station dans le bulletin de la Société américaine de météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en...). Il s'agissait également de générer une ascendance atmosphérique tourbillonnaire, mais dans une tour cylindrique.

Mais ce n'est qu'en 1981 qu'un premier prototype de tour solaire fut construit en Espagne à Manzanares (à 150 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458...) de Madrid) sous la direction de l'ingénieur allemand Jörg Schlaich, et grâce aux fonds du Ministère allemand de la recherche et de la technologie (en Allemagne de l'Ouest). Contrairement aux deux projets précédents exploitant le phénomène de l'ascendance tourbillonnaire (rotational flow wirling system), il s'agissait d'exploiter l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) produite par simple effet de cheminée (Single Flow Upwind System). Cette tour mesurait 194 mètres seulement pour une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de 50 kW et a fonctionné jusqu'en 1989. Elle fut arrêtée en raison d'un coût du kilowatt-heure cinq fois plus élevé qu'une centrale thermique (Une centrale thermique est une centrale électrique qui produit de l'électricité à partir d'une source de chaleur. Cette source peut être un combustible...) classique. Enfin, c'est le 8 octobre 1985 que le russe George Mamulashvili déposa son brevet N° 1.319.654 pour un projet comparable appelé Vertical Aeorothermal Power Station.

Les projets

Le projet australien

Un projet de tour solaire, appelé Projet de Buronga, prévue pour 2010, est actuellement développé en Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande partie de l'Océanie. En plus de l’île-continent du même nom, le...) par la société Enviromission. La cheminée aurait 990 mètres de hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.), 70 mètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le...). La centrale fournirait 200 mégawatts de puissance électrique. Il s'agit d'un des projets les plus ambitieux de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...) pour la production d'énergie alternative : une usine à énergie renouvelable (Une énergie renouvelable est une source d'énergie se renouvelant assez rapidement pour être considérée comme inépuisable à l'échelle de temps humaine. Les...) qui fournit 4 fois moins de puissance qu'un petit réacteur nucléaire (Un réacteur nucléaire est un dispositif dans lequel une réaction en chaîne est initiée, modérée et contrôlée par l'humain — ou par la nature,...) (200 MW contre 915 MW pour un réacteur (Un réacteur peut désigner :) à eau pressurisée) tout en étant plus sûre et plus propre.

Le coût d'investissement est d'environ 400 millions d'euros.

Pour contrer l'effet d'ovalisation de la tour (qui la replierait sur elle-même aussi facilement qu'un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une...) de papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de feuilles minces et est considéré comme un...) mouillé posé sur une table, vu son incroyable légereté), la société d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements...) SBP, responsable du projet, a eu l'idée de placer dans la tour à intervalles réguliers des structures de maintien ressemblant aux rayons d'une roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) de bicyclette (Une bicyclette, aussi appelée un vélo en langage courant, est un véhicule terrestre composé de deux roues alignées — d'où elle tire son nom. La force motrice est fournie par son...). Elles ne diminuent que de 2% la vitesse (On distingue :) de l'air.

La tour solaire fournirait un kilowatt-heure près d'un tiers moins cher que ceux fournis par les panneaux solaires, mais encore cinq fois plus cher que l'électricité au charbon, qui représente 95% de la production en Australie. Des touristes pourraient visiter la tour, afin de réduire encore significativement le prix du kilowatt-heure. La culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec beaucoup...) de tomates au sein du collecteur est aussi envisagée.

Spécifications du projet

  • Une cheminée de 990 m de haut (3281 pieds) matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) composite
  • Un collecteur de 7 km de diamètre, soit 38,5 km2 de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de...) et de plastique.
  • Température de l'air chauffé dans la cheminée : 70 °C.
  • Vitesse de l'air dans la cheminée : 15 m/s (54 km/h).
  • 32 turbines.
  • Énergie produite : 200 mégawatts, 7 fois moins qu'un réacteur nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) moderne (Chooz = 1500 MW par réacteur), mais assez pour fournir en électricité environ 200 000 logements.
  • Ce projet peut paraître incroyable mais ses concepteurs le disent réaliste. Les études de faisabilité par le bureau d'ingénieurs allemand SBP, basée à Stuttgart, arrivent à leur terme. Cette tour solaire serait donc construite par l'entreprise EnviroMission dans le désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la vie, en raison du sol impropre, ou de la faiblesse des précipitations (moins de...) de Nouvelle-Galles du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), dans le comté de Wentsworth. Si le financement est trouvé, sa construction devrait commencer avant 2010.
  • Aux dernières nouvelles, EnviroMission se lance dans le développement d'une première version plus petite et moins coûteuse (50 MW) avec une cheminée en béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats...) précontraint haute résistance. On s'inquiète tout de même de la lenteur du projet aux vues des sommes mises en jeu et des investissements déjà réunis.

Le projet espagnol

Un autre projet de tour solaire, prévu pour arriver à échéance avant 2010, si le financement est trouvé, est actuellement développé en Espagne dans la localité (Une localité est une agglomération habitée de taille indéterminée, en général peu importante, qui peut éventuellement être le chef-lieu d'une circonscription administrative.) de Fuente el Fresno, un village (Un village est, à la campagne ou à la montagne, un ensemble d'habitations, de bâtiments à usages divers, de fermes... de proportion modérée...) de la Province de Ciudad Real. Les travaux devraient être menés en collaboration avec les entreprises espagnoles Campo 3 et Imasa, et la compagnie allemande Schlaich Bergermann. Cette tour de 750 mètres de hauteur serait dès lors la plus haute de ce genre en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire...).

Spécifications du projet

  • Une cheminée de 750 m de haut.
  • Un collecteur de 3 km de diamètre, couvrant 350 hectares, dont 250 hectares pourraient être utilisés pour la culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) de légumes sous serre (tomates).
  • Vitesse de l'air dans la cheminée : 43 km/h.
  • Puissance de l'installation : 40 mégawatts, soit la demande en électricité d'environ 120 000 personnes.
  • Coût du projet : 240 millions d'euros, que les partenaires espèrent réunir en 2007.
  • En complément de cette production énergétique, le projet permettrait également l'installation d'équipements de télécommunication et de surveillance contre les incendies, et devrait revêtir un aspect touristique en prévoyant un accès au public.

Autres projets

Il existe actuellement deux projets de construction de tour solaire : une tour en forme de tuyère de Laval par la société française Sumatel en Savoie qui a déjà construit en 1997 une maquette de 6 m de haut et envisage de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) à 60 m ou plus, et la tour cylindrique de 500 m de haut citée ci-dessus. A hauteur égale, les puissances prévues pour ces deux projets sont très différentes.

Pour une tour de 500 m, par exemple, Sumatel annonce plus de 1500 MW alors que le projet australo-allemand avance le chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) de 50 MW. Cette différence de performance s'explique par la différence de hauteur du phénomène atmosphérique exploité. Le procédé français permet de générer un tourbillon atmosphérique qui peut atteindre 20 km de haut, alors que le procédé australo-allemand se contente d'exploiter l'effet de tirage d'une simple cheminée. Telle une trombe ou une tornade (Une tornade (de l'espagnol tornado, dérivé du verbe tornar, tourner) est un vortex (tourbillon) de vents extrêmement violents, prenant...), la cheminée virtuelle de 20 km de haut a un tirage, donc un rendement, beaucoup plus important qu'une construction humaine, même de très grande hauteur. Dans les deux cas les lois de Carnot sont respectées. La différence de température entre les couches basses et hautes de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) est simplement beaucoup plus importante dans le projet français. L'inventeur Nazare, et avec lui la société Sumatel, estime que c'est à partir d'une tour de 300 m minimum que l'on peut espérer générer un tourbillon de 20 km de hauteur et obtenir les puissances annoncées. Contrairement à la tour australo-allemande, la tour française n'est utilisée que pour amorcer le phénomène atmosphérique.

Homonymie

Une tour solaire est aussi un instrument scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) pour examiner le soleil : tour solaire de Meudon.

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