THÉMIS est un centre de recherche & développement consacré à l'énergie solaire ainsi qu'une centrale solaire active produisant de l'électricité pour le réseau Électricité de France (EDF). Elle est située en Cerdagne à Targassonne dans les Pyrénées-Orientales.
La centrale solaire de THÉMIS.
La centrale de THÉMIS, propriété du Conseil général des Pyrénées-Orientales, a été implantée stratégiquement en Cerdagne, pour ses conditions météorologiques qui y sont très favorables au développement de l'utilisation de l'énergie solaire. La Cerdagne a près de 2 400 heures de soleil par an, un vent très faible limitant les temps de non-fonctionnement des installations de la centrale, et une altitude (1 650 à 1 690 m) favorisant la réception du rayonnement solaire direct. Le terrain choisi pour la centrale est entre 6° et 18° de pente, l’idéal pour une centrale à tour.
Plusieurs opérations de recherche sont en cours à THÉMIS et les développements incluent la production d'électricité, à la fois comme Centrale solaire photovoltaïque et comme Centrale solaire thermodynamique.
Un héliostat de la centrale solaire de THÉMIS.
L'opération THEMIS-PV, portée par l'entreprise SUNERGIE, a pour objectif de réaliser sur THÉMIS une puissante centrale photovoltaïque : 80 héliostats équipés de 8,8 kWc chacun, soit un total de 670 kWc, produisant annuellement plus de 800 mégawattheure, ce qui représente la consommation annuelle d'approximativement 500 foyers, l'électricité étant revendue à EDF. La mise en place de ce projet est prévue en 2 phases :
Le Projet PEGASE est piloté par le CNRS, via le laboratoire PROMES (PROcédés Matériaux et Energies Solaires) qui développe sur le site des programmes de recherche sur l'énergie solaire concentrée. Ce programme dénommé PEGASE (Production d'Électricité par turbine à Gaz et Énergie Solaire), vise à remettre en place sur le site de THÉMIS une boucle thermodynamique telle qu’elle existait à l’origine mais en l’améliorant. Il s'agit plus précisément de réaliser et tester un système hybride solaire/gaz d'une puissance électrique de l'ordre de 1,4 Mégawatt, utilisant la chaleur solaire pour surchauffer l'air entrant dans une turbine à gaz. Le dispositif a pour but d'ouvrir la voie vers des centrales solaires présentant un meilleur rendement (30% et plus) utilisant des cycles combinés solaire/gaz.
Projet de la société EDF Energies Nouvelles Il s’agit de l’implantation d’une nouvelle génération d'héliostats qui, en couplant le suivi du soleil à un système de concentration de l'intensité lumineuse, augmentera très sensiblement les rendements de la production d'électricité des modules photovoltaïques. Cette opération a pour but de développer ce type d'innovation technologique qui permettra d'améliorer la faisabilité technico-économique des centrales solaires photovoltaïques et génèrera un fort développement de cette filière qui constitue aujourd’hui une véritable alternative aux énergies fossiles polluantes.
StratègEco Solar souhaite implanter en conditions réelles, sur le site de Thémis, une centrale solaire utilisant la technologie des couches minces (amorphe et micromorphe). Cette dernière permet de diminuer fortement la dépendance au silicium, de capter un spectre de lumière plus large et d'améliorer le rendement. Grâce à ces nouvelles cellules, l'entreprise espère ainsi réaliser une augmentation du rendement de 50% par rapport à la technologie du silicium amorphe. Par ailleurs, le temps de retour sur investissement énergétique, c'est à dire le temps d'exploitation du matériel permettant de compenser l'énergie dépensée pour sa propre production, est significativement réduit sur ce type de technologie (de 3 à 4 ans pour la filière silicium cristallin, contre 1 à 2 ans pour la technologie des couches minces).
NUR ENERGIE SAS, société de développement de centrales électriques solaires, va installer sur le site de Thémis différentes installations pilotes de technologies dites « photovoltaïques concentrées » qui permettent de concentrer entre 600 et 1 200 fois l'intensité du rayonnement lumineux sur des cellules photovoltaïques qui produisent de l'électricité. Cette opération constituera un site pilote unique en Europe.
Un panneau photovoltaïque de la centrale solaire de THÉMIS.
Par ailleurs, de nombreuses autres entreprises ont pris contact avec le Conseil Général dans la perspective de leur installation future sur le site de THÉMIS.
Elle devient opérationnelle et emploie 48 personnes. Elle constitue alors une véritable référence internationale en matière de conversion de l'énergie solaire en électricité. Les technologies et leurs applications développées à THÉMIS seront d'ailleurs reprises avec succès à l’étranger, notamment en Espagne et aux États-Unis.
Des astrophysiciens prennent alors le relais et installent, sur les socles mobiles des héliostats, des dispositifs dédiés à la détection des rayons cosmiques. De 1987 à 2004, le site de Thémis est mis à disposition de l'IN2P3, du CEA et du CERN, qui y tenteront de détecter le rayonnement gamma de très haute énergie produit par les objets astrophysiques, à partir du rayonnement Čerenkov produit par les particules secondaires créées dans l'atmosphère. Le site accueillera ainsi successivement les télescopes Thémistocle et ASGAT (1987-1996), CAT (Čerenkov Array at Thémis, 1996-2000) et enfin Céleste (2000-2004).
Le Conseil Général décide, par délibération du 24 février 2003, de lancer deux études permettant de rendre à la centrale THÉMIS son usage premier : produire de l’électricité. THÉMIS devient un pôle de compétitivité DERBI (Développement des Énergies Renouvelables dans le Bâtiment et l’Industrie).
THÉMIS commence alors sa troisième existence. En 2004, un nouveau projet voit le jour et le Conseil général des Pyrénées-Orientales décide de réhabiliter la centrale solaire pour produire de l’électricité, encourager la recherche dans l'énergie solaire et instaurer un développement touristique nouveau en Cerdagne. Le programme de reconversion de THÉMIS vise à en faire l'un des 1ers sites européens de valorisation solaire multitechnologique.
Ce programme doit répondre à quatre objectifs principaux qui concourront à la revalorisation des installations de THÉMIS en termes de :
Au total, six projets de recherche et développement ont ou vont très prochainement être sélectionnés.
Selon la préfet de région, Cyrille Schott, « THÉMIS doit devenir un site majeur en Europe pour la recherche et la production dans le domaine de l’énergie solaire ».
30 ans après le premier arrêt de la centrale, plusieurs acteurs industriels français se sont positionnés sur cette technologie. Le groupe français Areva a par exemple racheté en 2010 la société australo-américaine Ausra. En France, une jeune société, Solar Euromed, a lancé le programme Alba Nova en Corse afin de rattraper le retard industriel accumulé dans ce secteur par les acteurs français. Dans le cadre de ce programme, la première centrale solaire thermodynamique française de grande puissance (12 MW) Alba Nova 1 est en cours de développement.
Le site de la centrale Thémis couvre une superficie de 102 ha et se structure autour de 4 équipements principaux :
Initialement au nombre de 201, 195 héliostats sont encore aujourd'hui pleinement utilisables (les 6 héliostats restants ayant été démantelés pour les besoins des expériences d’astrophysique).
La tour de 105 mètres de haut, au sommet de laquelle se concentre le rayonnement solaire provenant des héliostats.
Un bâtiment usine, de 2 315 m², qui abritait initialement l'ensemble de la centrale électrique et le système de conservation de chaleur. Aujourd’hui, ce bâtiment accueille le public pour les expositions d'été de la Cité des Sciences et de l'Industrie.
Un bâtiment de bureaux, qui a abrité jusqu’à l’été 2004 l’équipe du CNRS IN2P3 travaillant sur la détection du rayonnement gamma et qui est aujourd'hui inutilisé.
L'installation est composée de 201 héliostats (miroirs géants orientés vers le soleil) qui concentrent les rayons du soleil vers une tour où circule un fluide caloporteur (des sels fondus). Chauffé par les rayons, celui-ci transfère son énergie à un circuit d'eau. La vapeur alors produite actionne une turbine, comme dans une centrale thermique. Le futur récepteur solaire placé sur la tour aux environs de 2010 et qui recevra les rayons réfléchis par les miroirs devrait monter à 1 000 °C, contre 500 °C auparavant. Parmi les nombreux problèmes à résoudre figurent le transfert à très haute température entre la paroi du récepteur et l’air comprimé, et la conception du récepteur solaire.
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