Centrales solaires à effet de cheminée

Projet de tour solaire d’une hauteur de 1000 mètres
crédit : EnviroMission

La tour solaire à effet de cheminée est l’un des projets les plus ambitieux de la planète pour la production d’énergie alternative. C’est une usine d’énergie renouvelable qui pourrait fournir une puissance électrique importante (200 MW) tout en étant sûr et propre.

Son principale avantage est qu’elle peut fonctionner sans intermittence en utilisant le rayonnement du soleil le jour et la chaleur de la croûte terrestre la nuit.

Principe de fonctionnement d'une centrale solaire à effet de cheminée

Principe de centrale à effet de cheminée

Fonctionnement d’une centrale solaire à effet de cheminée
crédit : Kilohn limahn

La tour est creuse, ce n’est en fait qu’une cheminée. Placée tout autour de la cheminée centrale, une serre gigantesque est chauffée par le soleil.

Le fonctionnement se base sur un principe simple : l’air chaud étant plus léger que l’air froid, il s’élève.

L’air s’engoufre sous la serre et est dirigé vers le haut par convection (au sommet de la tour, l’air est plus froid qu’au sol). Le déplacement de l’air permettant à des turbines situées à l’embouchure de la cheminée de produire de l’électricité.

Le système produit de l’électricité jour et nuit grâce à la chaleur résiduelle du sol et au différentiel permanent de température qui existe entre le sol et le point culminant de la tour.

Avantages :
Source d’énergie inépuisable et gratuite
Pas d’émission polluante
Fonctionnement sans intermittence (jour et nuit)
Mécanique simple, peu d’entretien nécessaire
Impact visuel positif (certains y voient un symbole d’espoir, de vision à long terme)
Inconvénients :
investissement de départ
Impact visuel négatif (certains y voient une dégradation du paysage)

Réalisations industrielles, projets et prototypes

Prototype de tour solaire implantée à Manzanares

Prototype de tour solaire

Tour solaire implantée à Manzanares - crédit : Solarmillenium

Prototype de tour solaire implantée à Manzanares, en Espagne. Inventée par l’ingénieur allemand Jörg Schlaich, cette première tour solaire de 195 m de haut a été construite en 1982. Le prototype a fonctionné pendant 7 ans.

La surface de la serre au pied de la cheminée mesure près de 46.000 m2.

Serre situé sous la tour solaire

Construction de la serre de 46000 m²
crédit : Solarmillenium

 

Les verrières posées à quelques mètres du sol pourraient faire office de serre et servir à la culture de fruits et légumes.

Puissance installée de 50 kW

Ce prototype a été arrêté car le coût du kilowatt-heure n'était pas compétitif (cinq fois plus élevé qu'une centrale thermique classique).

EnviroMission - projet de tour solaire d’une puissance de 200 MW en Australie

EnviroMission - projet de tour solaire

Projet de tour solaire d’une puissance de 200 MW en Australie
crédit : EnviroMission

Un projet de tour solaire, appelé Projet de Buronga, dont la construction devrait débuter en 2010, est actuellement développé en Australie par la société Enviromission. La cheminée aurait 990 mètres de hauteur, 70 mètres de diamètre. La centrale fournirait 200 mégawatts de puissance électrique.

Pour contrer l’effet d’ovalisation de la tour (qui la replierait sur elle-même aussi facilement qu’un cylindre de papier mouillé posé sur une table, vu son incroyable légereté), la société d’ingénierie 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 de bicyclette. Elles ne diminuent que de 2% la vitesse 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 de tomates au sein du collecteur est aussi envisagée.


Spécifications du projet :

  • Une cheminée de 990 m de haut (3281 pieds) matériaux composite
  • Un collecteur de 7 km de diamètre, soit 38,5 km2 de verre 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.

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 de Nouvelle-Galles du Sud, dans le comté de Wentsworth. Si le financement est trouvé, sa construction devrait commencer avant 2010.

Puissance prévue : 200 Mw.
De quoi fournir en électricité environ 200 000 logements.

Coût d’investissement est d’environ 400 millions d’euros.

La tour solaire à vortex - le projet Français de centrale aérothermique

Prototype de 6 mètres de haut réalisé en Savoie
crédit : Association Energie Environnement

Il s’agit du programme développé par la société Française SUMATEL. Cette dernière avait été contactée par le professeur Nazare qui avait pu, avant son décès en 1998, en tracer les grandes lignes.
Après les essais très prometteurs qui débutèrent en Savoie en 1997 sur une maquette de 6 mètres de hauteur (voir photo ci-contre), une nouvelle série d’essais sur une tour de 150 m, est prévue dans le désert Espagnol de Tabernas, dans le cadre du 7ème Plan Européen de Recherche Développement.

[ Ces nouveaux essais permettront en particulier d’affiner les prévisions des ingénieurs. En effet, selon les dernières études de SUMATEL, la puissance électrique d’une tour à vortex de 300 m de hauteur ne serait que de 180 à 310 MW alors que, dans les mêmes conditions (delta t compris entre 30 et 50°C) le professeur Nazare prévoyait une puissance de 200 à 600 MW. Mais, même dans l’hypothèse basse, le projet paraît intéressant, aussi bien sur le plan économique, possibilité de fabriquer de l’hydrogène à bas prix dans tous les pays tropicaux, que sur le plan écologique, énergie particulièrement propre et possibilité de provoquer la pluie dans les zones arides. On peut également penser que, comme les cyclones tropicaux, mais à plus petite échelle, la multiplication dans le Monde de ce type de centrales et le remplacement progressif des centrales polluantes auraient un effet régulateur du climat dû au brassage de l’air et permettrait de lutter contre le réchauffement climatique de la planète.

De nombreuses autres applications de ce nouveau concept sont probables : dépollution atmosphérique des mégapoles, lutte contre le brouillard sur les aérodromes, dessalement de l’eau de mer, production d’eau douce, etc. La tour à vortex atmosphérique pourrait en outre devenir un bel outil de développement pour les pays du Sud. ]

François MAUGIS ingénieur conseil

Communiqué de l'association Energie Environnement

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