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Qu’est-ce-que le solaire thermique à concentration ?

par Hugo

Il existe plusieurs façon d’utiliser l’énergie solaire et de la transformer en énergie réutilisable. Vous connaissez sans doute le solaire photovoltaïque, l’aérovoltaïque ou encore le thermique. Mais connaissez-vous le solaire thermique à concentration ? Il s’agit d’une toute autre technologie qui fonctionne selon un principe radicalement différent que celui du photovoltaïque. Les centrales solaires thermiques à concentration aussi appelées centrales solaires thermodynamiques captent bien les rayons du soleil mais les transforment en énergie en les réfléchissant sur une surface donnée. Comment fonctionne le solaire thermique à concentration exactement ? Quelles perspectives offre-t-il pour la transition énergétique ? Explications 👇

Centrale solaire à concentration

Comment fonctionne une centrale solaire thermique à concentration ?

Pour comprendre le principe sur lequel repose le solaire thermique à concentration, prenons un exemple tout simple. Enfant vous avez peut-être été émerveillé en découvrant que l’on pouvait faire du feu en concentrant les rayons du soleil sur une feuille morte ou un bout de papier grâce à une loupe. Sans le savoir, vous utilisez le principe de concentration. Ce dernier consiste à faire converger les rayons du soleil en un point resserré, capable d’emmagasiner toute la chaleur. Les centrales solaires thermique à concentration sont en effet conçues sur le même principe. Des panneaux réfléchissants, dits aussi “miroirs” renvoient les rayons du soleil vers un système qui contient un liquide caloporteur (généralement de l’huile synthétique, du sel fondu ou de l’eau), qui va être chauffé à très haute température. Ce fluide caloporteur est ensuite pompé et acheminé vers un échangeur qui l’utilise pour produire de la vapeur d’eau. Il s’agit ensuite d’un processus classique, que l’on rencontre dans toutes les centrales thermiques, de production d’électricité grâce à une turbine et un alternateur. La différence entre le solaire thermique et le solaire photovoltaïques réside donc dans la manière de tirer parti des rayons du soleil. De plus, les panneaux réfléchissants, se servent seulement des rayonnements directs du soleil et non pas des rayonnements diffus, comme c’est le cas pour les panneaux photovoltaïques.

Que penser du solaire thermique à concentration ?

Les avantages du solaire thermique à concentration

Le solaire thermique à concentration est donc un autre moyen d’exploiter l’énergie du soleil. Sa principale plus-value est d’être pilotable c’est-à-dire qu’il donne la possibilité de différer la production de l’électricité aux moments où le soleil ne brille pas. Cela est dû à l’inertie thermique du fluide caloporteur, qui peut se maintenir à de très fortes températures pendant plusieurs heures après le coucher du soleil. Avec les centrales solaires thermiques à concentration il est donc possible de produire de l’électricité la nuit, entre 3 et 8 heures après le coucher du soleil. En surdimensionnant la centrale solaire thermique à concentration, il est donc possible de produire un surplus de chaleur qui peut être utilisé de manière différé. Cela réduit fortement le problème du stockage de l’électricité, qui se pose inévitablement dans le cas du solaire photovoltaïque. L’autre avantage du solaire thermique à concentration est de pouvoir faire de la cogénération, c’est-à-dire récupérer la chaleur produite par la turbine. Une fois récupérée, cette chaleur peut par exemple servir à dessaler l’eau de mer.

Centrale solaire thermodynamique

Les inconvénients du solaire thermique à concentration

Malgré les avantages que nous venons de voir, les centrales solaires thermiques à concentration comportent des inconvénients. Le premiers est lié aux forts taux d’ensoleillement que cette technologie nécessite pour être productive et donc rentable. En effet, les zones dans lesquelles il est pertinent de construire des centrales thermiques à concentration doivent recevoir un ensoleillement supérieur à 2000 kWh/m²/an. Le solaire thermodynamique peut par exemple être installé aux États-Unis, dans les pays de la péninsule arabique, en Australie, en Afrique du nord et en Afrique du sud. Mais dans de nombreux pays ne remplissant pas les critères d’ensoleillement, le solaire thermique à concentration ne constitue pas une filière d’avenir pour l’énergie. Les centrales solaires thermodynamiques ne sont donc pas la solution miracle à la transition énergétique bien que pouvant apporter des avancées significatives. L’autre désavantage des centrales thermiques à concentration est de nécessiter de grandes quantités d’eau pour le nettoyage des miroirs réfléchissants. Cela limite l’installation de ces centrales à des zones qui bénéficient à la fois d’eau en grande quantité et de fort taux d’ensoleillement. Du point de vue du développement économique de cette filière, le solaire thermique à concentration est plus cher que le photovoltaïque qui a vu ses prix chuter fortement ces dernières années. Par là, il peine encore à attirer les investissements.

L’énergie solaire thermique en France et dans le monde

La première centrale solaire à concentration nommée THEMIS a vu le jour en 1977, en Cerdagne, dans les Pyrénées Orientales. C’est en effet dans cette petite région que le soleil se fait le plus présent en France. Malheureusement cette centrale a cessé son activité quelques années plus tard faute de rentabilité. En 2019, une nouvelle centrale s’est implantée dans la région avec une capacité de 20 GWh/an. Néanmoins, le France présente dans sa globalité des conditions défavorables au développement de cette technologie de production d’électricité, à cause de ses taux d’ensoleillement trop faibles. Pourtant, la France continue à mener des projets de recherche autour du solaire thermique à concentration afin de se positionner sur un marché qui tend à se développer dans les pays propices. La production d’électricité réalisée par les centrales solaires à concentration n’en est qu’à ses prémisses. En 2016 elle représentait 12 GWh de la production d’électricité mondiale, soit une quantité dérisoire. La croissance de ce secteur est pourtant une réalité. Des pays comme le Maroc, l’Espagne ou les États-Unis par exemple, voient des projets de centrales se multiplier sur leurs sols. L’AIE (Agence Internationale de l’Énergie) estime que l’électricité produite par ce type de centrales pourraient représenter 11% de l’électricité mondiale en 2050. En améliorant la capacité de stockage et de pilotage du réseau d’électricité, les centrales solaires thermiques à concentration, couplées aux énergies renouvelables que nous connaissons déjà (panneaux photovoltaïques, éolien etc), pourraient donc largement contribuer à la transition énergétique.

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