Centrales solaires à tour : une technologie futuriste !

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C’est probablement le génial Archimède qui a eut le premier l’idée d’utiliser un jeu de miroirs pour concentrer les rayons du soleil de manière industrielle afin d’obtenir des températures élevées, destinées à enflammer la flotte de vaisseaux romains assiégeant la ville de Syracuse. L’histoire est d’ailleurs sans doute exagérée mais on ne prête qu’aux riches…

Le concentrateur solaire de Mouchot en 1878

Toujours est-il que, depuis cette lointaine Antiquité, la technologie a fait son chemin et que les centrales thermiques solaires commencent à se multiplier. C’est d’ailleurs un ingénieur français, un certain Augustin Mouchot, qui en 1866 a inventé le premier moteur solaire constitué d’un réflecteur en forme de parabole qui concentre les rayons du soleil sur une chaudière électrique en verre alimentant une machine à vapeur. Lors de l’exposition de 1878, un appareil de son invention, doté d’une surface réfléchissante de 20 m2 reçoit d’ailleurs une distinction à l’occasion de l’exposition universelle de Paris.

Le four solaire d’Odeillo dans les Pyrénées

Le principe des miroirs paraboliques qui concentrent le rayonnement solaire en leur point focal a été ensuite réutilisé à plus grande échelle, à l’initiative du chimiste français Félix Trombe dont les travaux se sont concrétisés par l’élaboration d’un premier four solaire à Mont-Louis en 1949, puis, à partir de 1962, par la construction d’un prototype semi-industriel, le Grand four solaire d’Odeillo, mis en service en 1970 à Font-Romeu. Une série de miroirs réfléchissants renvoient les rayons du soleil vers d’autres miroirs concentrateurs disposés en parabole qui font converger le rayonnement vers une cible circulaire de 40 cm de diamètre située en haut d’une tour, permettant d’obtenir une température de 3500 °C.

Sur la base de cette expérience, EDF réalise en 1983 sa première centrale solaire Thémis, installée en Cerdagne. Après de nombreux aléas et sous l’impulsion du Conseil général des Pyrénées-Orientales, le site est équipé en 2012 de près de 200 héliostats, des miroirs réfléchissants orientables qui suivent la course du soleil, et concentrent le rayonnement solaire sur un récepteur central situé au sommet d’une tour de 105 m de hauteur, dans lequel circule un fluide caloporteur (à base de sels fondus) permettant de transformer de l’eau en vapeur et d’actionner une turbine pour produire de l’électricité.

La centrale solaire Themis à Targassonne

Ce principe des centrales solaires thermodynamiques à tour est désormais en plein essor dans le monde entier, surtout dans des latitudes où le rayonnement solaire au sol est très supérieur à celui que l’on peut connaître en France. L’Espagne notamment s’est fortement investie dans ce domaine avec notamment la centrale Solar tres, inaugurée en 2011 en Andalousie, d’une puissance d’environ 20 MW avec près de 2500 héliostats et une autonomie de près de 15 heures grâce au stockage d’énergie assuré par l’inertie thermique du fluide caloporteur.

La centrale solaire de Gemasolar, près de Séville en Espagne, avec ses 2650 héliostats

Les États-Unis bien entendu ne sont pas en reste malgré leur exploitation intensive des gaz de schiste, avec en particulier la centrale solaire de Crescent Dunes (dans le désert du Nevada), d’une puissance de 110 MW (à comparer aux 5 MW d’une grande éolienne récente). Entrée en service en 2016, elle est constituée de 10 000 miroirs réfléchissants et d’une tour de 195 m de haut dans laquelle les sels fondus sont portés à 565 °C. Fonctionnant 24 heures sur 24 grâce à l’inertie thermique des sels fondus, cette centrale permet d’alimenter en électricité plus de 75 000 foyers !

Toujours aux États-Unis, la centrale d’Ivanpah dans le désert des Mojave en Californie, à 60 km de Las Vegas, est désormais le plus grand site d’énergie solaire américain avec 3 tours de concentration, 173 500 miroirs et une capacité de production de 392 MW (à comparer aux 900 MW d’un réacteur nucléaire type Fessenheim) qui permet l’alimentation en électricité de 140 000 foyers.

Vue du ciel, les trois champs de miroirs d’Ivanpah (photo G. Mingasson/Getty Images for Bechtel)

Et les projets se multiplient un peu partout. La société américaine BrigthSource Energy qui exploite la centrale d’Ivanpah s’est ainsi associée avec General Electric (qui a racheté la branche énergie d’Alstom, rappelons-le au passage tant l’épisode fut douloureux et inique) pour construire une centrale solaire thermodynamique géante dans le désert du Néguev, en réponse à un appel d’offre lancé par le gouvernement israélien en 2013, pour la modique somme de 660 millions d’euros.

Le champ de miroirs de la centrale Ashalim (photo © J. Guez / AFP)

Cette centrale dénommée Ashalim, qui devrait entrer en fonction fin 2017, sera constituée de 55 000 miroirs réfléchissants répartis sur une superficie de près de 300 hectares, et d’une tour de 24 m de haut encore en cours de construction. Une des particularités de cette installation est que les mouvements permanents des héliostats pour suivre la course du soleil sont réglés par des connections wi-fi pour limiter les coûts d’installation.

D’autres pays suivent la course, dont le Maroc qui est également très intéressé par cette technologie du futur en plein essor. Sa centrale solaire Noor 1, inaugurée en février 2016 près de Ouarzazate, est constituée de miroirs courbes répartis sur 480 ha, et totalise une puissance installée de 160 MW. Et ce n’est qu’un début puisque la deuxième tranche du projet est d’ores et déjà lancée avec, à terme, un objectif affiché de 580 MW de puissance installée !

Vue aérienne de la centrale Noor au Maroc (photo © F. Senna / AFP / Getty images)

N’oublions-pas non plus la centrale solaire de Dubaï qui se construit également par étapes, dans un environnement particulièrement favorable avec 3500 heures d’ensoleillement annuel moyen et des températures au sol de 40 °C en été. L’émirat ambitionne tout simplement de produire un quart de ses besoins en électricité grâce à cette centrale d’ici 2030, soit une puissance installée à cette date de 5 GW, le tout pour un investissement de 12 milliards d’euros…Pour l’instant, la puissance déjà installée est de 100 MW mais pourrait doubler d’ici la fin de l’année 2017 si tout va bien.

Jusque là, le coût de l’électricité produite de cette manière reste supérieur à celui obtenu par d’autres procédés plus classiques mais les choses évoluent rapidement en la matière. De quoi rester (un peu) optimiste quant à la capacité humaine à innover pour développer la production d’énergies renouvelables et limiter progressivement nos émissions de gaz à effet de serre avant qu’il ne soit trop tard…

L.V.

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