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Le solaire thermique à concentration désigne la transformation d'un rayonnement lumineux concentré en chaleur. A l'origine utilisé pour allumer un feu avec un miroir parabolique, la technologie a innové pour permettre la production de l'électricité ou pour alimenter des procédés industriels.

== Histoire ==

L'histoire de l'utilisation de l'énergie solaire thermique à concentration commence en '''Grèce''' au VIII<sup>ème</sup> av. JC. En effet, lors de la cérémonie d'ouverture des premiers Jeux Olympiques de 776 av. JC, la flamme olympique était allumée par les rayons du soleil à l'aide du [[skaphia]], l'ancêtre du miroir parabolique.<ref>The Olympic Museum, 2nd edition 2007 - The Olympic flame and torch relay :[http://www.olympic.org/Documents/Reports/EN/en_report_655.pdf]</ref>

[[Fichier:Archimède.jpg|200px|thumb|right|Archimède et un de ses miroirs ardents]]
Cette invention du miroir ardent serait réutilisée cinq siècles plus tard par '''Archimède''' lors du siège de Syracuse (Sicile). Alors que cette colonie grecque était attaquée par la flotte romaine, la légende veut qu'Archimède ait mis au point des miroirs géants en bronze polis pour réfléchir et concentrer les rayons du soleil afin d'enflammer les voiles des navires romains.

De l'autre côté de l'Océan Atlantique, '''Inti''' le dieu soleil des '''Incas''', envoie Manco Cápac, le premier empereur légendaire des Incas. Le culte du soleil devint ainsi très important. A partir du XV<sup>ème</sup> siècle, il fait l'objet d'un des rituels les plus populaires: l''''Inti Raymi''' (la résurrection du soleil). Il se déroule dans la capitale Inca Cuzco pendant le solstice d'hiver, le 24 juin, et ce pendant 9 jours durant lesquels les Incas se prêtaient à des danses mais aussi à des sacrifices. A cette occasion, un feu était allumé par le prêtre suprême à l'aide d'un bracelet en or: le [[chipana]].<ref>Er. Nordenskiôld, ''Journal de la Société des Américanistes'', Miroirs convexes et concaves en Amérique, Tome 18, 1926. p. 103 : [http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/jsa_0037-9174_1926_num_18_1_3607]</ref>

En Europe, il faut attendre le XVI<sup>ème</sup> siècle et la venue de '''Léonard de Vinci''' pour redonner un souffle aux technologies solaires. En 1515, Léonard de Vinci invente un nouveau concentrateur solaire: un [[système du type CLFR]] (Compact Linear Fresnel Reflector). Cependant, ce système semble n'avoir existé que sur le papier.

En 1615, '''Salomon de Gaus''' construit une [[pompage solaire|pompe solaire]]. La force motrice était fournie par de l'air chauffé par le rayonnement solaire.

Au XVIII<sup>ème</sup> siècle, le miroir ardent de l'antiquité et de l'empire Inca refait surface en France. '''Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon''' fait construire en 1747 un miroir composé de 168 glaces planes de six pouces de largeur sur huit de hauteur. Il fait ainsi fondre différents métaux comme l’étain, le plomb et l’argent.<ref>M. de Buffon, ''Mémoire de l'Académie royale des sciences'', Invention de miroirs ardents, pour brusler à une grande distance, 1747, imprimé en 1751. pp. 82-101 : [http://www.academie-sciences.fr/activite/archive/dossiers/Buffon/Buffon_pdf/p82_101_vol3545m.pdf]</ref>

[[Fichier:Lavoisier.jpg|240px|thumb|left|Le cuiseur solaire d'Antoine Laurent de Lavoisier]]
Les expériences autour de l'énergie solaire s'enchaînent. En 1774, '''Antoine Laurent de Lavoisier''', chimiste, philosophe et économiste, invente un [[Four et cuiseur solaire|cuiseur solaire]] composé de lentilles convergentes afin de fondre des métaux.

En 1874, le premier [[distillateur solaire]] voit le jour à Las Salinas, sur le haut plateau d’Atacama au Chili, qui produit 23 tonnes d’eau douce par jour ensoleillé. Quelque décennies plus tard, le physicien anglais '''Charles Vernon Boys''' invente et met en œuvre le premier capteur [[cylindro-parabolique]] en 1912. Il crée ainsi la première [[Centrale solaire thermique|centrale électrique solaire]] à Meadi en Égypte, utilisée pour le pompage de l'eau d'irrigation.

Il faudra ensuite attendre la fin de la seconde guerre mondiale pour retrouver de nouvelles avancées dans le domaine du solaire thermique.
Le français '''Félix Trombe''' a l'idée d'utiliser un projecteur DCA abandonné par les allemands à Meudon (Hauts-de-Seine). En 1946, il le transforme en [[Four et cuiseur solaire|four solaire]] et grâce à ses recherches encourageantes, il construit en 1949 un nouveau four solaire à Mont-Louis (Pyrénées-Orientales) d'une puissance de 50kW.

En 1963, l'italien '''Giovanni Francia''' et le français '''Marcel Perrot''' installent le premier [[système CLFR]] (Compact Linear Fresnel Reflector) à Marseille, près de 450ans après son invention par Léonard de Vinci.

Pendant ce temps là, le four de Mont-Louis connaît de bons résultats. Ainsi le gouvernement français construit un four solaire de taille quasi industrielle à Odeillo. Mis en service en 1970, le [[four solaire d'Odeillo]] a une puissance de 1MW.

En 1983, '''EDF''' et le '''CNRS''' construisent Thémis, la première [[centrale électrosolaire à tour]] française d'une puissance de 2500 kW. Cependant la politique du tout nucléaire aura raison d'elle, puisqu'elle fermera ses portes 3 années plus tard.
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== Principe ==

La technologie du solaire thermique à concentration capte l'ensoleillement directe du soleil sur une grande surface réfléchissante et le concentre sur un récepteur afin d'obtenir de plus hautes températures. Ces hautes températures permettent essentiellement la production de vapeur d'eau qui va permettre l'alimentation d'une turbine à vapeur, et par la même occasion de l'électricité. On retrouve également le principe du solaire à concentration dans d'autres applications, comme la cuisson, le dessalement d'eau de mer ou encore le traitement des polluants.

La performance du système est caractérisée par son [[Facteur de concentration géométrique|facteur de concentration géométrique]]. Celui-ci permet de quantifier l'intensité de la concentration solaire : plus le facteur de concentration est élevé, plus la température atteinte est importante.

Le facteur de concentration géométrique est fonction de la surface du réflecteur et de la surface du récepteur<ref>Syndicat des énergies renouvelables - ''Principe de fonctionnement du solaire thermodynamique'' : [http://enr.fr/userfiles/files/Kit%20de%20communication/2010171642_Fichessolairethermodynamiqueintegralemai2010.pdf]</ref> :

[[Fichier:Facteur_Concentration_Geometrique.png|400px|framless|center]]

== L'ensoleillement direct ==

[[Fichier:Composantes_rayonnement_sol.png|400px|thumb|right|Les composantes du rayonnement solaire au sol.]]
Le soleil envoie dans l'espace son rayonnement à une vitesse de 299 792 458 m/s. La Terre en reçoit une fraction, près de 170 millions GW, soit 1 360,8 W/m² pour une surface exposée perpendiculairement aux rayons du Soleil (F = 1 360,8 W/m² étant la [[Constante solaire|constante solaire]]). Ensuite, environ 29% du rayonnement est réfléchi par l'atmosphère et 23% y est absorbé.<ref>Rebecca Lindsey, ''Earthobservatory.nasa.gov, 14 janvier 2009'' : [http://earthobservatory.nasa.gov/Features/EnergyBalance/]</ref>

Les zones les plus favorables à l’utilisation de l’énergie solaire concentrée sont celles où [[Ensoleillement direct|l’ensoleillement direct]] est supérieur à 1 900 kWh/m²/an. Les régions adaptées sont très nombreuses et se situent principalement en Afrique du Nord, au Proche et Moyen Orient, en Australie, dans le Sud-ouest des Etats-Unis, en Inde ou encore en Asie centrale. En France, quelques sites géographiques possèdent un potentiel solaire exceptionnel.

Dans l'atmosphère, le rayonnement restant réfléchi dans toutes les directions contre les nuages et le sol. On retrouve donc 2 sources de rayonnement : l'ensoleillement normal direct (''DNI, Direct Normal Irradiation'') et éclairement horizontal diffus (''DHI, Diffuse Horizontal Irradiance'') du ciel.

L'ensoleillement normal direct (''DNI'') est la part du rayonnement solaire reçue du soleil par une surface orientée en permanence perpendiculairement à ses rayons. C'est ce rayonnement qui est utilisé par les technologies de solaire thermique à concentration.

Avec l'éclairement horizontal diffus (''DHI''), l'ensoleillement direct normal compose l'éclairement global horizontal (''GHI, Global Horizontal Irradiance'') : GHI = DHI + DNI*cos(θ)

Où θ représente l'angle zénithal solaire (verticalement au-dessus de l'emplacement est de 0 °, horizontale est de 90 °).

L'ensoleillement normal direct est mesuré par un [[Pyrheliomètre|pyrheliomètre]] avec une vision étroite qui ne mesure que le faisceau direct du soleil. La performance de cet appareil et les méthodes d'étalonnage ont été définis par l'Organisation internationale de normalisation (ISO), ISO 9060:1990.
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== Les différentes technologies ==

=== Les absorbeurs ===


[[Absorbeur d'un capteur solaire|L'absorbeur]] est l'un des éléments les plus importants d'un capteur thermique; il convertit le rayonnement solaire en chaleur.

L'absorbeur se caractérise par deux paramètres:

* le '''facteur d'absorption''' solaire '''&alpha;*''' (ou absorptivité): le rapport du rayonnement lumineux absorbé par le rayonnement lumineux incident;

* le '''facteur d'émission''' infrarouge '''&epsilon;''' (ou émissivité): le rapport entre l'énergie rayonnée dans l'infrarouge lorsque l'absorbeur est chaud et celle qu'un corps noir rayonnerait à la même température.

Dans les applications de chauffage solaire, on cherche à obtenir le meilleur rapport facteur d'absorption solaire / facteur d'émission infrarouge. Ce rapport est appelé '''sélectivité'''.

Le matériau constituant l'absorbeur est en règle générale en cuivre ou aluminium mais aussi parfois en matière plastique. En cas de forte concentration du rayonnement solaire, l'absorbeur peut être en acier inox et même en Inconel<ref>Chercheurs EDF - ''Modélisation et dimensionnement d’un récepteur solaire à air pressurisé pour le projet PEGASE'' : [http://chercheurs.edf.com/fichiers/fckeditor/Commun/Innovation/theses/TheseGrange.pdf]</ref>.

Afin d'obtenir un meilleur rendement, certains systèmes sont donc constitués d'un revêtement particulier.

Voici les propriétés de quelques matériaux utilisés comme absorbeurs:<ref>Review of Mid- to High-Temperature Solar Selective Absorber Materials - C.E. Kennedy - NREL/TP-520-31267 (Juillet 2002):[http://large.stanford.edu/publications/coal/references/troughnet/solarfield/docs/31267.pdf]</ref>

{| border="0" align="center" cellpadding="5"
! style="background:#efefef;" | Matériaux
! style="background:#efefef;" | absorptivité<br>&alpha;*
! style="background:#efefef;" | émissivité<br>&epsilon;
! style="background:#efefef;" | sélectivité<br>&alpha;* / &epsilon;
! style="background:#efefef;" | Température max.
|-
| Black nickel || 0,88 - 0,98 || 0,03 - 0,25 || 3,7 - 32 || 300°C
|-
| Graphitic films || 0,876 - 0,92 || 0,025 - 0,061 || 14,4 - 36,8 || 250°C
|-
| Black copper || 0,97 - 0,98 || 0,02 || 48,5 - 49 || 250°C
|-
| Black chrome || 0,95 - 0,97 || 0,09 - 0,30 || 3,2 - 10,8 || 350 - 425°C
|}

=== Les réflecteurs ===

[[Réflecteur d'un capteur solaire|Le réflecteur]] a pour fonction de diriger le rayonnement, qui autrement n'atteindrait pas l'absorbeur. Il est en général utilisé pour atteindre des températures très élevées ou utilisé pour certains systèmes comme les collecteurs à tubes sous vides.

Les réflecteurs, pour être efficaces, doivent posséder les propriétés suivantes:

* réfléchir au maximum le rayonnement lumineux;

* absorber au minimum le rayonnement lumineux;

* être parfaitement lisses afin d'éviter l'accumulation de la saleté;

* résister dans le temps aux effets de l'environnement (pluie, grêle, rayonnement solaire,...);

* dans certaines applications, résister aux variations de température.

Le réflecteur est souvent utilisé dans le but de concentrer les rayons lumineux, il a donc une géométrie particulière qui peut être:

* [[Réflecteur cylindro-parabolique|Cylindro-parabolique]]: cette géométrie permet une focalisation linéaire, elle est utilisée dans le cas des collecteurs à tubes sous vides ou les centrales solaires thermiques de type Luz.

* [[Réflecteur sphérique|Sphérique]]: le réflecteur sphérique concentre le rayonnement solaire sur un foyer linéaire mobile porté par un rayon de la sphère orienté en direction du Soleil.

* [[Réflecteur parabolique|Parabolique]]: c'est le type de géométrie le plus utilisé. Il permet de concentrer les rayons lumineux en un point pour obtenir de très hautes températures. Il est souvent utilisé dans le cas des cuiseurs solaires ou couplé à un moteur Stirling.

* [[Réflecteur plan|Plan]]: le réflecteur plan est en général mobile afin de suivre le Soleil, on parle alors d'héliostat plan. Ce système est utilisé dans le cas des centrales solaire thermique à tour ou couplé à un miroir parabolique comme dans le cas des fours solaires de type Odeillo.


=== Les systèmes de concentration ===

Un système de concentration est la composition de réflecteurs et d'un absorbeur. C'est cette composition qui va permettre la concentration de l'énergie solaire pour obtenir des températures exploitables. Le rayonnement peut être concentré sur un récepteur linéaire ou ponctuel, fixe ou mobile. Ce dernier absorbera l'énergie réfléchie par les réflecteurs et la transférera au fluide caloporteur.

[[Fichier:Systemes_concentration.png|640px|thumb|center|Les systèmes de concentration de l'énergie solaire.<ref>Syndicat des énergies renouvelables - ''Principe de fonctionnement du solaire thermodynamique'' : [http://enr.fr/userfiles/files/Kit%20de%20communication/2010171642_Fichessolairethermodynamiqueintegralemai2010.pdf]</ref>]]

=== Les fluides caloporteurs ===

[[Fluide caloporteur d'un capteur solaire|Le fluide caloporteur]] (ou ''caloriporteur'') permet d'évacuer la chaleur emmagasinée par l'absorbeur et de la transmettre vers là où elle doit être consommée. Un bon fluide caloporteur doit prendre en compte les conditions suivantes:

* être chimiquement stable lorsqu'il atteint une forte température, en particulier lors de la stagnation du capteur;

* posséder des propriétés antigel en corrélation avec les conditions météorologiques locales;

* posséder des propriétés anticorrosives selon la nature des matériaux présents dans le circuit capteur;

* posséder une chaleur spécifique et une conductivité thermique élevées afin de transporter efficacement la chaleur;

* être non-toxique et avoir un faible impact sur l'environnement;

* avoir une basse viscosité afin de faciliter la tâche de la pompe de circulation;

* être facilement disponible et bon marché


Pour la production d'eau chaude sanitaire, Le bon compromis par rapport à ces critères est un mélange d'eau et de glycol (utilisé dans le liquide de refroidissement des automobiles), même s'il n'est pas rare de trouver des systèmes fonctionnant à l'eau pure ou tout simplement à l'air selon l'utilisation.

Dans le cas des centrales solaires thermodynamiques, la chaleur produit par le rayonnement solaire est convertie grâce à un fluide caloporteur puis par un fluide thermodynamique. Selon les technologies de centrales et donc des températures de fonctionnement, on utilise des huiles minérales, des sels fondus, du gaz, de l'eau ou encore de l'air.

== Les applications ==


=== Chauffage de l'eau sanitaire ===

Le chauffage de l'eau sanitaire est l'une des technologies solaires les plus accessibles aux particuliers. Le principe est simple: des capteurs thermiques transforment le rayonnement lumineux en chaleur. Le fluide caloporteur circule dans les capteurs thermiques et transporte la chaleur jusqu'à l'eau sanitaire stockée dans un ballon.

Il existe un type de collecteur à concentration pour produire de l'eau chaude sanitaire : le capteur de type "Sydney" / CPC. Le tube "Sydney" se caractérise par un tube de verre à double paroi pour éviter une perte du vide. La surface absorbant est située sur le tube de verre intérieur. L'arrondi du tube nécessite l'utilisation d'un réflecteur pour utiliser toute la surface de l'absorbeur, d'où son appellation de tube CPC (Concentrateur parabolique composé). 

=== La production d'électricité ===

[[Centrale solaire thermique|Les centrales solaires thermiques]] utilisent généralement les technologies de concentration du rayonnement solaire pour produire de l'électricité. Les hautes températures obtenues par la concentration vont permettre la production de vapeur et donc le fonctionnement d'une turbine.

Cette transmission suit le principe de Carnot et nécessite donc d'élever au maximum la température afin d'avoir le meilleur rendement possible.

Il existe quatre grands types de centrales solaires thermiques à concentration: les centrales à réflecteurs cylindro-paraboliques, les centrales à tours, les centrales à réflecteurs paraboliques, les centrales à miroir de Fresnel.


{| border="0" align="center" cellpadding="5"
| [[Centrale solaire à réflecteurs cylindro-paraboliques|Les centrales à réflecteurs cylindro-paraboliques]] utilisent comme son nom l'indique des réflecteurs cylindro-paraboliques pour concentrer le rayonnement lumineux vers un tube dans lequel un fluide est chauffé fortement. Ce fluide va permettre de produire de la vapeur à haute pression afin d'alimenter une turbine qui générera de l'électricité.
Exemple: '''Nevada Solar One'''<ref>ACCIONA North America - Nevada Solar One:[http://www.acciona-na.com/About-Us/Our-Projects/U-S-/Nevada-Solar-One]</ref>
* Année de construction: 2007
* Puissance: 64 MW
* Surface des réflecteurs: 476 840 m<sup>2</sup>
| [[Fichier:SolarOne.jpg|200px|thumb|Réflecteurs cylindro-paraboliques de la centrale Nevada Solar One]]
|-
| [[Centrale solaire à tour|Les centrales à tours]] sont composées d'un grand nombre d'héliostats dirigeant le rayonnement lumineux vers un récepteur central situé au sommet de la tour. L'énergie absorbée par le récepteur permet de chauffer un fluide jusqu'à le transformer en vapeur à haute pression, alimentant ainsi une turbine qui génère de l'électricité.
Exemple: '''[[Centrale solaire Thémis|Thémis]]'''<ref>Histoire du Rousillon - Thémis, Centrale solaire à tour de Targasonne:[http://histoireduroussillon.free.fr/Thematiques/Batiments/Histoire/Themis.php]</ref>
* Année de construction: 1983
* Puissance: 2,5 MW
* Nb d'héliostats: 201
| [[Fichier:Themis.jpg|200px|thumb|La centrale à tour Thémis]]
|-
| [[Centrale solaire à réflecteurs paraboliques|Les centrales à réflecteurs paraboliques]] sont composés d'un réflecteur parabolique mobile qui concentre le rayonnement lumineux vers un récepteur situé au foyer de la paraboloïde. L'énergie absorbée est récupérée par un moteur Stirling afin de générer de l'électricité.
Exemple: '''[[Système Parabole-Stirling d'Odeillo]]'''<ref>DishStirling à Odeillo - EuroDish:[http://rdm.cnrs.fr/spip.php?action=autoriser&arg=339]</ref>
* Année de construction: 2004
* Puissance maximale: 11 kW
* Diamètre du mirroir: 8,5 m
| [[Fichier:EuroDishOdeillo.jpg|200px|thumb|Le système Parabole-Stirling d'Odeillo]]
|-
| 
[[Centrale solaire à miroir de Fresnel|Les centrales à miroir de Fresnel]], appelées aussi [[Les centrales à miroir de Fresnel|centrales Compact Linear Fresnel Reflector]] (CLFR), fonctionnent de la même manière qu'une centrale à réflecteurs cylindro-paraboliques à la différence que les réflecteurs sont plans et en plus grand nombre. Chaque réflecteur plan est autonome et orientable selon un axe afin de diriger le rayonnement lumineux vers le tube dans lequel circule le fluide caloporteur.
Exemple: '''Kimberlina'''<ref>Areva - Kimberlina CLFRSolar Thermal Power Plant:[http://www.svpvs.org/slides/AREVA%20Solar-SVPVS.pdf]</ref>
* Année de construction: 2008
* Puissance maximale: 5 MW
* Surface des réflecteurs: 8663 m<sup>2</sup>
| [[Fichier:Kimberlina.jpg|200px|thumb|La centrale CLFR de Kimberlina]]
|}

=== Le dessalement d'eau de mer ===

[[Le dessalement d'eau de mer]] est un procédé gourmand en énergie et donc très coûteux. Aujourd'hui, la plupart des stations de dessalement d'eau de mer à grande échelle sont alimentée par des centrales conventionnelles fonctionnant au pétrole, au gaz naturel ou au charbon. Avec l'augmentation du coût des ressources fossiles et la prise de conscience des problèmes d'émissions de gaz à effet serre, la recherche s'est orientée vers des solutions de dessalement d'eau de mer utilisant le solaire thermique à concentration.

Le solaire thermique à concentration permet de produire de grandes quantités d'énergie avec un coût modeste. De plus, les régions pauvres en eau potable et proches de la mer bénéficient en générale d'un ensoleillement très important. Ainsi la technologie du solaire à concentration est adaptée à la production d'eau douce à grande échelle.

Il existe trois grandes technologies de stations de dessalement d'eau de mer par l'énergie solaire à concentration :<ref>German Aerospace Center (DLR) - ''Concentrating Solar Power for Seawater Desalination'' : [http://www.dlr.de/tt/Portaldata/41/Resources/dokumente/institut/system/projects/aqua-csp/AQUA-CSP-Full-Report-Final.pdf]</ref><ref>Driss ZEJLI - Centre National pour la Recherche Scientifique et Technique (CNRST) - ''Applications des énergies renouvelables au dessalement de l’eau de mer'' : [http://www.ires.ma/sites/default/files/rencontresetdebats/pdf_zejli-ires2_0.pdf?access=1]</ref>

* Un champ de capteurs solaire à concentration avec un stockage d'énergie thermique produisant directement la chaleur pour un dessalement thermique à multiple effet (MED).
* Une centrale solaire à concentration avec stockage d'énergie alimentant en électricité un procédé d'osmose inverse (CSP / RO).
* Une centrale solaire à concentration avec stockage d'énergie alimentant en électricité et en chaleur un procédé de dessalement thermique à multiple effet (CSP / MED).

[[Fichier:Technologies_dessalement_CS.png|400px|thumb|center|Les différentes technologies de stations de dessalement d'eau de mer.]]

=== L'héliocatalyse ===

[[Fichier:Reacteur_Heliocatalyse_CPC.png|260px|thumb|right|Banc d'héliocatalyse associant un réacteur tubulaire et un capteur CPC<ref>PROMES - ''Procédés solaires photochimiques'' : [http://www.promes.cnrs.fr/index.php?page=procedes-solaires-photochimiques]</ref>]]
La photocatalyse solaire ou [[Héliocatalyse|héliocatalyse]] est un procédé alternatif de traitement des polluants organiques présents dans l'eau. Elle consiste à activer un catalyseur par le [[Rayonnement ultraviolet|rayonnement ultraviolet]] du soleil.<ref>Génie des Réactions Photocatalytiques pour la Dépollution de l’Eau par Voie Solaire. - ''V. Goetz, J.P. Cambon, D. Sacco, G. Plantard - PROMES 2008'' : [http://www.iwra.org/congress/2008/resource/authors/abs221_article.pdf]</ref> Le catalyseur composé d'un semi-conducteur (généralement le dioxide titane, TiO2) va produire sous l'effet du rayonnement UV, des radicaux hydroxyles OH°, une espèce fortement oxydantes. Cette oxydation va ainsi permettre la minéralisation d'un très grand nombre de polluants organiques parmi les familles des PCB, HAP, solvants chlorés, phénols et produits dérivés ainsi que les produits phytosanitaires.<ref>PROMES - ''Procédés solaires photochimiques'' : [http://www.promes.cnrs.fr/index.php?page=procedes-solaires-photochimiques]</ref>

Cependant, la proportion de rayonnement UV émise par le soleil est très faible (6,4% du rayonnement extraterrestre AM0<ref>Anne Labouret, Michel Villoz, ''Installations photovoltaïques'', Dunod, 2012 ISBN:2-10058-639-4, p. 28</ref>, sans parler de son absorption par l'atmosphère). Le domaine de la recherche s'intéresse donc à l'utilisation de collecteurs solaires à concentration, en particulier de formes paraboliques.<ref>Les réacteurs solaires photo catalytiques. - ''S. Chergui – Bouafia et R. Alloune  - CEDER 2007'' : [http://www.cder.dz/download/cer07_27.pdf]</ref>
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=== Production de carburant ===

[[Fichier:Schema_production_carburant_solaire.jpg|300px|thumb|right|Principe de la production d'hydrogène à partir de base carbone et d'eau.<ref>PSI - Paul Scherrer Institut- ''Le soleil se lève aussi pour le ciment'' : [http://www.psi.ch/media/le-soleil-se-leve-aussi-pour-le-ciment]</ref>]]
L'énergie solaire thermique à concentration permet désormais grâce à l'obtention de haute température, la [[Carburant solaire|production de carburant]] par voie thermochimique. Le combustible de base pouvant être obtenu par voie solaire est le dihydrogène (H<sub>2</sub>). Les centrales à tour et les collecteurs paraboliques permettent d'atteindre des températures de 750-800°C et les chercheurs espèrent prochainement monter jusqu’à 900-1000°C. De telles températures permettent d'envisager de nouvelles applications et notamment de réaliser des réactions chimiques à très haute température et ainsi produire des combustibles à base de dihydrogène.

Différentes voies de fabrication carburants solaires sont envisagées :<ref>CNRS - ''Energie solaire - La production de carburants solaires'' : [http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosolaire/contenu/alternative/alter2_textes.html]</ref>

* Production de dihydrogène à partir de méthane (CH<sub>4</sub>), un hydrocarbure présent abondamment dans le gaz naturel et le biogaz issu de la fermentation de matières animales ou végétales. Des températures entre 1000 et 1500°C sont nécessaires pour en extraire le dihydrogène, mais aussi du carbone solide pouvant être valorisé dans la fabrication de pneus, piles, batteries...

* Production de dihydrogène à partir de l’eau (H2O). L'utilisation de réactions intermédiaires à base d'oxydes métalliques permet aujourd'hui d'abaisser de 3000 à 1500°C la température requise pour casser la molécule.

* Production de dihydrogène à partir de l'eau et le dioxyde de carbone (CO2). Portés à des températures proches de 1500°C, ils se transforment en ''syngaz'', un gaz composé de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2) pouvant facilement être transformé en méthanol (CH3OH) ou en d'autres carburants de synthèse (comme le diméthyl-éther, l’essence, le gazole, le kérosène) directement utilisables dans les moteurs des voitures actuelles. Cette voie permet également de recycler les émissions de CO2 de cimenteries, raffineries ou de centrales thermiques au charbon.

Des recherches sont également menées pour utiliser la biomasse, comme le bois, pour fabriquer du syngaz dans des réacteurs solaires, à des températures autour de 800-1000°C.


'''Quelques projets de production de carburant solaire :'''

[[Fichier:Reacteur_Solar_Jet.png|260px|thumb|right|Schéma du réacteur Solar-Jet]]
* Projet "SOLHYCARB", réacteur de 5 à 10 kWth et de 50 kWth pour la production d'hydrogène à partir de gaz naturel. ''PROMES - France, ETH - Suisse''<ref>PROMES - ''Hydrogen from solar thermal energy: high temperature solar chemical reactor for co-production of hydrogen and carbon black from natural gas cracking'' : [http://www.promes.cnrs.fr/index.php?page=solhycarb]</ref>

* Projet "HYDROSOL", réacteur monolithique de 10kWth pour la production d’Hydrogène via la dissociation de l’eau par voie solaire. ''Laboratoire APTL - Grèce, DLR - Allemagne''<ref>A.G. Konstandopoulos*, C. Agrafiotis - APTL - ''Projet «HYDROSOL» Réacteur monolithique pour la production d’Hydrogène via la dissociation de l’eau par voie solaire'' : [http://www.cder.dz/vlib/bulletin/pdf/bulletin_009_13.pdf]</ref>

* Projet "HYDROSOL-II", réacteur double chambre de 100kWth pour la production d’Hydrogène via la dissociation de l’eau par voie solaire. ''Laboratoire APTL - Grèce, CIEMAT - Espagne, DLR - Allemagne''<ref>HYDROSOL-II - ''Publishable Final Activity Report'' : [http://cordis.europa.eu/documents/documentlibrary/122320141EN19.doc]</ref>

* Projet "HYDROSOL-3D", réacteur monolithique de 1MWth pour la production d’Hydrogène via la dissociation de l’eau par voie solaire. ''Laboratoire APTL - Grèce, DLR - Allemagne''<ref>Hydrosol 3D - ''Project Description'' : [http://www.hydrosol3d.org]</ref>

* Projet Pilote de Production d’Hydrogène Solaire (S-HyPP). ''Centre CDER - Algérie''<ref>Dr. Sifeddine LABED - Département Etudes et Innovations Technologiques (DEIT) - ''Le Projet Pilote de Production d’Hydrogène Solaire - (S-HyPP)'' : [http://www.cder.dz/vlib/bulletin/pdf/bulletin_009_10.pdf]</ref>

* Projet "Solar-Jet - Solar chemical reactor demonstration and Optimization for Long-term Availability of Renewable JET fuel" de production de kérosène à partir d'eau et de dioxyde de carbone (CO<sub>2</sub>). ''ETH - Suisse, DLR - Allemagne, Shell - Pays-Bas''<ref>Solar chemical reactor demonstration and Optimization for Long-term Availability of Renewable JET fuel : [http://www.solar-jet.aero/]</ref>

* Projet "Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recuperator (CR5)" de production méthanol et de gazole à partir d'eau et de dioxyde de carbone. ''Sandia - États-Unis''<ref>Sandia - ''Sandia’s Sunshine to Petrol project seeks fuel from thin air'' : [https://share.sandia.gov/news/resources/releases/2007/sunshine.html]</ref>
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=== Cuisson ===

==== Le four solaire ====

[[Fichier:FourSolaire.jpg|200px|thumb|right|Four solaire à réflecteurs extérieurs]]
[[Four et cuiseur solaire|Le four solaire]] permet de cuire des aliments par effet de serre. Il est formé d'une boîte dont l'intérieur est tapissé de réflecteurs et d'une couverture transparente sur le dessus. Le rayonnement pénètre à l'intérieur de la boîte et est réfléchi sur un récipient dont la surface absorbe les rayons.
La couverture transparente permet d'isoler l'intérieur du four de l'extérieur et de piéger le rayonnement infrarouge afin de garder le maximum de chaleur.

Le four solaire a donc un grand avantage: n'utiliser que le Soleil comme combustible. Les ONG diffusent depuis quelques années ces fours dans des pays ensoleillés et sujets à une forte déforestation comme en Madagascar ou en Bolivie.

La principale difficulté de sa généralisation reste d'ordre culturel. De même qu'en Afrique, il est difficile de demander à un européen de remplacer son barbecue par un four solaire. Malgré cela, de nombreux amateurs de la cuisson solaire ont été séduits par ce concept et ont développé différents types de fours solaires:

* le four solaire Ulog
* le Sunoven
* le Sun cook

==== Le cuiseur solaire ====

[[Fichier:CuiseurSolaire.jpg|200px|thumb|right|Cuiseur solaire à réflecteur parabolique]]
[[Four et cuiseur solaire|Le cuiseur solaire]] permet de cuire des aliments par concentration des rayonnements lumineux. Il est généralement composé d'un réflecteur parabolique concentrant  le rayonnement lumineux vers un récipient dont la surface absorbe les rayons.

En général, le cuiseur solaire permet d'obtenir une température plus élevée et cela plus rapidement qu'un four solaire. Par contre, il est plus sensible au manque de Soleil et doit être réorienté plus fréquemment.

De même que les fours solaires, le cuiseur fait de nombreux adeptes et est décliné sous plusieurs formes:

* le cuiseur parabolique SK 14
* le cuiseur Papillon
* le cuiseur Scheffler
* le HotPot
<div class="acceuilcleaner">&nbsp;</div>

== États des lieux ==

=== En France ===

La France est l'un des pays pionniers en solaire thermique à concentration avec la mise en service en 1970 du [[Four solaire d'Odeillo|four solaire d'Odeillo]], et en 1983 de [[Centrale solaire Thémis|la centrale à tour Thémis]]. Ces deux centrales avaient pour objectif de transformer de l’énergie solaire en électricité. Aujourd'hui, la filière française du solaire thermodynamique se base, en amont, sur les laboratoires et centres de recherche (PROMES et INES) à la pointe dans ce domaine au niveau mondial. Présents sur l’ensemble de la chaîne de valeur, les industriels, de la PME/PMI, aux grands groupes énergétiques montrent leur capacité à innover et à développer de nouveaux concepts et briques technologiques.


=== A l'étranger ===

Selon l’Agence Internationale de l’Energie, la puissance installée mondiale de solaire thermique à concentration en 2012 était de 2,7 GW. A l'horizon 2018, la capacité augmentera pour atteindre 12,4 GW.<ref>IEA - ''Outlook for STE/CSP deployment to 2018'' : [http://www.iea.org/media/workshops/2014/solarelectricity/Waldron_SolarRoadmapWorkshop_STECSPdeployment_Paris_Feb2014.pdf]</ref> Dans sa feuille de route, l'AIE envisage même une contribution de cette énergie à hauteur de 11,3 % de la production mondiale d’électricité à l’horizon 2050.<ref>SER - ''Annuaire de la filière française du solaire thermodynamique'' : [http://enr.fr/download.php?doc=f879dbe2b7cebdd]</ref>

== Les entreprises ==

De la production de verre et fluides à l'exploitation et la maintenance des centrales solaires thermodynamiques, la filière française de l'énergie à concentration comprend une large gamme de professions :

<span style="font-size: 90%">
{| border="0" align="center" cellpadding="5"
|-
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Recherche et développement|Recherche et développement]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Ingénierie|Ingénierie]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Fabricants de matériels électriques et électroniques|Fabricants de matériels électriques et électroniques]]
|-
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Fabricants de matériels de chauffage|Fabricants de matériels de chauffage]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Fabricants de fluides|Fabricants de fluides]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Fabricants de réflecteurs|Fabricants de réflecteurs]]
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|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Fabricants de récepteurs|Fabricants de récepteurs]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Fabricants de machines thermodynamiques|Fabricants de machines thermodynamiques]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Fabricants de structures|Fabricants de structures]]
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|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Contrôle & Commande|Contrôle & Commande]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Stockage de l'énergie|Stockage de l'énergie]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Développeurs|Développeurs]]
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|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Construction|Construction]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Opérateurs|Opérateurs]]
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Solaire thermique à concentration/Entreprises/Maintenance industrielle|Maintenance industrielle]]
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== Liens ==


{| border="0" align="center" cellpadding="5"
|bgcolor=#efefef align="center"|[[Liens/Magazines|Magazines]]
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|bgcolor=#efefef align="center"|[[Liens/Recherche & Formation|Recherche & Formation]]
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|bgcolor=#efefef align="center"|[[Liens/Entreprises|Entreprises]]
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|bgcolor=#efefef align="center"|[[Liens/Emplois|Emplois]]
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|bgcolor=#efefef align="center"|[[Liens/Organismes & Associations|Organismes & Association]]
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|bgcolor=#efefef align="center"|[[Liens/Sites de particuliers|Sites de particuliers]]
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== Notes et références ==

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