Four et cuiseur solaire : Différence entre versions

Version du 22 mai 2014 à 03:17

Le four et le cuiseur solaire permettent de cuire des aliments à partir de l'énergie contenue dans le rayonnement solaire. Cette énergie est transformée en chaleur par effet de serre et par concentration du rayonnement. 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 culturelle. 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 séduit par ce concept et ont développé différents types de fours et cuiseurs solaires.

Histoire

Marmite solaire de M. Mouchot, chauffée par un réflecteur en plaqué d'argent, La Nature 1876

L'histoire des fours et cuiseurs solaires commence dès l'antiquité lorsque l'on a commencé à maitriser l'énergie solaire pour créer du feu. C'est le cas 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.^[1]

On retrouve la même volonté de créer du feu à partir des rayons du soleil de l'autre côté de l'Océan Atlantique. A partir du XV^ème siècle, lors d'un des rituels incas les plus populaires: l'Inti Raymi (la résurrection du soleil), un feu était allumé par le prêtre suprême à l'aide d'un bracelet en or: le chipana.^[2]

Au XVIII^ème 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.^[3]

Ce n'est que quelques années plus tard que l'on voit apparaître le premier four solaire à effet de serre. En 1774, Horace-Bénédict de Saussure met au point un instrument de mesure lui permettant d'étudier les effets calorifiques des rayons du soleil, l'hélio thermomètre. Il ressemble à des boites "chaudes" avec des parois isolées et un ou plusieurs vitraux. Horace-Bénédict obtient avec cet appareil une température de 88°C. Cette invention est à la fois l'ancêtre du four solaire et du capteur solaire plan.^[4] Cette dernière invention intéresse le scientifique français Marcellin Ducarla-Bonifas qui l'améliore en y rajoutant des miroirs de manière à réfléchir plus de rayonnement à l'intérieur de la boîte.^[5]

Près d'un siècle plus tard, un autre français apporte une grande contribution dans le développement des fours solaires. Il s'agit d'Augustin Bernard Mouchot. En 1875, il fait une communication à l'Académie des Sciences où il présente ses dernières inventions. Parmi celles-ci, une marmite solaire , chauffée par un réflecteur cylindrique en plaqué argent. Cette invention peut être considéré comme un des premiers cuiseurs solaires; il arrive à cuire un pot-au-feu d'un kilogramme en quatre heures. En transformant son invention, il parvient également à cuire du pain en moins de trois heures et de distiller de l'acool à base de vin.^[6]

Petit à petit, les fours et cuiseurs solaires se développent et s'améliorent de manière disparate par quelques inventeurs en herbe, notamment dans les colonies françaises et britanniques où l'ensoleillement est particulièrement généreux.

Il faudra ensuite attendre la fin de la seconde guerre mondiale pour retrouver un four solaire d'un autre type. En 1949, le français Félix Trombe utilise un projecteur DCA abandonné par les allemands à Mont-Louis (Pyrénées-Orientales). Il le transforme en miroir parabolique et installe en face un héliostat. Ce système d'une puissance de 50kW devient alors le premier four solaire à double réflexion.^[7]

Pendant ce temps là, on voit apparaître les fours solaires domestiques comme nous connaissons aujourd'hui. En 1955, The International Solar Energy Society inclut dans sa conférence une partie consacrée aux fours et à la cuisson solaires.^[8] Cette technologie se démocratise alors et est plébiscitée par les Nations Unies et la FAO dans les programmes d'aides au développement et de lutte contre la déforestation.

En France, le four de Mont-Louis connaît de bons résultats. Le gouvernement français construit alors un four solaire de taille quasi industrielle à Odeillo. Mis en service en 1970, le four solaire d'Odeillo a une puissance de 1MW.

Principe

La plupart des fours solaires fonctionnent de la manière suivante : le rayonnement solaire est converti en chaleur. Cette chaleur est conservée pour cuire les aliments dans la durée. Dans certains cas, les apports solaires sont multipliés par l'ajout de miroirs.

L'énergie utilisée par les fours solaires est une énergie renouvelable qui provient du Soleil. Ce rayonnement solaire est un ensemble d'ondes électromagnétiques constitués de photons. La Terre qui est située à près de 150 millions de kilomètres du Soleil, reçoit en permanence une énergie solaire de 170 millions Gigawatt parmi laquelle environ 30% est réfléchie par les nuages l'atmosphère et le sol, et 20% est absorbée par l'atmosphère et les nuages.

Le rayonnement solaire est ensuite converti en chaleur par un absorbeur, dont sa surface est généralement sombre. Dans la plupart des fours solaires, cette fonction est assurée par le récipient contenant les aliments.

Dans un soucis d'efficacité, la chaleur doit être conservée au maximum. Les fours solaires de type "boîte" utilise un vitrage pour garder la chaleur à l'intérieur de la boîte par effet de serre. Au niveau des autres parois, l'ajout d'une isolation classique améliore la conservation de la chaleur.

Enfin, les rayons solaires peuvent être déviés par des miroirs et permettre l'apport d'énergie supplémentaire vers le foyer du four solaire.

Technologies

Les technologies utilisées dans la conception des fours et cuiseurs solaires tournent autour de trois modèles de bases : les fours solaires de type "boîte", les cuiseurs paraboliques et les cuiseurs à panneaux. Elles répondent aux besoins de respecter les principes de bases que sont : la conversion du rayonnement en énergie, la rétention de la chaleur et l'apport d'énergie supplémentaire.

Four solaire de type "boîte"

Four solaire Ulog type familial

Le four solaire de type "boîte" est le type de four solaire le plus répandu. Il est constitué 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. C'est le principe de l'effet de serre. Parfois, il est composé d'un ou plusieurs réflecteurs positionnés de manière à apporter davantage de rayonnement solaire.

La puissance est globalement plus faible comparée aux cuiseurs solaires paraboliques, ce qui nécessite des temps de cuissons plus longs. La température maximale de cuisson varie selon les modèles mais tourne autour des 150°C. Malgré ces performances plus faibles, les fours solaires de type "boîtes" ont l'avantage d'être plus faciles à fabriquer, peu encombrants et simple d'utilisation.

Parmi les fours solaires de type "boîte" les plus répandus, on retrouve :

• le four solaire Ulog
• le Sunoven
• le Sun cook

Cuiseur parabolique

Cuiseur parabolique SK 14

Le cuiseur parabolique 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. Selon les modèles, les rayons se concentre en un foyer ou selon une ligne focale.

En général, le cuiseur parabolique a une meilleure efficacité d'un four solaire; il permet d'obtenir une température plus élevée et cela plus rapidement. Sa puissance dépend essentiellement de la surface du réflecteur. Malgré ses bonnes performances, le cuiseur est insensible au rayonnement solaire diffus. Il a besoin de la lumière directe du soleil et doit donc être constamment orienté face au soleil. L'orientation est assurée par un tracker fonctionnant à l'aide d'un poids et d'un mécanisme d'horlogerie ou par un réglage à commande photovoltaïque avec un moteur électrique.

Parmi les cuiseurs paraboliques les plus répandus, on retrouve :

• le cuiseur parabolique SK 14
• le cuiseur Papillon
• le cuiseur Scheffler
• le HotPot

Cuiseur à panneaux

Cuiseur à panneaux CooKit

Le cuiseur à panneaux intègre à la fois le principe d'effet de serre du four solaire de type "boîte" et les bénéfices du réflecteur parabolique du cuiseur parabolique. Il est généralement constitué de réflecteurs paraboliques simplifiés et d'une marmite recouverte d'une couverture transparente permettant l'effet de serre.

Ce type de cuiseur est relativement facile à construire et utilise des matériaux peu coûteux.

Parmi les cuiseurs à panneaux les plus répandus, on retrouve :

• le CooKit
• le cuiseur High Backed
• le cuiseur Pyramid

Autres fours et cuiseurs solaires

La communauté des amateurs de fours solaires est importante. On retrouve un grand nombre d'autres fours et cuiseurs solaires. Parmi eux : le cuiseur à optique de Fresnel.

Projets dans le monde

Fours solaires construits localement avec l'aide de l'association Bolivia Inti - Sud Soleil

Dans de nombreux pays, les surfaces boisées sont dégradées et l'accès à l'énergie de chauffe ou de cuisson est difficile et coûteuse. C'est par ce constat que certains gouvernements et organisations non-gouvernementales promeuvent l'utilisation de fours et cuiseurs solaires.

Parmi ces acteurs, plus de 300 ONG, entreprises, établissement d'enseignement, fabricants et gouvernements se sont réunis pour former le réseau Solar Cookers. Son but est d'améliorer la santé, l'économie et l'environnement à partir d'actions collectives autour de la cuisson solaire, la pasteurisation de l'eau et de la transformation alimentaire, notamment dans les régions les plus nécessiteuses.

L'une des ONGs françaises les plus actives dans le monde est l'association Bolivia Inti – Sud Soleil. Depuis sa création en 1999, elle a permis l'installation de près de 10 000 cuiseurs écologiques dans les Andes, utilisés chaque jour ensoleillé par 50 000 personnes. Cette association s'appuie sur l'engagement de plus de 2500 adhérents. Ouverte vers d’autres territoires, l’association Bolivia Inti – Sud Soleil a engagé, en partenariat avec d’autres associations, des programmes d’évaluation ou de diffusion des cuiseurs écologiques en Afrique.

D'autres ONGs participent à la promotion et la diffusion des fours solaires, voici une liste des ONGs françaises :

• Laboratório de Energia e Materiais
• Atouts Soleil
• Solar Cooking Concept
• Solar Inti : Projet franco-argentin de développement des cuiseurs solaires et écologiques pour les familles à faibles revenus.
• Agrometeorological Applications Associates
• Synopsis

Cuisine solaire

Les cocottes en fonte sont adaptées pour la cuisine solaire

La cuisson solaire est une cuisson lente. Elle nécessite une préparation et une organisation bien différente de la cuisson classique.

Les modes et les temps de cuissons dépendent du four. Ainsi, il convient de commencer par des recettes faciles comme la cuisson d'un poulet, du riz ou des courgettes. Ensuite l'expérience permet de peaufiner des plats plus évolués.

L'utilisation d'une "marmite" adaptée à la cuisson solaire est recommandée pour une meilleure efficacité; une cocotte en fonte de couleur sombre conviendra parfaitement. Pour éviter toute brûlure, il est conseiller d'utiliser des gants, et des lunettes de soleil pour le cuiseur à concentration.

L'avantage de la cuisson solaire est la flexibilité du temps de cuisson. Une fois cuits, il est possible de laisser la plupart des aliments sans qu'ils brûlent.

Dernier point, lors de la cuisson d'une grosse quantité de nourriture, il convient de les répartir dans plusieurs "petites marmites" plutôt que dans une seule "grosse marmite".

Fabricants

Il existe un grand nombre de fabricants de fours solaires sur l'ensemble des cinq continents. En France, nous pouvons noter un fabricant : ID Cook

Voici une liste des principaux fabricants de fours solaires dans le monde :

Grands fours solaires

Sur le même principe que les fours solaires utilisés pour la cuisson, de grands fours solaires ont été construits pour la recherche scientifique. Ces grands fours solaires permettent d'obtenir une température très élevée en une fraction de seconde et ce sans élément extérieur pouvant polluer les expériences scientifiques.

Le four solaire d'Odeillo

Four solaire d'Odeillo

Le four solaire d'Odeillo a été construit entre 1962 et 1968 suite aux travaux initiés par le Professeur Félix Trombe. Il est situé en Cerdagne, dans le Parc Naturel Régional des Pyrénées Catalanes, l'une des régions les plus ensoleillées de France. Il est éloigné des villes et est à une altitude élevée (près de 1600 mètres), ce qui lui permet de recevoir un ensoleillement en lumière directe de très bonne qualité.^[10]

Voici les grandes caractéristiques du complexe solaire d'Odeillo^[11] :

• Un four solaire principal (MWSF) d'une puissance de 1 mégawatt
• 11 fours solaires de moyenne puissance (MSSFs)

Caractéristiques du four solaire principal de 1 MW :

• un miroir parabolique tronqué à facettes, de 1830m² et de 18 m de distance focale
• 63 héliostats mobiles d'une surface totale de 2835 m²
• Foyer recevant une puissance de 1 MW sur une zone d'environ 80 cm de diamètre

Les travaux de recherche portent sur 2 axes :

• L'étude et l'élaboration de matériaux soumis à des conditions extrêmes. (Espace, aéronautique, industries de pointe, fusion nucléaire ...).
• La conversion, le stockage, le transport de l'énergie, "avec la mise au point de matériaux et de procédés ayant un impact potentiel dans le domaine du développement durable"

Le four solaire de Parkent

Four solaire de Parkent

Le four solaire de Parkent en Ouzbékistan a été construit en 1976. Il est également utilisé pour la recherche scientifique par le laboratoire de Physique Solaire de l'Académie des Sciences de l'Ouzbékistan. Le four possède une ligne de production de céramiques de synthèse et de nano-poudres.^[12]

Voici les grandes caractéristiques du complexe solaire de Parkent :

• Un four solaire d'une puissance de 1 mégawatt
• un miroir parabolique tronqué à facettes, de 1840 m²
• 60 héliostats mobiles d'une surface totale de 3022,5 m²

Le four solaire de Huianbao

En Chine, un troisième grand four solaire d'une puissance de 300 kW aurait été construit en 2010 suite aux travaux de l'Institut de génie électrique de l'Académie chinoise des sciences, le Solar Thermal Power Lab. En partenariat avec l'Université de Jiatong à Xi'an le four solaire aurait déjà pu produire de l'hydrogène.^[13]

Voici les grandes caractéristiques du complexe solaire de Huianbao :

• Un four solaire d'une puissance de 300 kilowatt
• un miroir parabolique de 300 m²
• 3 héliostats mobiles d'une surface totale de 360 m²

Notes et références

1. ↑ The Olympic Museum, 2nd edition 2007 - The Olympic flame and torch relay :[1]
2. ↑ Er. Nordenskiôld, Journal de la Société des Américanistes, Miroirs convexes et concaves en Amérique, Tome 18, 1926. p. 103 : [2]
3. ↑ 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 : [3]
4. ↑ Horace-Bénédict de Saussure, Voyages dans les Alpes, précédés d'un essai sur l'histoire naturelle des environs de Genèves, 1786, Chap. 35, Paragraphe 932 : [4]
5. ↑ Beth Halacy - Daniel Stephen Halacy, Cooking with the sun, Morning Sun Press, 1992, p3 : [5]
6. ↑ C. Bontemps, La Nature, La diffusion de la force - La machine de solaire de M. Mouchot, 1876, 4ème année, 1er semestre, n°137, p102 : [6]
7. ↑ Four Solaire - Historique du four de Mont-Louis :[7]
8. ↑ Arizona Archives Online - Use of Solar Energy Conference papers, 1954-1957 :[8]
9. ↑ Solar Cookers International Network - Manufacturers and vendors:[9]
10. ↑ HÉLIODYSSÉE® - Grand Four Solaire d'Odeillo : [10]
11. ↑ CNRS PROMES - Concentrateurs solaires : [11]
12. ↑ Academy of Sciences Republic of Uzbekistan - Unique objects and collections of Uzbekistan Academy of Sciences : [12]
13. ↑ Bulletins Electroniques - BE Chine 98 - Le four solaire chinois se place au troisième rang mondial : [13]