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L'histoire de l'énergie solaire thermique à travers les siècles



En 1917, le naturaliste et physicien suisse Horace Bénédict de Saussure a mis au point l’hélio thermomètre dans l’objectif d’étudier les effets des rayons avertisseurs du soleil. Cette invention, considérée comme le premier capteur solaire thermique de l’histoire à donnée naissance à l'énergie solaire thermique à l’ensemble des capteurs solaires thermiques que l’on connaît aujourd’hui.

Portrait de Horace Bénédict de Saussure

L’hélio thermomètre était représenté par une boite à parois isolées avec une face en plaque de verre sous laquelle était placé un fond noir représentant une plaque absorbante. L’hélio thermomètre est caractérisé par sa capacité à délivrer une chaleur variable qui augmente ou qui diminue proportionnellement en fonction de son exposition. Le vitrage, les sections à fond noires ( absorbeurs ) et l’isolation sont les éléments principaux qui représentent les composants du capteur solaire thermique.

Schéma représentant le rayonnement solaire

Les capteurs solaires ou panneaux solaires thermique, sont conçus pour capter le rayonnement du soleil afin de produire de la chaleur grâce à l'énergie solaire sont apparus au monde grâce à l’inventeur Salomon de Caus, qui fut le premier, en 1615, à collecter un mélange de chaleur et d’air à l’aide d’une lentille de mise au point, appelé aussi lentilles de concentration. Suite à cette invention, l’inventeur français Augustin Mouchot in venta en 1865 le premier moteur « solaire », ce qui donnera par la suite l’opportunité à l’inventeur John Ericsson de mettre en oeuvre en 1868 un autre moteur dit « solaire » basé sur le même principe que celui d’Augustin Mouchot.

Portait de Salomon de Caus, Augustin Mouchot et John Ericsson

Après une forte période consacrée au développement de l'énergie solaire, du capteur solaire thermique et de ses dérivés, les premiers chauffe-eau solaires individuels apparaissent dans les années 1910 - 1920 et commencent à être produits à grande échelle à but commercial dans les régions les plus ensoleillées des États-Unis, tel que l’Arizona et la Californie. Peu après, courant des années 2000, les capteurs solaires évoluent drastiquement et permettent ainsi d’atteindre des objectifs de réduction de gaz à effet de serre ainsi que la diminution des pics pétroliers.



Depuis l’introduction du premier exemple de capteur solaire, de nouvelles technologie d'énergie solaire ont vu le jour incluant des changements et des avancements en termes d’apparence,  de taille, de composants, de performances et de fonctionnement tout en conservant les principes de base du capteur solaire thermique. Grâce à cette évolution technologique, de nombreux projets industriels ont pu être mis au point à grande échelle et cela dans divers pays tels que l’Espagne, l’Australie et le Maroc.

L'énergie solaire thermique dans les grandes lignes



L’énergie solaire que l’on connaît provient de la capture et de la fraction d’une petite partie de l’énorme énergie que dégage l’astre solaire de 1 400 000 kilomètres de diamètre appelle plus communément « soleil » , ainsi une réaction chimique se produit, la fusion de l’hydrogène en hélium.



Les différents facteurs affectant l’énergie reçue par le continent



Il faut comprendre que l’énergie que dégage le soleil n’est absolument pas la même que le reçoit sur Terre. D’après la loi de Stefan-Boltzmann, la puissance du soleil posséderais un rayonnement calculé à 3,85x10^26W, alors que les continents ne recevraient qu’environ 7,4x10^16W. En dépendant de la situation géographique des continents, la réception de l’énergie solaire peut fortement varier, elle dépend notamment de :

  • La latitude du continent : Représenté par l’angle formé entre le plan équatorial et le vecteur formé par le centre de la Terre.

  • La longitude du continent : Représenté par l’angle formé entre le méridien d’origine ( Greenwich ) et le méridien du point local.

  • La hauteur du continent : Calculée en utilisant la différence entre un point donné et un autre point de référence qui constitue la hauteur maximale ou moyenne du continent


En fonction des conditions météorologiques tel que la nébulosité, les nuages, brouillards, la vapeur d’eau, la brume, poussière, l’AM ( le rapport air-masse représentant la quantité d’atmosphère terrestre traversée par la lumière pour atteindre l’observateur ), les saisons ainsi que le positionnement du soleil dans le ciel, de nombreuses variations peuvent se faire au niveau du calcul de l’énergie solaire reçu.

Schéma rayonnement solaire et pôles

Rayonnement et ensoleillement dans le monde

Carte d'ensoleillement de la France


À savoir,
 le rayonnement du soleil peut-être divisé en :

  • Rayonnement direct : Reçu directement du soleil.

  • Rayonnement réfléchi : Reçu de la réflection de l’environnement ou des surfaces externes.

  • Rayonnement diffus : Reçu directement de l’extérieur à travers la voute céleste.


Schéma des différents types de rayonnements



Les masques : obstacles des radiations



Lors de la réception de rayonnement solaire sur un capteur solaire, les éléments appelés « masques » font obstacle à ces mêmes rayonnements. Les masques empêchent les rayonnements du  soleil d’être capté correctement et en totalité par les différents capteurs solaires présents sur Terre. Les masques sont divisés en 3 grandes catégories :

  • Les masques proches : Caractérisé par une distance supérieure de 100m telle que les montagnes, les collines, etc.

  • Les masques lointains : Caractérisé par un distance inférieure à 100m comme les arbres, les bâtiments avoisinants, etc.

  • Les masques immédiats : Caractérisé par des petits éléments à impact direct tel que les cheminées, les câbles, les antennes, etc.

Schéma 05