Four à effet de serre

L'effet de serre bien connut à cause des problèmes climatiques qu'il genère peut aussi servir l'homme. Nous allons donc voir les principes physiques mis en oeuvre par l'effet de serre et quelle sont les applications possible de ce phénomène.

Introduction

Le four à effet de serre est un outil fournissant une énergie renouvelable quasiment infinie car tirée du rayonnement solaire. C'est un outil pratique fournissant de l'eau chaude ou de l'air chaud dont on fera ce que bon nous semble.

Principe

Le grand principe de l'effet de serre est d'emprisonner l'énergie d'un rayonnement. Deux effets conjugués réalisent l'effet de serre, la sélectivité des matériaux et la transparence des matériaux.

La sélectivité

La sélectivité est le rapport entre le facteur d'absorption d'une longueur d'onde ou d'une plage de longueur d'onde et le facteur d'émission d'une autre longueur d'onde ou d'une plage de longueur d'onde d'un matériau. Typiquement dans les fours solaires les longueurs d'ondes concernées sont les rayonnements de courte longueur d'onde <3µm (rayonnement visible par l'oeil humain et en dessous) pour le facteur d'absorption et les rayonnements > 3µm (infrarouge et au-dessus) pour le facteur d'émission. Ces deux plages de longueur d'onde se côtoient dans le spectre lumineux et la longueur d'onde de coupure entre les deux plages est à peu près égale à 3µm. La sélectivité est le phénomène qui va permettre aux matériaux du four solaire de transformer la longueur d'onde du rayonnement dont on cherche à capter l'énergie.

La transparence

La transparence d'un materiau est la capacité d'un matériaux à arrêter ou à laisser passer les rayonnements suivant leur longeur d'onde. Typiquement dans le four solaire on cherchera un materiau transparent aux rayonnements < 3µm et opaque aux rayonnements > 3µm. Le verre et le plexiglas par exemple sont de tels materiaux.

L'effet de serre

L'effet de serre intervient lorsque la sélectivité et la transparence de deux matériaux se complètent. Dans un premier temps, le rayonnement source traverse le matériau transparent à la longueur d'onde du rayonnement source. Le rayonnement source voit ensuite sa longueur d'onde transformée par la sélectivité d'un second matériau en une longueur d'onde à laquelle le premier matériau est opaque. De ce fait, le rayonnement est emprisonné entre deux matériaux qui lui sont opaques et l'on obtient l'effet de serre. Dans les fours solaires classiques on a des rayonnements de faible longueurs d'onde qui traversent par exemple une plaque de verre. Ce rayonnement est transformé en rayonnement de longue longueur d'onde par une plaque d'acier peint en noir par exemple. Le verre étant opaque au rayonnement de longue longueur d'onde, celui-ci est emprisonné dans le four à effet de serre.

Four à effet de serre

Le but du four à effet de serre solaire est de concentrer la chaleur du rayonnement solaire grâce au principe de l'effet de serre. L'energie ainsi concentrée est ensuite transportée grâce à un fluide caloriporteur (eau ou air) afin de fournir du chauffage, de l'eau chaude sanitaire, de l'air chaud pour un séchoir etc, etc...

Réalisation

La réalisation d'un four à effet de serre n'est ni simple ni évidente. Elle nécessite une bonne compréhension du phénomène en lui même et des grandeurs physiques mises en jeu (quantité d'énergie, perte, caractéristiques diverses des materiaux). Elle nécessite aussi une connaissance de l'ensoleillement du lieu où il sera utilisé et doit aussi être conçu en fonction des besoins qu'il est sensé remplir. Tous ces facteurs très variables et parfois difficiles à définir font que si l'on veut réussir du premier coup son four solaire il faut plancher sur les calculs. Néanmoins si l'on a pas cette prétention étant donné le faible coup d'un four solaire il est possible de construire un four de manière plus empirique en partant de recette simple. Dans tous les cas vous serez amené à vous adapter à ce que le four solaire vous fournit. Car il est à peu près impossible de remplacer purement et simplement des énergies telles que le gaz ou le fuel pour ce qui est du chauffage domestique par un four solaire. Par exemple il est très dur d'obtenir une eau bouillante, aprés la tombée du jour le four ne fonctionne plus et enfin il n'y a pas de bouton pour augmenter la puissance du four comme sur une chaudière.
Ce sera donc à VOUS dans une certaine mesure de vous adapter au four et non l'inverse comme on a l'habitude de le faire avec les énergies fossiles.

Principes élémentaires

• Le four solaire est généralement plat et doit être orienté le plus possible perpendiculairement à l'axe terre-soleil. La position du soleil variant durant la journée, on peut soit déplacer plusieurs fois dans la journée le four, soit lui mettre un système d'asservissement qui lui fera suivre la course du soleil mais ceci est complexe et onéreux, soit positionner le four dans une position fixe qui ne sera pas idéale mais qui aura pour avantage la simplicité et la tranquillité. Si l'on décide de mettre le four en postion fixe il est conseillé de l'orienter perpendiculairement au soleil lorsque celui ci est au plus haut dans le ciel. C'est à dire aux alentours de midi mais faites attention au décalage horaire par rapport au temps solaire vrai.
• Il doit y avoir le moins possible d'obstacles devant le four qui empêcheraient le rayonnement solaire de l'atteindre. Ceci est important notamment si l'on plante des arbres qui en quelques années peuvent s'avérer gênants. Le four solaire sera donc souvent en hauteur afin d'éviter au maximum les obstacles.
• Un four solaire classique est fait de bois, d'isolant, de verre, de plaque d'acier ou de cuivre et de tuyau d'acier ou de cuivre. Sa réalisation peut donc entièrement se faire avec des matériaux de récupération si l'on s'y prend à l'avance.

fluide caloriporteur

Dans les fours à effet de serre l'énergie du four en est extraite grâce à un fluide caloriporteur. Les deux fluides caloriporteurs les plus utilisés sont l'eau et l'air. Ceux-ci ont des avantages et des inconvenients propre qui les réserves chacun à un usage particulier.

voir: fluide caloriporteur

l'eau

L'eau comme fluide caloriporteur est utilisée pour la fabrication d'eau chaude sanitaire mais peut aussi être utilisé pour le chauffage avec des radiateurs.

l'air

L'air comme fluide caloriporteur est utilisé pour le chauffage ou pour le séchage.

Four pour sechoir

voir séchoir solaire

Voir aussi

Le four solaire pour cuisson, l'énergie solaire.