De nouveaux convertisseurs pour l’énergie solaire concentrée
Concentrée, l’énergie solaire permet d’alimenter en chaleur décarbonée des fours industriels à haute température. Une équipe de Nantes travaille à la conception d’une nouvelle génération de convertisseurs à la fois efficace et résistante.
Pour résister à mille degrés, les composants de systèmes industriels lourds ont besoin d’être soigneusement conçus. Benoît Rousseau est directeur de recherche CNRS au Laboratoire de thermique et énergie de Nantes1 , où il étudie le transfert radiatif dans des matériaux hétérogènes. Ce transfert radiatif permet le transport d’énergie via le rayonnement thermique, un phénomène que l’on retrouve notamment dans les systèmes énergétiques à hautes températures comme les fours verriers, les chambres de combustion des moteurs d’avions, ou au cœur de l’échauffement des navettes spatiales lors de leur rentrée atmosphérique.
« Dans ces travaux, j’explore notamment la conversion de l’énergie solaire en chaleur dans des tours solaires, où l’on concentre le rayonnement du soleil à l’aide de miroirs, explique Benoît Rousseau. L’air frais monte et passe de vingt à mille degrés, produisant ainsi de la chaleur décarbonée. Il y a un intérêt croissant de la part d’entreprises industrielles européennes, de suivre le développement d’unités de grande capacité, comme cela peut être le cas pour la production de ciment ou de carburant solaire. »
Le rôle central du convertisseur
Le chercheur et son équipe travaillent en particulier sur le convertisseur, la partie qui absorbe le rayonnement solaire incident, puis chauffe l’air. Ce composant poreux doit fonctionner en minimisant les pertes de chaleur, en offrant les meilleurs rendements de conversion possibles et en étant mécaniquement résistant pour ne pas casser sous les changements répétés de température.
Pour y parvenir, Augustin de la Vauvre, doctorant travaillant avec Benoit Rousseau et son collègue Yann Favennec, optimise la topologie du convertisseur, c’est-à-dire qu’il cherche à lui donner une géométrie garantissant une production efficace de chaleur. Cela aboutit à un gradient de porosité, qui se réduit au fil du parcours de l’air dans le matériau. Ce gradient a été précisément calculé dans le cadre de travaux communs avec Laurent Cangémi, de l’IFP Énergies nouvelles (IFPEN), co-directeur de la thèse. Il s’agit notamment de minimiser les différences de température entre les faces d’entrée, plutôt froides, et celles de sortie qui sont chaudes, car cela forme sinon d’importants gradients thermiques susceptibles de générer des casses mécaniques.
- 1LTeN, CNRS/Nantes Univ