Des cheminées d'1km de haut pour récupérer l'énergie solaire

Le principe actuellement en développement est simple : une cheminée de très grande dimension équipée d'une ou plusieurs turbines est entourée d'un parterre de serres à sa base pour chauffer l'air. La différence de température entre l'air chauffé par le soleil au sol et celui qui se trouve en haut de la cheminée créé un courant ascendant, entraînant ainsi des éoliennes présentes dans le conduit.
Les chiffres de un kilomètre de haut pour la cheminée, et quelques dizaines de kilomètres carrés pour les serres ont été avancés pour une puissance de 200 MW.

Selon les modèles, on trouve :

• des turbines moins larges disposées en cercle à la base de la cheminée, comme c'est le cas sur le schéma ci-dessus
• une ou plusieurs larges turbines horizontales directement dans le conduit

De nouveaux modèles ont également fait leur apparition, beaucoup plus compacts, mais plus complexes à mettre en oeuvre. Leur principe repose sur la production d'un vortex à la place d'un simple courant ascendant, ce qui rendrait l'installation beaucoup plus puissante. Bien qu'aucune expérience à échelle réelle n'ait été tentée, cela est théoriquement envisageable avec une cheminée de taille beaucoup plus réduite, mais en maintenant des conditions de température et de pression précises à la base de la cheminée.

Les avantages d'une telle structure sont nombreux. Outre sa propreté, elle offre une production plus stable que les énergies solaires traditionnelles, car son principe lui permet de fonctionner - certes à moindre régime - la nuit. En effet, la chaleur est emmagasinée par le sol au cours de la journée et restituée la nuit. Ce stockage peut être optimisé grâce à des bassins disposés sous les serres, l'eau ayant une meilleure capacité de stockage de chaleur.

De plus, cette technologie ne nécessite que peu de coûts de fonctionnements (très peu d'entretien et de main d'oeuvre). L'investissement de départ peut cependant s'avérer rédhibitoire: pour les projets en cours, il se chiffre à plusieurs centaines de millions d'euros. Même si cette technologie est deux fois moins chère que le solaire photovoltaïque, son prix reste élevé : 250€/MWh. Les chiffres avancés sont cependant très contradictoires, faute de données réelles. Les puissances annoncées ne sont que théoriques et ne reposent que sur des modèles à plus petite échelle. Le fait qu'aucune cheminée solaire d'envergure n'ait été construite, mis à part un prototype dans les années 80, en font un investissement encore incertain et rend la recherche de financements plus difficile. D'autant plus que les dimensions d'un tel édifice l'exposent aux tempêtes et autres phénomènes climatiques extrêmes.

Autre contrainte importante, les conditions topographiques : plusieurs kilomètres carrés sont nécessaires pour implanter une tour solaire, ce qui réduit la liste des sites potentiels aux zones reculées ou désertiques. Pour autant, la grande surface utilisée par le « tablier » sous les serres n'est pas forcément perdue, puisqu'elle peut également être cultivée.

Il n'existe actuellement aucune cheminée solaire d'envergure en fonctionnement, ni en construction, et aucune entreprise n'est clairement identifiée dans ce secteur, mis à part EnviroMission, qui détient les droits sur la technologie de tour solaire. La première et seule tour à avoir été construite est celle de Manzanares, en Espagne. Construite entre 1981 et 1982, elle a permis de démontrer le fonctionnement du concept.

Utilisée comme laboratoire pour étudier l'influence de différents paramètres en conditions réelles, ce prototype mesurait 195m de haut, avec un diamètre de 5m. Les serres (le collecteur) avaient une surface de 50000 m² environ. Equipée d'une turbine à 4 pales, elle délivrait une puissance de 50 kW. Cette valeur très faible pour une installation de cette taille s'explique par le fait que le but premier n'était pas de produire de l'électricité, mais d'étudier son fonctionnement. Les effets des variations de température, la puissance délivrée au cours d'une journée type, jusqu'à l'effet d'ajout de cultures sous le collecteur ont été mesurés. Différents matériaux (pour le toit du collecteur) ont aussi été testés. La tour, conçue pour ne durer que 3 ans, a été détruite en 1989 par une tempête.

En 2004, un projet prévoyant une tour de 1km de haut pour une puissance de 200 MW a été lancé en Australie. En raison de problèmes de financement, le projet a été retardé, puis revu à la baisse. Il ne s'agirait désormais plus que d'une tour de 400m développant 50 MW, mais des fonds sont toujours recherchés. D'autres projets sont également à l'étude en Espagne et en Namibie mais là encore, la recherche d'investissements ralentit le développement. Reste à voir si le prototype australien, s'il voit le jour, démontrera la faisabilité de la technologie à grande échelle.

Sources :

Zaslavsky, Dan (2006). "Energy Towers". PhysicaPlus - Online magazine of the Israel Physical Society

Jörg Schlaich, Rudolf Bergermann, Wolfgang Schiel, Gerhard Weinrebe, « Design Of Commercial Solar Tower Systems – Utilization of solar induced convective flows for power generation »