Four à effet de serre

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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 outils fournissant une énergie renouvelable quasi infini car tiré du rayonnement solaire. C'est un outils pratique afin de fournir 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'emprisonné l'énergie d'un rayonnement. On realise l'effet de serre grace à deux effet qui conjugués donne l'effet de serre, la selectivité des materiaux et la transparence des materiaux.

La selectivité

La selectivité est le rapport entre le facteur d'absoprtion d'une longueur d'onde ou d'une plage de longueur d'onde et le facteur d'emission d'une autre longueur d'onde ou d'une plage de longueur d'onde d'un materiaux. Typiquement dans les fours solaires les longueurs d'onde 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. C'est deux plages de longueur d'onde se cotoient dans le spectre lumineux et la longueur d'onde de coupure entre les deux plage est a peut prêt égale à 3µm. La selectivité est le phénomène qui va permettre aux materiaux du four solaire de transformer la longeur d'onde du rayonnement dont on cherche à capter l'énergie.

La transparence

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

L'effet de serre

L'effet de serre intervient lorsque la selectivité et la transparence de deux materiaux se complète. Dans un premier temps le rayonnement source traverse le materiaux transparent à la longueur d'onde du rayonnement source. Le rayonnement source voit ensuite sa longeur d'onde transformée par la selectivité d'un second materiaux en une longueur d'onde auquel le premier materiaux est opaque. De ce fait le rayonnement est emprisonné entre deux materiaux qui lui sont opaque et l'on obtient l'effet de serre. Dans les fours solaires classique 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 grace au principe de l'effet de serre. L'energie ainsi concentré est ensuite transportée grace à un fluide caloriporteur (eau ou air) afin de fournir du chauffage, de l'eau chaude sanitaire, de l'air chaud pour un sechoir etc, etc...

Réalisation

La réalisation d'un four à effet de serre n'est pas une chose simple et évidente. Elle nécessite une bonne compréhension du phénomène en lui même et des grandeurs physiques mis en jeux (quantité d'énergie, perte, caracteristique divers des materiaux). Elle nécessitte aussi une connaissance de l'ensoleillement du lieux ou il sera utilisé et doit aussi être conçut en fonction des besoins qu'il est sensé remplir. Tous ces facteur trés variables et parfois difficiles à definir 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 tout les cas vous serait amener à vous adapter à ce que le four solaire vous fournit. Car il est a peut prêt impossible de remplacer des énergies tel que le gaz ou le fuel pour ce qui est du chauffage domestique par un four solaire. Par exemple il est trés dur d'obtenir une eau bouillante, aprés la tombé 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 journé on peut soit deplacer 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 idéal mais qui aura pour avantage la simplicité et la tranquilité. 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 soleil. C'est à dire au alentour de midi mais faite attention au decallage horaire par rapport au temps solaire vrai.
  • Il doit y avoir le moins possible d'obstacle devant le four qui empecheraient le rayonnement solaire d'atteindre le four. Ceci est important notament si l'on plante de arbres qui quelque année aprés peuvent s'averer gênant. Le four solaire sera donc souvent en hauteur afin d'eviter un amximum les obstavles.
  • Un four solaire 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 réalisattion peut donc entièrement être réalisé avec des matériaux de récupération si on s'y prend a l'avance.

fluide caloriporteur

Four classique pour eau chaude sanitaire

Four classique pour chauffage

Paroi à four solaire

Four pour sechoir

Calculer sont four