Utiliser l’énergie solaire grâce aux low-techs
C’est quoi une « low-tech » ?
La « low-tech » est une méthode de conception complémentaire à la « High-tech ».
Le principe est de concevoir et utiliser des outils accessibles au plus grand nombre et durables. Au-delà de l’aspect matériel, la low-tech s’inscrit dans une vision globale de nos modes de vie en participant à la transition :
- Environnementale : réduire notre empreinte écologique (transports, déchets, énergie, alimentation…)
- Énergétique : utilisation des énergies renouvelables
- Sociale : réappropriation des objets, résilience collective
Pour y parvenir, les solutions proposées doivent être utiles, bien conçues pour être durables et facilement réparables par tous. Les low-tech font déjà partie de notre quotidien : se déplacer à vélo, profiter de l’ensoleillement en hiver pour chauffer sa maison, utiliser des outils manuels pour jardiner, etc…
Les applications dans l’habitat ou dans le secteur professionnel peuvent être nombreuses, notamment en utilisant l’énergie solaire.
Les « low-techs solaires »
Chauffage des bâtiments
Dans un bâtiment, le principal poste de consommation d’énergie est le chauffage. La réduction des consommations passe avant tout par la réduction des besoins en énergie en isolant le bâtiment : c’est la démarche négawatt.
On peut réduire significativement la consommation d’énergie liée au chauffage en appliquant le principe du bioclimatisme. Cela consiste à utiliser les éléments naturels du lieu, de manière passive, et notamment en utilisant l’énergie solaire.
Le solaire passif, c’est favoriser les apports solaires en hiver tout en se protégeant du rayonnement solaire en été. Autrement dit, on utilise l’effet de serre comme mode de chauffage.
A l’échelle de notre planète, une partie du rayonnement solaire est conservé dans l’atmosphère : c’est ce qu’on appelle l’effet de serre. Ce phénomène s’accentue si la concentration de certains gaz (appelés gaz à effet de serre) augmente.
Dans l’habitat, on peut reproduire cet effet en favorisant les surfaces vitrées orientées vers le sud et en conservant la chaleur dans le logement grâce à l’isolation et l’inertie thermique des matériaux.
Le soleil étant plus bas en hiver, des « casquettes solaires » bien dimensionnées empêcheront le passage des rayonnements en été, évitant ainsi les surchauffes estivales
Cet effet bioclimatique peut-être renforcé avec l’utilisation d’une serre bien orientée comme source de chauffage : c’est la serre bioclimatique. On peut prévoir des fermetures vitrées entre la serre et le reste du bâtiment pour pouvoir l’utiliser comme espace tampon quand il n’y a pas de soleil en hiver.
C’est un procédé mis en application par exemple dans les earthships, appelés aussi géonefs.
Le soleil peut aussi alimenter la maison en chauffage via des « radiateurs solaires à accumulation ». L’utilisation d’un « mur trombe » fait partie de cette catégorie de solutions Low-tech. Le principe est très simple : une partie du mur du bâtiment est recouverte de matériaux sombres (ardoises récupérées, peinture…) puis d’une vitre (par exemple une ancienne fenêtre) : c’est encore une fois l’effet de serre qui va permettre de chauffer le mur. Le matériau sombre joue le rôle d’absorbeur du rayonnement solaire, le mur est l’accumulateur.
La paroi doit avoir une forte inertie pour stocker la chaleur (mur en briques, en pierres, en béton).
Dans le même esprit, le capteur solaire à air diffuse l’air chaud dans le bâtiment, mais sans stockage de chaleur.
Qu’il s’agisse d’une serre bioclimatique, d’un mur trombe ou d’un capteur à air, veillez à prévoir une solution de protection pour l’été en recouvrant les surfaces vitrées avec des volets ou des plantes grimpantes à feuilles caduques.
La production d’eau chaude
La construction d’un chauffe-eau solaire est réalisable avec des matériaux de récupération. Il suffit de faire circuler, et éventuellement de stocker, de l’eau dans un contenant sombre bien exposé au soleil.
Un autre exemple en vidéo (source SolarBrother)
En thermosiphon, le système doit être auto-vidangeable pour éviter le gel des canalisations en période froide. Le stockage d’eau chaude est situé à l’extérieur, au-dessus des capteurs solaires, c’est la montée en température qui enclenche la circulation de l’eau dans le circuit.
En cas de stockage, le volume du ballon doit permettre de stocker suffisamment d’eau chaude pour compenser les jours moins ensoleillés. Pour une famille de 4 personnes, il faut prévoir un ballon de 300 litres environ.
Attention : un appoint est nécessaire pour éviter le développement de légionelles dans le ballon.
En augmentant la surface de capteurs, on peut concevoir un Système Solaire combiné (SSC) : l’eau chaude alimente alors un circuit d’émetteurs hydraulique à basse température (radiateurs ou plancher chauffant)
Pour en savoir plus sur le solaire thermique, une page dédiée à cette thématique va bientôt paraître sur notre site.
Cuisine solaire
Les systèmes qui permettent d’utiliser l’énergie solaire pour cuisiner sont des solutions low-tech par excellence. Ils sont autoconstructibles, pratiques, transportables, simples d’utilisation et surtout ils répondent à un besoin quotidien. De plus, la cuisine solaire participe à maintenir les logements plus frais en été puisqu’on cuisine à l’extérieur des bâtiments.
Les retours d’expériences d’utilisation des cuiseurs solaires nous prouvent les performances de ces systèmes. Solar Cookers International publie sur son site les résultats des mesures pour différents modèles (et de nombreuses autres ressources !).
On distingue deux grandes familles de cuiseurs solaires (Atlas de la cuisine solaire) :
- les cuiseurs type « boîtes » appelés aussi fours solaires
- les cuiseurs paraboliques, à concentration
Le four solaire utilise l’effet de serre pour cuire les aliments dans un contenant isolé.
Les rayonnements solaires sont renvoyés par les réflecteurs vers la caisse qui est isolée. Pour améliorer l’efficacité, prévoir un récipient sombre, à forte inertie et des briques réfractaires pour maintenir la température plus longtemps en cas de passages nuageux.
Un four solaire isolé et muni de panneaux réflecteurs, peut atteindre des températures équivalentes à un four traditionnel (supérieur à 150°C). Tutoriel : Fabriquer un four solaire avec du carton ou un bidon en métal coupé en deux
Les cuiseurs paraboliques quant à eux, concentrent le rayonnement solaire pour chauffer à haute température. On les appelle aussi parfois barbecues solaires ou concentrateurs solaires. La forme arrondie du réflecteur permet de diriger un rayonnement puissant vers un récipient.
La conservation grâce à l’énergie solaire
Stérilisation / pasteurisation
L’autonomie alimentaire fait partie intégrante de la « culture low-tech ». Conserver les aliments en prévision des périodes de disette est un impératif pour la résilience alimentaire.
- Stérilisation à sec : inspiré des panneaux solaires thermiques à tubes sous vide, on trouve aujourd’hui sur le marché des cuiseurs solaires où les plats sont disposés dans un tube de verre. Ce système est particulièrement apprécié pour la stérilisation des bocaux en verre
Séchage solaire
Autre application dans le champ de la conservation solaire : la déshydratation des aliments. Le principe est de faire circuler un air chaud sans monter trop haut en température pour préserver les bienfaits des aliments.
Pour terminer la cuisson, quand l’ensoleillement devient insuffisant, la marmite norvégienne peut prendre le relais.
Et pour gagner de l’espace, rien de tel qu’une marmite norvégienne-four solaire
Autres applications low-tech solaires :
- Dessalinisateur solaire : en créant un effet de serre, l’eau s’évapore et se sépare du sel. Il suffit ensuite que la vapeur se condense sur une surface propre pour pouvoir récupérer de l’eau potable.
- Un briquet solaire fabriqué avec une ampoule
Applications professionnelles :
Voici quelques exemples concrets d’utilisation de systèmes low-tech à plus grande échelle, pour des usages professionnels, collectifs.
La cuisine solaire des pros
Plusieurs chefs cuisiniers français ont déjà fait le choix de l’énergie solaire avec l’acquisition du cuiseur solaire Sunchef pro, commercialisé par Solar Brother : Une place au Soleil du côté de Lyon, le Présage à Marseille, …
Boulangerie et torréfaction solaire : quand un boulanger cuit son pain à l’aide d’un four solaire initialement conçu pour les pays du Sud : la Lytefire (https://lytefire.com/fr). Des miroirs centralisent le rayonnement solaire vers un four. La puissance de chauffe équivaut à 4 kW ! Ce système de conception finlandaise a aussi l’avantage d’être mobile pour l’orienter face au soleil. Retrouvez les plans de construction ici : https://lytefire.com/boutique#plans
L’entreprise NeoLoco a su adapter son modèle économique à l’énergie solaire en développant une activité de boulangerie et de graines torréfiées au four solaire. En effet, en hiver 4 heures d’ensoleillement suffisent pour produire plus de 100 kg de pain ! Le boulanger s’adapte à l’ensoleillement, et les clients sont informés de la production de pain au jour le jour selon la météo. Un four à bois en complément permet de maintenir un minimum de production si le soleil n’est pas au rendez-vous.
Cérificateur solaire : très simple à fabriquer, le cérificateur permet de récupérer la cire des ruches. Une température de 45°C est suffisante pour que la cire devienne liquide.
Fabrication de bois brûlé : le bois brûlé est une solution de bardage résistant grâce au traitement thermique du bois :
Quand la low-tech solaire se fait solidaire
Dans certaines régions du monde, les habitants doivent se fournir en bois quotidiennement pour cuisiner, une corvée généralement assumée par les femmes, à pied. De plus, si les forêts n’ont pas le temps de se régénérer, la distance à parcourir s’allonge et la déforestation gagne du terrain.
L’impact se mesure aussi sur la santé avec des maladies à cause de l’exposition à la fumée.
La cuisine solaire soulage les populations en apportant une énergie inépuisable, gratuite et saine.
Reduire les inégalités avec l’usage des fours solaires, synthèse d’une étude de Solar Cooking International partagée par Bolivia Inti Sud Soleil.
Localement, l’association Marcq-Madagascar oeuvre pour améliorer le quotidien des habitants de Madagascar. Un projet de cuiseur solaire est en cours pour éviter aux habitants d’utiliser du charbon et ainsi contribuer à la lutte contre la déforestation.
Concentration du rayonnement solaire à grande échelle
Un four solaire XXL !
En France, dans les Pyrénées, le four solaire d’Odeillo, d’une puissance de 1 mégawatt, est l’un des plus grands au monde. Avec la concentration des rayons solaires, la température de la cible peut atteindre plus de 3300 °C en quelques secondes.
Mis en service en 1969, il est aujourd’hui un lieu d’étude pour des chercheurs du laboratoire PROMES du CNRS. Résistance des matériaux aux variations de température, production d’hydrogène, aéronautique… Cet équipement offre la possibilité de réaliser des études variées dans des conditions idéales, sans consommation d’énergie fossile, et donc sans émissions de gaz à effet de serre.
De la « low-tech » pour produire de l’électricité
On les appelle centrales solaires à concentration, centrales solaires thermodynamique, ou encore centrales solaires héliothermodyamiques. Ces installations solaires de grande envergure utilisent la concentration du rayonnement solaire pour chauffer un fluide, celui-ci peut ensuite être utilisé pour produire de l’électricité.
Des programmes de recherches et des expérimentations sont en cours pour étudier d’autres usages de ces centrales solaires : produire de l’hydrogène à partir du craquage de l’eau, répondre aux besoins en chaleurs de l’industrie etc…
Certes, nous nous éloignons largement du four solaire à fabriquer soi-même avec des matériaux de récupération, mais le changement d’échelle permet d’envisager d’autres perspectives…
Comment fonctionnent ces grandes centrales solaires ? Une grande quantité de fluide est chauffée et stockée pour prolonger la durée de la production d’électricité pendant plusieurs heures après l’ensoleillement.
On trouve plusieurs types de centrales solaires à concentration à travers le monde :
- Les centrales à tour : des heliostats renvoient le rayonnement au sommet d’une tour dans laquelle se trouve une chaudière
- Les miroirs cylindro paraboliques : les paraboles chauffent un tube rempli de fluide caloporteur
- Les miroirs de Fresnel utilisent le même procédé, mais la forme des réflecteurs est différente.
Centrale Andasol en Espagne ©Connaissance des énergies
Paraboles solaires Dish-Stirling à Albuquerque, Nouveau-Mexique - ©Connaisssance des énergies
La centrale à miroirs de Fresnel de Llo dans les Pyrénées-Orientales - Révolution énergétique
Centrale de Thémis, Pyrénées Orientales - Wikipedia
Complexe solaire Noor Ouarzazate - Wikipedia
Centrale solaire d'Ivanpah, Californie - ©BrightSourceAssociées à un moteurs type Stirling, ces centrales de production d’électricité solaire atteignent un rendement de près de 30%. En complément, elles peuvent répondre à des besoins de chaleur pour des process industriels ou le chauffage des bâtiments.
