Limites de la méthode

Étudier la précision de la méthode n'est pas susant pour dénir ses possibilités.

Il est également important de dénir ses limites en terme d'angle maximal détecté.

Considérons un élément de surface innitésimal dP centré en un point P d'un héliostat. L'erreur de réglage en ce point dévie un rayon rééchi d'un angle = qα²_def+β_def² (voir Figure 2.1). La réexion du soleil sur cet élément innitésimal projeté sur le plan cible est illustrée en Figure 3.17. Pour des raisons de simplication, le plan cible est considéré comme orthogonal au rayon partant du centre du soleil rééchit par le point P (comme illustré sur la Figure 2.1).

Si la conguration actuelle, à quatre caméras séparées d'un espacement régulier autour du centre du plan cible, est conservée, il n'est pas possible de détecter d'erreur dont l'amplitude est supérieure, en valeur absolue, à la valeur du rayon angulaire

étant le rayon angulaire du soleil. Sur la Figure 3.17 est illustrée la tâche de réexion faîtes par dP sur le plan cible. Si dP était parfaitement aligné, le centre du soleil devrait coïncider avec le centre de plan cible. Si une erreur est présente, la distance entre le centre du soleil rééchi et le centre du plan cible est égale à tan()D où D est la distance entre l'héliostat et le plan cible. Nous admettrons cependant que tan() peut être approximé par puisque D >> .

Nous considérons de plus que pour que les pentes soient reconstruites en un point de l'héliostat, ce dernier doit être éclairé sur les quatre images de lumi-nance. L'intervalle considéré au paragraphe précédent doit donc être réduit de l'angle _tilt =p

(α²_tilt +β_tilt² ) (voir Figure 2.1), comme illustré sur la Figure 3.17

Figure 3.17 (a) L'erreur est inférieure à ₀ −_tilt, les 4 caméras sont éclairées (b) L'erreur est supérieure à la limite, la caméra en bas à droite n'est pas éclairée, il n'est pas possible de reconstruire l'erreur

Une solution imaginée pour augmenter cette limite est de quadriller le plan cible à l'aide de caméras supplémentaires, comme montré sur la Figure 3.18.a

Figure 3.18 (a) Solution à 16 caméras (b)_tilt ne doit pas excéder ₀/2 Ajouter 12 caméras en gardant le même espacement régulier entre les caméras augmente l'intervalle précédent de 2_tilt, ce qui nous permet de détecter des défauts compris dans un intervalle [−₀−_tilt,₀+_tilt]. Cependant, si l'on souhaite toujours avoir 4 caméras disposées au coin d'un carré éclairées en même temps quel que soit le défaut de pente compris dans cet intervalle,_tilt doit respecter la condition_tilt < ₂⁰, comme illustré sur la Figure 3.18 b).

Ainsi, la valeur limite supérieure de l'erreur pouvant être détectée par la méthode dépend du quadrillage du plan cible par les caméras. Les principaux facteurs limitant cette valeur sont le nombre de caméras disponibles et l'aire de la cible sur laquelle elle peuvent être disposées. Bien entendu la méthode de rétrovisée ne permet pas d'obtenir des informations sur des héliostats mal ajustés qui ne rééchissent pas de rayons solaires en direction du plan cible.

Chapitre 4

Étude expérimentale de la méthode de rétrovisée

La validation expérimentale de la méthode de rétrovisée a été menée sur le site de Themis (Figure 4.1), centrale solaire thermodynamique à tour, construite à Tar-gasonne (66), à environ cinq kilomètres du Grand Four solaire. L'environnement et les infrastructures de cette centrale solaire à tour ont permis de tester la méthode de rétrovisée dans des conditions proches des conditions industrielles.

4.1 Présentation de la centrale Themis

4.1.1 Histoire et caractéristiques de la centrale

La centrale Themis a été inaugurée en 1983. Elle est composée d'un champ de 201 héliostats de 54 m² orientés vers une tour haute de 101 mètres, ce qui permet d'atteindre une puissance de 2.5 MW électriques. L'objectif principal des expérimen-tations menées à la centrale était de démontrer la faisabilité de la technologie et de développer des outils pour la conception et l'étude des centrales à tour. La centrale a été reliée au réseau EDF jusqu'en 1986 [51]. Themis était donc conçu comme un pilote à grande échelle permettant d'avoir des retours d'expérience fondés sur une utilisation industrielle de la centrale.

Figure 4.1 Vue aérienne de la centrale Themis [52]

La chute des cours du pétrole et le coût élevé des travaux de maintenance va conduire EDF à mettre n au nancement de la centrale en septembre 1986. Cette dernière va connaître une seconde vie en tant qu'observatoire pour la détection de rayonnements gamma cosmiques. Finalement, en 2003, la centrale est réhabilitée comme démonstrateur et des programmes de recherche sont lancés comme le projet PEGASE (Production of Electricity from Gas and Solar Energy) [53] qui a pour but la mise en place d'un cycle hybride constitué d'un récepteur solaire à air pressurisé et d'une turbine à gaz.

4.1.2 Géométrie des héliostats et choix d'E06

Les héliostats CETHEL III (Figure 4.2) du champ de la centrale THEMIS pos-sèdent un design un peu particulier. Ses dimensions sont présentées sur la Figure 4.3

Figure 4.2 Photographie de l'héliostat CETHEL III

Figure 4.3 Dimensions de l'héliostat CETHEL III

Les facettes cylindro-paraboliques de l'héliostat ne possèdent pas de courbure selon l'axe X, et sont paraboliques selon l'axe Y. Sur un même héliostat, toutes les facettes possèdent le même rayon de courbure R_{f ac}, toutes les facettes sont donc identiques à l'exception des 2 facettes du modules 9 qui sont un peu plus allongées.

Pour constituer un module, 6 facettes sont agencées sur une sphère de rayon R_{f ac}. Puis, tous les modules sont placés sur une structure parabolique de rayonR_struct. La particularité ici est que la focale de réglage de l'héliostat, égale àf_struct =R_struct/2, est diérente de la focale des module f_mod = R_{f ac}/2. Cela permet, juste en jouant sur les réglages de la structure, d'obtenir un grand nombre de valeurs diérentes de focale d'héliostat avec seulement 3 focales de modules diérentes.

Choix de l'héliostat

En 2012, une équipe CENER espagnol (Centro Nacional de Energias Renovables) est venue eectuer des mesures de photogrammétrie sur l'héliostat CETHEL III E06 selon la procédure décrite dans [54]. Ces mesures ont été réalisées selon diérents angles d'inclinaison de l'héliostat pour prendre en compte les déformations dues à la gravité. Les résultats sont ensuite validés en comparant les répartitions de ux obtenues sur la cible passive de THEMIS avec l'héliostat E06 et les répartitions de ux calculées avec le logiciel TONATIUH avec une modélisation d'un héliostat basée sur les mesures de photogrammétrie.

E06 étant le seul héliostat sur lequel nous disposions de données sur la surface rééchissante, nous avons choisis d'eectuer les acquisitions sur l'héliostat E06 an de valider la méthode de rétrovisée à quatre caméras. Par la suite, le post-traitement des résultats de photogrammétrie fournis par le CENER a abouti sur des surfaces très bruitées empêchant le calcul de pentes locales et la comparaison avec les résultats de la méthode de rétrovisée.