TECHNOLOGIES SOLAIRES SUR INTERNET
Octav ENEA Université de Poitiers
MOTS-CLÉS: INTERNET - ÉNERGIE - SOLEIL
RÉSUMÉ : Aujourd'hui, on peut trouver sur Internet des nombreuses informations sur les technologies solaires, de la production de l'électricitéàla cuisine solaire. Maisilmanque des sites où trouver images et schémas libres de droits qui soient directement utilisables pour enseigner ces technologies. C'est pourquoi nous avons réalisé deux scénarios pédagogiques que des lycéens ont explorés de manière interactive afin de mieux comprendrela production solaire de l'électricité et la mise en valeur des ressources naturel1es par les sociétés humaines.
SUMMARY : Today one can find on the web a lot of information on solar technology, ranging from the production of solar electricity to solar cookers. But sites providing copyrightfree images and operational diagrams, often required for teaching, are missing. This is the reason why we have produced IWo pedagogie scenarios tested in an interactive way by high school students for a better understanding of the solar production of electricity and the use of natural ressources by human societies.
1.
INTRODUCTION
Le soleil, siège de réactions nucléaires libérant d'énonnes quantités d'énergie, est à l'origine de presque toutes les sources d'énergie sur Terre. Depuis toujours, la Terre a bénéficié d'une panie de l'énergie solaire qui lui parvient sous fonne de rayonnement et réchauffe l'atmosphère et le sol terrestres. Le rayonnement solaire est nécessaire à toute fonne de vie, végétale (synthèse chlorophyllienne) ou animale, sur Terre. Pour réduire la consommation des combustibles fossiles, on réalise actuellement des convertisseurs utilisant celte énergie, inépuisable à l'échelle de la vie humaine: fours et chauffe-eau solaires et photopiles. C'est là pratiquement tout ce qu'on trouve écrit dans les livres de physique de le S sur l'énergie solaire et les sources renouvelables d'énergie, les seules sur lesquelles l'humanité puisse compter à l'avenir! Car nous savons tous que la période pendant laquelle l'homme peut disposer de combustibles fossiles est très courte (moins de cent ans pour le pétrole et quelques centaines d'années pour le gaz et le charbon) par rappon à l'âge de l'humanité. Nous savons aussi qu'il faut utiliser des énergies renouvelables afin de diminuer une pollution de plus en plus nuisible (effet de serre, pluies acides, etc.), ainsi que de satisfaire notre demande croissante en énergie et conserver les matières premières (pétrole, gaz, etc.) indispensables aux générations futures pour la synthèse chimique. Mais la majorité des citoyens ignore que la production de l'électricité au moyen de l'énergie solaire est déjà passée au stade des applications industrielles à grande échelle. D'autres applications de l'énergie solaire à l'habitat, à la décontamination de l'eau ou à la cuisine solaire existent, se développent rapidement et mériteraient donc d'être mieux connues.
On pourrait imaginer que les technologies solaires déjà existantes ne sont pas enseignées à l'école par manque d'information et de documents pédagogiques. C'est donc pour remédier cette situation que j'ai entrepris de :
- passer en revue les infonnations que l'on peut trouver actuellement sur le web; - constituer un dossier scientifique (texte, photos, vidéos) sur le solaire;
- contribuer à la conception de scénarios pédagogiques destinés à une banque d'images et de scénarios pédagogiques (BIPS), librement disponibles sur Internet.
2. EXPLORER L'INTERNET
Tous les jours, de nouvelles sources documentaires s'ajoutent aux 30 millions de sites recensés sur Internet. Il est dès lors devenu indispensable de consulter celte banque mondiale d'informations contenant aujourd'hui plus de 350 millions de pages, mais à condition de s'y retrouver rapidement grâce à des moteurs de recherche efficaces. J'ai commencé par les sites scientifiques que je connais-sais, et j'ai continué l'exploration au moyen des liens trouvés avec d'autres sites.
2.1 Le plus grand centre d'essais européen: Plataforma Solar de Almeia (PSA)
Située dans le désen de Tabernas, où Sergio LEONE a tourné ses filmswestern spaghetti,
PSA est la plus grande institution européenne (Large Scale Facility) dans le domaine solaire, accessible à descentaines des scientifiques et étudiants qui viennent y travailler chaque année. Les installations dont PSA dispose pennettent d'étudieràl'échelle pilote, voir industrielle, les processus les plus modernes de production de l'électricité au moyen du rayonnement thermique du soleil, de tester des céramiques nouvelles ou autres matériaux dans le four solaire, de comparer les qualités des matériaux utilisés pour le bâtiment ou d'optimiser les réacteurs conçus pour utiliser les rayons UV dans la décontamination de l'eau ou la synthèse des produits chimiques à forte valeur ajoutée. L'un des objectifs de PSA est la dissémination de l'infonnation scientifique et technique acquise dans le domaine des technologies solaires, une activité qui se traduit par les visites quotidiennes de nombreux élèves et touristes, par des écoles d'été, l'accueil de journalistes et d'équipes de télévision, etc., ainsi que par la création d'un site Internet.
Le site http://www.psa.es. disponible en anglais et en espagnol, est destinéàaugmenter la visibilité et le prestige de PSA. Il permet aux visiteurs de PSA, étudiants, techniciens, ingénieurs ou scienti-fiques, de se faire rapidement une idée des installations qu'ils peuvent utiliser et de l'avancement des technologies solaires appliquées dans les différents domaines. La première page nous offre le choix entre les pages contenant des informations générales, les rapports annuels d'activité, les projets actuellement en cours, il nous présente la direction de PSA, son organigramme, ses liens industriels ainsi que la liste de sites Internet des autres centres dans le monde qui ont pour but d'étudier ou d'utiliser les technologies solaires.
La
page générale nous infonne de l'appartenance de PSA au CIEMAT (le ministère espagnol de l'énergie et de l'environnement), de son étroite collaboration avec DLR (centre allemand d'études spatiales) et permet d'accéderàl'historique de PSA, àla description de ses installations, aux principaux projets de recherche, aux programmes européens ainsi qu'aux pages décrivant son activité en tant que centre de fonnation et d'éducation dans le domaine du solaire. L'historique de PSA est assez significatif car sa création remonte aux années 80 suite au premier choc pétrolier, lorsque l'Agence Internationale de l'Energie (1EA) a décidé de s'intéresseràl'énergie solaire et donc de construire deux petites installations (de 500 kW chacune) destinées à la production de l'électricité. Ce premier projet auquel ont participé neuf pays (Autriche, Belgique, Allemagne, Italie, Espagne, Suède, Suisse, Grèce et États-Unis) devaitpennettrede comparer le concept CRS (Central Receiver System) consistant en une tour centrale au sommet de laquelle se trouvait le receveur vers lequel le rayonnement des centaines de miroirs (héliostats) était dirigé, avec le concept DCS (Distributed Control System), où l'énergie solaire était collectée au moyen d'un fluide thermique qui circulait dans le foyer de quelques centaines de miroirs paraboliques. C'est d'ailleurs ce deuxième concept (DCS) qui est utilisé aujourd'hui dans la seule usine solaire (décrite dans le paragraphe suivant) qui produise de l'électricité à l'échelle industrielle. Comme PSA est une institution de recherche dont l'objectif est d'optimiser les installations solaires, un autre projet plus important, connu sous le nom de Central Termosolar de Almeria (CESA-I), a été réalisé par l'Espagne. Il s'agit d'une tour de 80 m de haut portant un receveur qui collecte la lumière de 300 heliostats pour produire 1000 kW et a alimenté en électricité le réseau local pendant l'année 1985. Ensuite, le prix du pétrole a commencé a baisser ainsi que l'intérêt pour l'électricité d'origine solaire.L'internaute averti sait que le développement des énergies renouvelables, la défense de
l'environnement ou la préservation des réserves pour les générations futures font difficilement faceaux intérêts économiquesàcourt tenue du lobby pétrolier et des États qui perçoivent des taxes importantes sur les produits pétroliers. Seule exception, pendant la période qui a immédiatement suivi la catastrophe de Tchernobyl, les recherches sur l'énergie
solaire ont
été
de nouveau
subventionnées...La page qui décrit les installàtions de PSA nous rappelle l'existence des installations de type CRS ou DCS décrites plus haut et nous informe de la présence d'un four solaire pour de tests métallurgiques ou chimiques et d'une usine de dessalement. En fait, il s'agit d'une énumération où l'on peut difficilement distinguer entre les installations anciennes, maintenues en exploitation pour des tests de routine àlong tenue, et celles qui font actuellement l'objet d'une recherche active. L'on peut apprendre un peu plus sur ces dernières dans la page consacrée aux directions de recherche (research lines) et surtout dans les nombreuses pages consacrées aux rapports d'activité des années 1995 et 1996. TI est méritoire de mettre des rapports scientifiques aussi exhaustifs (plus de 150 pages chacun...) sur Internet d'autant plus qu'on y trouve des indications précieuses concernant la navigation. Malheureusement, ces infonuations hautement spécialisées ne peuvent pas servir réellement à ceux qui ne connaissent pas les technologies solaires car les principes de base n'y sont pas expliqués. Par contre, un tel site, qui représente un considérable effort de réalisation, est utile à tous les scientifiques qui souhaitent faire des tests à PSA ou veulent réaliser des documents de synthèse pouvant servir à créer des scénarios pédagogiques.
2.2 La première usine d'électricité solaire
Le sud dela Californie a constitué dans .les années 80 l'endroit optimal pour l'implantation dela première usine produisant de l'électricité au moyen de l'énergie solaire. En effet, le coût du terrain est très faible et le rayonnement solaire est intense dans le désert Mojave qui se trouve à proximité de Los Angeles, grande ville à forte demande d'énergie électrique surtout pendant les longs après-midi d'été. De plus. l'augmentation du prix du pétrole faisait que les investissements destinés au développement des énergies renouvelables étaient encouragés par l'État. Ces conditions favorables ont conduit à la création de la Kramer Junction Company (KJC), qui a réuni plus de 500 millions de dollars pourla construction de cinq usines solaires de 30 MW chacune.
Son site Internet (http://www.kjsolar.com) nous infonue que l'électricité est produite par des SEGS (Solar E1ectric Generating Systems), au moyen d'un liquide thermique qui ciIcule dans des tubes placés au foyer de nombreux miroirs paraboliques, pour collecter la chaleur et l'acheminer vers les échangeurs thermiques où est produite la vapeur qui alimente la turbine génératrice d'électricité. Outre de nombreuses données techniques concernant l'ingénierie, la maintenance, les opérations quoti-diennes, le montage financier de la compagnie KJC et ses bilans annuels, on y trouve les images aériennes des installations qui sont paniculièrement saisissantes car les champs de miroirs parabo-liques sont très étendus dans le désert.
L'expérience de KJC (qui produit actuellement 90% de l'électricité solaire dans le monde) est plll1Ïculièrement intéressante pour le développement de telles installations, sur le plan technique, financier et commercial. Elle démontre la fiabilité des technologies solaires penuettant d'alimenter le réseau électrique avec de l'énergie produite sans aucune pollution et à un prix compétitif. KJC
entreprend une large campagne d'infonnation (de nombreux élèves viennent en visite et son site web est souvent consulté), mais elle n'a pas pu s'implanter jusqu'à présent dans d'autres États tels quele Texas, qui bénéficie de conditions similaires (ensoleillement intense, terrain bon marché près des villes où la demande en élecnicité est forte), mais qui est si riche en pétrole! Le solaire doit encore attendre!
2.3 Les laboratoires de recherche, les associations et les autres organisations
Lors de l'exploration des sites Internet de PSA ou de KJC on peut accéder directement à un certain nombre de sites créés par d'autres organismes de recherche tels que celui de l'Université d'Oregon (consulté par plus d'un million d'internautes !) ou de CREST (Center for Renewable Energy and Sustainable Technology), qui contiennent des longues listes de sites directement accessibles sur les différentes énergies (solaire, éolienne, hydroélecnique, nucléaire, etc.) et les problèmes (technologiques, politiques, environnement, etc.) liés à leur utilisation. Cela pennet de se faire très rapidement une idée des dernières percées dans le domaine du photovoltaïque (site du Fraunhoffer Institut, en Allemagne), des applications de l'énergie éolienne (site de l'American Wind Energy Association, visité par plus de 30 ()()() internautes en six mois), des programmes de recherche sur le solaire développés à l'Université du Colorado par SEAL (Solar Energy Applications Laboratory) ou à l'Université de Wisconsin par SEL (Solar Energy Laboratory, le plus ancien laboratoire de cetypeau monde), ainsi que des courses de voitures solaires (Sunrayce Results) organisées en Suisse, aux Etats Unis ou en Australie.Denombreuses associations telles queThe UK Solar Energy Society, Solar Energy International, Solar for Schools ou The Sun's Joules se donnent comme but d'infonner leplus grand nombre sur l'énergie solaire. Sur Internet on peut trouver aussi bien le rapport concernant le financement des maisons solaires que l'adresse d'une banque(Solar Bank) qui souhaite financer le
développement du photovoltaïque et des autres applications de l'énergie solaire. Pour ma part, je me suis attanlé au site sur la cuisine solaire (The Solar Cooking Archive, visité par plus de 170 ()()()
internautes), où j'ai appris qu'il était facile et bon marché (environ JO Frs) de se construire unsolar box pour la cuisson solaire, que le premier appareil de cetypea été inventé en 1767 par Horace de SAUSSURE et qu'aujourd'hui plus de 100 (){)() cuisinières solaires étaient utilisées en Inde, en Chine ou en Afrique. Les principes physiques (absorption du rayonnement solaire, effet de serre, etc.) y sont bien expliqués, de nombreux conseils et plans y sont donnés (en anglais, espagnol, arabe, ..,) pour la construction, ainsi que d'innombrables recettes culinaires.
3. RÉALISER DES SCÉNARIOS PÉDAGOGIQUES
Les documents que j'ai réunis sur la production de l'élecnicité solaire pendant les périodes où j'ai travailléàPSA sur la décontamination photoélectrochimique de l'eau, et les photos ou les tournages vidéo que j'ai faits m'ont permis de réaliser un document audiovisuel(PSA, The Plataforma Solar de
Almeria, 45 minutes, en anglais) et un document de synthèse d'une trentaine de pages contenant de
nombreuses schémas et photos. Ce dernier a servi aux étudiants d'un D.E.S.S. (Technologiesaudiovisuelles et infonnatiques pour l'éducation) pour la réalisation de deux scénarios pédagogiques évalués en situation de classe avec des lycéens de 1ère ou de 2ème avant leur intégration dans une banque d'images et scénarios pédagogiques
(BIPS)
disponibles sur Internet http://www.bips.cndp.fr3.1 Physique : technologies solaires
Ce scénario est conçu sous la fonne d'une enquête que les élèves doivent conduire. li s'agit de trouver la technologie solaire adaptéeàla production d'électricité dans une ville de 100 000 habitants, commeLaRochelle. Les principes de toutes les technologies thenniques solaires sont expliqués au moyen de multiples schémas que les élèves peuvent explorer de
manière
interactive. Grâce à cetype de document, un élève (ou tout internaute) peut prendre connaissance rapidement des progrès accomplis actuellement par les technologies solaires et leurs applications possibles pour la production de l'électricité.Lescénario pennet également d'aborder, au travers de l'exemple des technologies solaires, le concept de cha6ne de transfonnations énergétiques enseigné au lycée.3.2 Histoire et géographie : les sociétés humaines et leurs ressources
Ce scénario illustre l'importance des énergies renouvelables pour les différentes régions du globe,car il ne faut pas oublier qu'un tiers de l'humanité ne dispose pas encore de l'énergie électrique.Lamise en valeur des ressources naturelles et l'aménagement du territoire par les différents peuples est riche en enseignements. Des exemples multiples et variés sont présentés et analysés de manière attrayante grâce
à
de nombreux schémas et images interactives.5.
CONCLUSIONSL'Internet permet donc d'infonner, voir d'éduquer, un grand nombre de citoyens, afin que chacun puisse influencer, ne serait-il que par son vote, des décisions politiques qui souvent nous échappent concernant des choix énergétiques vitaux. Il est particulièrement important d'entreprendre une large campagne information concernant l'énergie solaire (et l'énergie éolienne) car des technologies économiquement viables existent déjà et leur application est l'affaire de tous.
Or,les sites des grandes institutions de recherche dans le domaine de l'énergie solaire contiennent un grand nombre d'infonnations techniques et scientifiques difficilement compréhensibles par des non-spécialistes. De plus, ce type d'infonnations ne peut pas être directement utilisé par l'enseignement en raison des droits relatifs aux images, de l'absence de schémas explicatifs et des principes de base.La conception de scénarios pédagogiques attrayants, adaptés