EFFET DE SERRE INVERSE - APPLICATION A UNE CAVE SOLAIRE

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Submitted on 1 Jan 1981

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EFFET DE SERRE INVERSE - APPLICATION A UNE CAVE SOLAIRE

S. El Golli, Ph. Grenier

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S. El Golli, Ph. Grenier. EFFET DE SERRE INVERSE - APPLICATION A UNE CAVE SOLAIRE.

Journal de Physique Colloques, 1981, 42 (C1), pp.C1-431-C1-436. �10.1051/jphyscol:1981132�. �jpa-

00220682�

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JOURNAL DE PHYSIQUE

CoZZoque CI, suppZément au nO1, Tome 42, janvier 1981 page Cl-431

E F F E T DE SERRE I N V E R S E

-

A P P L I C A T I O N A UNE CAVE S O L A I R E

S. El Golli, Ph. Grenier (+)

L a b o r a t o i r e d e M e c a n i g u e d e s f l u i d e s e t t h e r m i q u e , F a c u l t é d e s S c i e n c e s e t T e c h n i q u e s d e M o n a s t i r , T u n i s i e .

(+) O b s e r v a t o i r e d e P a r i s , s e c t i o n d ' A s t r o p h y s i q u e , 921 90 Meudon, F r a n c e .

Résumé.- Nous d é c r i v o n s i c i l e s ~ r e m i è r e s e x p é r i e n c e s e f f e c t u é e s e n r é g i o n d é s e r t i q u e e n u t i l i s a n t l ' e f f e t de s e r r e i n v e r s e vour r e f r o i d i r un module uue nous a p p e l o n s "Cave S o l a i r e " .

A h t r a c t . - We d e s c r i b e h e r e t h e f i r s t e x p e r i m e n t s i n a r i d e r e g i o n u t i l i z i n g t h e i n v e r s e greenhouse e f f e c t i n o r d e r t o c o o l a module c a l l e d " S o l a r C e l l a r " .

1. I n t r o d u c t i o n . - L ' é t u d e d ' u n système r a d i a t i f composé d ' u n e s u r f a c e é m e t t r i c e s e r e f r o i d i s s a n t p a r rayonnement

a

t r a v e r s l ' a t m o s p h è r e e t d ' u n é c r a n s é l e c t i f , 3 w a r t i r d u a u e l on u e u t o b t e n i r de l a wuissance f r i g o r i f i q u e , nous a montré que c e l l e - c i r é s u l t e de l a d i f f é r e n c e e n t r e l a p u i s s a n c e émise p a r l a s u r f a c e f r o i d e e t l e s a p p o r t s de c h a l e u r r a - yonnée p a r l ' é c r a n , p a r l ' a t m o s p h è r e , e t de j o u r , p a r l e s o l e i l .

C a t a l a n o t t i e t a l . /1/ o n t montré que l ' e m p l o i de s u r f a c e s s é l e c - t i v e s comme é m e t t e u r s i n f r a r o u g e s permet de m i n i m i s e r l a c o n t r i b u t i o n atmosphérique s a n s diminuer notablement l a p u i s s a n c e émise c e o u i p e r - met d ' a m é l i o r e r l e b i l a n r a d i a t i f dans l e c a s de t e m p é r a t u r e s b a s s e s . D ' a u t r e p a r t , nous avons montré /2/ que l a c o n t r i b u t i o n s o l a i r e p e u t ê t r e r é d u i t e p a r l ' u t i l i s a t i o n d ' u n é c r a n opaque a u ravonnement v i s i b l e e t t r a n s p a r e n t au rayonnement i n f r a r o u g e , c e q u i é t e n d l e domaine d ' a p - p l i c a t i o n d ' u n t e l système a u j o u r comme à l a n u i t .

2 . Le f i l t r e . - Nous avons r é a l i s é un t e l d i s p o s i t i f e n u t i l i s a n t comme s u r f a c e é m e t t r i c e un f i l m de mylar aluminé ( q u i p o u r r a i t ê t r e également une t ô l e d'aluminium) r e c o u v e r t d ' u n f i l m d e T e d l a r de 12, 5pm, d ' é p a i s - s e u r . Au-dessus e s t p l a c é un é c r a n e n p o l y p r o ~ y l è n e s u r l e a u e l a é t é d i s p o s é un mince f i l m de t e l l u r e . C e t é c r a n a é t é r é a l i s é a u L a b o r a t o i - r e d ' E t u d e d e s Matériaux Minces a u C.E.N. de Grenoble p a r é v a p o r a t i o n s o u s v i d e e n c o n t i n u . L ' é p a i s s e u r e a é t é a j u s t é e de manière 3 o b t e n i r une a b s o r p t i o n s u f f i s a n t e dans l e v i s i b l e t o u t e n r e s t a n t owticfuement mince v e r s 10um. Le s p e c t r e du d é u 6 t o b t e n u e s t r e p r é s e n t é f i g u r e 1.

A p a r t i r de c e s p e c t r e nous avons c a l c u l 6 l a f r a c t i o n du f l u x s o l a i r e a b s o r b é p a r l ' e n s e m b l e du d i s p o s i t i f e n n é g l i g e a n t l ' a b s o r p t i o n du Ted- l a r e t e n p r e n a n t pour l ' a l u m i n i u m un c o e f f i c i e n t moyen d ' a b s o r p t i o n de

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1981132

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JOURNAL DE PHYSIQUE

0 , l . Nous trouvons a i n s i

$I = 8,2 x 1 0 - ~

ce q u i correspond à un f l u x maximum de 8 w/m2.

Fig. 1.- S p e c t r e de t r a n s m i s s i o n du f i l t r e en t e l l u r e s u r polyprovylène de 12,5pm. r é a l i s é au C.E.N.G.

Les p e r t e s p a r r é f l e x i o n i n f r a r o u g e R , a u i s o n t données en i n c i - dence normale pour l e s t r è s grandes longueurs d'onde ( A > 40ne) p a r 1' e x p r e s s i o n

e ²

R = ( s ( n 2

-

¹⁾^{T )}

oi3 n = 5 , 3 e s t l ' i n d i c e du t e l l u r e s o n t à 10pm

R = 0,06

Ce q u i nous donne l ' é p a i s s e u r approximative du dépôt : e = 0,03p

3 . Puissance t h é o r i q u e . - Nous avons montré Dar a i l l e u r s que l e b i l a n

é n e r g é t i q u e dépend e s s e n t i e l l e m e n t du p r o f i l de l a f e n ê t r e atmosphéri- que e n t r e 8 e t 14pm, q u i dépend de l a c o n c e n t r a t i o n e n gaz carbonique, t r è s peu v a r i a b l e e t s u r t o u t de l a t e n e u r en vapeur d'eau.

Sur l a f i g u r e 2 nous avons r e p r é s e n t é l e b i l a n é n e r g é t i q u e calcu- l é en f o n c t i o n de l a température de l a s u r f a c e émissive l o r s q u ' o n u t i - l i s e , s o i t un c o r p s n o i r , s o i t du T e d l a r de 12,5pm. L'écran e s t l e f i l - t r e précédemment d é c r i t . Les p r o f i l s de l a f e n ê t r e atmosphérique u t i l i - s é e ( F i g . 3 ) s o n t ceux q u i o n t é t é obtenus à Cocoa Beach e t à O d e i l l o pour une masse d ' a i r moyenne de 1 , 3 reswectivement p a r B e l l e t a l . / 3 / e t C . Robert / 4 / . La température moyenne de l'atmosnhère a é t é ri se

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é g a l e à 10°C, c e l l e de l ' é c r a n 20'~.

F i g . 2.- P u i s s a n c e f r i g o r i f i q u e c a l c u l é e Four l e s a t m o s ~ h è r e s d 8 0 d e i l l o e t d e Cocoa Beach ( I I ) a v e c un é m e t t e u r n o i r (a) e t du T e d l a r de

1 2 , 5 ~ m (h)

F i g . 3 . - P r o f i l s d e l a f e n ê t r e a t m o s ~ h é r i q u e u t i l i s 6 s pour l e c a l c u l de l a p u i s s a n c e f r i g o r i f i s u e : 1 pour O d e i l l o , II Dour Cocoa Beach. L ' atmosphère a 6 t é c o n s i d é r é e comme opaque e n d e h o r s d e c e t t e f e n ê t r e . La comparaison d e s r e s u l t a t s o b t e n u s d a n s 2 sites d i f f e r e n t s montre 1' i m p o r t a n c e d e l a f e n ê t r e atmosphérique e t donc c e l l e de l a h a u t e u r d ' e a u p r é c i p i t a b l e s u r t o u t l o r s q u e l ' o n t r a v a i l l e en-dessous d e O'C.

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Cl-434 JOURNAL DE PHYSIQUE

C ' e s t l a r a i s o n p o u r l a q u e l l e nous avons c h o i s i d e r é a l i s e r n o s premi- è r e s e x p é r i e n c e s d a n s une r é g i o n d é s e r t i q u e : Remada d a n s l e Sud Tuni- s i e n , e n r é a l i s a n t une c a v e s o l a i r e .

4. Module e x p é r i m e n t a l . - C ' e s t une c a v i t é d ' e n v i r o n 3m x 3m ( F i g . 4 ) c r e u s é e d a n s l e s o l s u r l m d e p r o f o n d e u r a f i n d e b é n é f i c i e r , l ' é t é , d e l a r e l a t i v e f r a î c h e u r d e l a t e r r e . E l l e e s t i s o l é e s u r d e s f a c e s l a t é - r a l e s e t i n f é r i e u r e p a r une é ~ a i s s e u r d e 1Ocm d e p o l v s t v r è n e e x p a n s é . La f a c e s u p é r i e u r e e s t c o u v e r t e du d i s p o s i t i f r a d i a t i f nrécédemment dé- c r i t . La d i s t a n c e e n t r e l a s u r f a c e f r o i d e e t l ' é c r a n a é t é crise é g a l e à 40cm : l e s p e r t e s p a r c o n d u c t i o n q u i e n r é s u l t e n t s o n t n é g l i g e a b l e s

(0,065W/m 2 , O C ) . D ' a u t r e p a r t s i l e s s u r f a c e s s o n t i s o t h e r m e s , l e g r a d i e n t t h e r m i q u e p o s i t i f b l o q u e l e s t r a n s f e r t s p a r c o n v e c t i o n .

F i g . 4.- Schéma d e l a c a v e s o l a i r e 1. é c r a n

2. s u r f a c e é m i s s i v e T e d l a r

+

aluminium 3. i s o l a n t

4. m a ç o n n e r i e

5 . i n e r t i e t h e r m i q u e 6 . s o l

5. Mesures.- En novembre d e r n i e r a u c o u r s d ' u n e camnagne d e m e s u r e s , nous a v o n s d ' a b o r d mesuré l a p u i s s a n c e r a y o n n é e e n f a i s a n t c i r c u l e r s o u s l a s u r f a c e f r o i d e un c o u r a n t d ' a i r d e d é b i t connu d o n t nous a v o n s m e s u r é l ' h y g r o m é t r i e e t l e s t e m p é r a t u r e s d ' e n t r é e e t d e s o r t i e . Nous

a v o n s a i n s i o b t e n u l a n u i t p o u r

-

une t e m p é r a t u r e e x t é r i e u r e Te = 8 , a 0 C

-

un d é b i t Q = 8,4 /s

-

une p r e s s i o n p a r t i e l l e d e v a p e u r d ' e a u Pe = 5 , 5 6 t o r r

-

une t e m p é r a t u r e d e s o r t i e Tf =

-

1,4OC s o i t Te

-

Tf = 1 0 ° , 2

c e q u i c o r r e s p o n d à une p u i s s a n c e f r i g o r i f i a u e é c h a n g é e a v e c l a s u r f a - ce f r o i d e d e

P = 21 w/m2

Nous a v o n s e n s u i t e d i s p o s é d a n s l a c a v e 60 l i t r e s d ' e a u r e ~ r é - s e n t a n t une i n e r t i e t h e r m i n u e d e 250 K J / O e t mesuré l ' é v o l u t i o n d e l a

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t e m p é r a t u r e T i a i n s i que c e l l e d e l a t e m p é r a t u r e e x t é r i e u r e Te ( F i g . 5 ) .

F i g . 5.- E v o l u t i o n s u r 4 8 h e u r e s d e s t e m p é r a t u r e s i n t é r i e u r e s e t e x t é - r i e u r e s de l a Cave s o l a i r e

Te t e m p é r a t u r e e x t é r i e u r e T i t e m p é r a t u r e i n t é r i e u r e ( e a u )

L ' e x t r a p o l a t i o n de l a t e m p é r a t u r e moyenne Ti pour un temps t r è s l o n g nous donne :

Ti = 2 O

S o i t une d i f f é r e n c e a v e c l a t e m p é r a t u r e moyenne e x t é r i e u r e : Te

-

^Ti ⁼1 0 ° , 5

Nous avons o b s e r v é que l a p r é s e n c e de nuages de h a u t e a l t i t u d e ne d i m i n u a i t p a s l a p u i s s a n c e d i s p o n i b l e .

Ces r é s u l t a t s s o n t un peu i n f e r i e u r s aux v a l e u r s c a l c u l é e s . Nous pensons que d e s g r a d i e n t s t h e r m i q u e s h o r i z o n t a u x s o n t 2 l ' o r i g i n e de p e r t e s p a r c o n v e c t i o n . D ' a u t r e p a r t l'examen de l a f i g . 3 nous montre que l o r s q u e l a t e m p é r a t u r e d e l a s u r f a c e é m i s s i v e n ' e s t p a s t r o p b a s s e

( d e l ' o r d r e d e O°C), il n ' e s t p a s i n t é r e s s a n t d ' u t i l i s e r l e T e d l a r e t q u ' u n c o r p s n o i r c o n d u i t à de m e i l l e u r e s performances. C e c i s e r a i t l e c a s d a n s d e s a p p l i c a t i o n s t e l l e s que l a c l i m a t i s a t i o n e t nous nous Dro- posons donc de f a i r e d e s mesures c o m p a r a t i v e s e n t r e é m e t t e u r s s é l e c t i f

O U non.

U l t é r i e u r e m e n t nous r é a l i s e r o n s un c o u p l e é v a p o r a t e u r

-

^conden-

s e u r pour é t u d i e r l e r e c y c l a g e d e l ' e a u dans l e s s e r r e s .

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JOURNAL DE PHYSIQUE

Bibliographie

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