La planète peut vivre sans pollution grâce à l'énergie solaire avec

Les Centrales solaires stratosphériques

Accès Internet haut débit par plates-formes stratosphériques

Quels en sont les avantages ?

Production d'hydrogène à grande échelle pour un coût compétitif

Implantation possible à proximité des lieux d'utilisation, même en zone urbaine

Enfin une solution efficace pour remédier à la pollution

Sommaire du document

Présentation
Drescription
Conclusions
Tableau comparatif
Annexes

I Présentation

Le présent document à pour objet de décrire un nouveau dispositif de production d'énergie appelé "Centrales solaires stratosphériques", ce terme sera remplacé par son abréviation "C.S.S.T" dans la suite du document.

Ce dispositif a fait l'objet d'une demande de brevet d'invention N° 95 06009 du 22/05/95

Les centrales solaires stratosphériques ou "C.S.S.T" font partie de la famille des systèmes de production centralisée d'énergie c'est à dire des systèmes de puissance nominale importante (se chiffrant en mégawatts ou en gigawatts) avec d'un coté des producteurs d'énergie qui assurent l'installation, la conduite et la maintenance des systèmes, et de l'autre coté des utilisateurs qui achètent la forme d'énergie ainsi produite.
En ce qui concerne l'utilisation de l'énergie solaire, des systèmes de production centralisée existent déjà.
Rappelons l'expérience de la centrale Thémis actuellement abandonnée par E.D.F mais dont l'échec est riche d'enseignement pour notre étude. Plus intéressante est l'expérience Américaine des centrales cylindroparaboliques construites à partir de 1984 et en passe d'atteindre le seuil de rentabilité économique.
Des projets futuristes existent également visant à placer en orbite géostationnaire d'immenses champs de photopiles qui enverraient leur énergie vers la terre sous la forme de micro-ondes ou de rayon laser.

Le chapitre IV présente un tableau comparatif pour les trois systèmes de production centralisée:

- Les centrales au sol de type cylindro paraboliques

- Les centrales solaires stratosphériques

- Les centrales solaires spatiales

Deux documents joints en annexe décrivent les centrales au sol de type cylindro paraboliques et les centrales solaires spatiales.

II Description

A ce stade d'avancement du projet, une description technique détaillée n'est évidemment pas possible car, pour chacun des aspects du projet, de nombreux choix techniques sont possibles et la validation des meilleurs choix ne pourra se faire qu'après une étude de faisabilité.
Voici cependant une présentation des grandes lignes du projet.
Localisation
Comme le nom "stratosphérique" le laisse supposer, l'implantation des CSST se ferait dans la stratosphère vers 35 à 40 Km d'altitude. Cette altitude permet de satisfaire trois conditions:

- Etre situé au-dessus de la couche nuageuse et donc d'avoir un ensoleillement maximum permanent (le jour) et d'une fiabilité absolue. Ce critère est fondamental pour la rentabilité des systèmes de production centralisée.

- Etre situé au-dessus de la zone des perturbations atmosphériques (vent, neige, pluie, orage) et au-dessus des "jet stream" qui sont des courants d'altitude.
Etant situé dans une zone sans contrainte mécanique forte, il est possible d'envisager des structures souples ou semi- rigides, ce qui influence favorablement le poids et donc le prix des installations.

- Rester à la portée du moyen de transport simple que sont les ballons gonflables motorisés.
Constitution
La localisation a une altitude de 35 à 40 Km étant la caractéristique principale des C.S.S.T, leur constitution découle impérativement de cette situation "aérienne".
La contrainte forte de devoir rester en altitude sans dépenser plus d'énergie que celle qui est collectée, peut être résolue par l'emploi d'un système mixte, constitué de ballons gonflés à l'hydrogène associés à une motorisation utilisant elle aussi l'hydrogène comme combustible.
Les ballons à hydrogène permettent d'assurer tout ou partie de la sustentation des systèmes.

La motorisation permet de participer à la "mise en altitude" lors du lancement depuis le sol de réaliser la stabilisation verticale et horizontale de la centrale lorsque celle ci est arrivée à la bonne altitude.

Le rôle de l'hydrogène est triple: son poids spécifique permet d'obtenir la sustentation des centrales, il est consommé sur place comme source d'énergie de la motorisation, enfin son rôle principal est d'être la forme d'énergie produite par les C.S.S.T.

La production d'hydrogène peut être réalisée par convertion photovoltaïque ou thermodynamique du rayonnement solaire, dans les deux cas l'hydrogène serait produit par hydrolyse de l'eau embarquée.

La concentration du rayonnement solaire vers le convertisseur peut être obtenue par des champs de films réflecteurs.

Le transport vers le sol de l'hydrogène peut être assuré par des navettes d'une nature semblable aux C.S.S.T elles-même c'est à dire des ballons gonflables motorisés.
Les navettes descendent l'hydrogène produit (en en consommant une faible partie ) vers des stations situées au sol, puis repartent en embarquant l'eau nécessaire aux C.S.S.T.
Sécurité
Bien que les C.S.S.T soient d'un fonctionnement entièrement automatique et ne nécessitent donc pas de présence humaine permanente à bord, l'aspect sécurité des populations doit être envisagé. La combustion accidentelle de l'hydrogène en altitude est un premier risque mais, elle ne met pas en danger de vies humaines. La chute d'une C.S.S.T suite à un incendie, à une panne de motorisation ou à des fuites sur les ballons porteurs, est un deuxième risque qui pourrait mettre en danger les vies des personnes situées dans la zone de chute. Cet aspect est important car un intérêt des C.S.S.T est de pouvoir fonctionner n'importe ou et de préférence près des zones de consommation donc de zones souvent peuplées.
Pour pallier ce type de problème, plusieurs précautions sont à prendre. Tout d'abord, la localisation des C.S.S.T peut se faire à proximité de zones peuplées sans être au dessus de celles-ci. Ensuite, les moyens modernes de surveillance et de communication permettent d'avertir rapidement les populations. Enfin, la constitution des C.S.S.T permet de réaliser une protection active de la façon suivante: une grande partie des C.S.S.T pouvant être réalisée par des matériaux souples, comme les champs de réflecteurs ou les ballons de stockage, celle-ci ne constitue pas un danger important en cas de chute. Les parties contenant les deux fluides eau et hydrogène liquide peuvent être vidées automatiquement en cas de problème. Les parties massives assurant la conversion du rayonnement solaire en hydrogène (turbines, alternateurs, hydrauliseurs etc..) peuvent être équipées de parachutes et d'une motorisation de secours associée à un système de guidage automatique comme le G.P.S, leur permettant de s'orienter sur une zone préalablement déterminée en cas de chute.

III Conclusions

Les arguments présentés dans ce document décrivent d'une manière générale la problématique de la production centralisée d'énergie solaire, ils sont cependant dépourvus de données chiffrées.
Pour juger d'une façon précise l'intérêt des C.S.ST, deux conditions sont à remplir, d'une part réaliser une étude de faisabilité détaillée et d'autre part envisager les problèmes de l'énergie dans leur ensemble.
La production d'hydrogène à partir du rayonnement solaire est une voie très prometteuse pour répondre aux deux grands défis de l'avenir, la pérennité des ressources et la pollution.
Les réserves d'énergie fossile sont en effet limitées ( quelques dizaines d'années pour le pétrole et le gaz, deux à trois siècles pour le charbon ) et leur utilisation est une importante source de pollution.
L'hydrogène produit par voie solaire est quant à lui totalement non polluant car sa combustion ne produit que de la vapeur d'eau, le potentiel en est pratiquement inépuisable ( l'énergie solaire reçue par la terre en un quart d'heure correspond à la totalité de l'énergie consommée par les activités humaines en un an ).
L'hydrogène permet de produire les principales formes d'énergie couramment utilisées (chaleur, électricité, transport).
Les perspectives de développement des C.S.S.T sont donc considérables.

IV Tableau comparatif

	CENTRALES AU SOL	C.S.S.T CENTRALES SOLAIRES STRATOSPHERIQUES	S.P.S SOLAR POWER SATELLITE
Encombrement au sol	Très important De l'ordre de 800 M2/MWh	Aucun ( hors station d'acceuil )	Aucun ( hors antenne réceptrice )
Disponibilité de la ressource solaire	Aléatoire sous nos latitudes, variable selon la saison et selon les conditions météorologiques. De 2 à 8 H/jour	Fiabilité absolue De 9H/jour à 15H/jour selon la saison	Fiabilité absolue 24H/jour
Importance de la localisation géographique	Rentabilité obtenue uniquement dans des régions très ensoleillées	Indifférente	Indifférente
Forme d'énergie produite	Electricité (non stockable)	Hydrogène (stockable)	Electricité (non stockable)
Difficultés liées au transport de l'énergie produite	Forte, la majorité des sites de production potentiels sont très éloignés des principaux lieux d'utilisation	Faible, la distance à parcourir est limitée à 40 KmLes sites de production peuvent être implantés prés des lieux de consommation	Forte, les deux possibilités envisagées (laser où micro ondes) ne sont pas opérationnelles pour l'instant
Niveau de technologie requis	Technique mécanique simple	Technique aéronautique simple	Technique spatiale
Faisabilité dans le temps	Opérationnel depuis 1984	Quelques années	Quelques dizaines d'années
Impact sur l'environnement lors de la mise en oeuvre (hors production des composants)	Très faible	Très faible L'énergie nécessaire à la mise en altitude peut provenir de la collecte d'autres C.S.S.T	Forte La grande quantité de combustible nécessaire à la mise en orbite des composants est une importante source de pollution
Contraintes mécaniques	Contraintes neige et vents Nécessité d'avoir des structures mécaniques rigides donc impact sur le poids et sur le coût	Contrainte limitée au poids propre. Doit résister à des vents pouvant atteindre 125 Km/h Possibilité de réaliser en structure souple donc peut coûteuse	Contrainte limitée au poids propre Nécessité de faire un assemblage en orbite donc délicat et coûteux
Contraintes de maintenance	Nettoyage Maintenance aisée	Pas de nettoyage Maintenance périodique possible en ramenant la station au sol	Pas de nettoyage Maintenance possible uniquement sur orbite

V Annexes

Pour consulter les documents concernant les centrales au sol et les centrales solaires spaciales, vous pouvez vous référer à la revue "Systèmes solaires" N° 80/81 de 1992 page 40, N° 96/97 de 1993 page 44, N° 67/68 de 1991 page 8

A la date du 08/04/1998 ce projet est toujours au point de départ c'est à dire au point mort (comme d'ailleur la plupart des formes d'énergies renouvelables en France, à part l'énergie éolienne pour l'export).

Une avancée technique semble cependant se faire jour, il s'agit du début de réalisation de la photo-dissociation de l'eau sous lumière ambiante. Le système de conversion de l'énergie est en effet le point faible des CSST.

La possibilité d'obtenir directement de l'hydrogène à partir du rayonnement solaire, donc sans passer par une production intermédiaire d'électricité (photovoltaïque ou thermodynamique), sera une avancée considérable (quand cela sera au point).

Ci aprés un extrait de l'usine nouvelle du 12 mars 1998:

PHOTO-DISSOCIATION DE L'EAU SOUS LUMIÈRE AMBIANTE

Des chercheurs japonais viennent, avec l'aide de Nikon, de démontrer la possibilité de photocatalyser la dissociation de l'eau en oxygène et hydrogène à la lumière ambiante, à l'aide d'oxyde de cuivre. Le procédé a encore un rendement médiocre. Mais c'est une étape vers la conversion directe de l'énergie solaire en énergie chimique, car cette photocatalyse n'était jusqu'alors possible que sous un rayonnement ultraviolet.