L'énergie solaire pour atteindre de très hautes températures

La production de ciment, de métaux et de nombreux produits chimiques nécessite des températures très élevées, supérieures à mille degrés Celsius. Pour atteindre cette chaleur, on brûle actuellement le plus souvent des combustibles fossiles : Charbon ou gaz naturel, ce qui libère de grandes quantités de gaz à effet de serre. Se chauffer à l'électricité renouvelable n'est pas une alternative, car cela serait inefficace à ces températures élevées. Bien qu'une grande partie de notre économie et de notre société doive devenir climatiquement neutre au cours des prochaines décennies, ces processus industriels continueront probablement à fonctionner avec des combustibles fossiles dans un avenir proche. Ils sont considérés comme difficilement décarbonisables.

Des chercheurs de l'ETH Zurich montrent aujourd'hui une voie qui permettrait à ces industries de ne plus dépendre des combustibles fossiles : L'équipe d'Emiliano Casati, scientifique au sein du groupe d'ingénierie de l'énergie et des systèmes de processus, et d'Aldo Steinfeld, professeur d'énergie renouvelable, a développé ce qu'ils appellent un piège thermique. À l'aide du rayonnement solaire, il génère les hautes températures nécessaires aux processus de production et diffuse également cette chaleur. L'élément essentiel est une barre de quartz qui, grâce à ses propriétés optiques, peut absorber efficacement la lumière du soleil et la transformer en chaleur.

Dans les expériences en laboratoire, cette barre de quartz avait un diamètre de 7,5 centimètres et une longueur de 30 centimètres. Les chercheurs l'ont éclairé avec une lumière artificielle dont l'intensité correspondait à 135 fois la lumière solaire concentrée, atteignant ainsi des températures allant jusqu'à 1050 degrés Celsius. Des études antérieures menées par d'autres chercheurs ont atteint un maximum de 170 degrés avec de tels pièges thermiques.

Certes, il existe déjà aujourd'hui des technologies permettant de concentrer l'énergie solaire. En Espagne, aux États-Unis et en Chine, entre autres, on trouve de grandes centrales solaires à concentration pour la production d'électricité. Ces installations fonctionnent généralement à des températures allant jusqu'à 600 degrés. À des températures plus élevées, la perte de chaleur par rayonnement augmente et réduirait l'efficacité des installations. L'un des principaux avantages du piège thermique des chercheurs de l'ETH est qu'il capte la chaleur et réduit le rayonnement au minimum.

Installations solaires à haute température

"Notre approche améliore considérablement l'efficacité de l'absorption de la lumière solaire", explique Casati. "Nous sommes donc confiants dans le fait que cette technologie permettra de développer des installations solaires à haute température". Des analyses technico-économiques détaillées sont toutefois encore à venir, précise-t-il. Elles auraient dépassé le cadre de l'étude expérimentale actuelle, que les chercheurs ont publiée dans la revue spécialisée page externeDispositif ont publié.

Casati poursuit ses recherches à l'ETH Zurich afin d'optimiser la méthode. Un jour, cette technologie pourrait permettre d'utiliser l'énergie solaire non seulement pour la production d'électricité, mais aussi pour la décarbonation à grande échelle de secteurs industriels gourmands en énergie. "Pour lutter contre le changement climatique, nous devons décarboniser l'énergie en général", explique Casati. "Souvent, quand on parle d'énergie, on ne pense qu'à l'électricité, mais en réalité, nous consommons environ la moitié de notre énergie sous forme de chaleur".