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Le projet SOLACE : une autre vision des ressources énergétiques

Il est désormais largement admis que le changement climatique amorcé au siècle dernier résulte principalement de la production massive de gaz à effet de serre par les pays industrialisés. Mais, l’émergence d’énergies présentées comme propres tels que l’éolien ou le solaire photo-voltaïque, ne réglera en rien le problème climatique. En effet, ces énergies nouvelles, du fait de leur faible rendement énergétique et des technologies nécessaires à leur mise en œuvre, sont très consommatrices de métaux et matériaux rares1, dont l’extraction massive génère (déjà) des pollutions minières importantes, majoritairement dans les pays en voie de développement. La seule partie non-polluante du cycle est celle de l’usage du produit, donnant ainsi au consommateur - éloigné du cycle de production et de recyclage - l’illusion d’une énergie propre.

Le projet SOLACE traite d’une question technique spécifique, celle de la production d’énergie pour l’habitat

Le projet en gestation présenté ici, porté par Jean Chery de Géosciences Montpellier, est en attente de financement. Il s’appuie sur une approche transversale et remet au centre de l’étude proposée la question fondamentale des sources d’énergie à utiliser pour trouver un équilibre entre la société et son environnement. Il se trouve que les seules sources primaires entièrement renouvelables peuvent être regroupées sous l’appellation "énergies géophysiques" : solaire, océan, atmosphère, flux de chaleur crustal. Travailler sur ces sources encore peu exploitées et leur conversion est un enjeu scientifique et social central.
La solution énergétique étudiée dans le projet consisterait à produire localement de la chaleur et non de l’électricité photo-voltaïque ou éolienne. Si le surplus de chaleur non consommée est converti en électricité par un moteur thermodynamique, et stockée localement, l’autonomie énergétique de l’habitation (ou du groupe d’habitation) est assurée. La figure ci-dessous présente les flux énergétiques et les composants d’un tel système. Le schéma décrit ici n’est pas nouveau, mais il n’a été décliné opérationnellement que de façon partielle par une équipe de l’université de Berkeley. Nous souhaitons le mettre en œuvre de façon complète, en développant certains éléments technologiques du système, et en les couplant de façon optimale. Le système serait conçu dans un premier temps pour des sites bénéficiant d’un ensoleillement significatif (> 1500 h/an, Méditerranée et pays du Sud). Les aspects suivants seront étudiés :
1. Un système solaire à concentration quasi-parabolique (cf. photo ci-contre : concentrateur solaire Ø0.8m)2 sera couplé à un stockage de l’énergie dans un réservoir d’eau thermiquement isolé de quelques m3. Ce couplage permet de lisser parfaitement l’intermittence solaire jour-nuit.

2. Un convertisseur thermodynamique basse température, solution prometteuse très explorée actuellement3. Un moteur rotatif d’un nouveau type, utilisant l’air atmosphérique comme source froide, fait l’objet d’une déclaration d’invention CNRS (partenariat Géosciences Montpellier et FEMTO-ST, Univ. de Franche-Comté). La mise en œuvre d’un tel convertisseur thermodynamique à bas coût lèverait un verrou technologique majeur.

3. Le stockage électrochimique de l’électricité ainsi produite nécessite une exploration minutieuse afin d’identifier les technologies les plus adaptées (Pb, H2, 2ème vie des batteries Li-ion, etc). Les éléments de stockage choisis feront l’objet d’une analyse en termes de cycle de vie afin de privilégier des cycles courts avec un processus de recyclage de minerais présents dans la région cible.

Le dimensionnement du système énergétique permettra de modéliser et de pré-dimensionner les éléments de stockage en fonction des données climatiques d’entrée (ensoleillement) et des besoins énergétiques de l’habitat avec pour objectif de rapprocher le coût du kWh de notre système au coût du kWh industriel.
Le volet économique et social du projet traitera de l’adaptation de solutions différentiées pour différents types d’habitat (géographie, sociologie, économie), de leur utilité sociale, et de leur acceptabilité. Nous étudierons en particulier :
- comment le système énergétique doit s’adapter au bâti : secteur résidentiel, petites activités commerciales, habitat isolé, regroupement d’habitations ou habitat collectif, etc...
- comment un tel système permettrait de résorber la précarité énergétique et faciliterait l’accès à l’énergie (thermique et électrique). L’accent sera mis sur la réalisation de l’autonomie énergétique dans les pays méditerranéens et du Sud.
- l’organisation du système en plateformes d’échange d’électricité à un niveau local peut constituer la base de changements sociétaux importants pouvant faciliter la transition énergétique. Une équipe du projet développera une nouvelle modélisation économique, au croisement de l’économie des plateformes et de l’économie des énergies renouvelables.

Des collaborations innovantes

Ce projet thématique s’appuie sur un consortium4 largement interdisciplinaire pour réaliser des systèmes énergétiques à très faible impact environnemental. La présence de laboratoires de sciences sociales est importante pour définir les conditions d’acceptation et d’usage du système énergétique développé, avec le concours attendu d’organismes tels que l’IRD et le CIRAD pour l’ouverture vers le bassin méditerranéen et les pays du Sud.

Les lignes de l’énergie sont néanmoins en train de bouger. Notre région Occitanie, avec l’objectif REPOS (Région à Énergie Positive), s’est engagée dans la transition énergétique. Il est important que la communauté scientifique accompagne la société civile sur cette mutation essentielle. Le passage à l’économie circulaire étant une des clés d’un futur durable, la réalisation d’un projet pilote tel que SOLACE pourrait éclairer sur la pertinence des solutions préconisées. À l’issue des études de faisabilité et des prototypes construits les deux premières années du projet, un système témoin associant un système énergétique avec un bâtiment existant sera étudié.


1 Vidal, O. Goffé, B. and Arndt, N. (2013) : Metals for a low-carbon society, Nature Geoscience, 6, 894-896
2 Chery, J. A multi conical solar dish concentrator for thermal heating purpose, in preparation for Solar Energy
3 Wang, K., Sanders, S. R., Dubey, S., Choo, F. H., & Duan, F. (2016). Stirling cycle engines for recovering low and moderate temperature heat : A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 62, 89-108.
4 le centre solaire d’Odeillo (associé au laboratoire PROMES), le groupe de thermo-acoustique du LAUM (Univ. du Mans), l’Institut de Chimie Charles Gerhardt (Univ. Montpellier), l’Institut Électronique du Sud (Univ. Montpellier), le laboratoire IMAG (Univ. Montpellier), le lab’URBA (Univ. Marne-la-Vallée), le laboratoire ART-DEV (Univ. Montpellier), le laboratoire Montpellier Recherche en Économie (Univ. Montpellier)