four solaire

Four solaire

Il nous a été demandé de concevoir un four solaire de petites dimensions pour cuisiner. Nous avons commencé par chercher parmi les solutions existantes. Il est apparu que la « solar box » est  peu fonctionnelle parce qu'elle n'atteint pas des températures suffisamment élevées pour cuire une large gamme d'aliments. Par contre, elle présente au moins ces avantages :
1- la poursuite du Soleil est très peu exigeante (moins d'un ajustement par heure)
2- le risque d'éblouissement et de lésion oculaire est quasi-nul puisque le niveau de concentration du rayonnement est inférieur à deux soleils et n'est pas dirigé vers les yeux.  
3- elle présente un encombrement réduit
4- elle est facile à construire

four solaire 

Afin de concevoir un nouveau cuiseur solaire, nous nous sommes donnés ce cahier des charges :
1- atteindre une température supérieure à celle de la « solar box » 
2- ne pas avoir besoin d'ajuster la position du four plus d'une fois toutes les deux heures 
3- éviter ou minimiser le risque d'éblouissement et de lésion oculaire 
4- présenter un encombrement réduit
Ainsi, nous souhaitions trouver une solution à la faiblesse de la « solar box » (cf. la température) tout en essayant de conserver l'ensemble de ses avantages. Nous avons finalement choisi et réalisé ce concept :

four solaire

La lumière solaire est réfléchie par deux miroirs plans qui chauffent le four par dessous. 
Ces deux miroirs, dans leur longueur, sont orientés Est-Ouest. Ainsi, au fur et à mesure du déplacement du Soleil, la bande de lumière réfléchie par les miroirs se déplace dans le sens de sa longueur et continue de chauffer le four.
Nous avons dimensionné nos miroirs, le dessous du four et la distance qui les sépare de sorte que la lumière réfléchie permette de chauffer pendant deux heures sans qu'il soit nécessaire de régler la position des miroirs ou du four. Les miroirs sont inclinables afin d'être ajustés en fonction des saisons. Ces ajustements ne sont requis qu'une à deux fois par semaine. La lumière entre dans le four en passant au travers d'un verre en borosilicate (ce verre résiste aux chocs thermiques). Il s'agit du verre dit « verre inférieur ». Dans la première version la face supérieure du four était composée d'une feuille de verre dite « verre supérieur ». 

Voir le document de présentation réalisé par Jonas Eicher, étudiant en physique,de passage à Auroville:

http://www.monotherme.com/sections/solarcooker.ppt

 

Dans une version ultérieure nous avons remplacé le verre supérieur par un isolant thermique opaque de sorte que l'énergie solaire entre dans le four par dessous seulement.
L'air chaud monte et ainsi la convection travaille avec nous (pour comparaison, dans la « solar box », la convection travaille contre nous : de la chaleur s'échappe par convection sur toute la surface du verre supérieur). Lorsque le Soleil est au zénith la concentration sur le verre inférieur atteint 1,8 soleils.
L'ajout d'un miroir secondaire fixe en position verticale sous le four permet d'augmenter cette concentration. Muni de cette optimisation, le verre reçoit localement 3,6 soleils. La concentration moyenne sur la surface du verre inférieur peut atteindre 2,5 soleils. Cette concentration est significativement supérieure à celle de la « solar box » qui atteint à peine la moyenne de 1,4 soleils.     

Avec une isolation thermique peu performante nous avons mesuré une température supérieure à 130°C par temps clair à midi. Il reste à optimiser ce concept et sa réalisation par l'ajout d'un double vitrage sous le four, par l'amélioration de l'isolation thermique et par des dimensionnements adaptés aux besoins.

four solaire


Il existe des variantes intéressantes pour ce type de cuiseur solaire. Par exemple, une version allongée qui permettrait quatre ou six ou huit heures de fonctionnement journalier continu sans qu'il soit besoin d'ajuster la position des miroirs ou du four.

Rémy et Francis, Auroville, le 15 mars 2011.