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7 jours pour fabriquer votre four solaire en version Licence Libre

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https://www.asso-entropie.fr/media/filer_public/2013/11/28/four_solaire_entropie_juillet2013.pdf

Cette notice permet de fabriquer un four solaire pour faire cuire des aliments. 
Ce texte s’adresse à des personnes qui veulent réaliser leur propre four solaire, ou à des personnes qui veulent encadrer un atelier. Si on veut l’adapter à un public d’enfants, il faudra prévoir un bon encadrement car certaines opérations demandent beaucoup de précision.

Historique des fours solaires

Les débuts de la cuisson solaire remontent à plus de 200 ans. A la fin du 19eme siècle, De Saussure, voulant créer une machine mesurant l’intensité du rayonnement solaire, construit de fait le premier cuiseur solaire dont nous avons la trace. L'engouement pour la technique est immédiat.
De nombreux chercheurs mettent au point des modèles variés pour faire cuire oeufs, viandes, légumes et même du pain. Auguste Mouchot, auteur du premier traité consacré à l’énergie solaire "La chaleur solaire" (1869), améliore le cuiseur de De Saussure et, en 1875, il est même envoyé en Algérie expérimenter et diffuser son invention parmi les officiers français. Mais l’idée, jugée non-rentable en ces temps d’énergie fossile abondante, passe à la trappe.
Ce n'est qu'au milieu du 20eme siècle que l’idée de la cuisson solaire refait surface. Elle connaît en effet une nouvelle impulsion marquée par la reprise simultanée des recherches dans plusieurs pays (Chine, Inde, USA, Allemagne...). La crise énergétique de 1973 réveille définitivement les inventeurs. Aux Etats-Unis, Barbara

Introduction

Kerr et Sherry Cole commencent des expérimentations sur le four solaire. Elles fondent en 1986 la "Solar Cookers International", organisation à but non lucratif qui vise à diffuser et perfectionner les techniques de cuisson solaire.
Au début des années 2000, la coopération entre les différents acteurs a permis un début de standardisation des modèles et de rationalisation des techniques, ainsi qu'une diffusion et une production plus large, qui restent néanmoins le fait d'initiatives modestes et locales. Les cuiseurs solaires se répandent à travers tout les continents et l'on estime par exemple que plus d'un million d’unités ont été distribués rien qu'en Chine !

Four solaire pour doigt !

Pour prendre conscience de la puissance de chauffe du soleil vous pouvez réaliser ce petit four solaire qui se place autour d’un doigt. Pointez le soleil muni de ce cône en
papier recouvert de papier d’aluminium et vous sentirez un échauffement.

Conception Comment ça marche ?

Le four est composé d’un caisson isolé et vitré dans lequel on va concentrer le rayonnement solaire. Le double vitrage va laisser passer une grande partie du rayonnement solaire qui est de petite longueur d’onde. Par contre, il va renvoyer à l’intérieur du four une partie du rayonnement infrarouge de grande longueur d’onde émis par les aliments chauds et provoquer un "effet de serre" dans le four. Ainsi, nous aurons une élévation de la température. Ce phénomène utilise la caractéristique de certains matériaux, comme le verre, qui sont transparents au rayonnement solaire et opaques au rayonnement infrarouge.

Choix technologiques, Comment limiter les pertes de chaleur ?

On peut agir sur plusieurs facteurs : 
• La conduction, c'est la propriété d'un matériau à conduire la chaleur. On peut limiter ce phénomène en choisissant un matériau isolant qui va retenir plus longtemps la chaleur à l'intérieur du four. Nous utilisons de la laine de mouton, c'est un bon isolant, léger et qui résiste au température du four (jusqu'à 160°C) selon notre expérience. Le choix du double vitrage permet aussi de limiter les perte par conduction. En effet, la lame d'air immobile entre les deux vitres (le verre est très conducteur) joue le rôle d'un isolant. L'épaisseur de la lame d'air ne doit pas faire plus de 3 cm pour qu'elle reste immobile. Au delà de 3 cm, on risque d'avoir un phénomène de convection naturelle interne au double vitrage.
• La convection est un mode de transfert thermique qui implique un mouvement de la matière à l'intérieur d'un milieu. La fermeture hermétique du four (utilisation de joints) permet de limiter les pertes par convection avec le milieu extérieur. Il subsistera la convection naturelle à l'intérieur du four dû à la différence de température entre les parois en aluminium du four et le double vitrage. Le vent créera une convection forcée qui refroidira le four.
• Le rayonnement est un transfert de chaleur sous forme d'onde électromagnétique. Tout corps émet un rayonnement qui est fonction de sa température. Les aliments à l'intérieur du four émettent un rayonnement infrarouge qu'il va falloir conserver. C'est le rôle du double vitrage, qui crée un effet de serre : les vitres sont transparentes au rayonnement du soleil, par contre elles retiennent 50 % du rayonnement infrarouge produit par l'échauffement des aliments.
L'absorption du rayonnement par un corps dépend de sa couleur. Celui-ci est maximal pour un « corps noir ». Le récipient qui contient les aliments sera donc choisi de couleur foncé pour se rapprocher d'un « corps noir ».

Comment recevoir un maximum de rayonnement ?

Pour recevoir le plus de rayonnement, et ainsi maximiser la puissance de chauffe, il faut présenter la plus grande surface au soleil. Les rayons solaires ont la meilleure efficacité énergétique sur une vitre quand ceux-ci arrivent perpendiculairement à cette dernière (pour diminuer l'effet miroir). Il paraît donc intéressant que la vitre soit toujours orientée perpendiculairement au soleil. Cependant, la diminution effective de cette efficacité a lieu réellement à de grands angles, comme le montre le diagramme cicontre (à partir de 40° environ). La courbe de "transmittance" représente la proportion d'énergie passant à travers la vitre étudiée, en fonction de l'angle incident (0° étant la position où les rayons arrivent perpendiculairement).
Cependant, tant qu'on n'est pas désorienté de 40° cela ne change pas grand chose. Mais c'est oublier qu'on présentera une surface moins grande au soleil : se visualiser la variation de l'ombre portée de la surface collectrice, directement égale à la quantité collectée, si elle est inclinée. 
Ce sont précisément ces deux phénomènes qui plaident pour le fait de rester perpendiculaire au soleil.
Numériquement, cela forme des variations totales de pas plus de 30 % en 40°, en combinant les deux phénomènes (40° de désorientation étant atteints en 2h et demi).
Le choix de l'inclinaison de la vitre se fait en fonction de la hauteur du soleil lors de la cuisson. Elle dépend ellemême des paramètres suivants :
- l'heure dans la journée
- le jour dans l'année
- la latitude du lieu
L'orientation en azimut étant facilement faisable en tournant le four à la main, l'inclinaison du four n'est pas changeable (par construction). Pour avoir une inclinaison idéale, il faut donc établir des compromis et des moyennes entre ces données. L'orientation idéale étant celle où la vitre sera perpendiculaire à la moyenne des positions possibles du soleil.
En France, une inclinaison de 30 degrés de la vitre par rapport à l'horizontale en été représente une bonne moyenne (quand le soleil est haut dans le ciel vers midi) et une inclinaison de 60 degrés est plus adaptée à l'hiver (quand le soleil reste bas dans le ciel même à midi).
Ce four permet d’avoir ces deux inclinaisons possibles suivant comment on le positionne : retourné ou non. Enfin un réflecteur permet de capter une surface de rayonnement plus importante. Si vous voulez l'adapter à votre latitude il faut pour cela utiliser un diagramme solaire.

Ouvrages de référence 

• Rolf Behringer et Michael Götz,« Cuiseurs solaires, Autoconstruction et recettes », Éditions La plage, 2009
http://solarcooking.wikia.com/wiki/Category:Solar_cooker_plans 
Pour la cuisson voir :
• Id Cook et SolarsCookers International, « Manuel de la Cuisson Solaire »
http://www.impi.ch/idees-cook/Manuel_cuisson_solaire_idcook.pdf 


Lundi 07 août 2017 @ 11:32:07 -:- !!

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