Pour répondre aux enjeux énergétiques et climatiques, nos sociétés se tournent de plus en plus fortement vers le développement de technologies utilisant les énergies vertes. Parmi elles, la ressource en énergie solaire peut apporter plus de 1400 fois l’énergie que nous consommons annuellement sur terre. Ainsi, la capacité mondiale de production d’électricité par les centrales solaires à concentration (technologie CSP : Concentrated Solar Power) atteint actuellement 5,5 GW. Pour assurer la compétitivité des centrales solaires de prochaine génération, il faut augmenter leur rendement et donc travailler à plus haute température (source chaude du cycle thermodynamique). De plus, les hautes températures permettent de réaliser de la thermochimie solaire telle que la synthèse d’hydrogène. Dans ce contexte, la recherche internationale se concentre sur de nouveaux concepts, en particulier au niveau des Récepteurs Solaires (RS) dont la maitrise technologique sera un atout majeur pour le développement des énergies renouvelables.
Le projet SOLAIRE s’inscrit dans le domaine d’application des centrales solaires à haut rendement mettant en œuvre des RS et des cycles thermodynamiques à très haute température autour de 1000°C. Cette température est très supérieure à celle des fluides caloporteurs circulant dans les absorbeurs des centrales solaires commerciales actuelles, tels que la vapeur d’eau [280-550°C], les huiles solaires [environ 400°C], ou les sels fondus [570°C]. Dans ce projet, le fluide caloporteur sera de l’air pressurisé [700 < T < 1000°C]. Pour atteindre ces très hautes températures, le composant clé de la centrale est le RS. Son rôle est de convertir l’énergie solaire concentrée en énergie thermique et de la transférer au fluide caloporteur. Cette conversion et ce transfert doivent être les plus efficaces possibles pour limiter la température des matériaux constituant le RS (pertes radiatives et contraintes thermomécaniques). Pour ce faire, le laboratoire PROMES développe des RS surfaciques. Le rayonnement solaire concentré est reçu par une seule paroi (l’autre paroi, non exposée au rayonnement solaire concentré, est isolée thermiquement). Ce chauffage asymétrique crée un fort gradient de température qui modifie l’écoulement turbulent. Le couplage entre la dynamique et la thermique nécessite des études fines et des modèles de turbulence et de thermique adaptés.