Ce document présente le plan détaillé d'un enseignement consacré à l'énergie solaire thermique. Conçu pour des étudiants de niveau master, il s'adresse plus particulièrement à la spécialité Rayonnements et Énergie du master de Physique Fondamentale et Appliquée, ainsi qu'au master professionnel Simulation en Dynamique des Fluides et des Transferts. Rédigé par Vincent Bourdin, ce programme aborde les aspects fondamentaux et pratiques de l'utilisation de la ressource solaire pour la production thermique et électrique.
L'enseignement vise à doter les étudiants des compétences nécessaires pour évaluer le gisement solaire et dimensionner des systèmes de capteurs plans. Des notions sur les installations solaires thermodynamiques sont également intégrées. Le parcours pédagogique s'appuie sur des rappels réguliers en matière de transferts thermiques au fil des séances, afin de lier la théorie physique aux applications concrètes.
La première partie du programme pose le cadre contextuel en soulignant la nécessité de développer les énergies naturelles renouvelables. Elle aborde l'épuisement prévisible des énergies fossiles dans le cadre d'un statu quo, les problématiques liées au réchauffement climatique global, ainsi que les caractéristiques fondamentales du Soleil en tant que source abondante mais diffuse et variable. Les différentes voies d'exploitation de cette ressource y sont également introduites.
Le deuxième volet du programme se focalise sur l'astre solaire lui-même. Il détaille la genèse de l'étoile et sa structure interne, avant d'aborder les données astronomiques relatives au système Terre-Soleil. Les spécificités du rayonnement solaire, la structure de l'atmosphère terrestre et le bilan radiatif de la planète constituent des notions clés pour comprendre la nature de la ressource disponible au sol.
La disponibilité de cette énergie fait l'objet d'une analyse approfondie dans la troisième section. Les variations temporelles et spatiales sont examinées en tenant compte des facteurs météorologiques et topologiques. Le cours introduit ensuite des éléments statistiques indispensables au calcul de l'insolation reçue par une surface inclinée ou horizontale, tout en soulignant la nécessité incontournable de solutions de stockage à différentes échelles temporelles (journalière, hebdomadaire ou saisonnière).
La seconde moitié du programme explore les technologies de valorisation thermique. La quatrième partie est dédiée aux systèmes à capteurs plans. Elle couvre le solaire passif appliqué aux bâtiments, la production d'eau chaude sanitaire, les applications de chauffage et de climatisation, ainsi que les techniques de stockage thermique.
Enfin, la cinquième partie s'oriente vers la production d'électricité à grande échelle via les systèmes solaires thermodynamiques. Les principes et l'intérêt de la concentration solaire y sont exposés, suivis par l'étude de différentes configurations technologiques : les centrales à tour, les concentrateurs cylindro-paraboliques et les systèmes à paraboles. Le chapitre s'achève par l'examen des cycles thermodynamiques mis en œuvre pour convertir cette énergie thermique en travail mécanique ou électrique, avant une conclusion générale sur la discipline.
Ce programme d'enseignement s'inscrit dans un cursus universitaire scientifique avancé. Il s'adresse aux étudiants en physique appliquée, en énergétique et en dynamique des fluides souhaitant acquérir des bases solides en ingénierie solaire. L'approche combine des fondements astronomiques, radiatifs et thermodynamiques pour préparer les futurs professionnels aux défis de la transition énergétique.
Ce programme s'adresse aux étudiants inscrits en master de Physique Fondamentale et Appliquée (spécialité Rayonnements et Énergie) ainsi qu'au master professionnel Simulation en Dynamique des Fluides et des Transferts.
Le cours vise à fournir aux étudiants les compétences requises pour évaluer le gisement solaire et dimensionner des systèmes de capteurs plans, tout en abordant les principes des installations solaires thermodynamiques.
Le programme aborde les centrales à tour, les concentrateurs cylindro-paraboliques, les centrales à paraboles, ainsi que les cycles thermodynamiques de conversion en travail.
