Au coeur de l'un de nos ateliers Autour de l'énergie , le four solaire est l'un des modules phares de notre projet : faire comprendre de façon simple ce qu'est une énergie renouvelable, et plus important encore, de quelle façon la capter ? Le four solaire nous permet de cibler l'une des ressources les plus accessibles, le rayonnement du Soleil, et de la capter de la façon la plus simple qui soit.
Le principe
Le four solaire a l'aspect d'une parabole (pas tout à fait régulière), recouverte d'un matériau réfléchissant sur sa partie intérieure (le dos de la parabole ne nous intéresse pas) :
Dans notre cas, la parabole est faite de carton, et le matériau réfléchissant utilisé est le papier d'aluminium. Il faut garder à l'esprit que l'ensemble des ateliers Autour de l'énergie ont pour but de transformer un problème, les déchets, en solution, la production d'énergie. Dans cette démarche, les déchets font office de matériaux : nous devons donc penser nos ateliers dans ce sens, et en particulier pour le four solaire, le carton et l'aluminium sont des matériaux que nous pourrons facilement trouver une fois sur place.
Le principe est très simple : couchée sur le côté comme sur la photo, la parabole, recouverte du papier d'aluminium, va réfléchir une grande partie des rayons solaires qui lui arrivent dessus. La courbure de la parabole aura pour effet de renvoyer GROSSIÈREMENT tous les rayons vers une même zone au centre de cette dernière. Le "grossièrement" est important : c'est ici de la physique de base, qui ne demande pas une précision incroyable, ce qui compte est que la zone au centre de la parabole chauffe, pas un point en particulier.
Les rayons se concentrent donc après réflexion au centre de la parabole : c'est là qu'on place le plat à faire chauffer ! Le fait de placer un plat (marmite, casserole, plat en terre cuite, ...) au centre de la parabole, là où les rayons se rejoignent, permet à l'énergie contenue dans ces rayons de s'accumuler dans le plat et ainsi de faire chauffer ce qu'on aura placé dedans (eau, nourriture, ...). C'est une vision simplifiée, mais qui permet de comprendre facilement ce qui se passe : plus on laisse notre plat au centre, plus il aura le temps d'accumuler de l'énergie (de la chaleur) et ainsi faire cuire ou chauffer ce que l'on veut. Un point important : un matériau sombre a plus tendance à accumuler l'énergie (la chaleur) du rayonnement solaire, là où matériau clair va plutôt la renvoyer sans l'accumuler (pour en être convaincu, mettez un t-shirt noir en plein été). L'idée est donc de mettre des plats sombres au centre de la parabole pour accumuler le plus de chaleur possible.
Peut-être vous le demandez-vous, mais il manque quelque chose sur la photo : un support pour le fameux plat. Étant constituée de carton, la parabole ne soutient pas un plat toute seule : il faut alors construire un petit support au centre. En pratique, nous le ferons avec de simples baguettes de bois.
Comment le construire ?
Parce que des images seront plus claires qu'un long discours sur le four solaire, nous allons à présent vous montrer, étape par étape, comment nous avons procédé pour construire notre four solaire. C'est cette démarche que nous reproduirons une fois sur place, à la différence que nous aurons au préalable effectué un travail sur les différents types de déchets avec les élèves de la Miniland Secondary School.
Matériel nécessaire : - carton (en quantité, il faut avoir des morceaux taille respectable)
- cutter (ou bons ciseaux)
- gros scotch (mieux que de la colle, trop compliquée à trouver sur place, d'autant plus si thermo-résistante)
- papier aluminium (1 rouleau suffit en principe)
On prépare le patron
Notre parabole est constituée de 12 morceaux identiques, que l'on attache les uns aux autres pour former une "guirlande". Lorsque que l'on rattache le premier et le dernier morceau de la guirlande, la parabole apparaît comme par magie. La première étape consiste en la création de la pièce originelle, le patron ! On s'en sert ensuite comme modèle pour découper les 11 morceaux suivants. Pour notre patron, nous avons en fait utilisé le patron de quelqu'un d'autre. Nous avons trouvé sur internet un tutoriel de four solaire parabolique sur le site http://solarcooking.org/ qui mettait à disposition un patron comme décrit ci-dessus. Nous n'avons pas vraiment suivi toutes les étapes présentées (pour des raisons de matériaux utilisés, de pratique, et de choix personnel), mais ce site nous a été d'une grande utilité (pour les plus curieux, d'autres modèles de fours solaires sont présentés sur ce site, c'est intéressant de voir les différentes façons de faire, variant essentiellement selon les matériaux choisis). Voici donc le patron utilisé :
Nous avons adapté de quelques cm les longueurs, n'ayant pas de carton suffisamment long pour découper un morceau de cette taille. La première étape consiste donc à découper cette forme dans le carton, dans les bonnes proportions (si l'on choisi de diminuer les longueurs, attention de diminuer du même facteur TOUTES les longueurs pour garder les mêmes rapports entre longueurs). Le plus simple est de tracer la forme au crayon sur le carton et suivre cette trace en découpant. Les 2 trous à l'extrémité la plus fine permettront de passer une ficelle pour relier tous les morceaux entre eux et resserrer la base de la parabole. Voici ce que cela donne une fois découpé :
On découpe tous les morceaux Une fois la première étape réalisée, la deuxième suit directement : elle consiste à se servir du patron que l'on vient de découper pour découper 11 autres morceaux strictement identiques au premier (on aura ainsi nos 12 morceaux identiques à la fin de cette étape). En image :
On recouvre d'aluminium Lors de l'étape suivante, nous devons recouvrir chaque pièce d'aluminium. Dans le cas où de la colle est utilisée et non du scotch, il arrive que la parabole soit assemblée et que l'aluminium soit appliqué ensuite. Nous avons trouvé plus facile de préparer chaque morceau de façon indépendante, puis de les assembler et d'avoir une parabole quasiment aboutie. Pour cette étape, nous avons procédé à 2 pour appliquer l'aluminium et s'assurer qu'il était bien tendu sur nos pièces. Il est attaché sur la face arrière (que l'on ne voit pas) avec du gros scotch. Voici le résultat :
On assemble le tout C'est lors de cette étape que la parabole va prendre forme. On commence par attacher entre elles les 12 pièces qui la constituent, avec le gros scotch. Attention à mettre le scotch sur la face arrière des pièces, celle où l'on a fixé le papier aluminium : l'intérieur de la parabole ne doit être recouvert que d'aluminium pour réfléchir au mieux les rayons du Soleil. En image :
Il ne reste plus qu'à "refermer" la guirlande et ainsi donner forme à la parabole. Il faut assembler la première et la dernière pièce entre elles avec du scotch encore une fois.
Il reste deux dernières choses à réaliser : passer une ficelle dans les trous à la base de la parabole (ceux au bout de chaque pièce, comme sur le patron) et tendre ainsi la base (on fait un noeud pour verrouiller), et boucher la parabole (on voit sur la photo le trou à la base). Pour cela, il faut découper un disque de carton de la taille de la base au niveau de l'interface carton - aluminium, le recouvrir d'aluminium et le mettre en place (il faut être assez délicat pour le scotcher par derrière, encore une fois nous étions deux pour cette étape). Nous n'avons malheureusement pas de photos pour cette étape en particulier, mais revoici la parabole entière, où l'on voit clairement le disque qui a été rajouté au centre de la parabole :
C'est l'ensemble de ces étapes que nous apprendrons aux enseignants de la Miniland Secondary School ainsi qu'aux élèves. La réalisation d'un four solaire permettra, nous en sommes convaincu, de mieux appréhender ce qu'est une énergie renouvelable, et surtout de mettre en avant son accessibilité ! Un four comme celui que nous avons construit devra permettre de faire bouillir de l'eau et réchauffer des plats, voire d'en cuire !
Nous avons réalisé des essais scientifiquement non recevables (radio-réveil avec météo au centre du four...) mais concluants (jusqu'à ce que ledit radio-réveil décide d'arrêter l'expérience pour chaleur excessive) : nous allons bientôt acquérir une sonde thermique et un article exclusivement dédié aux performances de notre four va suivre !