Microcentrales solaires à concentration à forte valeur ajoutée locale dans le sahel : amélioration des héliostats et exploration d’huiles végétales pour le stockage thermique pour CSP4Africa

Résumé

La présente thèse porte sur le développement d’une microcentrale solaire à concentration nommée CSP4Africa, en se concentrant sur deux axes principaux : l’amélioration de la poursuite solaire de deux technologies d’héliostat, à savoir la multifacette et le piédestal, et l’étude de deux huiles végétales issues de la même famille pour leur utilisation comme fluides de transfert et de stockage thermique, à savoir l’huile des graines de Lannea microcarpa (LaMSO) et l’huile des graines de Lannea kerstingii (LaKSO). Le travail a d’abord mis en lumière les défis liés au fonctionnement idéal de la technologie d’héliostat multifacette, notamment l’instabilité de la grille, l’incurvation des miroirs, l’insuffisance des couple-moteurs, l’existence de jeux et les liaisons inappropriées. Les corrections ont consisté à remplacer les moteurs par des plus adéquats et à proposer une méthode flexible de réglage des miroirs. Après les corrections, des tests de suivi solaire ont été réalisés entre juin 2023 et février 2024, avec des résultats prometteurs, permettant désormais de faire fonctionner l’héliostat dans la période de fonctionnement de la microcentrale CSP4Africa (9h30 à 14h30), avec des déviations focales plus ou moins inférieures à 0,2 m. Parallèlement, en tant qu’alternatif à l’héliostat multifacette, un héliostat piédestal a été conçu, construit et testé avec succès. Les tests préliminaires ont montré que le principe de suivi solaire proposé fonctionne avec une précision inférieure à 1° pour une distance focale de 5 m. Des tests sur une année à différentes positions du champ sont encore nécessaires pour conclure sur la potentialité de cet héliostat. Par ailleurs, les tests de stabilité thermique ont montré que LaMSO et LaKSO, présentent un potentiel notable pour leur utilisation comme fluides de transfert et de stockage thermique à 210 °C, sans incident majeur sur leur point d’éclair, leur masse volumique et leur viscosité après 1000 h de vieillissement. Cependant, l’augmentation de leur point de fusion au fil du vieillissement pose des défis de solidification dans les tuyauteries ou les réservoirs dans certains climats. La compatibilité des deux huiles, LaMSO et LaKSO, avec les métaux courants dans l’industrie a également été examinée. L’étude a révélé que l’acier inoxydable 316L et l’aluminium sont les meilleurs choix pour l’utilisation de ces deux huiles à température élevée, tandis que le cuivre et l’acier galvanisé présentent des risques d’oxydation accrue. Cette thèse met en évidence les potentialités de la microcentrale CSP4Africa, tant au niveau technologique qu’écologique. Les résultats obtenus ouvrent la voie à de futures recherches visant à intégrer ces solutions innovantes dans des projets énergétiques similaires en Afrique subsaharienne, contribuant ainsi à la transition énergétique et à la durabilité.

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