THÈSE présentée devant l`UNIVERSITÉ CLAUDE BERNARD

N° d’ordre : 129-2004 Année 2004
THÈSE
présentée
devant l’UNIVERSITÉ CLAUDE BERNARD - LYON 1 - FRANCE
pour l’obtention
du DIPLÔME DE DOCTORAT
(arrêté du 25 avril 2002)
présentée et soutenue publiquement le 9 juillet 2004
par
M. Denis BONNELLE
TITRE :
Tour solaire, tour à vaporisation d’eau, et modes de conversion
d’énergie renouvelable apparentés : présentation, critiques et suggestions
Directeur de thèse : M. Pierre LANTÉRI
JURY : M. le Professeur Christian JALLUT, président
M. Paul CHANTREL, ingénieur
M. le Professeur André LALLEMAND, rapporteur
M. le Professeur Pierre LANTÉRI
Mr. Thomas MATHIA, directeur de recherches, rapporteur
M. le Professeur Jacques PERCEBOIS

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RÉSUMÉ en français
Sont principalement étudiés : -une tour solaire (un large collecteur circulaire en verre + une cheminée d’1 km
de haut dans laquelle l’air chaud monte et entraîne des turbines) ; - et une tour à flux descendant d’air sec
refroidi par vaporisation de gouttelettes d’eau. Des publications concurrentes présentant de graves erreurs de
principe affectent la crédibilité de ces deux projets, pourtant sérieux malgré leur gigantisme.
D’autres modes de conversion d’énergie renouvelable sont, de même, peu étudiés en France, recherchent des
processus « pauvres » (rendements, matériaux, fluides moteurs), avec une production centralisée pour bénéfi-
cier d’économies d’échelle.
Dans tous les cas, l’optimisation économique ne fait pas assez varier ensemble de nombreux paramètres pour
déterminer une configuration optimale. Quelques améliorations techniques de la tour solaire sont proposées, en
particulier pour pouvoir agrandir le collecteur solaire et la tour, et améliorer le rendement global.
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TITRE en anglais / TITLE
Solar Tower, water spaying Energy Tower, and linked renewable energy conversion devices :
presentation critics and proposals.
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ABSTRACT
Mainly two projects are studied : a solar tower constituted from a wide circular glass collector and a 1 km high
chimney, where hot air flows upwards and drives some turbines ; and a downwards tower where dry air is
cooled down by the evaporation of sprayed water droplets ("energy tower"). Each of both projects is born by a
competent team, but their credibility is undermined by competitors, whose publications include serious basic
errors.
Some other renewable energy conversion devices, which haven't been more studied in France, have common
features : research of "poor" processes (physical efficiency, materials, operating fluids), but a centralised
production in order to get the benefit of scale economies.
In all cases, the economic optimisation doesn't let enough parameters vary together, and can't determine the
optimal configuration. Some technical improvements are proposed for the solar tower, with the goal to be able
to design a larger solar collector and a higher tower, and boost the global efficiency.
Possible effects on the global biosphere circulations are described, in order to find the most neutral or
beneficent solution, e.g. a combination of energy towers and bigger towers having many common features
with solar chimneys.
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DISCIPLINES
Physique (énergétique) et Économie
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MOTS-CLÉS
Énergie renouvelable ; Production d’électricité ; Tour solaire ; Tour à vaporisation d’eau ; Économies
d’échelle ; optimisation économique ; Circulation atmosphérique et thermohaline ; Dessalement d’eau.
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ADRESSE pour tout contact :
Adresse de l’auteur : 79, Cours R. Vitton, 69003 LYON, FRANCE
denis( point )bonnelle( a_r_o_b_a_s_e )normalesup( p o i n t )org

" Quand se disputent
La Pluie et le Soleil,
Qui leur dit : "Non, Non, Non" ?
C'est l'arc-en-ciel".
de mon fils Damien, quand il avait 4 ans
peu avant que je m’engage dans ce projet de recherche.
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Tour solaire, tour à vaporisation d’eau,
et modes de conversion d’énergie renouvelable apparentés :
présentation, critiques et suggestions

Le présent document peut être librement copié sans
autorisation particulière. Il suffit d’avoir la gentillesse
d’en citer l’origine.
Les dispositifs techniques qu'il décrit ne peuvent être
brevetés, puisqu'ils ont déjà été publiés :
- certains d'entre eux grâce à mon livre: "Vent artificiel,
Tall is beautiful", Ed. du Cosmogone, Lyon, France,
2003 ;
- tous au travers de la version française de la présente
thèse de doctorat, qui ont été officiellement enregistrés,
et donc copiés et répartis entre les bibliothèques
universitaires françaises ;
- et également dans la version anglaise de cette thèse,
que j'ai envoyée à tous les spécialistes du domaine que
je connais.

1
DELIMITATION ET PRESENTATION DU SUJET
Si l'on s'intéresse à d'autres modes de conversion d'énergie d'origine solaire que les plus
connus (photovoltaïque, éolien, hydroélectrique, et dans une certaine mesure les systèmes à concen-
tration par miroirs concaves), on trouve des domaines de recherche plus "pauvres".
L'un d'entre eux est l'énergie thermique des mers (ETM, conversion de la différence de
température qui existe entre la surface et le fond des océans, sous forme de production d'électricité
et éventuellement de dessalement d'eau de mer). La France est plutôt leader dans ce domaine, et le
champ de la présente thèse ayant été limité aux secteurs peu connus en France, l'ETM n'est pas
étudiée ici. Elle présente pourtant de nombreux points communs avec les techniques qui seront
examinées :
- utilisation d'une source chaude à assez basse température (d'où un rendement physique modeste),
- compensation de ce handicap par la valorisation de grandes quantités de ressources gratuites
(surface au sol ou volume de fluides thermodynamiquement énergétiques),
- donc production d'électricité centralisée, favorisée par des économies d'échelle,
- interaction entre les problématiques de la production d'électricité et de la rareté de l'eau douce,
- l'origine ultime du phénomène se trouve dans la géophysique externe, considérée comme une
machine thermique fonctionnant en dernier ressort entre une source chaude (le soleil) et une source
froide (l'espace intersidéral), et ayant elle-même des sources chaudes (tout corps chauffé par le
soleil) et froides (les pôles, la haute atmosphère) intermédiaires, et des échanges convectifs entre ces
sources intermédiaires (les mouvements de l'atmosphère et des océans).
En dépit de ces affinités avec l'ETM, les technologies qui seront examinées ici n'ont, à ma
connaissance, fait l'objet d'aucune publication universitaire récente par des auteurs francophones.
Et, comme l'ETM qui arrive à approcher le seuil de rentabilité économique à partir d'une
source chaude et d'une source froide dont la très faible différence de températures semble découra-
ger toute tentative en ce sens, les techniques présentées ici ont la particularité d'être fondées sur des
concepts a priori déraisonnables :
- celle qui est la plus avancée cumule deux de ces particularités : elle fonctionne apparem-
ment sans source froide, et un projet de près d'un demi-milliard d'euros est en route après n'avoir été
précédé que d'un seul prototype, d'une capacité annuelle de production d'énergie électrique 17 000
fois plus faible.
- une autre fonctionne en n'utilisant que de l'air ambiant et de l'eau, ce qui semble la classer
dans la catégorie, propre à attirer les sarcasmes, des "moteurs à eau". De ce fait, j'ai cru au départ
que seuls des chercheurs assez peu sensibilisés au 2nd principe de la thermodynamique aient eu le
cran de se lancer dans une recherche sur ce sujet, au point que nous constaterons quelques entorses
au 1er principe ! Mais le fond de l'idée est valable, et d'autres études menées à ce sujet sont très
sérieuses.