Chro­no­lo­gie sélec­tive des objets solaires

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L’in­ven­tion du gnomon

Il y a envi­ron quatre mille ans, les popu­la­tions qui occu­paient la Chine actuelle ont commencé à suivre la posi­tion chan­geante du Soleil par rapport à la Terre en obser­vant l’astre tout au long de l’an­née, grâce à des ouver­tures dans ce qui ressem­blait à un obser­va­toire solaire. Plus tard, elles ont déve­loppé une méthode plus précise en inven­tant le gnomon, une pièce de bois ou de pierre à section carrée, plan­tée perpen­di­cu­lai­re­ment dans le sol. À mesure que le Soleil se déplaçait dans le ciel par rapport à la Terre, elles pouvaient mesu­rer l’ombre proje­tée par les rayons frap­pant le gnomon. Cette méthode est à l’ori­gine de la créa­tion de calen­driers qui datent préci­sé­ment les équi­noxes et les solstices. Par son inter­mé­diaire, des progrès géogra­phiques ont été possibles, en déter­mi­nant orien­ta­tion et lati­tude pour chaque posi­tion.

En 2002, un bâton marqué d’une échelle graduée (2300–1900 avant notre ère) a été décou­vert sur le site archéo­lo­gique de Taosi (province du Shanxi), dans un tombeau royal, suggé­rant que le gnomon était un symbole de pouvoir. Des simu­la­tions récentes ont montré que ce bâton aurait pu être utilisé pour mesu­rer la longueur des ombres à des dates précises, comme le solstice d’été.

Le Yang Sui ou miroir ardent

Yang Sui est le nom d’un miroir concave, égale­ment appelé Jin Shu, parce qu’il était fabriqué en bronze. Confu­cius, en décri­vant la vie en Chine il y a trois mille ans avant notre ère, mentionne que chaque fils atta­chait un miroir ardent en bronze à sa cein­ture pour allu­mer le feu fami­lial à la fin d’une jour­née enso­leillée. Le Yang Sui, de huit centi­mètres de diamètre envi­ron, était aussi courant à l’époque que les allu­mettes le sont aujour­d’hui.

En 1997, des archéo­logues ont décou­vert un miroir ardent dans la main d’un sque­lette datant de trois mille ans avant notre ère.

Les miroirs d’Ar­chi­mède

Selon la légende, Archi­mède aurait utilisé des miroirs ardents pour enflam­mer la flotte romaine lors du siège de Syra­cuse, en 213–212 avant notre ère. Les preuves histo­riques sont loin de s’ac­cor­der et les prin­ci­paux défen­seurs de cette légende sont peu convain­cants. Des expé­riences modernes suggèrent qu’un miroir ardent serait en effet peu suscep­tible de produire une étin­celle puis un feu sur un navire. Quoi qu’il en soit, le fantasme d’une arme utili­sant la concen­tra­tion des rayons du soleil s’est déployé au fil des siècles.

En France au XVIIIᵉ siècle, le comte de Buffon est parvenu à enflam­mer une cabane en bois, et même à faire fondre du métal, à l’aide d’un miroir composé de 168 glaces étamées. Son expé­rience, qu’il a repro­duite avec succès devant le roi Louis XV, lui a valu les honneurs des gazettes de l’époque, lui décer­nant le titre de « nouvel Archi­mède ».

L’hé­lio­ther­mo­mètre, une serre minia­ture

En 1767, Horace Béné­dicte de Saus­sure, physi­cien, géologue et natu­ra­liste gene­vois, crée un piège à chaleur en verre qu’il nomme hélio­ther­mo­mètre. Sa boîte, véri­table serre minia­ture, permet d’étu­dier les effets calo­ri­fiques des rayons du soleil : elle donne les mêmes mesures à diffé­rentes alti­tudes alors que la tempé­ra­ture de l’air exté­rieur varie. Saus­sure en déduit que, si l’air des sommets est plus froid, la raison est à cher­cher dans le fonc­tion­ne­ment de l’at­mo­sphère et non dans une diffé­rence de rayon­ne­ment solaire.

Sa boîte servira de proto­type aux modules solaires ther­miques des XIX^e et XX^e siècles, capables de four­nir de l’eau chaude, du chauf­fage et de l’élec­tri­cité. Au début des années 1800, le mathé­ma­ti­cien français Joseph Fourier utili­sera l’hé­lio­ther­mo­mètre pour modé­li­ser le réchauf­fe­ment clima­tique. Il obser­vera que l’at­mo­sphère permet à la lumière du soleil de péné­trer tout en piégeant une partie de sa chaleur : il s’agit de l’ef­fet de serre.

Augus­tin Mouchot, précur­seur de l’éner­gie solaire

L’in­ven­teur français compte plusieurs inno­va­tions majeures à son actif. Il a conçu un concen­tra­teur solaire para­bo­lique pour chauf­fer de l’eau et produire de la vapeur. Il a construit une machine solaire utili­sant cette vapeur pour action­ner une pompe, démon­trant ainsi l’ap­pli­ca­tion méca­nique de l’éner­gie solaire. Toujours en quête de nouvelles appli­ca­tions, Mouchot arrive à Alger le 6 mars 1877 pour travailler avec l’ar­mée colo­niale. Il teste sans tarder un four solaire amélioré : un réflec­teur conique tronqué et, servant de chau­dière, un pot métal­lique cylin­drique en verre placé au centre du réflec­teur. L’en­semble pèse de treize à dix-huit kilos ; il peut être plié et rangé dans une caisse de 130 cm². Devant témoins, Mouchot a cuit une livre de pain en quarante-cinq minutes, neuf cents grammes de pommes de terre en une heure, un ragoût de bœuf en trois heures, et un rôti en moins de trente minutes !

Le premier chauffe-eau solaire à la vente

En 1882, le physi­cien Samuel P. Langley utilise une boîte solaire pour chauf­fer de l’eau lors de son ascen­sion du mont Whit­ney, en Cali­for­nie, par un temps extrê­me­ment froid. En s’ins­pi­rant de cette expé­rience, l’Amé­ri­cain Clarence Kemp brevette, en 1891, une méthode combi­nant l’ex­po­si­tion de réser­voirs métal­liques au soleil avec l’ef­fet de serre, de manière à amélio­rer la collecte et la réten­tion de la chaleur solaire. Il nomme son inven­tion Climax, pour en faire le premier chauffe-eau solaire destiné à la vente.

Une pendule « éter­nelle »

En 1950, la maison gene­voise Patek Philippe lance une nouvelle pendule. Alimen­tée grâce à des cellules solaires au sélé­nium, elle asso­cie une horloge méca­nique conven­tion­nelle à un moteur photo­élec­trique. La petite quan­tité d’élec­tri­cité produite est envoyée direc­te­ment au moteur, qui fait tour­ner un engre­nage pour remon­ter le ressort. Quatre heures de lumière suffi­raient à son fonc­tion­ne­ment. Cette inven­tion a précédé de plusieurs années le premier mouve­ment auto­ma­tique pour montre-brace­let.

Une petite auto­mo­bile solaire

Le 31 août 1955 au salon auto­mo­bile Powe­rama, à Chicago, William G. Cobb, employé chez Gene­ral Motors, présente Sunmo­bile, la première auto­mo­bile minia­ture alimen­tée par l’éner­gie solaire. Elle mesure trente-huit centi­mètres de long et intègre douze cellules photo­élec­triques en sélé­nium.

Le premier poste radio solaire

En avril 1956, la marque améri­caine Admi­ral lance la série 7L des premières radios portables à tran­sis­tors alimen­tées à l’éner­gie solaire. Dispo­nibles en quatre couleurs, ces radios coûtent 59,95 dollars et fonc­tionnent avec des piles, ou grâce au Sun Power Pak option­nel pour une alimen­ta­tion directe par la lumière du soleil ou une ampoule incan­des­cente. Ce modèle de radio, équipé de trente-deux cellules solaires en sili­cium, est un des premiers produits photo­vol­taïques grand public. Malgré l’en­thou­siasme initial, ses ventes sont déce­vantes en raison du prix élevé. Aujour­d’hui, la série 7L avec ses panneaux solaires, bien que rare, fonc­tionne encore très bien.

La Solar Do-Nothing Machine pour jouer

En 1957, à la demande de l’en­tre­prise améri­caine Alcoa (Alumi­num Company of America), les desi­gners Charles et Ray Eames conçoivent un jouet : des formes colo­rées tournent et oscil­lent grâce à des moteurs alimen­tés par un petit panneau solaire. Des miroirs sont utili­sés pour concen­trer la lumière sur les cellules solaires. L’en­semble est réalisé en alumi­nium. La Solar Do-Nothing Machine vise à promou­voir l’in­gé­nio­sité états-unienne et à entraî­ner les gens vers un avenir posi­tif.

Le premier satel­lite à éner­gie solaire

En 1955, le Naval Research Labo­ra­tory réflé­chit à l’uti­li­sa­tion de l’éner­gie solaire pour alimen­ter des satel­lites. La légè­reté, la dura­bi­lité et le carac­tère renou­ve­lable des panneaux photo­vol­taïques en font des maté­riaux parti­cu­liè­re­ment adap­tés aux appli­ca­tions spatiales. L’ex­pé­ri­men­ta­tion se concré­tise avec le lance­ment du satel­lite Vanguard 1 le 17 mars 1958. Bien qu’il soit le quatrième satel­lite arti­fi­ciel lancé depuis la Terre, équipé d’un petit panneau solaire d’un watt envi­ron, Vanguard 1 est le premier à utili­ser l’éner­gie solaire et à prou­ver la viabi­lité de l’éner­gie solaire dans l’es­pace. Grâce à lui, d’autres satel­lites améri­cains fonc­tion­ne­ront pendant des années dans l’en­vi­ron­ne­ment hostile de l’es­pace, ouvrant la voie à de futures inno­va­tions dans le domaine des éner­gies renou­ve­lables.

Le premier avion solaire

Le 4 novembre 1974, les frères Roland A. et Robert J. Boucher font voler le premier avion solaire sans pilote, baptisé Sunrise, au-dessus du désert des Mojaves, en Cali­for­nie. Le premier vol dure vingt minutes à cent mètres d’al­ti­tude. L’avion dispose de 4 096 cellules solaires sur son aile pour une puis­sance de 450 W. Son succès mène à la construc­tion du Sunrise II en 1975, financé par la Defense Advan­ced Research Projects Agency (Darpa). Ce nouvel avion, d’une enver­gure de 9,75 mètres, iden­tique au premier modèle, est équipé de 4 480 cellules solaires pour une puis­sance de 600 W, et d’un système de batte­rie pour son contrôle. Il a effec­tué, avec succès, plusieurs vols avant d’être endom­magé par une tempête de sable.

La première calcu­la­trice solaire à visée commer­ciale

Première calcu­la­trice solaire à être produite en série, la Sharp Sunman EL-8026 utilise des cellules à couches minces à peine déve­lop­pées. Elle est une version amélio­rée du modèle EL-8020, munis de piles. Son design distinc­tif présente deux modules solaires Sharp EL-225 montés à l’ar­rière, orien­tés à l’op­posé de l’écran. Le module anté­rieur, l’EL-224, était conçu pour des infra­struc­tures profes­sion­nelles plus grandes, tels les phares et les instal­la­tions hors réseau.

L’ex­ploit de la Quiet Achie­ver

Conçue par l’in­gé­nieur et aven­tu­rier austra­lien Hans Thol­strup, la Quiet Achie­ver est une voiture solaire restée dans l’his­toire. Elle a réussi à parcou­rir une distance de quatre mille kilo­mètres à travers l’Aus­tra­lie, de Perth à Sydney, entre le 19 décembre 1982 et le 7 janvier 1983. Cette traver­sée, réali­sée par Hans Thol­strup et le pilote auto­mo­bile Larry Perkins, est un exploit majeur, prou­vant la capa­cité de la voiture solaire à parcou­rir de longues distances grâce à l’éner­gie solaire.

Des cellules solaires dans les vête­ments

Wearable Solar est un projet de recherche sur les possi­bi­li­tés d’in­té­gra­tion de cellules solaires dans les textiles. Deux modèles en parti­cu­lier ont été créés en 2013 : le Wearable Solar Dress et le Wearable Solar Coat. Septante-deux cellules solaires flexibles à couches minces sont fixées en paires sérielles, main­te­nues par des fentes dans le cuir de la robe. Cette dispo­si­tion lui permet de tomber libre­ment, rédui­sant la contrainte méca­nique sur les cellules. Les proto­types en cuir ou en laine (manteau) peuvent révé­ler les cellules solaires au soleil ou les replier pour les rendre invi­sibles. La struc­ture interne des modules solaires, réali­sée par super­po­si­tion, imite les cellules stra­ti­fiées du corps humain, inter­agis­sant natu­rel­le­ment avec la lumière du soleil et trans­for­mant le corps en une source d’éner­gie renou­ve­lable. Une heure de plein soleil permet ainsi de rechar­ger un smart­phone de moitié. Pauline Van Dongen, créa­trice néer­lan­daise de mode, Chris­tiaan Holland, chef de projet au Gelder­land Valo­ri­seert de l’Uni­ver­sité des sciences appliquées d’Arn­hem (HAN), et Gert Jan Jonger­den, expert en éner­gie solaire, sont à l’ori­gine de ce projet.