Dans un premier temps, la verrerie du collecteur va chauffer l'air à l'intérieur de celui-ci par effet de serre ; la température va augmenter et créer une dépression. La différence de pression avec l'extérieur va former un courant d'air (convection) qui va se diriger vers le centre de la tour solaire. Au pied de le la cheminée, le rétrécissement de la zone de circulation de l'air au passage dans les turbines entraîne une accélération de l'air (effet Venturi), ces dernières produisant de l'énergie mécanique transformée par la suite en énergie électrique. Enfin, les molécules chauffées étant dilatées et donc plus légères vont se diriger vers le haut de la tour (convection).

     L'expérience consiste à placer une balle de ping pong sur le trajet d'un flux d'air important délivré par un sèche-cheveux

       La balle est en équilibre. Cette expérience est réalisable grâce à l'effet venturi.

     Lorsque l'air rencontre la balle, la zone de mouvement de l'air rétrécis donc l'air accélère pour avoir un débit aussi important que lorsque l'air sort du sèche-cheveux. Ceci permet de faire léviter la balle.

     Cet effet prouvé par l'expérience est aussi présent dans la tour solaire : selon le même principe que la balle, il y a une accélération de l'air au niveau des turbines à la base de la cheminée lié à un rétrécissement de l'espace en passant dans celles-ci.

Protocole: Nous avons fait chauffer de l'eau (plus l'eau sera chaude plus l'effet sera visible) dans un bac transparent, nous y plongeons un glaçon coloré (dans cette expérience l'eau chaude a été colorée en rouge et l'eau froide en bleu.

       
      On peut constater que l'eau bleue du glaçon va vers le fond du récipient.

Interprétation: Les particules d'eau chaude vont se dilater sous l'effet de la chaleur, devenant ainsi plus légères : on les retrouve dans la partie supérieure du récipient. Les particules froides, quant à elles, sont plus denses, plus "lourdes", et vont donc se diriger vers le fond du récipient. La température de l'eau fait donc varier sa densité.



Conclusion: Cette expérience nous montre que l'eau chaude est moins dense que l'eau froide ; le courant froid se dirige vers celui de température plus élévée.    
    Le même effet se produit avec l'air dans la tour solaire : à l'entrée du collecteur, la différence de pression entre la température ambiante et la dépression créée dans le collecteur entraînent la formation d'un vent qui se dirige de l'extérieur vers la cheminée. Enfin, les molécules d'air plus légères sont portées vers le haut (et donc l'extérieur) une fois dans cette dernière.

1) Inclinaison et ensoleillement sur Terre

    La révolution de la Terre désigne le fait que notre planète effectue une rotation  autour du Soleil en 1 an (soit 365 jours et 6h). A cela s'ajoute l'inclinaison de la Terre de 23°27' (angle écliptique) pour expliquer l'alternance des saisons et la variation de la durée d'ensoleillement à la surface de la Terre. 

    La distance Terre-Soleil (qui varie selon les saisons), quant à elle, n'a pas d'influence : pour ce qui est des différences de température, seul l'angle d'impact des rayons du Soleil sur la Terre est à prendre en compte.

 Sources : http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:North_season.jpg                                                                                          

     Ainsi, l'hémisphère Nord est plus ensoleillé en été, et l'hémisphère Sud l'est plus en hiver, et les températures y sont plus élévées à ces périodes de l'année. En automne et au printemps, la durée d'ensoleillement est similaire dans les deux hémisphères.

2) Positionnement de la tour solaire sur Terreu


r solaire sur Ter

     Nous avons réalisé cette étude sur le rayonnement solaire  car l'intensité des rayons du soleil et la chaleur ambiante permettent de créer un courant d'air très important en direction de la cheminée, indispensable pour obtenir une grande production finale d'énergie : la différence de pression entre l'air ambiant plus frais(anticyclone), et l'air chaud à l'intérieur du collecteur (dépression) entraîne ce flux d'air.           
     Nous pouvons dès lors déterminer l'emplacement du telle construction où son rendement serait le plus élévé possible.

Sources : http://www.climate-charts.com/World-Climate-Maps.html

   On voit bien que d'après ces cartes, les régions les plus ensoleillées, mais aussi les plus chaudes tout au long de l'année, sont celles situées entre les tropiques du Cancer et du Capricorne, plus particulièrement autour de l'équateur.

     D'après ce que nous avons vu dans la première partie et l'étude de ces cartes d'ensoleillement et de température, l'emplacement idéal pour la construction d'une tour solaire serait donc une zone tropicale, et si l'on prend en considération la demande importante d'espace d'un tel projet, le désert du Sahara semble prendre en compte toutes ces caractéristiques.

La construction d'une tour solaire serait-elle possible en France?

Sources : http://www.idcook.com/content/6-cartes-densoleillement
               et Manuel de SVT de 2nde, editions Bordas 2006

   Si une tour solaire devait installée en France, elle le serait plutôt dans le Sud-Est du pays, qui possède le plus important ensoleillement annuel, ainsi que des températures globalement plus élévées qu'ailleurs en France. Cependant, le problème d'espace subsiste, et le rendement de la tour serait bien sûr moins important que celle construite dans le Sahara.

   Voici donc une modélisation de la Terre dans l'espace nous montrant par des échelles de couleur le rendement obtenu par des tours construites à ces endroits, tandis que la température et l'ensoleillement sont matérialisés par la couleur des rayons en provenance du soleil.

La tour solaire possède de multiples avantages pour la production d'énergie future:

• Cette installation est créée pour des zones désertiques donc dépourvues d'intérêts (pas de possibilité d'aménagement) mais riches en soleil.
  
  
• Après la construction de la tour, aucun carburant n'est nécessaire a son fonctionnement, donc indépendance énergétique.
  
  
• La production d'énergie électrique perdure jour et nuit (des cylindres remplis d'eau et de couleur opaque captent la chaleur le jour et la libère la nuit).
  
  
• La maintenance nécessaire est peu importante et la structure n'a aucun impact écologique.
  
  
• L'investissement est faible par rapport au nucléaire.
  Les 3 matériaux nécessaires à la construction d'une tour solaire sont le béton, le verre et l'acier, disponibles en grande quantité partout dans le monde.
  
  
• L'énergie produite est peu chère.
  
  
• Des plantations peuvent être créées sous le collecteur.
  
  
• Plus de sécurité par rapport au nucléaire surtout à l'heure actuelle.