Pleins feux sur un membre : Maria Telkes, biophysicienne et inventrice
À propos de l’énergie solaire
Des capteurs solaires en forme de boîte captaient la lumière du soleil et réchauffaient l’air dans un compartiment entre une double couche de verre et une feuille de métal noire. L’air réchauffé était ensuite canalisé dans les murs, où il transférait la chaleur aux sels de Glauber (sulfate de sodium cristallisé) pour le stockage et une utilisation ultérieure. Elle a amélioré la technologie d’échangeur de chaleur existante pour créer des poêles et des radiateurs solaires, recevant une subvention de 45 000 $ de la Fondation Ford en 1953 pour créer un four solaire universel qui pourrait être adapté pour être utilisé par des personnes vivant sous toutes les latitudes. Elle a également travaillé pour développer des matériaux capables de supporter les températures extrêmes de l’espace. En 1980, elle a aidé le département américain de l’énergie à développer la première résidence solaire-électrique au monde, qui a été construite à Carlisle, Massachusetts.
Un regard rétrospectif sur les réalisations de la biophysicienne et pionnière de l’énergie solaire, Maria Telkes.
Au cours de ses années au MIT, elle a créé un nouveau type de système de chauffage solaire – un système qui convertit l’énergie solaire en énergie chimique grâce à la cristallisation d’une solution de sulfate de sodium. La Dover Sun House, un prototype de maison construit en 1948, utilisait son système de chauffage solaire. À NYU de 1958 à 1938, elle a travaillé sur des alambics solaires, des systèmes de chauffage et des fours solaires. Ses fours solaires se sont avérés peu coûteux à fabriquer, simples et faciles à construire et pouvaient être utilisés par les villageois du monde entier.
Ses autres innovations comprenaient des séchoirs solaires et des systèmes thermoélectriques solaires à utiliser dans l’espace. Ses matériaux à l’épreuve de l’espace et de la mer ont été utilisés sur les projets Apollo et Polaris. Plus tard, ses innovations en matière d’énergie solaire ont été utilisées pour Solar One, un bâtiment chauffé à l’énergie solaire construit à l’Université du Delaware. Après sa retraite, Telkes a participé à une deuxième maison expérimentale chauffée à l’énergie solaire, la Carlisle House. Elle croyait si fermement à l’utilisation de l’énergie solaire qu’elle a déclarée : « La lumière du soleil sera utilisée comme source d’énergie tôt ou tard. Pourquoi attendre ? »
À propos de l’énergie solaire
Énergie solaire, rayonnement du Soleil capable de produire de la chaleur, de provoquer des réactions chimiques ou de générer de l’électricité. La quantité totale d’énergie solaire incidente sur Terre dépasse largement les besoins énergétiques actuels et prévus de la planète. Si elle est correctement exploitée, cette source hautement diffuse a le potentiel de satisfaire tous les besoins énergétiques futurs. Au 21e siècle, l’énergie solaire devrait devenir de plus en plus attrayante en tant que source d’énergie renouvelable en raison de son approvisionnement inépuisable et de son caractère non polluant, en contraste frappant avec les combustibles fossiles finis que sont le charbon, le pétrole et le gaz naturel.
Le potentiel de l’énergie solaire est énorme, car environ 200 000 fois la capacité de production électrique quotidienne totale du monde est reçue par la Terre chaque jour sous forme d’énergie solaire. Malheureusement, bien que l’énergie solaire elle-même soit gratuite, le coût élevé de sa collecte, de sa conversion et de son stockage limite encore son exploitation dans de nombreux endroits. Le rayonnement solaire peut être converti en énergie thermique (chaleur) ou en énergie électrique, bien que la première soit plus facile à réaliser.
Parmi les dispositifs les plus couramment utilisés pour capter l’énergie solaire et la convertir en énergie thermique, on trouve les capteurs plans, qui sont utilisés pour les applications de chauffage solaire. Parce que l’intensité du rayonnement solaire à la surface de la Terre est si faible, ces capteurs doivent avoir une grande surface. Même dans les régions ensoleillées des régions tempérées du monde, par exemple, un collecteur doit avoir une surface d’environ 40 mètres carrés (430 pieds carrés) pour recueillir suffisamment d’énergie pour répondre aux besoins énergétiques d’une personne.
Les capteurs plans les plus répandus sont constitués d’une plaque de métal noircie, recouverte d’une ou deux feuilles de verre, qui est chauffée par la lumière du soleil qui tombe dessus. Cette chaleur est ensuite transférée à l’air ou à l’eau, appelés fluides porteurs, qui s’écoulent à l’arrière de la plaque. La chaleur peut être utilisée directement ou elle peut être transférée vers un autre support pour le stockage. Les capteurs plats sont couramment utilisés pour les chauffe-eau solaires et le chauffage domestique. Le stockage de la chaleur à utiliser la nuit ou par temps nuageux est généralement réalisé en utilisant des réservoirs isolés pour stocker l’eau chauffée pendant les périodes ensoleillées. Un tel système peut alimenter une maison avec de l’eau chaude tirée du réservoir de stockage ou, avec l’eau réchauffée circulant à travers des tubes dans les planchers et les plafonds, il peut assurer le chauffage des locaux. Les capteurs à plaques planes chauffent généralement les fluides porteurs à des températures allant de 66 à 93 ° C (150 à 200 ° F). L’efficacité de ces collecteurs (c’est-à-dire la proportion de l’énergie reçue qu’ils convertissent en énergie utilisable) varie de 20 à 80 %, selon la conception du collecteur.
Une autre méthode de conversion de l’énergie thermique se trouve dans les bassins solaires, qui sont des masses d’eau salée conçues pour collecter et stocker l’énergie solaire. La chaleur extraite de ces étangs permet la production de produits chimiques, de nourriture, de textiles et d’autres produits industriels et peut également être utilisée pour chauffer des serres, des piscines et des bâtiments d’élevage. Les bassins solaires sont parfois utilisés pour produire de l’électricité grâce à l’utilisation du moteur à cycle organique de Rankine, un moyen relativement efficace et économique de conversion de l’énergie solaire, particulièrement utile dans les régions éloignées. Les bassins solaires sont assez coûteux à installer et à entretenir et sont généralement limités aux zones rurales chaudes.
À plus petite échelle, l’énergie du soleil peut également être exploitée pour cuire des aliments dans des fours solaires spécialement conçus. Les fours solaires concentrent généralement la lumière du soleil sur une large zone vers un point central, où un récipient à surface noire convertit la lumière du soleil en chaleur. Les fours sont généralement portables et ne nécessitent aucun autre apport de combustible.
Le rayonnement solaire peut être converti directement en électricité par des cellules solaires (cellules photovoltaïques). Dans de telles cellules, une petite tension électrique est générée lorsque la lumière frappe la jonction entre un métal et un semi-conducteur (tel que le silicium) ou la jonction entre deux semi-conducteurs différents. (Voir effet photovoltaïque.) La puissance générée par une seule cellule photovoltaïque n’est généralement que d’environ deux watts. Cependant, en connectant un grand nombre de cellules individuelles ensemble, comme dans les panneaux solaires, des centaines, voire des milliers de kilowatts d’énergie électrique peuvent être générés dans une centrale électrique solaire ou dans un grand réseau domestique. L’efficacité énergétique de la plupart des cellules photovoltaïques actuelles n’est que d’environ 15 à 20 % et, comme l’intensité du rayonnement solaire est faible au départ, des assemblages volumineux et coûteux de telles cellules sont nécessaires pour produire des quantités d’énergie même modérées.
Les petites cellules photovoltaïques qui fonctionnent à la lumière du soleil ou à la lumière artificielle ont trouvé une utilisation majeure dans les applications à faible consommation d’énergie, comme sources d’alimentation pour les calculatrices et les montres, par exemple. Des unités plus grandes ont été utilisées pour alimenter les pompes à eau et les systèmes de communication dans les régions éloignées et pour les satellites météorologiques et de communication. Les panneaux classiques en silicium cristallin et les technologies émergentes utilisant des cellules solaires à couche mince, y compris le photovoltaïque intégré au bâtiment, peuvent être installés par les propriétaires et les entreprises sur leurs toits pour remplacer ou augmenter l’alimentation électrique conventionnelle.
Les centrales solaires à concentration utilisent des collecteurs de concentration ou de focalisation pour concentrer la lumière du soleil reçue d’une large zone sur un petit récepteur noirci, augmentant ainsi considérablement l’intensité de la lumière afin de produire des températures élevées. Les réseaux de miroirs ou de lentilles soigneusement alignés peuvent concentrer suffisamment de lumière solaire pour chauffer une cible à des températures de 2 000 ° C (3 600 ° F) ou plus. Cette chaleur peut ensuite être utilisée pour faire fonctionner une chaudière, qui à son tour génère de la vapeur pour une centrale électrique à turbine à vapeur. Pour produire directement de la vapeur, les miroirs mobiles peuvent être disposés de manière à concentrer de grandes quantités de rayonnement solaire sur des tuyaux noircis à travers lesquels l’eau circule et est ainsi chauffée.
Autres applications
L’énergie solaire est également utilisée à petite échelle à des fins autres que celles décrites ci-dessus. Dans certains pays, par exemple, l’énergie solaire est utilisée pour produire du sel à partir de l’eau de mer par évaporation. De même, les unités de dessalement à énergie solaire transforment l’eau salée en eau potable en convertissant l’énergie du soleil en chaleur, directement ou indirectement, pour piloter le processus de dessalement.
La technologie solaire a également émergé pour la production propre et renouvelable d’hydrogène comme source d’énergie alternative. Imitant le processus de photosynthèse, les feuilles artificielles sont des dispositifs à base de silicium qui utilisent l’énergie solaire pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène, ne laissant pratiquement aucun polluant. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour améliorer l’efficacité et la rentabilité de ces dispositifs à usage industriel.
Sciences de biophysique
Biophysique, discipline concernée par l’application des principes et méthodes de la physique et des autres sciences physiques à la solution de problèmes biologiques. L’émergence relativement récente de la biophysique en tant que discipline scientifique peut être attribuée, en particulier, au succès spectaculaire des outils biophysiques pour démêler la structure moléculaire de l’acide désoxyribonucléique (ADN), le matériel héréditaire fondamental, et pour établir la structure précisément détaillée des protéines comme l’hémoglobine afin que la position de chaque atome puisse être connue. La biophysique et la biologie moléculaire, sujet intimement lié, sont désormais fermement établies comme les pierres angulaires de la biologie moderne.
Qu’est-ce que l’énergie solaire ?
L’énergie solaire est le rayonnement du Soleil capable de produire de la chaleur, de provoquer des réactions chimiques ou de générer de l’électricité. La quantité totale d’énergie solaire reçue sur Terre est largement supérieure aux besoins énergétiques mondiaux actuels et prévus. Si elle est correctement exploitée, l’énergie solaire a le potentiel de satisfaire tous les besoins énergétiques futurs.
Quelles sont les utilisations courantes de l’énergie solaire ?
L’énergie solaire est couramment utilisée pour les chauffe-eau solaires et le chauffage domestique. La chaleur des bassins solaires permet la production de produits chimiques, de nourriture, de textiles, de serres chaudes, de piscines et de bâtiments d’élevage. La cuisson et la fourniture d’une source d’alimentation pour les appareils électroniques peuvent également être réalisées en utilisant l’énergie solaire.
Comment l’énergie solaire est-elle collectée ?
Les dispositifs les plus couramment utilisés pour collecter l’énergie solaire et la convertir en énergie thermique sont les capteurs plans. Une autre méthode de conversion de l’énergie thermique se trouve dans les bassins solaires, qui sont des masses d’eau salée conçues pour collecter et stocker l’énergie solaire. Le rayonnement solaire peut également être converti directement en électricité par des cellules solaires ou des cellules photovoltaïques, ou exploité pour cuire des aliments dans des fours solaires spécialement conçus, qui concentrent généralement la lumière du soleil sur une vaste zone vers un point central.
Physicien hongro-américain pionnier dans l’application de l’énergie solaire à la distillation de l’eau et au chauffage domestique. Elle a immigré aux États-Unis en 1925, a travaillé comme biophysicienne (1926-1937) et s’est naturalisée en 1937. En tant que conseillère civile auprès du Bureau américain de la recherche scientifique et du développement pendant la Seconde Guerre mondiale, elle a mis au point un système de distillation d’eau chauffée à l’énergie solaire pour rendre l’eau de mer potable. À la fin des années 1940, elle a conçu un système de stockage chimique de l’énergie solaire pour la première maison chauffée à l’énergie solaire, un projet du MIT construit à Dover, Massachusetts. Elle a développé un poêle à énergie solaire et, dans les années 1970, a expérimenté un système de climatisation qui stockait l’air frais de la nuit pour l’utiliser pendant la chaleur du lendemain.
https://alltogether.swe.org/2019/03/maria-telkes-biophysicist-inventor/