Conception

Conception du four Atominique

Cette page décrit les choix de conception du four solaire « Atominique », tels qu’ils ont été élaborés et expérimentés par Dominique (concepteur du four), essentiellement par essais/erreurs sur plusieurs années.

Objectifs de conception

Le four Atominique est né de plusieurs constats pratiques :

• Obtenir une vraie puissance de cuisson (stérilisation de bocaux, cuisson d’un poulet, ratatouilles, etc.), pas seulement une « cuisson molle ».
• Rester low-tech et réparable : matériaux simples, en grande partie de récupération, peu ou pas de pièces « industrielles ».
• Assurer sécurité et confort d’usage : pas d’éblouissement violent comme avec une parabole, peu de risques pour les enfants autour, four stable et facile à déplacer.
• Faciliter l’usage régulier : four qui reste dehors ou proche de la cuisine, sur roulettes, ouverture pratique, ergonomie pensée pour qu’on ait envie de s’en servir souvent.

Le four Atominique est donc un four de type “boîte” à effet de serre, avec une grande vitre et quatre réflecteurs, optimisé pour fonctionner efficacement sous nos latitudes (France / zone méditerranéenne élargie).

Géométrie générale du four

Profil et angle de la vitre

Le cœur de la conception est la coupe du four (vue de côté) et en particulier l’inclinaison de la vitre :

• Le four Atominique actuel est issu de deux familles de profils expérimentés :
  • un profil à 45° / 45° / 90° (vitre à 45°), adapté aux latitudes tempérées,
  • un profil issu d’un triangle équilatéral (60°, recoupé pour ménager une porte arrière, avec vitre autour de 60°.

Pour nos latitudes (France, Maghreb, bassin méditerranéen), les deux profils 45° et 60° fonctionnent bien, mais le profil à 60° avec porte arrière s’est révélé très performant dans la pratique.

Idée clé :

• Pour que la lumière traverse bien la vitre, il faut que les rayons arrivent proche de la perpendiculaire à la vitre.
• Avec une vitre vers 45–60°, on couvre un large intervalle de hauteur de soleil (environ ±20–25° autour de la verticale apparente), ce qui permet une bonne utilisation au printemps, en été et en automne.
• En hiver, sous nos latitudes, le temps d’ensoleillement et la météo limitent beaucoup l’usage, même avec une bonne géométrie.

Ne pas « casser » les triangles

Un point important de la conception : ne pas tronquer les “triangles” de la coupe juste pour « gagner de la place » à l’intérieur.

• Si l’on coupe les pointes de la forme triangulaire (en haut ou en bas) :
  • on réduit la surface de vitre,
  • on crée des zones d’ombre dans le fond du four.
• Ces zones d’ombre sont autant de surface qui ne participe pas à la montée en température.

Le four Atominique garde donc une grande vitre pleine sur la face exposée au soleil, même si cela donne une forme intérieure un peu « inefficace » en volume (espaces qu’on ne remplit pas de plats).

Taille globale du four

Quelques principes issus de l’expérience :

• Plus le four est petit, plus la puissance globale (surface collectrice) est limitée ⇒ températures modestes et peu de marge.
• Augmenter la taille du four (en particulier la surface de vitre et des réflecteurs) permet :
  • d’augmenter la puissance (plus de W captés),
  • de cuisiner des plats plus volumineux,
  • de stériliser des bocaux en quantité.

En contrepartie :

• Le four devient plus encombrant.
• Il faut assumer cet encombrement dans la conception : roulettes, emplacement dédié, éventuelle housse de protection pour rester dehors.

Le four Atominique est donc pensé comme un four de taille “généreuse”, assumant son volume pour gagner en confort de cuisson.

Parois, isolation et vitre

Parois et isolation

Au fil des versions, la conception a évolué vers moins d’isolant, mais plus de réflexion interne :

• Structure en bois (déjà relativement isolant), parfois en double paroi, mais les tests ont montré que doubler les planches n’apporte pas un gain énorme dans nos climats.
• Intérieur tapissé de plaque offset en aluminium (récupération d’imprimerie) :
  • matériau peu coûteux,
  • bonne capacité à renvoyer la lumière et les infrarouges vers l’intérieur.

Ce qui est recherché :

• Que les parois réfléchissent, plutôt qu’elles ne calent la chaleur.
• Que la paroi extérieure reste touchable (chaude mais pas brûlante), signe que la majorité de l’énergie reste piégée à l’intérieur.

L’isolation « lourde » (laine minérale, etc.) serait utile dans des climats très froids (Sibérie par ciel bleu), mais n’est pas indispensable pour les usages visés du four Atominique.

Vitre : simple, fixe, non traitée

Plusieurs choix forts ont été faits :

• Une seule vitre, pas de double vitrage :
  • Avec deux vitres classiques, l’expérience a montré que le four met environ deux fois plus de temps à monter en température (plus de réflexions / pertes).
• Vitre dite « blanche » (verre simple, non traité) :
  • éviter les verres traités anti-UV, anti-reflet ou basse émissivité, qui filtrent ou renvoient une partie de la lumière utile.
• Vitre fixe, qui ne sert jamais d’ouverture :
  • l’accès au four se fait par une porte arrière ;
  • ouvrir la vitre ferait perdre 30–40 °C immédiatement, alors que la porte arrière provoque une perte plus limitée (une dizaine de degrés rapidement rattrapés).

La vitre est donc traitée comme un organe optique (faire entrer le plus possible de lumière) et non comme un élément d’ergonomie (pas de charnière sur la vitre).

Réflecteurs : principes de disposition

(Le détail des matériaux et systèmes de fixation est sur réflecteur. Ici on se limite aux choix de conception.)

Le four Atominique utilise quatre réflecteurs :

• Deux latéraux fixes :
  • solidaires du corps du four,
  • tournent avec lui quand on oriente le four par rapport au soleil,
  • servent à capter la lumière de part et d’autre, ce qui permet de garder une température assez stable pendant 1 à 1h30 sans retoucher à l’orientation.
• Deux réflecteurs haut et bas, orientables :
  • permettent de suivre la hauteur du soleil (matin, midi, après-midi),
  • complètent l’angle pour que les rayons soient renvoyés vers la vitre, et non perdus.

Deux idées fortes :

• Les réflecteurs sont posés au ras de la vitre, afin de renvoyer le maximum de lumière dans la zone vitrée, sans créer de zones d’ombre.
• Plutôt que d’utiliser des systèmes de poursuite complexes, on compte sur :
  • le jeu des quatre réflecteurs,
  • + une réorientation manuelle du four toutes les ~1h.

Intérieur : plaques noires et lame d’air

L’intérieur n’est pas peint en noir directement : la conception distingue surface absorbante et paroi réflective.

• Les parois internes restent réflectives (plaque offset alu).
• On ajoute des plaques noires :
  • au fond du four,
  • et souvent sur la porte.

Ces plaques noires :

• sont découplées des parois par une lame d’air (petites cales en bois) ;
• jouent le rôle de convertisseur lumière → chaleur (elles chauffent très vite, bien plus que la paroi bois + alu).

Effet recherché :

• La chaleur se crée sur les plaques noires (près des plats),
• puis les parois réflectives renvoient les infrarouges vers l’intérieur au lieu de les laisser partir dans le bois,
• les parois bois restent « seulement chaudes », pas brûlantes, signe que les pertes sont limitées.

Gestion de l’inertie

La conception du four est pensée pour minimiser l’inertie thermique de tout ce qui n’est pas l’aliment :

• Plaques noires fines (tôle émaillée noire par exemple),
• Parois relativement légères,
• Optimisation pour des plats eux aussi peu inertiels (c’est davantage détaillé dans Mode d'emploi / utilisation) :

L’idée générale :

• La chaleur produite doit aller le plus vite possible dans l’aliment, pas dans des masses épaisses de métal.
• Moins il y a d’inertie inutile, plus le four réagit vite aux variations d’ensoleillement.

Ergonomie et mise en œuvre

Plusieurs détails de conception visent à faciliter l’usage réel du four :

• Porte arrière :
  • permet de charger/décharger le four sans ouvrir la vitre,
  • limite les pertes de chaleur.
• Repose-plat sur le dessus :
  • permet de poser le plat juste devant la porte avant de le glisser dans le four,
  • évite de poser la gamelle par terre, de la faire basculer, etc.
• Roulettes et poignées / système “brouette” :
  • une seule personne peut déplacer le four pour le mettre au soleil,
  • favorise un usage quotidien (on ne renonce pas parce qu’il « faut être deux »).
• Emplacement dédié :
  • le four est conçu pour pouvoir rester en extérieur, sous housse ou abri, à un endroit bien ensoleillé,
  • l’idée étant qu’il soit “prêt à servir” dès qu’un créneau de soleil se présente.

Ces éléments d’ergonomie font partie intégrante de la conception : le four est pensé comme un outil de cuisine qu’on utilise souvent, pas comme un prototype démonstratif.

Synthèse des choix de conception

En résumé, la conception du four Atominique repose sur :

• Une géométrie de type boîte à effet de serre, avec grande vitre inclinée (45–60°) adaptée à nos latitudes.
• Des triangles non tronqués pour éviter les zones d’ombre et maximiser la surface vitrée.
• Une structure en bois + plaques offset : peu d’isolant, mais parois très réflectives.
• Une vitre simple, fixe, en verre non traité, jamais utilisée comme porte.
• Quatre réflecteurs bien dimensionnés, dont deux latéraux fixes et deux haut/bas orientables.
• Des plaques noires séparées des parois par une lame d’air, pour concentrer la production de chaleur là où sont les plats.
• Une réduction maximale de l’inertie thermique inutile, pour que la chaleur aille d’abord dans les aliments.
• Une ergonomie pensée pour l’usage : porte arrière, roulettes, repose-plat, stockage extérieur possible.

Ces choix sont issus d’un long travail empirique (construction, essais, destructions et reconstructions successives). Ils constituent une base pour reproduire ou améliorer le four Atominique, et pour imaginer d’autres variantes de fours solaires low-tech performants.