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Radiation solaire

Radiation solaire

Le rayonnement solaire est l'énergie rayonnante émise dans l'espace interplanétaire du Soleil. Ce rayonnement est généré par des réactions de fusion thermonucléaire qui se produisent dans le noyau solaire et qui produisent un rayonnement électromagnétique à différentes fréquences ou longueurs d'onde, qui sont Il se propage ensuite dans l'espace aux vitesses typiques de ces ondes. Cette propagation vous permet de transporter l'énergie solaire avec eux.

La constante solaire est la quantité d'énergie reçue sous forme de rayonnement solaire par unité de temps et unité de surface, mesurée dans la partie extérieure de l'atmosphère terrestre dans un plan perpendiculaire aux rayons du Soleil. Les résultats de sa mesure par les satellites montrent une valeur moyenne de 1366 Wm -2 .

L'énergie solaire et, par conséquent, le rayonnement solaire résultent du processus de fusion nucléaire qui a lieu dans le Soleil. Cette énergie est la principale source d'énergie et, par conséquent, le moteur qui anime notre environnement. L'énergie solaire que nous recevons grâce au rayonnement solaire est directement ou indirectement responsable d'aspects aussi importants pour la vie que la photosynthèse, le maintien d'une température de la planète compatible avec la vie, le vent, etc. L'énergie solaire qui atteint la surface de la terre est 10 000 fois supérieure à l'énergie actuellement consommée par toute l'humanité.

Définition du rayonnement

Le rayonnement est le transfert d'énergie par les ondes électromagnétiques. Le rayonnement se produit directement de la source vers l'extérieur dans toutes les directions. Ces ondes n'ont pas besoin d'un milieu matériel pour se propager, elles peuvent traverser l'espace interplanétaire et atteindre la Terre depuis le Soleil.

La longueur d'onde et la fréquence des ondes électromagnétiques sont importantes pour déterminer leur énergie, leur visibilité et leur pouvoir de pénétration. Toutes les ondes électromagnétiques se déplacent dans le vide à une vitesse de 299 792 km / s.

Caractéristiques du rayonnement solaire

Le rayonnement solaire n'est pas concentré dans une seule fréquence, mais est distribué sur un large spectre d'amplitude non uniforme avec la forme typique d'une cloche, comme c'est typique du spectre d'un corps noir avec lequel la source solaire est modélisée. Le maximum de rayonnement est focalisé sur la bande de rayonnement ou de lumière visible avec un pic à 500 nm en dehors de l'atmosphère terrestre selon la loi de Wien, qui correspond à la couleur verte cyan.

La bande de rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) varie de 400 à 700 nm, correspond au rayonnement visible et équivaut à 41% du rayonnement total. Au sein du PAR, il existe des sous-bandes avec rayonnement:

  • bleu-violet (400-490 nm)
  • vert (490-560 nm)
  • jaune (560-590 nm)
  • rouge orange (590-700 nm)

Outre les rayonnements visibles, une composante énergétique minoritaire, mais néanmoins remarquable par ses effets, est l'infrarouge et, surtout, les rayons ultraviolets.

Lors de la traversée de l'atmosphère, le rayonnement solaire est soumis à des phénomènes de réflexion, de réfraction, d'absorption et de diffusion par les différents gaz atmosphériques à un degré variable en fonction de la fréquence, de sorte que le sol du spectre solaire est irrégulier par rapport à celui détecté dans les seuils d'atmosphère externe (TOA) avec la présence de bandes d'absorption ou de réflexion typiques.

Propagation du rayonnement solaire dans l'atmosphère et à la surface de la terre

En raison des caractéristiques de l'atmosphère terrestre, le rayonnement solaire subit certaines altérations pour le traverser et atteindre la surface.

Bilan radiatif

En moyenne, la Terre reçoit 1 366 W / m² (constante solaire) du Soleil. Ceci est lié aux seuils de l'atmosphère et du plan perpendiculaire aux rayons solaires entrants: il faut donc tenir compte du fait que le rayonnement solaire dans La Terre atteint une calotte sphérique pendant 1 440 minutes chaque jour, diminuant de 75%. L'atmosphère à son tour filtre les rayons du soleil dans une certaine mesure, comme le fait chaque corps, provoquant:

  • une réflexion et une rétrodiffusion des rayons, du fait de leur albédo, aux nuages ​​et aux gaz atmosphériques eux-mêmes;
  • une absorption qui provoque une augmentation de la température, à la suite de laquelle il émet un rayonnement dans n'importe quelle direction selon la loi de Wien. Cependant, cette absorption est modeste dans la bande de lumière visible, ce qui la rend transparente aux rayons directs du soleil.

Environ la moitié du rayonnement solaire traverse l'atmosphère sans altération, prenant le nom de rayonnement net. La moitié du rayonnement net contribue finalement à l'évaporation des masses d'eau, par conséquent, l'énergie solaire disponible représente environ un quart de l'énergie totale émise.

La stratosphère absorbe les rayons ultraviolets inclus dans la bande 200-300 nm grâce à l'ozone, la troposphère absorbe et diffuse l'infrarouge grâce à la vapeur d'eau et au CO 2 . L'action filtrante des bandes dans les longueurs d'onde ultraviolettes pour la plupart mortelles est essentielle au développement de la vie.

Rayonnement solaire diffus

Le rayonnement diffus est également appelé rayonnement indirect. Le rayonnement solaire diffus représente la partie du rayonnement solaire qui a frappé au moins une particule de gaz atmosphériques en changeant l'angle d'incidence et atteint le sol car il est dirigé vers elle. Il augmente par rapport au total dans un ciel nuageux. En particulier, la diffusion de Rayleigh de la composante bleue du rayonnement solaire est responsable de la couleur bleue du ciel. Une partie du rayonnement diffus est renvoyée vers l'espace.

Rayonnement solaire incident

Le rayonnement solaire incident est le rayonnement qui a rencontré tout obstacle auquel il a délivré tout ou partie de son énergie. L'énergie qui n'atteint pas la surface de la Terre serait éteinte et serait composée de rayonnements réémis, réfléchis et diffusés dans l'espace.

Selon la loi de Lambert, la quantité de rayonnement frappant l'unité de surface est proportionnelle au cosinus de l'angle d'incidence.

La quantité maximale de rayonnement solaire incident est obtenue avec une incidence perpendiculaire, car l'angle augmente, à la fois la surface affectée par la même quantité de rayonnement et l'épaisseur de l'atmosphère traversée par ces augmentations. Cela crée les variations quotidiennes, annuelles et latitudinales de l'irradiation.

Rayonnement solaire réfléchi

Le rayonnement solaire réfléchi est la partie du rayonnement solaire incident réfléchie par la surface de la terre en raison de l'effet albédo. L'albédo est le coefficient de réflexion c. Les valeurs de c sont généralement comprises entre 0 et 1 ou exprimées en pourcentage. Elle est donnée par la relation entre l'énergie rayonnante réfléchie par une surface par rapport à l'énergie incidente. La Terre a une valeur moyenne de 40% (c = 0,4). À l'altitude de l'albédo de la Terre, nous ajoutons le rayonnement réfléchi par les particules atmosphériques dans l'espace.

Rayonnement solaire absorbé

Après déduction de toutes les pertes dues à la réflexion et à la rétrodiffusion de l'atmosphère et de la surface de la Terre, le rayonnement solaire incident restant est absorbé par la surface de la Terre et contribue donc à son réchauffement, de manière variable. selon la latitude et le type de surface.

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Dernier examen: 13 avril 2017