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Qu'est-ce que le rayonnement solaire ?

Le rayonnement solaire est l'énergie rayonnante émise dans l'espace interplanétaire du Soleil.

Qu'est-ce que le rayonnement solaire ?

Ce rayonnement est généré par des réactions de fusion nucléaire qui se produisent dans le noyau solaire. Le rayonnement nucléaire produit un rayonnement électromagnétique à différentes fréquences ou longueurs d'onde. Le rayonnement électromagnétique se propage dans l'espace à la vitesse de la lumière.

Pourquoi le rayonnement solaire est-il important?

L'énergie solaire est la principale source d'énergie et, par conséquent, le moteur qui anime notre environnement. L'énergie solaire que nous recevons à travers le rayonnement solaire est directement ou indirectement responsable d'aspects aussi importants pour la vie que:

  • Photosynthèse chez les plantes
  • maintenir une température de la planète compatible avec la vie.
  • du vent.

L'énergie solaire qui atteint la surface de la terre est 10 000 fois supérieure à l'énergie actuellement consommée par toute l'humanité.

Que signifie 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.

Quelle est la constante solaire?

La constante solaire est la quantité d'énergie reçue sous forme de rayonnement solaire par unité de temps et unité de surface.

La constante solaire est mesurée dans la partie extérieure de l'atmosphère terrestre dans un plan perpendiculaire aux rayons du Soleil. Les résultats de sa mesure par satellites donnent une valeur moyenne de 1366 W / m2.

Les types de rayonnement solaire

Le rayonnement solaire contient trois types de rayons:

  • 49% sont des rayons infrarouges (IR) qui fournissent de la chaleur.
  • 43% sont des rayons visibles (VI) qui fournissent de la lumière.
  • 7% sont des rayons ultraviolets (UV).
  • 1% sont d'autres types de foudre.

À leur tour, les rayons ultraviolets (UV) sont subdivisés en trois types:

  • Ultraviolets A ou UVA: ils traversent facilement l'atmosphère, atteignant la surface entière de la terre.
  • Ultraviolet B ou UVB: courte longueur d'onde. Il a plus de difficulté à traverser l'atmosphère. Ils atteignent la zone équatoriale plus facilement qu'aux hautes latitudes.
  • Ultraviolet C ou UVC: courte longueur d'onde. Ils ne traversent pas l'atmosphère. Ils sont absorbés par la couche d'ozone.

Caractéristiques du rayonnement solaire

Le rayonnement solaire est distribué sur un large spectre d'amplitude non uniforme avec la forme typique d'une cloche, comme cela est typique du spectre d'un corps noir avec lequel la source solaire est modélisée. Par conséquent, il n'est pas concentré sur une seule fréquence.

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 active oscille entre 400 et 700 nm, correspond au rayonnement visible et équivaut à 41% du rayonnement total. Dans le rayonnement photosynthétiquement actif se trouvent des sous-bandes avec rayonnement:

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

Lors du franchissement 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. Par conséquent, le sol du spectre solaire est irrégulier par rapport à celui détecté dans les seuils externes de l'atmosphère avec la présence de bandes d'absorption ou de réflexion typiques.

Comment le rayonnement solaire se propage-t-il 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, dues à 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. Le rayonnement qui fait cela est appelé 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 diffus représente la partie du rayonnement solaire qui a frappé au moins une particule de gaz atmosphériques en changeant l'angle d'incidence et qui, cependant, atteint le sol parce qu'elle est dirigée 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.

    Comment le rayonnement solaire est-il mesuré?

    Pour mesurer le rayonnement solaire, nous distinguons trois méthodes selon qu'il s'agit:

    • Rayonnement solaire direct.
    • Rayonnement solaire indirect.
    • Rayonnement infrarouge.

    Mesure du rayonnement solaire direct

    Le rayonnement solaire direct est mesuré au moyen de pyrhéliomètres. À l'aide d'obturateurs, seul le rayonnement du soleil et d'une région annulaire du ciel très proche du soleil est mesuré.

    Il est nécessaire que tous les pyrhéliomètres soient montés sur un mécanisme permettant une surveillance très précise du Soleil.

    Mesure de rayonnement global et diffus

    Le rayonnement global est défini comme le rayonnement solaire reçu d'un angle solide de 2π stéradians sur une surface horizontale. Le rayonnement global comprend celui reçu directement du disque solaire ainsi que le rayonnement diffusé du ciel diffusé lors de son passage dans l'atmosphère.

    Le rayonnement global est mesuré par le pyranomètre. Pour mesurer uniquement la composante diffuse du rayonnement solaire, la composante directe est recouverte au moyen d'un écran ou d'un système d'ombrage. 

    Mesure du rayonnement infrarouge

    Le rayonnement infrarouge est mesuré par des pyrgéomètres.

    La plupart d'entre elles éliminent les courtes longueurs d'onde en utilisant des filtres qui ont une transparence constante aux longues longueurs d'onde tout en étant presque opaques aux longueurs d'onde plus courtes. 

    Comment le rayonnement solaire affecte-t-il la santé?

    Le rayonnement ultraviolet peut avoir divers effets sur la peau des êtres humains en fonction de son intensité et de la longueur de ses ondes.

    Le rayonnement UVA peut provoquer un vieillissement cutané prématuré et un cancer de la peau. Il peut également causer des problèmes aux yeux et au système immunitaire. 

    Le rayonnement UVB provoque des coups de soleil, un assombrissement et un épaississement de la couche externe de la peau, ainsi qu'un mélanome et d'autres types de cancer de la peau. Il peut également causer des problèmes aux yeux et au système immunitaire.

    La couche d'ozone empêche la plupart des rayons UVC d'atteindre la Terre. En médecine, le rayonnement UVC peut également provenir de lampes spéciales ou d'un faisceau laser et est utilisé pour tuer les germes ou pour aider à guérir les blessures. Il est également utilisé pour traiter certaines affections cutanées telles que le psoriasis, le vitiligo et les nodules cutanés qui provoquent le lymphome cutané à cellules T.

    résumé

    Le rayonnement solaire est l'énergie qui vient du Soleil.

    Les réactions nucléaires se produisent dans le noyau solaire, libérant une grande quantité d'énergie. Cette énergie se rend sur Terre à travers les ondes électromagnétiques: le rayonnement solaire.

    Le rayonnement solaire est divisé principalement en trois types de rayons: 

    • Rayons infrarouges (IR). Ils fournissent de la chaleur.
    • Rayons visibles (VI). Ils fournissent de la lumière.
    • Rayons ultraviolets (UV). Ce sont eux qui ont le plus d'influence sur la santé humaine.

    Références

    Auteur :

    Date de publication : 13 mai 2015
    Dernier examen : 4 mai 2020