Le rayonnement solaire est l'une des principales sources d'énergie de notre planète et son influence va du réchauffement de l'atmosphère aux processus qui permettent la vie sur Terre, comme la photosynthèse.
Cependant, lorsque nous parlons de « rayons du soleil », nous faisons référence à quelque chose de plus complexe que la simple lumière que nous voyons. En réalité, le Soleil émet des rayonnements dans une large gamme de longueurs d'onde, qui font partie du spectre électromagnétique .
Ce spectre comprend différents types de rayonnements, chacun possédant des propriétés uniques, allant des ondes radio de faible énergie aux rayons gamma de haute énergie.
Avant de commencer, nous définirons ce qu’est le rayonnement solaire et ce qu’est le spectre électromagnétique. Enfin, nous expliquerons quels sont les différents types de rayons solaires en termes de spectre électromagnétique.
Qu’est-ce que le rayonnement solaire ?
Le rayonnement solaire est l'énergie émise par le Soleil sous forme d'ondes électromagnétiques, qui voyage à travers l'espace et atteint la Terre. Ce rayonnement comprend une large gamme de longueurs d’onde, appelée spectre électromagnétique, allant des ondes radio aux rayons gamma. Les principaux composants du rayonnement solaire qui affectent la Terre sont les rayons solaires sous forme de lumière visible, de rayonnement ultraviolet (UV) et de rayonnement infrarouge.
Les rayons du soleil fournissent de la lumière et de la chaleur, essentielles à la vie sur Terre, et influencent également le climat et le cycle de l'eau. Bien que l’atmosphère bloque une grande partie des rayonnements les plus nocifs, tels que les rayons UV-C, une exposition excessive aux rayons UV-B peut avoir des effets nocifs sur la santé.
Les rayons solaires sont une manière plus familière de désigner principalement la lumière visible qui atteint la Terre, bien qu'ils incluent parfois également d'autres formes de rayonnement solaire, et de nombreuses personnes utilisent ce terme pour désigner le rayonnement solaire en général.
Le spectre électromagnétique
Le spectre électromagnétique représente l’ensemble de toutes les formes de rayonnement électromagnétique existantes. Fondamentalement, ce sont toutes les ondes d’énergie qui voyagent dans l’espace.
Ce spectre comprend les ondes radio, qui ont la plus longue et la plus faible énergie, jusqu'aux rayons gamma, qui ont les longueurs d'onde les plus courtes et sont extrêmement énergétiques. Entre ces extrêmes, nous trouvons également les micro-ondes, le rayonnement infrarouge (que nous ressentons sous forme de chaleur), la lumière visible (que nos yeux peuvent voir), le rayonnement ultraviolet (qui peut provoquer des coups de soleil) et les rayons X.
Le rayonnement solaire couvre une large gamme de longueurs d'onde dans le spectre électromagnétique . Le spectre électromagnétique est comme un « arc-en-ciel » d’ondes énergétiques, allant des ondes radio, qui ont de très longues longueurs d’onde, aux rayons gamma, qui ont des longueurs d’onde extrêmement courtes.
Pour mieux comprendre les types de rayonnement solaire, divisons le spectre en les parties principales suivantes :
- Rayonnement ultraviolet (UV)
- lumière visible
- Rayonnement infrarouge (IR)
Rayons solaires et énergie photovoltaïque
Les panneaux photovoltaïques captent principalement la lumière visible et une partie du rayonnement infrarouge (IR) du spectre électromagnétique. Ces rayonnements contiennent l’énergie que les panneaux convertissent en électricité grâce à l’effet photovoltaïque.
Le matériau des cellules solaires, généralement du silicium, absorbe les photons de ces longueurs d'onde et les convertit en courant électrique.
Même si le rayonnement ultraviolet (UV) atteint également la Terre, sa contribution à la production d’électricité est minime, puisque la majeure partie de l’énergie utilisable provient de la lumière visible et infrarouge.
Type 1 : Rayonnement ultraviolet (UV)
Le rayonnement ultraviolet , ou rayonnement UV, est une forme d'énergie solaire dont la longueur d'onde est plus courte que la lumière visible. Même si nous ne pouvons pas le voir, il est là et il a des effets très importants sur la Terre et sur les êtres humains.
Le rayonnement UV peut être divisé en trois types selon sa longueur d’onde :
- UV-A (315-400 nm) : C'est le type de rayonnement ultraviolet le moins énergétique et aussi le plus abondant qui atteint la Terre. Bien qu’ils puissent pénétrer dans la peau, ils ne sont pas aussi dangereux que les autres types d’UV. Cependant, une exposition prolongée peut contribuer au vieillissement cutané et à des lésions oculaires, comme la cataracte.
- UV-B (280-315 nm) : Ils sont plus énergétiques que les UV-A et peuvent provoquer des coups de soleil et endommager l'ADN des cellules de la peau. En fait, c’est le type de rayonnement le plus lié au cancer de la peau. Heureusement, l’atmosphère, notamment la couche d’ozone, bloque une grande partie des rayons UV-B.
- UV-C (100-280 nm) : C'est la forme de rayonnement ultraviolet la plus dangereuse, car elle possède la plus grande quantité d'énergie. Heureusement pour nous, pratiquement tous les rayonnements UV-C sont absorbés par la couche d'ozone et n'atteignent pas la surface de la Terre. Sinon, cela serait très nocif pour les organismes vivants.
Le rayonnement UV a un impact direct sur la santé des humains et d'autres organismes. Bien que nous ayons besoin d’une certaine quantité de lumière UV-B pour produire de la vitamine D, une exposition excessive peut entraîner des problèmes tels que des coups de soleil, un vieillissement prématuré de la peau et un risque accru de cancer de la peau. De plus, les rayons UV peuvent affecter les écosystèmes aquatiques et endommager le phytoplancton, qui constitue une base importante de la chaîne alimentaire marine.
Type 2 : Lumière visible
La lumière visible est, comme son nom l’indique, la partie du rayonnement solaire que nous pouvons voir. Il ne représente qu'une petite partie du spectre électromagnétique, avec des longueurs d'onde allant de 380 nanomètres (nm) à environ 750 nm. De nombreuses personnes font référence aux rayons du soleil pour désigner la lumière visible.
La lumière visible comprend toutes les couleurs que nous pouvons voir dans un arc-en-ciel : du violet (longueur d'onde la plus courte) au rouge (longueur d'onde la plus longue). Dans cette plage, le rayonnement solaire est ce qui fournit la lumière qui éclaire notre monde et nous permet de voir les objets.
La lumière visible est essentielle à la vie sur Terre, non seulement parce qu’elle nous permet de voir, mais aussi parce que les plantes l’utilisent dans le processus de photosynthèse. Grâce à la photosynthèse, les plantes captent l’énergie solaire et la convertissent en énergie chimique, stockée sous forme de glucose.
Type 3 : Rayonnement infrarouge (IR)
Le rayonnement infrarouge se situe juste après la lumière visible sur le spectre électromagnétique, avec des longueurs d'onde allant de 750 nm à environ 1 000 000 nm (ou 1 millimètre). Même si nous ne pouvons pas voir le rayonnement infrarouge, nous pouvons le ressentir sous forme de chaleur.
Il existe trois types de rayonnement infrarouge :
- Proche infrarouge (IR-A, 750-1400 nm) : C'est le rayonnement infrarouge le plus proche de la lumière visible. Même si nous ne le percevons pas, certains appareils, comme les caméras thermiques, peuvent détecter cette forme de rayonnement. Il est utilisé dans les télécommandes et les systèmes de communication infrarouge.
- Infrarouge moyen (IR-B, 1 400-3 000 nm) : possède une longueur d'onde plus longue et constitue le rayonnement généralement associé à la chaleur. Lorsque nous nous exposons au soleil, la sensation de chaleur que nous ressentons provient en grande partie du rayonnement infrarouge.
- Infrarouge lointain (IR-C, 3000 nm-1 mm) : Il s'agit du rayonnement infrarouge émis par les corps chauds, y compris nous-mêmes. Tous les objets qui ont une température émettent un rayonnement infrarouge, et plus l'objet est chaud, plus ce rayonnement est intense.
Le rayonnement infrarouge est la clé de l'effet de serre, un processus naturel qui maintient la température de la Terre à un niveau propice à la vie.
Les gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone (CO2) et la vapeur d'eau, piègent une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre, gardant ainsi la planète au chaud. Sans ce processus, la Terre serait un endroit beaucoup plus froid et inhospitalier.