COMPOSITION DU RAYONNEMENT SOLAIRE

L’énergie solaire est l’énergie émise par le soleil sous forme d’ondes électromagnétiques, la portion comprise entre 380nm et 780nm constitue la lumière naturelle ou la lumière du jour ou ce qu’on appelle la partie visible, les autres rayonnements comme les ultraviolets se situent au-dessous de 280nm environ et sont interceptés par la couche d’ozone ( o3 ) située dans la

troposphère à environ 10 km d’altitude, tandis que le rayonnement infrarouge dépassant 2µm est intercepté par la vapeur d’eau atmosphérique.

Figure II.2 : Spectre solaire. Source : Universalis.

Le spectre solaire est la distribution spectrale (en fonction de la longueur d’onde ou de la fréquence) du rayonnement électromagnétique émis par le soleil depuis le rayonnement radio jusqu’au rayonnement x. Le rayonnement solaire dirigé vers la terre est en partie absorbé par l’atmosphère et en partie renvoyé dans l’espace nous avons :

Le rayonnement ultraviolet : est un rayonnement électromagnétique de longueur d’onde plus courte que le visible (<380 nanomètres) et plus longue que les rayons x. Il représente 5% de l’énergie totale émise par le soleil.

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Le rayonnement infrarouge : c’est un rayonnement électromagnétique de longueur d’onde comprise entre 780nm et 1mm. Il représente 49% de l’énergie totale du soleil. Les infrarouges sont les porteurs essentiels de l’énergie thermique.

Le rayonnement visible : est un rayonnement électromagnétique stimulant le nerf optique humain de longueur d’onde comprise entre 380nm et 780nm. C’est le rayonnement qui émet le maximum d’énergie. Il représente 46%de l’énergie totale émise par le soleil.

L’éclairement énergétique ou irradiance (nommé dans les pays anglo-saxons) est le flux de rayonnement électromagnétique par unité de surface, incident sur un plan donné il est exprimé en watts par mètre carré (w/m2).

L’ensemble des rayonnements électromagnétiques est très vaste puisqu’il va des rayons cosmiques qui nous parviennent de l’espace intersidéral jusqu’aux ondes hertziennes (grandes ondes, ondes moyennes, courtes et ultra courtes utilisées en radio et télévision) en passant par l’énergie solaire et la lumière visible.

Figure II.3: Schéma représentant la valeur de l’énergie (associée au spectre en bleu, la limite de l’atmosphère en rouge) à la surface de la terre. Source : A. De Herde, S. Reiter. II.4.1. LA CONSTANTE SOLAIRE :

La constante solaire se dit de l’éclairement énergétique d’une surface normale aux rayons solaires situés à la limite de l’atmosphère. Cette valeur est fixée à 1353w/m2_{. L’intensité de}

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l’énergie solaire réellement reçue à la surface de la terre est inférieure à la constante solaire en raison de l’absorption et de la dispersion de cette énergie due à l’interaction des photons avec l’atmosphère ainsi qu’aux nuages.

Figure II.4 : La constante solaire. Source : Universalis. II.4.2. L’ANGLE D’INCIDENCE :

La densité de flux (w/m2) qui atteint une paroi, nommée densité de flux incident, provient des trois composantes : la composante directe, la composante diffuse et la composante réfléchie. La composante directe correspond au flux solaire qui atteint directement la paroi quand celle- ci est exposée au soleil. Elle dépend de la hauteur du soleil et de l’angle d’exposition de la paroi au soleil à l’instant considéré.

L’angle d’incidence caractérise l’incidence avec laquelle le rayon solaire vient frapper la paroi, c’est l’angle entre la normale à la paroi et le rayon solaire à l’instant considéré. L’inclinaison, l’orientation de la paroi et la direction du rayon solaire permettent d’évaluer cet angle d’incidence. Plus le flux est normal à la paroi, plus il est important, plus il est rasant, plus il est faible.

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Figure II.5 : Pourcentage du rayonnement intercepté par une paroi en fonction de l’angle d’incidence. Source : A. De Herde, S. Reiter.

II.4.3. L’INTENSITE DU RAYONNEMENT SOLAIRE :

On peut considérer que le soleil, est une source lumineuse située à l’infini(le soleil est situé à 150 millions de km de la terre), elle émet donc des rayons solaires parallèles vers la terre. Les rayons solaires parallèles en raison du mouvement annuel de la terre par rapport au soleil varient au cours de l’année. Leur inclinaison avec le plan de l’équateur de la terre est représentée par un angle, la déclinaison, cet angle peut être positif ou négatif suivant que le rayon frappe au-dessus donc vers l’hémisphère nord ou au-dessous vers l’hémisphère sud, ainsi les zones géographiques terrestres sont soumises différemment, au cours de l’année à l’ensoleillement.

L’énergie solaire qui atteint la surface de la terre n’est pas uniforme, elle atteint le maximum près de l’équateur, où les rayons du soleil sont plus directs, les rayons arrivent sur la terre avec un angle presque droit, en s’éloignant de l’équateur les rayons deviennent de plus en plus inclinés et plus éloignés d’où la diminution de la quantité d’énergie sur ces surfaces. Ainsi, pour mieux montrer le phénomène, on assimile les rayons solaires à une poignée de crayons tenus dans la main au-dessus d’une feuille de papier, pointes en bas. Les traces laissées sur la

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feuille représentent les grains d’énergie. Lorsque les crayons sont tenus perpendiculairement à la feuille les traces des pointes sont plus serrées, donc la densité d’énergie par unité de surface est plus grande, lorsqu’on incline les crayons parallèles, les pointes s’écartent et couvrent des surfaces plus grandes ce qui entraine la diminution de la quantité d’énergie. La densité d’énergie diminue d’autant plus que l’angle d’incidence augmente. (De Herde, Reiter, 2001)2.

Figure II.6 : Représentation schématique de la direction des rayons solaires sur la terre. Source : E. Mazria.