GRANDEURS OPTIQUES CARACTERISTIQUES EN ENERGIE SOLAIRE, UNIFORMISATION DE LA TERMINOLOGIE

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GRANDEURS OPTIQUES CARACTERISTIQUES EN ENERGIE SOLAIRE, UNIFORMISATION DE LA

TERMINOLOGIE

M. Cutileiro Indias

To cite this version:

M. Cutileiro Indias. GRANDEURS OPTIQUES CARACTERISTIQUES EN ENERGIE SOLAIRE,

UNIFORMISATION DE LA TERMINOLOGIE. Journal de Physique Colloques, 1981, 42 (C1), pp.C1-

339-C1-353. �10.1051/jphyscol:1981124�. �jpa-00220674�

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JOURNAL DE PHYSIQUE

CoZloque CI, supplément au nO1, Tome 42, janvier 1981 page Cl-339

CARACTERISATION.

GRANDEURS OPTIQUES CARACTERISTIQUES EN ENERGIE SûLAIREm UNIFORMISATION D E LA TERMINOLOGIE

M.A. Cutileiro Indias (x)

Résumé.- On montre la nécessité d'une uniformisation de la terminologie des concepts et des dénominations correspondantes aux grandeurs optiques réprésentées par a(absorptivité1 et par ~(émissivi- té), qui interviennent dans la caractérisation des surfaces sélec- tives. Un résumé des concepts physiques d'émission et d'absorption de l'énergie rayonnante est présenté, ainsi que les définitions des facteurs a et E. Les méthodes de mesure de ces facteurs sont présentées, en comparant et critiquant quelques procédés calorimé- triques et optiques existants. Dans un tableau on présente quelques techniques de mesure et appareils utilisés

,

d'après 1958. Les déterminations de l'Organisation Météorologique Mondiale (1971) et de la Comission Internationale de 1'Eclairage (1970) sont comparées ;

des démarches en vue de l'uniformisation, telles que "Table ronde sur la terminologie en rayonnement thermique'' de Mme. Huetz-Aubert

(1977-78) et "Units and Symbols in Solar Energy", de l'Ad-hoc Com- mittee on Education and Standardisation, ISES (1978) se sont rappr- tées. On présente dans un tableau une synthèse des diverses opinions sur la terminologie, d'après 1970. On constate les différen- ces encore existantes et l'urgence d'en finir.

Abstract.- A presentation is given of the nomenclature used to describe the solar radiative properties of surfaces, with the aim of clarifying the concepts usedto describe solar selective surfaces. Possible experimental arrangements for measuring solar absorptance and thermal emittance are also discussed.

1. Introduction.- Il semble qu'il n'y ait pas encore de "consensus"

international en ce qui concerne les concepts et les dénominations correspondantes aux grandeurs optiques réprésentées par a et E, grandeurs si importantes dans l'étude des surfaces sélectives.

Il y a eu quelques démarches en essayant d'uniformiser la terminologie. Pourtant dans la plupart des articles, surtout ceux de langue anglaise, nous trouvons souvent les mots "absorptivity" et "absorptance"

pour nommer a, ainsi que "emissivity" et "emittance" pour désigner E .

Nous pensons qu'il est utile d'aborder ce sujet, une fois encore ; il faut que nous utilisions, tous, la même nomenclature bien que les lan-

- - -

( x ) Assistante à l'université d'Evora (Portugal) Boursière de 1'Institu-

to Nacional de Investigaç~o ~ientifica (INIC) au Centro de Termodinâmi- ca Aplicada e Mecânica dos Pluidos da Universidade Técnica de Lisboa

(CTAMFUTL)

,

pendant les années scolaires 1977-78 et 1978-79.

Boursière de Junta Nacional de ~nvestigaçao ~ientifica e ~ecnol6gica (JNICT) au LEMM

-

^CENG,^àGrenoble, pendant les mois d'octobre, Novem- bre et Décembre (1978).

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1981124

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JOUXNAL DE PHYSIQUE

gues soient différentes.

En essayant de faire le point sur les concepts, la terminologie, les techniques de mesure des grandeurs a et E , nous présenterons une syn- thèse des différentes opinions à ce sujet.

Compte tenu des difficultés d'accès à toutes les publications sur ce sujet, elle ne prétend pas être complète. Les publications auxquelles nous nous référons datent d'après 1970.

Nous commencerons par présenter les concepts physiques d'émission et d'absorption de l'énergie rayonnante. Ensuite nous reproduirons les définitions proposées pour les grandeurs a et E . Nous présenterons un résumé des rapports des diverses opinions sur la terminologie utilisée pour le rayonnement solaire dans les dernières années. Nous ferons aussi une brève réfèrence à plusieurs procédés de mesure pour E et a

(d'après 1958), en les comparant et en les critiquant.

2. Energie rayonnante.- L'énergie rayonnante trouve son origine dans les corps dont la température est différente du zéro absolu. Cette forme d'énergie de nature électromagnétique se propage sans interven- tion d'un milieu matériel et elle est caractérisée par une fréquence v . Le spectre de l'énergie rayonnante se situe dans un domaine de longueurs d'onde allant de 10-l0 Pm (pour le rayonnement cosmique) à 10'' ym

(pour les ondes longues de radio). Ce domaine de longueurs d'onde peut être subdivisé en intervalles auxquels sont associés des rayonnements différents : rayonnement y , X, ultra-violet, visible, infra-rouge, ondes de radar, de télévision et de radio. Les longueurs d'onde du rayonnement solaire sont comprises entre 0,15 Pm et 4 Pm, mais la partie visible du spectre se situe entre les longueurs d'onde 0,38 Pm et 0,78 ym. On dit donc que le rayonnement solaire estun rayonnementde faibles longueurs d'onde. Au contraire, le rayonnement terrestre se situe surtout dans le domaine de l'infra-rouge entre 4 ym et 120 ym (fortes longueurs d ' ^onde)

.

Le rayonnement thermique que l'on étudie habituellement se situe aussi dans le domaine de l'infra-rouge. Lorsque la température du corps chauffé atteint une valeur très élevée, la longueur d'onde du rayonnement émis est faible. Toutefois elle ne se situe pas en deça du proche

ultra-violet.

3. Emission. Rayonnement thermique.- Tout corps qui se trouve à une température différente de O K, émet une énergie rayonnante et celle- ci dépend de la température du corps (Principe de Prévost). Ce principe deviendra une loi,lorSque Wien, en 1893, lui donnera une expression mathématique (lois de Wien). Stefan, Boltzmann, Rayleigh et Jeans, eux aussi, ont cherché une forme mathématique pour la fonction f(X, T), qui représentait l'énergie émise par le corps noir à la température T. La

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loi de Planck a permis d'éclaircir les divergences entre la loi de Wien et celle de Rayleigh-Jeans. Elle a la forme suivante :

C'est la vitesse de propagation de la lumière dans le vide, h est la constante de Planck et K la constante de Boltzmann.

La nature du rayonnement émis par un corps dépend, non seulement de sa température mais de l'état physique dans lequel il se trouve.

émission d'une substance à l'état solide est différente de l'émission de cette même substance à l'état gazeux, par exemple.

On peut interpréter cette différence à l'aide de la théorie quantique du rayonnement. Deux hypothèses fondamentales servent de base à cette théorie :

1) Un atome ne peut exister que dans certains états énergétiques, bien définis, El, E 2 ,

...

dont les niveaux sont déterminés par des règles de quantification.

2) La fréquence v du rayonnement émis par un atome s'obtient par la relation :

où El et E2 représentent les énergies des états initial et final. h est la constante de Planck (h = 6,6262 x 10-34 J.ç)

S'il y a une élévation de température, quelques atomes excités seront porteurs d'une énergie supérieure à celle de l'état fondamental.

Comme ils ont tendance 2 retourner à des états d'énergie plus basse, ils émettront l'excès d'énergie sous forme d'un "quantum" d'énergie (ou pho- ton) :

où Ei est l'énergie de l'état initial excité et Ef est l'énergie de l'état final, cet état pouvant être l'état fondamental ou non.

Dans le cas des gaz monoatomiques on obtiendra des spectres d'émission discontinus de raies.

Si le gaz est poliatomique, ses molécules subiront des changements de l'énergie de vibration ou de l'énergie de rotation (tous les deux quan- tifiées) ; le spectre d'émission obtenu sera discontinu de bandes.

La complexité des phénomènes croît encore lorsqu'on considère l'état

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cl-342 JOURNAL DE PHYSIQUE

solide ou l'état liquide. Les molécules se trouvafit trSs prochaines, exercent des forces d'interaction unes sur les autres ; le domaine des fréquences pour les états d'énergie accroztra et par suite les spectres d'émission seront continus.

4. Absorption. Corps noir.- Considérons la surface d'un corps sur la- quelle arrive une énergie rayonnante de longueur d'onde A. Une partse de cette énergie est renvoyge vers l'espace par réflexion spéculaire et réflexion diffuse sur la surface du corps.

Les particules qui constituent le corps peuvent aussi diffuser le rayonnement. Une autre partie de l'énergie rayonnante est absorbée générale- ment sous forme de chaleur et la fraction restante est transmise.

En appliquant le principe de conservation de l'énergie, on a :

où QRaA représente la fraction d'énergie absorbée par le corps.

Si on divise les deux membres de l'équation par Q R A on a :

1

où p A est le facteur de réflexion, a A le facteur d'absorption et r A le facteur de transmission. Nous verrons dans les paragraphes suivants les définitions récentes de ces facteurs.

3n appelle corps noir, un corps tel que p X = r A = O et al = 1 pour toutes les longueurs d'onde.

On appelle corps gris, un corps tel que aX est constante pourtOuteSlt3~

longueurs d'onde, et on appelle corps blanc, un corps tel que T~ = 1 pour toutes les longueurs d'onde.

Un corps réel peut se comporter comme un corps noir, gris ou blanc, suivant le domaine du spectre que l'on considsre, puisque le facteur d'absorption est fonction de la longueur d'onde.

Kirchhoff a établi une relation entre les facteurs aX et d'un corps (les définitions de ces facteurs seront données au paragraphe suivant).

La formule la plus générale est la suivante :

où

~i

est le facteur d'émission directionnelle (la direction est définie par les angles 6 et 8 ) monochromatique, et ai est le facteur d'absorption directionnelle monochromatique. T est la température du corps.

5. Le facteur d'émission.- Nous présenterons les définitions les plus récentes de ce facteur.

5.1. E m ~ s g & y i g ~ - m g ~ g c h r o m a t i g g e directionn@l.- On définit /8/ l'émissi- vité monochromatique directionnelle par la relation :

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où Lve est la luminance monochromatique du flux émis à partir du point O d'une surface dans la direction A , vers le milieu G , et L: est la luminance monochromatique du corps noir dans un milieu semi-transparent quelconque G en un point O dans la direction A .

5.2. g~&sgjvité d&rectionne&&g.- On définit / 8 / l'émissivité directionnelle par la relation :

où les grandeurs L et LO ont des significations analogues e à celles de Lve et L: mais intégrées sur toutes les longueurs d'onde.

5.3. ~ ~ i s s i v i t é - g ~ n o c h r ~ ~ ~ $ & g g ~ . - On définit /8/ l'émissivité monochromatique par la relation :

où Mve (v, O, T, G ) est l'exitance thermique monochromatique en un point 0 à la température T, et

ME

^{(v, O,}^T,G) est l'exitance monochromatique du rayonnement noir dans le vide à la même température.

5.4. Emissiyi&e.- Les avis divergent encore quant à la définition de cette grandeur. Ainsi, alors que certains auteurs /4, 5/ et quelques organisations telles que "Le National Bureau of Standards" utilisent le mot émissivité (ou emissivity en anglais) pour les matériaux opaques et

le mot émittance pour les milieux semi-transparents, les auteurs de

"Units and Symbols in Solar Energy' /6/ (1978) donnent la définition de la grandeur "émissivité" en l'appelant émittance.

D'autres auteurs /7, 10, 11, 12, 15/ utilisent aussi le mot "émittance"

pour référer la grandeur E . Néanmoins les recornrnendations de la Commis- sion Internationale de 1'Eclairage (CIE) (1970) s'orientent vers l'usage d'"émissivité" (et "emissivity" en anglais). Dans le tableau 1, sont répertoriées toutes les définitions avec indication de l'année et de l'auteur ou de l'organisation qui les utilisent. Dans le paragraphe 10 on reviendra à ce sujet.

6. Le facteur d'absorption.- Dans le domaine des surfaces sélectives, on

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OU O~SATIONS CIE CM4

ANNEE 1970 1971

e Mssivité ( E = Me,Pe( =1): hiissivity - c. opaques Siegel and niffie and BedoMn R.B. ~ettit and R.R. Çounill

Mttance

-

m. transp. e "rA) '(~~1 = --(TS

a

A ~ttance hiittance €t,~ hissivity

1972 1974 1975

SYM~LES M

-

exitance M

-

BnFttatme T

-

tep. absolue de la surface A eA

-

powoir €missif du arps, ciont la surface est la surface A %

-

puwir €missif du caps noir 1

-

intensité Émise par la surface intensité Émise par le wrps Ib- mir a la mh.~. wature E~,~

-

total hemispherical eaittan- ce E

-

pumir énissif d'un corps Eb

-

poumir ghissif du corps mir J.P. IIDlman D.M. mtt~x A. mFnadieu and B.O. Seraphin Jean Spitz R.M. Winegarner Madane M. Huetz

-

ISES Ian T. Ritchie Valignat spitz et Ritchie .3 la nPire t-ature e (T)

-

anittance themique E (A)

-

€mittance '*(A)

-

"blackbody reradiation" $

-

énittarse thermique (2<A<30 p) o(X)

-

réflectance spctrale k(k)ghission spectrale du corps mir a la tmrature T Me- Ornitance themique en un point EP- exitance thermique du wrps mir E

-

densité de flux rayonnante 5- densité de flw rapmte du cnrps mir

a Facteur d'absorption Atm~ptivité Absorptivity

SMEOLFS d Q (T )

-

quantité totale dQa (TA) a(TA) =

-

d4 Absorptance

.=I"

Ii Abçorptance Absorptivity 1976 1977 1977 1977 1977/78 1978 1978 1979

d'&aie absorMe par 11é16 ment d'& dA d Q~

-

Qiergie incidente tot. sur dA. Ia - intensité de la radiation absorbée par la surface Ii

-

"tensité Ea

-

énergie absabee a a=- ~b-e Absorptance a = 17 a(h)I,(h)dh I7 Is(h)dh Absorption coefficient Absorptance fa' H(A) ll-P

(AB

a as = '* 1''' H(h)dX Absorptivité

-

c. opaques Absorptance

-

m. smi-'ï'ran dZea a=- d201 Ab=- @ ,-&- 'i Absorptance Absorptivité

mittance mittance ) E(A)E~~(X)~X e(T) = ~*(h)dh hiissivity mittance 13' % (A)

-

p(X)']dh = {30b(X)dX Mssivité

-

c. opaque Mttm~e

-

m. &-tramp. Me(O,T,G) E = ~'(o,T,G) mittance E =- (OU L) hiittulce Mssivité

Ei

-

énergie incidente a - absorptance solaire @(A) - absoiptance I (X)

-

énission solaire a

-

absorptance solaire

-

int-ité (0,4u<A<2,OIi ) sF d'& 2 trale pur la msse p(X) - réflectance spctrale d2$,

-

flux total élérrentaire 8 absor. par l'élérent d'aFre dZ dZ$i

-

flux total él&taire incident sur dZ dans l'angle 271 st. $

-

densité de flux rayon. absorb€ Oi- dmsité de flux rayon. Wident

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AUTEURS Irvine, Hartnett and Eckert /20/ R.B.Gillette /21/ Meinel and Al. /26/ Cuomo, Ziegler and Woodall /22/ Pettit and sowell /il/ A. Aubert /19/ Blickensderfer Deardorff and Lincoln /23/ Lushiku and O'Shea /la/ Seraphin and Spitz 1291 Druelle /17/ Sacadu- ra, Culloch, Sunder- land, Philippe 1. Ritchie /15/

ANNEES 1958 1960 1975 1975' 1976 1976 1977 1977 1977 1978 1978

-

Tableau II

-

E Procédé optique (méthode directe) Emissivité normale Températures élevées < 315°C Procédé émissométrique (Méthode ind.) Températures élevées < 427'C Procédé calorimétrique (Méthode dir.) Températures comprises entre 150'C et 2oo0c Procédé calorimétrique (Méthode dir.) Températures élevees < 550°C Procédé calorimétrique (Méthode dir.) Températures < 300°C Procédé calorimétrique (Méthode dir.) Procédé émissométrique (Méthode ind.) Températures < 170°C Emissivité totale normale et totale hémisphérique pour températures > 5W°C Méthode et appareils décrits en /28/ Procéde optique (Méthode ind.) Emissivité (D'abord on fait la détermi- nation des constantes optiques ; et 5) Procéde optique (Méthode ind.) Emissivité monochromatique directionnelle Températures élevées < 550'~ Procédé émissométrique (Méthode ind.) Température ambiante Procédé calorimétrique (Méthode dir.) Températures élevées

DE MESURE a Méthode indirecte Absorptivité solaire Procédé émissométrique (Méthode ind.) Températures élevées < 427°C Procédé calorimétrique (Méthode dir.) Spectrometrede réflectivitéinfra-rouge (0,s vm < 40 pm) Température ambiante : deux spectrophomè- tres, l'un Beckman DK-2 (0,35 < X< 2,5 um) l'autre Perkin-Elmer 457 (2,s < X < 40 pm) Température > 500°C : mesures de Masterson /24/ Procédé optique (Méthode ind.) Réflectivité a partir des valeurs de n et Température ambiante : spectrophometre Perkin-Elmer, PE 450 (0,38 vm < X< 2,7 vm) températures élevées (jusque 700'C) : un appareil (HTR)construit à l'université d'Arizona (Optical Sciences Center) Spectrophotornetre Hitachi EPS-3T (0,3 urn < X < 2,5 um) + accessoire réflect. construit a 1'Univer- sité de Sidney Un autre appareil construit aussi à l'uni- versité de Sidney

TECHNICUES Précision 2% 15% 2% 2% 12% T>523K 8% T=823K > 0.1% > 0.1%

Précision 1 % 15% 2% 2% 2%

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cl-346 JOURNAL DE PHYSIQUE

ne sTintéresse qu'à l'absorption solaire des petites longueurs d'onde.

Nous allons donner les définitions les plus récentes du facteur d'absorption solaire.

6.1. Adsorptivité üirectionnel&g.- On d-éfinlt /57 1-'absorptivité directionnelle par la relation :

oïl la nobation d4 +i représente le flux solaire total incident élémen- taire se propageant dans l'angle solide dQ de direction A vers une surface d'aire de C entourant le point O.

d4 +S représente le flux solaire total absorbé élémentaire.

Comme 1' indice "a" est utilisé /5/ pour caractériser l'absorption thermique, nous utilisons l'indice "s" pour caractériser l'absorption solaire.

6.2. Absorptivité.- On se heurte au même problème que pour la défini- tion de E . Il existe encore quelques divergences concernant la terminologie. On a rassemblé dans le tableau 1 plusieurs opinions sur ce sujet.

7. Techniquesde mesure.- Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour mesurer l'absorptivité et l'émissivité des matériaux opaques. Les principes de ces techniques seront résumés dans ce qui suit et les références seront données par ordre chronologique dans le tableau II.

7.1. Mesure _de l1ég&gsivit~.- Deux méthodes peuvent être condidérées ;

ce sont la méthode directe et la méthode indirecte.

Dans la méthode directe on compare l'exitance

,

M, de l'échantillon à

celle du corps noir, MO, à la même température.

Les procédés utilisés pour parvenir à ce but,sontdes procédés calori- métriques et optiques.

7.1.1. Méthode directe.-

a) Procédés calorimétriques. On utilise de préférence le procédé calorimétrique pour mesurer le facteur hémisphérique total E. Dans ces procédés on fait des mesures calorimétriques de l'exitance de la surface de l'échantillon en utilisant une équation du bilan thermique. On chauffe, d'abord, l'échantillon, sous vide, pour annuler les transferts de chaleur par conduction et convection dans l'air et, ensuite, on la laisse refroidir. On établit le bilan thermique par la relation /19,26/:

où M est la masse de l'échantillon

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C est la chaleur spécifique P

dT est la vitesse de refroidissement dans le vide S est la surface rayonnante

O est la constante de Stéphan-Boltzmann

T I représente la température de l'enceinte calorimétrique

T2 représente la température de l'échantillon avant son refroidissement.

Aubert, en vérifiant les difficultés de ce procédé, a mis au point une technique différente /19/. Il fait chauffer électriquement l'échantillon dans une enceinte et la maintient à une température T2. Les mesures sont effectuées sous vide (p < 10-~ torr)

.

A l'équilibre thermique, la puissance thermique rayonnée par l'échantil- lon estégale à la puissance électrique fournie. Il a établi la relation suivante :

W = (El S1

+

^E2S2) O (0;

-

0 ; )

+

^C Ci (O2

-

⁰¹⁾

où W est la puissance électrique fournie E est l'émissivité de l'échantillon

1

E * est l'émissivité du support

S1 est la surface de l'échantillon S2 est la surface du support a est la constante de Stefan

0 est la température intérieure de l'enceinte (K) 1

O est la température de l'échantillon (K) 2

Les Ci sont les condutances thermiques du support, des thermocouples.

&s valeurs de Ci, E ~ , S2, S1, sont déterminées par étalonnage. Le domai-

ne des températures utilisées est : 100°C < O < 170°C. La durée d'une mesure est d'environ une heure et sa précision est de 2%.

b) Procédés optiques.- Pour l'étude des facteurs monochromatiques directionnels EX,

a i

ou p i on préfèrera les procédés optiques aux autres procédés, surtout si la température est élevée.

Comme nous avons dit plus haut, le procédé optique direct consiste à comparer la luminance L A de l'échantillon à la luminance

LX

d'un corps noir porté à la même température (compte tenu des différences entre les définitions d' exitance et de luminance). La valeur de est donnée par le rapport :

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JOURNAL DE PHYSIQUE

où y est l'angle que le rayonnement émis fait avec la normale à l'échan- tillon.

L'échantillon et le corps noir sont chauffés électriquement et sont placés simultanément sur un banc d'optique. Un système de miroirs permet d'analyser les rayons émis vers un monochromateur pourvu d'un ré-

seau qui sélectionne la longueur d'onde choisie. Le rayonnement monochromatique est alors envoyé sur un système de détection.

Puisqu'on cherche à mesurer l'émissivité directionnelle on devra per- mettre à l'échantillon de tourner autour d'un axe vertical et mesurer

l'angle y.

On peut également utiliser un procédé optique direct pour mesurer l'émis- sivité totale hémisphérique : on chauffe d'abord l'échantillon à une température T et on mesure l'émissivité par un moyen optique (sphère d'intégration et détecteur) ; néanmoins ce procédé n'est conseillé que

si la température est élevée ; le rayonnement émis par un corps à la température ambiante est très faible et se situe d'ailleurs, dans le domaine de l'infra-rouge ( A > 2pm).

7.1.2. Méthode indirecte.- Dans la méthode indirecte on mesure des grandeurs optiques autres que l'émissivité et on calcule ensuite l'émissivité au moyen d'équations. On utilise cette méthode soit pour mesurer l'émissivité monochromatique directionnelle, soit pour mesurer l'émissivité totale hémisphérique.

Dans le procédé éllipsométrique /18/, par exemple, on mesure les angles Y et A correspondant à l'extinction d'une lumière monochromatique pola- risée et on obtient les valeurs de n et k par les relations /30/ dédui- tes des formules de Fresnel :

sin2$ ( c o s 2 2 ~

-

sin22y sin2A)

n2 ( 1

-

^{K ~ )}⁼ ⁱ

+

^sin24r

(1

+

sin 2Y cos A ) ~

tan2$ sin 4Y sinA

2n2 K = i

(1 + sin 2Y cos A)

n : index de réfraction (réel) K : coefficient d'extinction (réel)

$ : angle d'incidence

Y : angle dont tanY = P (P

=%)

A : différence de phase ^P//

on peut aussi obtenir p " (facteur bidirectionnel) à partir de

n

^et

^g,

en utilisant les relations de Fresnel.

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En ce qui concerne l'émissivité totale hémisphérique on peut mesurer d'abord le coefficient de réflexion total (pt) de l'échantillon qui est éclairé par le rayonnement émis par un corps noir à la température T.

La détermination de E est faite, alors, utilisant l'expression :

L'intégrale, qui est au numérateur de la fraction, représente le rayonnement total hémisphérique réfléchi par l'échantillon à la température ambiante Ta.

Dans le tableau II on peut regarder les références des techniques utili- sées par quelques auteurs ainsi que la précision de leurs mesures.

7.2. M e s u r e - f i g - & ~ a b s o r p g & ~ & & ~ . - La plupart des principes fondamentaux a déjà été exposée lors de la présentation des techniques de mesure de l'émissivité. On pourra utiliser soit un procédé optique indirect, qui permet l'obtention de l'absorptivité directionnelle, soit un procédé calorimétrique qui est utilisé par quelques auteurs pour mesurer l'ab- sorptivité totale hémisphérique. La majorité des chercheurs qui travail- lent sur les surfaces sélectives utilisent des spectrophotomètres équi- pés de sphères intégrantes. Dans le tableau II, on peut aussi regarder quelques références.

8. Mesure des facteurs a et E à température élevée.- Le domaine de tem- pératures considéré s'étend de 200° C environ à 1000°C. Nous avons

remarqu6 déjà le procédé optique direct, mais il y a d'autres techniques.

Plusieurs auteurs ont étudié ce problème bien important en ce qui concerne le comportement des matériaux sélectifs utilisés aux capteurs à hautes et très hautes températures solaires.

Mattox par exemple, Sowell et d'autres scientifiques des Laboratoires Sandia, ont développé des techniques d'obtention des films pour des applications à températures élevées.

B.O. Seraphin travaille aussi depuis quelques années, sur la fabrication des surfaces sélectives ; ses travaux ont abouti à la mise au point de quelques procédés des revêtements qui ne se dégradent pas à 500" C, 600" C ou 700' C. Par suite il a developpé des techniques de mesure à température élevée.

Mme Huetz, en France, oriente aussi la mise au point d'un appareil per- mettant d'effectuer des mesures précises des facteurs a et E à hautes températures.

Puisque les techniques sont nombreuses et diverses nous ne remarquerons que les auteurs et les références bibliographiques dont nous avons eu connaissance. On conseille, donc, à consulter le tableau II, où nous

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JOURNAL DE PHYSIQUE

avons repertorié les articles connus.

9. Comparaison et critique des techniques de mesure.- Le choix de chaque technique devra tenir compte du but des mesures, des conditions exté- rieures et du coût de l'appareillage. Si par exemple, on fait-le con- trôle de l'émissivité des absorbeurs à la température ambiante, au cours de la fabrication industrielle, un procédé rapide et un appareil porta- ble sont les plus convenables. D'ailleurs la mesure ne pourra être ni destructive, ni impossible d'effectuer sur des surfaces non planes. Le procédé ellipsométrique ne pourra pas être utilisé en ce cas et les procédés calorimétriques non plus.

Si le but des essais est, par contre, la recherche, la précision des mesuresdevient un facteur très important et la technique choisie devra en tenir compte.

Les procédés calorimétriques sont, par exemple, les plus convenables, lorsqu'on veut faire une mesure pr\écise de l'émissivité. Le temps de chaque mesure peut être lh /19/ ou 4h /26/.

Si on veut mesurer l'émissivité à la température ambiante, on peut utiliser, tel que Ritchie, un procédé indirect. Ritchie décrit / 1 5 / la technique qu'il a utilisé et qu'il considère suffisamment précise pour mesurer de petits changements d'émissivité des échantillons.

Pour moins de précisions, Aubert /19/ a construit un émissomètre porta- ble, dont le principe relève aussi de la méthode indirecte.

Si nous voulons mesurer l'émissivité directionnelle monochromatique, nous devrons choisir un procédé optique indirect.

Lorsqu'il faut mesurer l'émissivité à des températures élevées, on peut choisir un procédé optique direct. Les procédés calorimétriques sont aussi convenables que les optiques.

Dans le domaine des températures élevées, Mattox, Séraphin, Masterson, Cuomo, Ziegler, Woodall et d'autres ont développé des techniques de mesure très importantes.

10. L'uniformisation de la terminologie.- Il y a des organismes inter- nationaux qui doivent régler la nomenclature des grandeurs optiques liées aux phénomènes du rayonnement solaire. La Commission Internationale dlEclairage (CIE) et l'organisation Météorologique Mondiale (OMM) font le point de temps en temps et les éléments de base du document publié par 1'O.M.M. (Guide des Pratiques Météorologiques) sont extraits du Vocabulaire International d'Eclairage (VIE). La dernière issue du Guide, de 1971, suit les définitions du VIE, 2e édition, de 1959. Néanmoins, en 1970, la troisisme édition du VIE est publiée et le mot "exitance"

remplace "émittance". Il y a donc une divergence entre les dernières issues du VIE et du Guide.

Au sujet des facteurs d'émission et d'absorption, on constate, en consul-

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tant le VIE (1970), que les mots choisis pour 5 sont "émissivité" et

"emissivity" et pour CL "absorptivité" et "absorptivity".

Nous avons pris connaissance de deux démarches l'une en France, l'autre aux Etats Unis, en essayant d'uniformiser la terminologie.

En France, Mme Huetz nous rend compte des décisions accordées lors d'une table ronde réunissant des thermiciens, des opticiens et des éclairagistes, à Jussieu, le 17 Novembre 1977. On y présente la diffé- rence entre les mots "émissivité" et "émittance", tous les deux pour le facteur d'émission, E : le premier est utilisé pour les milieux opaques, le deuxième pour les milieux semi-transparents ; une différence sembla- ble est établie entre "absorptivité" et "absorptance".

Aux Etats Unis un groupe de quelques scientifiques pour le compte de 1' ISES a étudié aussi le sujet de la terminologie.

Leurs conclusions sont parues en Solar Energy / 6 / . Malgré ces démarches et les déterminations de la CIE, nous lisons encore, surtout dans les articles écrits en anglais, les mots "emittance" et "absorptance" au lieu de " emissivity" et "absorptivity".

11. Conclusion.- Compte tenu des divergences existantes, nous constatons, donc qu'il faut établir, d'urgence, une uniformisation. D'ailleurs nous avons des doutes en ce qui concerne notre position en face des détermi- nations de l'OMM de 1971 et de la troisième édition du VIE de 1970. Est- ce que nous devrions suivre les règles de l'OMM ou les modifier tout de suite lorsqu'une nouvelle édition du VIE paraît ? Nous voudrions bien connaître la réponse à cette question. Nous voudrions d'ailleurs, que les scientifiques de tout le monde soient d'accord sur la terminologie utilisée.

Remerciements.- Nous voudrions exprimer notre gratitude à M. Jean Spitz (chef du DMG du Centre d r ~ t u d e Nucléaires de Grenoble), à Mme. Huetz- Aubert (Directeur de 1'Ecole des Arts et Manufactures de Chatenay- Mala- bry), à Mme. Dominique Mazières et Docteur Ian Ritchie (du LEMM

-

^CENG)

purleur aide, aussi bien sur le plan des données bibliographiques, que sur le plan de leurs avis bien utiles.

Aux professeurs portugais J.P. Peixoto (directeur de l'institut Géophy- sique de Lisbonne), J.J. Delgado Domingos (directeur du CTAMFUTL de Lisbonne), J.L. Rodrigues Martins e Santos Junior (de l'université d'E- vora) nous adressons aussi nos remerciements.

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JOURNAL DE .PHYs IQUE

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