THEME 2. LE SOLEIL NOTRE SOURCE D’ENERGIE
LE RAYONNEMENT SOLAIRE 1. LE SOLEIL, SIEGE DE REACTIONS DE FUSIONS NUCLEAIRES
Une étoile se forme à partir de l’éffondrement gravitationnel de gaz et de poussière. Lorsque sa masse est suffisante, une réaction de fusion de l’hydrogène s’amorce:
4
11H
24H + 2e
++ énergie
Le soleil est composé à 75% en masse d’hydrogène. Les températures en son coeur (15 millions de degrés) rendent possibles les réactions de fusion nucléaire qui transforment les noyaux d’hydrogène en hélium en libérant une grande quantité d’énergie.
Cette énergie est émise sous forme d’un rayonnement électromagnétique dont la majeure partie est absorbée par le Soleil lui-même. Le reste est émis à travers tout l’espace.
L’énergie libérée par le Soleil provient de la perte de masse de celui-ci (d’environ un milliard de kilogramme par seconde), en vertu de l’équivalence masse-énergie: E = mc² avec m la masse perdue en kg et c la vitesse de la lumière dans le vide (c = 3 x 108 m/s)
2. LA TEMPERATURE DE SURFACE DES ETOILES
Un corps noir est un objet idéal qui absorberait toute l’énergie qu’il recevrait sans en réfléchir ni en diffuser (c’est pour celà qu’il est qualifié de noir). S’il émet de la lumière, c’est seulement parce qu’il est chaud.
On peut imaginer un récipient du genre thermos, parfaitement isolé thermiquement et dont les parois intérieures réfléchissent tous les rayonnements. C’est à la fin du XIXème siècle que Max Planck décrit l’émission énergétique d’un corps noir aux différentes longueurs d’onde du spectre électromagnétique.
Une étoile peut être considérée comme un corps noir compte tenu de la quantité d’énergie rayonnée par rapport à la quantité d’énergie emmagasinée.
En 1893, Wilhem Wien exprime la loi qui permet de déterminer la température de surface d’une étoile connaissant la longueur d’onde pour laquelle la puissance rayonnée est maximale:
Maxx T = 3 x 10
-3 m.Kavec
Max longueur d’onde de la radiation d’intensité maximale émise par le corps en mètres (m)
T la température du corps en Kelvin (K)
Le Kelvin est l’unité du système international de la température. La température T en Kelvin est reliée à la température T en °C par la relation T = T + 273,15
3. LA REPARTITION DE L’ENERGIE SOLAIRE SUR LA TERRE
La puissance radiative reçue du Soleil par une surface plane dépend de son aire et de son inclinaison par raport aux rayons lumineux. L’inclinaison correspond à l’angle entre la normale à la surface et la direction du Soleil.
Lorsque l’inclinaison est constante, la puissance radiative est proportionnelle à l’aire de la surface.
Lorsque l’inclinaison varie, l’aire de la surface éclairée est modifiée. Ainsi, plus cet angle est important, plus la surface éclairée est importante:un mètre carré de surface reçoit alos une puissance radiative moindre.
La puissance solaire reçue par unité de surface terrestre dépend alors:
de l’heure, c’est la variation diurne. L’ensoleillement est maximal à midi heure solaire;
du moment de l’année, c’est la variation saisonnière;
de la latitude, c’est la zonation climatique. Plus on est proche des pôles plus l’ensoleillement est faible.
7 %
1 6 % 6 % 1 7 %
23 %
