Des mesures d'ensoleillement à Genève, pourquoi ?

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Des mesures d'ensoleillement à Genève, pourquoi ?

INEICHEN, Pierre

INEICHEN, Pierre. Des mesures d'ensoleillement à Genève, pourquoi ? Cahiers de la Faculté des sciences / Université de Genève, 1980, no. 4, p. 19-25

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http://archive-ouverte.unige.ch/unige:97934

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Jusqu'à présent, à quelques exceptions près, la seule mesure disponible concernant l'énergie solaire dans le bassin lÉmanique consistait en un relevé par les diverses stations météorologiques tel que le service climatologique de l'aéroport de Cointrin, des heures d'ensoleillenent journalier. Ces relevés sont effectués au moyen d'une boule de Campbell-Stokes, consistant en une sphère de verre qui fait office de lentille et concentre le rayonnement direct sur une bande de papier, le nanbre d'heures d'ensoleillenent étant proportionnel à la longueur de papier brûlé. Cette méthode de mesure pose certains problèmes de précision au niveau du seuil de mesure et de l'interprétation des bandes de relevé suivant la personne effectuant le dépouillenent.

Vue d'un solarimètre, cellule sensible mesurant le rayonnenent solaire global

20 Des mesures d'ensoleillement ...

Une bonne connaissance du rayonnement solaire au sol et de ses variations dans le temps canrne dans l'espace permet non seulement la détermination quantitative de l'énergie solaire dont on peut disposer, mais encore la part de celle-ci effectivement utilisable par le biais d'un système dont les caractéristiques sont connues. Il s'avérait donc nécessaire de procéder à une investigation plus importante quant à la potentialité de l'énergie solaire sur le plateau lÉmanique et notre intention est de fournir quelques éléments de réponse à ce besoin.

Système de mesure en parois verticales du rayonnement global N-S-E-0.

Nos mesures ont débuté voici environ deux ans sous une forme assez rudimentaire, en ce sens que seuls les paramètres essentiels ont été mesurés.

Le rayonnement solaire global, c'est-à-dire le rayonnement direct du soleil auquel s'ajoute le rayonnement par réflexion et diffusion dans l'atmosphère, est mesuré sur un plan horizontal au moyen d'un pyranomètre, appareil dont la tension de sortie est proportionnelle à la puissance solaire incidente.

Le rayonnement solaire diffus représente la part du rayonnement global diffusé par l'hé:nisphère céleste. ^La mesure séparée de ce paramètre se fait canme précédemment, mais en masquant la cellule du pyrananètre soit par un arceau fixe, soit par un disque tournant de fa9on synchrone avec le soleil et interceptant le rayonnement direct.

La température est le troisième paramètre que nous avons enregistré au cours de la première année de mesure (juillet 1978 à juin 1979).

Ces relevés, effectués sur la toiture du bâtiment universitaire de Sciences II, quai Ernest Ansermet, nous ont permis de déterminer l'ensoleillement sur des fa9ades de diverses orientations et inclinaisons, ainsi que des rendements et des transmissions à travers un ou deux vitrages, cela à partir des données mesurées pour le plan horizontal.

22 Des mesures d'ensoleillement ...

Vue ct' ensemble de la chaîne de mesure canprenant un solarimètre diffus avec un arceau, le pyrananètre à infra-rouge, le solarimètre global et l'abri météorologique pour la mesure de la température et de l'humidité relative.

Les mesures actuellement en cours sont beaucoup plus canplètes. Elles nous fourniront des données plus précises et nous permettront des calculs plus détaillés. D.lrant cette deuxiÈme étape d'enregistrement, nous faisons des mesures plus fréquentes ⁽¹⁰ fois par heure) et d'un nombre de paramètres plus élevé que dans la prem1ere étape.

L'ensoleillement global est enregistré sur les quatre parois verticales N -S-E-0 et sur un plan incliné au sud de 45 ^°, en plus des deux rayonnements cités plus haut. Nous relevons la vitesse moyenne du vent, l'humidité relative de l'air, la température ambiante sous abri, ainsi que le rayonnement infra-rouge de l'hémisphère céleste sur un plan horizontal.

Nous comptons mettre prochainement en route une série de

1000.

BOO.

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200.

o.

mesures à la campagne, afin de JX)uvoir faire une comparaison ville-campagne sur les paramètres principaux le rayonnement global, diffus et infra-rouge sur plan horizontal, ainsi que la température et l'humidité de l'air.

Notre but est de JX)ursuivre ces relevés pendant environ cinq ans, afin de constituer une banque de données sur bandes magnétiques la plus complète JX)Ssible et accessible par progranmation, ce qui nous pennet de faire des calculs de simulation et de rendement d'installation basés sur des données réelles.

HOR.

PS. GL -- DIF ---­

DIR ···

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heures du jour

Figure 1 :

18 juin 1979. Représentation d'une journée type.

La courbe pleine représente le rayonnement global (GL) requ sur un plan horizontal, le traitillé le rayonnement diffus (DIF) sur un plan horizontal. ^Le trait pointillé représente le rayonnement direct (DIR) sur un plan mobile toujours perpendiculaire aux rayons du soleil ( plan suiveur = ^PS).

1000.

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jours du mois

F igure 2 :

Mois d'août 1978. Les losanges et les croix donnent jour par jour respectivement l'énergie globale (GL) et l'énergie diffuse (DIF) reque par mètre carré sur un pl an horizontal .

Les photos donnent un aperqu de notre installation. Les figures 1 et 2 illustrent les résultats obtenus lors de la première étape de mesures. A titre d'exemple d'application de ces mesures, nous avons fait le bilan thermique d'un double vitrage en faqade verticale sud ( figure 3) • Ce cal cul a été effectué sur la base des relevés du 1er juillet 1978 au 30 juin 1979, mois p,3.r mois, canpte tenu de l'absorption et de la réflex ion du rayonnement solaire sur le vitrage. On peut constater que le bilan thermique, dans ce cas, est positif durant toute l'année pour un double vitrage en faqade sud avec couverture nocturne.

B. 7.

6. 5.

4.

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2.

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J A S O D J F M A M J

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� 50 40 30 20 10

0

Figure 3 :

Les apports solaires sur une faqade verticale sud sont représentés en traits pleins. ^La courbe en pointillés (k = 2.3) donne les pertes à travers un double vitrage couvert la nuit p:3.r des volets.

On peut constater que le bilan thermique est positif durant toute l'année pour un double vitrage en facade sud avec couverture nocturne.

Dans le calcul des pertes thermiques interviennent 2 facteurs :

la différenee de température entre l'intérieur et l'extérieur du mur ou du vitrage considéré,

le facteur k, définissant la structure et la géanétrie du matériau. ^Ce facteur indique la quanti té de chaleur qui traverse une surface de· 1 m ² pour une différence de tanpérature de 10c.

La puissance qui diffuse à travers une surface de 1 m² séparant 2 régions dont la différence de tanpérature est donnée par T est égale au .irodui t de k*T.

Pierre Ineichen Section de Physique