Rayonnement solaire

Le rayonnement solaire est l'ensemble des ondes électromagnétiques émises par le Soleil.

Formation

Au centre du Soleil, les réactions de fusion thermonucléaire produisent des ondes électromagnétiques gamma. Progressivement, l'énergie traverse une zone dite radiative pour se transformer en rayonnement X puis UV, et devient enfin le rayonnement solaire à la sortie du Soleil. Le Soleil produit un rayonnement moyen de 3,826 x 10¹⁷ MW; ramené à sa surface de 6,088 x 10¹² km², sa puissance est de 62,85 kW/m². Cette énergie varie en fonction de la densité des tâches solaires.

Composition

Le rayonnement solaire est composé d'ondes électromagnétiques allant de l'ultraviolet à l'infrarouge en passant par la lumière visible. Il est également composé de rayons cosmiques. La distribution des ondes obtenues correspond à celui d'un corps noir de 5800 K°.

Une fois que le rayonnement parcourt la distance Soleil-Terre soit environ 150 millions de kilomètres (ou 1 unité astronomique), l'énergie solaire à la limite de l'atmosphère n'est plus que de 1,36 kW/m². Cette valeur est appelée constante solaire. Enfin, le rayonnement traverse l'atmosphère terrestre, subit une diffusion et une absorption de son intensité. La diffusion va créer ce qu'on appelle le rayonnement diffus et le restant sera le rayonnement direct. Le rayonnement global étant la somme des deux.

Mesure du rayonnement

Sur Terre, la mesure du rayonnement solaire diffère selon la composante que l'on recherche :

• le rayonnement solaire global se mesure avec un pyranomètre;
• le rayonnement solaire direct avec un pyrhéliomètre;
• le rayonnement solaire diffus avec un pyranomètre réfléchi.

Si beaucoup de scientifique comme Horace-Bénédict de Saussure ou Joseph Fourier ont étudié les effets du rayonnement solaire, le premier l'ayant mesuré avec suffisamment de précision est Claude Pouillet en utilisant un pyrhéliomètre de sa fabrication. Il obtenu une valeur de 1228 W/m² soit une erreur de seulement 10% par rapport à la valeur reconnue aujourd'hui. Il faut attendre 1973 pour que les observations satellitaires "Skylab" et "Solar Maximum Mission" s'affranchissent des perturbations atmosphériques et relèvent la constante solaire admise.

Utilisation du rayonnement solaire

L'homme profite autant du rayonnement direct que diffus. Dès l'antiquité il a su maitriser le rayonnement direct et le concentrer à l'aide de miroirs ardents pour allumer des feux sacrés. Aujourd'hui, le rayonnement direct est généralement utilisé par les systèmes solaires à concentrations : fours solaires, centrales thermodynamiques et photovoltaïques à concentration. Le rayonnement diffus, provenant de l'ensemble de l'atmosphère nous offre un éclairage gratuit. Enfin le rayonnement global, la somme du direct et du diffus, est utilisé par le photovoltaïque sans concentration et par le solaire thermique basse température.