La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du Soleil. Le transfert se fait dans le vide sous la forme de rayonnement thermique. À la surface de la Terre, le rayonnement solaire est inégalement réparti.
IPuissance solaire reçue par la Terre
Le rayonnement solaire intercepté par la Terre correspond à un disque de rayon terrestre R (doc. 1). La puissance reçue pour 1 m2 de cette surface plane perpendiculaire aux rayons solaires et située au sommet de l’atmosphère terrestre définit la constante solaire. Elle peut être mesurée par un satellite équipé d’un radiomètre. En moyenne annuelle, elle est égale à 1 367 W/m2. Cela fait du Soleil la source d’énergie la plus abondante sur Terre.
À noter
La puissance (ou le flux d’énergie) reçue pour 1 m2 correspond à une grandeur appelée éclairement énergétique. Son unité est le W/m2.
Comme la Terre n’est pas un disque mais une sphère, la puissance solaire moyenne qu’elle reçoit réellement est 4 fois plus petite, soit environ 342 W par m² de surface terrestre.
Doc 1 Flux d’énergie solaire reçu par la Terre
Le flux d’énergie solaire reçu par une surface dépend de l’angle avec lequel les rayons du Soleil parviennent à cette surface. L’angle formé par le rayonnement solaire et la perpendiculaire à la surface est appelé angle d’incidence (doc. 2a).
Comme le rayonnement solaire arrive sur la Terre sous la forme d’un faisceau parallèle (doc. 1), une surface perpendiculaire à ces rayons (autrement dit dont l’angle d’incidence est nul) intercepte le flux maximal d’énergie. Si l’on incline la surface, l’angle d’incidence augmente, le flux solaire reçu diminue (doc. 2a). Une même quantité d’énergie se répartit alors sur une plus grande surface.
Doc 2 Flux solaire et position du Soleil
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IIUne puissance inégalement reçue
L’angle d’incidence des rayons du Soleil est directement lié à la position de ce dernier dans le ciel. Cette position est en général déterminée par deux composantes : la hauteur et l’azimut (doc. 2b). Ces composantes évoluent à toute heure de la journée et tout au long de l’année ; cela induit des variations diurnes et saisonnières du flux solaire.
La latitude est également déterminante : lorsqu’on se rapproche des pôles, l’angle d’incidence augmente (le Soleil monte moins haut dans le ciel), les rayons se répartissent sur une plus grande surface (doc. 2a), le flux solaire diminue.
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Les effets sur l’Homme du rayonnement solaire
Le rayonnement solaire se compose de différents types d’ondes électromagnétiques : les ultraviolets, la lumière visible, les infrarouges, les ondes radio, etc. Certains types d’ondes peuvent avoir des effets importants sur la santé humaine.
