Midilibre.fr
Tous les blogs | Alerter le modérateur| Envoyer à un ami | Créer un Blog

10/03/2010

Saisons et Ensoleillement

Rappel de notions élémentaires (1) Fig. 1S-Fig-1.gif (Cliquez sur les vignettes pour agrandir les images à leur taille normale)
- La Terre tourne sur elle-même en 1 jour = 24 heures, soit une vitesse angulaire de 15°/heure, ou 1° en 4 minutes.
- La Terre tourne autour du Soleil en 1 an = 365,25 jours.
- L’axe de rotation de la Terre est incliné de 23° 27’sur l’Ecliptique (ou 23,5° en décimal).

Du fait de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre sur l’Ecliptique, la position apparente du Soleil au-dessus de nos têtes varie au cours de l’année. Sur la Fig. 2 ci-contre, sont représentées les S-Fig-2.gifpositions extrêmes, côté Nord le 21 Juin, et côté Sud, le 22 Décembre. Ces deux valeurs ont permis de distinguer plusieurs zones caractéristiques :
- Le Tropique du Cancer, point extrême atteint par le Nadir vers le Nord (Solstice d’Eté), et le Tropique du Capricorne, vers le Sud (Solstice d’Hiver).
- Les Cercles Polaires, au-delà desquels le Soleil est visible en permanence pendant la moitié de l’année, et où l’autre moitié est plongée dans la nuit (sauf pendant les « jours » où le ciel est légèrement plus clair, près du Cercle Polaire, clarté dûe à la diffraction dans l'atmosphère terrestre).
- L’Equateur, où le Soleil passe aux Equinoxes de Printemps et d’Automne. A ces dates, la longueur du jour est égale à celle de la nuit.

Ensoleillement (Fig. 3)
S-FIG-3.gif L’énergie reçue par unité de surface terrestre (2) varie en fonction de la Latitude, de la Saison, et de l’Heure du jour (L’état du ciel est supposé idéal, sans nuages ni poussières).

La Latitude
Si on prend comme référence la valeur 1 pour le maximum théorique de l’énergie reçue, on voit, par exemple, que à 40° de latitude, la valeur se réduit à 0,76, ou que l’ensoleillement tombe à 0,6 à une latitude de 53,1 (si les valeurs entières sont exprimées en degrés, les valeurs après la virgule sont exprimées en décimal, et non en minutes ).

La Saison
S-FIG-4.gif En fonction de la Date d’observation, le Soleil passe de la Latitude  23,5 Nord  (zone Rose, Fig. 4) à  23,5 Sud  (zone Verte).

Sur la Fig. 4, on pourra déterminer la Latitude où se trouve le Soleil à la date considérée.
Dans l'hémisphère Nord, la valeur trouvée sera à soustraire de la Latitude de la Fig. 3 si le point se trouve dans la zone Rose, et à ajouter si le point est dans la zone Verte.
Dans l'hémisphère Sud, les opérations sont inversées ( + zone Rose, - zone Verte).
Après ce calcul, on peut déterminer le coefficient d’ensoleillement.à Midi (Heure Solaire). 

L’Heure Solaire
Les scientifiques de l’Observatoire de Greenwich (à 7 Km au Sud-Est de Londres, Gb) ont défini l’heure de Midi lorsque le Soleil passe exactement au Sud de leurs instruments. Le méridien qui y passe est l’origine de tous les autres méridiens sur Terre, ceux-ci étant décalés de 15°. Ce décalage représente un fuseau horaire (1 heure). Lorsqu’il est Midi à Greenwich, il est 13 heures sur le premier méridien situé à l’Est, alors qu’il n’est que 11 heures sur celui situé à l’Ouest, et ainsi de suite. Presque tous les Pays du monde ont déterminé leur heure légale en fonction de leur situation géographique sur un fuseau horaire, de telle sorte que midi corresponde à peu près à une position du Soleil à son maximum d’élévation. Il est bien évident que l’heure de midi légale correspond avec le Midi Solaire uniquement sur le méridien. Pour avoir le Midi Solaire à une autre position, on doit noter l’écart de longitude du point d’observation par rapport au méridien et ajouter à l’heure légale 4 minutes pour 1 degré d’écart vers l’Est (il faut retrancher 4 minutes pour 1 degré vers l’Ouest).
Lorsque l’observation est réalisée à une heure différente de Midi (solaire), il faut compter 1° par 4 minutes avant ou après midi. Ces degrés sont à ajouter aux degrés de latitude, quel que soit l'hémisphère, Nord ou Sud. Enfin la Fig. 3 donne un coefficient qui, appliqué à la Puissance Solaire Théorique, permettra d’avoir une idée de l’énergie solaire disponible (ciel sans nuages ni poussières), sur une surface horizontale. (A noter que l'inclnaison d'un capteur vers le soleil améliore son rendement, surtout aux hautes latitudes). (3)

----------------
Notes
(1)
    Pour alléger le texte et les figures, toutes les valeurs exactes ont été plus ou moins arrondies.
(2) Puissance Solaire maximale Théorique = 1368 W/m² (http://www.pensifs.com/sciences/terre-soleil/energie-sola...
)
(3) Il peut arriver que le résultat des calculs dépasse 90°. En ce cas, l’ensoleillement est toujours nul, et , par conséquent, c'est la nuit.

-------------------------------------------------------------------------------------

Page précédente (La Terre)

Lire la suite (La Lune)