1. La lumière solaire, source d’ énergie
26 janvier 2011 Marie-Christine Artru
- Chauffage par rayonnement, par convection ou par conduction
- Le soleil et son rayonnement : spectre, intensité, variations
- Production d’énergie au centre du soleil : la fusion nucléaire
- Transmission par l’atmosphère et « effet de serre »
- Capteurs de l’énergie solaire
- Enjeux écologiques et économiques
Université Populaire de Lyon
Thème « Illusions Réalités Création »

2. Transport d’énergie
CONDUCTION
plutôt « transfert » de « chaleur » : dans la tige métallique
CONVECTION
dans l’air sur le feu
RADIATION
par le rayonnement,
lumière, infra-rouge,
même dans le vide

3. Observations du soleil
figure de JM Malherbe http://obspm.fr/lesia/

4. Surface du soleil
granularité taches , chromosphère
vitesse (décalages doppler) froid/chaud (filtre helium)

5. Activité du soleil
image UV du satellite SOHO éclipse totale de 2003
(λ=30,4 nm)
taches, protubérance film1 film2
http://stereo.gsfc.nasa.gov/ http://bass2000.obspm.fr/

6. Cycles de onze ans
Variations de la puissance totale du rayonnement solaire
et du nombre de taches sur la surface
Observatoire de Paris-Meudon http://solaire.obspm.fr/

7. Vent solaire

8. Structure du soleil
figure de JM Malherbe http://obspm.fr/lesia/

9. Transfert de l’énergie dans le soleil
Transfert
surface
le long d’un rayon T= 5800 K
de 696 000 km
RADIATION
centre
T= 1 500 000 K
CONVECTION
PRODUCTION
RADIATION
énergie des réactions nucléaires

10. Réactions nucléaires
FUSION proton-proton : schéma très simplifié
noyaux d’hydrogène deuterium
e+
ν
n
rayonnement γ
~ 7 MeV par proton
( 10-12 J)
n
n n n
hélium 3 hélium 4

11. Evolution du soleil
masse du soleil : 2 1030 kg (environ 1057 protons )
puissance totale rayonnée : 3,8 1026 watts
==> réserve d’énergie pour plus de 10 milliards d’année
figure de JM Malherbe http://obspm.fr/lesia/

12. Puissance spectrale du Puissance spectrale
rayonnement solaire (W/m2 par nm)
visible
juste au dessus de l’atmosphère terrestre
total 1367 watt/m2 « constante solaire »
rayonnement thermique 5300K
au sol, soleil au zénith
maximum 1100 watt/m2
longueur d’onde en nm
longueur d’onde (nm)

13. Spectre standard
100 W/m2
puissance totale au sol : 847 W/m2
conditions : soleil à 42° au dessus de l’horizon, ciel clair
courbe : http://www.lei.ucl.ac.be/~matagne/SOLAIRE/

14. Moyenne sur l’année
1368 watt/m2
342 watt /m2
moyenne sur le globe
170 watt /m2 H2O CO2
au sol

15. valeurs approximatives en W/m2 , moyennes sur une année et sur le globe terrestre
Bilan atmosphère
émission IR de
l’atmosphère
170
70
100
320
340
100
CONVECTION 390
70 IR émis par le sol
170 W/m2
figure adaptée de R. Ducroux et P Jean-Baptiste, CNRS Editions

16. émissions de CO2
transports production
d’énergie
habitat
tertiaire
industrie
http://www.clubco2.net/

17. Énergies renouvelables
L’énergie solaire est la source
de la plupart des énergies renouvelables
Dunkerque Tignes
Grenoble Chambéry photos EDF et ADEME

18. Capteurs solaires
principe : capteur photovoltaïque ou échangeur thermique
diode
n
p

19. Solaire photovoltaïque
habitat
centrale 1500m2

20. Electricité en France
la part du solaire augmente, mais reste marginale
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