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 »
Transport d’énergie
plutôt « transfert » de « chaleur »:CONDUCTIONdans la tige métallique
CONVECTIONdans l’air sur le feu
RADIATIONpar le rayonnement,lumière, infra-rouge,même dans le vide
Observations du soleil
figure de JM Malherbe http://obspm.fr/lesia/
Surface du soleil
granularité taches , chromosphère
vitesse (décalages doppler) froid/chaud (filtre helium)
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/
Cycles de onze ans
Observatoire de Paris-Meudon http://solaire.obspm.fr/
Variations de la puissance totale du rayonnement solaireet du nombre de taches sur la surface
Vent solaire
Structure du soleil
figure de JM Malherbe http://obspm.fr/lesia/
Transfert
CONVECTION
Transfert de l’énergie dans le soleil
PRODUCTIONénergie des réactions nucléaires
RADIATION
centre T= 1 500 000 K
RADIATION
surfaceT= 5800 Kle long d’un rayon
de 696 000 km
Réactions nucléaires
FUSION proton-proton : schématrès simplifié
noyaux d’hydrogène deuterium
n
e+
νννν
hélium 3
n nnn
hélium 4
rayonnement γγγγ~ 7 MeV par proton
( 10-12 J)
Evolution du soleil
figure de JM Malherbe http://obspm.fr/lesia/
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
Puissance spectralePuissance spectrale du rayonnement solaire (W/m2 par nm)
longueur d’onde en nm
juste au dessus de l’atmosphère terrestretotal 1367 watt/m2 « constante solaire »
au sol, soleil au zénithmaximum 1100 watt/m2
rayonnement thermique 5300K
longueur d’onde (nm)
visible
Spectre standard
100 W/m2
courbe : http://www.lei.ucl.ac.be/~matagne/SOLAIRE/
puissance totale au sol: 847 W/m2 conditions : soleil à 42° au dessus de l’horizon, ciel clair
Moyenne sur l’année
1368 watt/m2
342 watt /m2
moyenne sur le globe
170 watt /m2
au sol
H2O CO2
Bilan atmosphère
170 W/m2
figure adaptée de R. Ducroux et P Jean-Baptiste, CNRS Editions
valeurs approximatives en W/m2 , moyennes sur une année et sur le globe terrestre
340
100
390
320
70170
70 IR émis par le sol
100
CONVECTION
émission IR del’atmosphère
émissions de CO2production d’énergie
transports
habitat tertiaire
industrie
http://www.clubco2.net/
Énergies renouvelables L’énergie solaire est la source de la plupart des énergies renouvelables
photos EDF et ADEME
Dunkerque Tignes
Grenoble Chambéry
Capteurs solaires
principe : capteur photovoltaïque ou échangeur thermique
diodenp
Solaire photovoltaïque
centrale 1500m2
habitat
Electricité en France
Mdiath queFermer
la part du solaire augmente, mais reste marginale