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