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Chapitre 4 : La répartition de l’énergie solaire sur Terre
THEME 2 : LE SOLEIL, NOTRE SOURCE D’ENERGIE
Chapitre 4 : La répartition de l’énergie solaire sur Terre
Quelle est la proportion de puissance solaire atteignant la Terre ?
I- PUISSANCE SOLAIRE RECUE PAR LA TERRE :
Bilan 1 : Plus de 99,9 % de la puissance reçue par la surface terrestre provient du Soleil. Pourtant, la Terre ne reçoit qu’une infime partie (environ un demi-milliardième) de la puissance émise par le Soleil. Cette proportion de la puissance totale est déterminée par le rayon de la Terre et sa distance au Soleil.
La Terre, de rayon RT, est située à une distance D du Soleil. À cette distance, la puissance solaire totale se répartit sur toute une sphère de rayon D, dont la surface vaut 4π⋅D2. De toute la puissance répartie sur cette sphère, la Terre en intercepte une proportion, sur une surface égale à π⋅RT2. La Terre intercepte donc une proportion ε de la puissance émise par le Soleil égale à :
La puissance totale interceptée par la Terre est naturellement répartie sur l’ensemble de sa surface par la rotation journalière du globe terrestre. Elle est de 341 W/ m².
Comment l’énergie solaire est-elle répartie au cours de la journée ?
II- LES VARIATIONS JOURNALIERES DE TEMPERATURE :
Bilan 2 : La puissance radiative reçue du Soleil par une surface plane est proportionnelle à l’aire de la surface et dépend de l’angle entre la normale à la surface et la direction du Soleil.
Lorsque l’angle entre la normale à la surface plane et la direction du Soleil augmente, l’aire de la surface éclairée par un rayonnement augmente et donc la puissance radiative reçue du Soleil par unité de surface diminue.
La rotation de la Terre sur elle même en 24h se fait selon un axe reliant le pôle sud et le pôle nord. Cette rotation modifie l’angle d’incidence des rayons solaires entre la normale à la surface et la direction du Soleil. Ainsi la puissance solaire reçue par unité de surface terrestre varie en fonction de l’heure de la journée : on parle de variation diurne.
Comment l’énergie solaire est-elle répartie au cours d’une année ?
III- LES VARIATIONS ANNUELLES DE TEMPERATURE :
Bilan 3 : Au cours de l’année, la rotation de la Terre autour du Soleil modifie sa position par rapport à celui-ci selon une trajectoire elliptique.
Par ailleurs, l’axe de rotation de la Terre n’est pas perpendiculaire au plan de l’écliptique mais forme un angle d’environ 23.4°. Il en résulte que, pour une même région, l’angle d’incidence du rayonnement solaire sur cette surface varie en fonction de la position de la Terre au cours de sa révolution autour du Soleil.
Dans ces positions extrêmes, la Terre « présente » alternativement son hémisphère Nord, puis son hémisphère Sud au Soleil. La durée d’éclairement et donc d’échauffement varie ainsi pour une même région au cours du trajet de la Terre autour du Soleil.
Lors des solstices, un même hémisphère est tantôt incliné vers le Soleil, c’est l’été, tantôt incliné dans la direction opposée, c’est l’hiver.
L’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan de révolution autour du Soleil, constante au cours du temps, conduit à une variation de la quantité d’énergie reçue en fonction du temps, se traduisant par le phénomène des saisons.
Comment l’énergie solaire est-elle répartie selon la latitude ?
IV- INFLUENCE DE LA LATITUDE SUR LA REPARTITION DE L’ENERGIE SOLAIRE :
https://svtanim.pagesperso-orange.fr/angle_energie_2.htm
Bilan 4 : Les moyennes annuelles de température au sol sont d’autant plus fortes que l’on se rapproche de l’équateur, et d’autant plus basses que l’on va vers les pôles. Ceci explique en grande partie les climats, zonés de façon latitudinale.
En effet, en raison de la rotondité de la Terre, le rayonnement solaire frappe sa surface de façon oblique d’autant plus que la latitude est élevée, alors que le rayonnement atteignant l’équateur est perpendiculaire à la surface du sol.
Conclusion générale : La puissance radiative reçue du Soleil par une surface plane est proportionnelle à l’aire de la surface et dépend de l’angle entre la normale à la surface et de la direction du Soleil.
De ce fait, la puissance solaire reçue par unité de surface terrestre dépend :
- De l’heure (variation diurne)
- Du moment de l’année (variation saisonnière)
- De la latitude (variation climatique)
Résumé du chapitre en vidéo:
