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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 »
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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
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Observations du soleil
figure de JM Malherbe http://obspm.fr/lesia/
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Surface du soleil
granularité taches , chromosphère
vitesse (décalages doppler) froid/chaud (filtre helium)
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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/
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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
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Vent solaire
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Structure du soleil
figure de JM Malherbe http://obspm.fr/lesia/
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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
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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)
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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
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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
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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
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Moyenne sur l’année
1368 watt/m2
342 watt /m2
moyenne sur le globe
170 watt /m2
au sol
H2O CO2
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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
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émissions de CO2production d’énergie
transports
habitat tertiaire
industrie
http://www.clubco2.net/
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Énergies renouvelables L’énergie solaire est la source de la plupart des énergies renouvelables
photos EDF et ADEME
Dunkerque Tignes
Grenoble Chambéry
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Capteurs solaires
principe : capteur photovoltaïque ou échangeur thermique
diodenp
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Solaire photovoltaïque
centrale 1500m2
habitat
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Electricité en France
Mdiath queFermer
la part du solaire augmente, mais reste marginale