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Le Soleil Structure, données astronomiques, insolation.

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1 Le Soleil Structure, données astronomiques, insolation.

2 Le Soleil, une formidable centrale à Fusion Nucléaire Le Soleil a pris naissance au sein dun nuage dhydrogène de composition relative en moles : H=1; He=0,06; C, N et autres éléments <10 -4 Le Soleil a pris naissance au sein dun nuage dhydrogène de composition relative en moles : H=1; He=0,06; C, N et autres éléments <10 -4 La phase daccrétion gravitationnelle a duré 10 7 années au bout desquelles le cœur avait atteint 10 7 K, et une masse volumique de ~150 g/cm3 (~11 fois celle du mercure dans les conditions normales). La phase daccrétion gravitationnelle a duré 10 7 années au bout desquelles le cœur avait atteint 10 7 K, et une masse volumique de ~150 g/cm3 (~11 fois celle du mercure dans les conditions normales). Ces conditions de température et de concentration permettent la fusion 4H He qui se poursuit actuellement en régime quasi permanent à 1, K. Consommation 700 Mt dhydrogéne par seconde (F. Casoli, Th. Encrenaz-1980 ) Ces conditions de température et de concentration permettent la fusion 4H He qui se poursuit actuellement en régime quasi permanent à 1, K. Consommation 700 Mt dhydrogéne par seconde (F. Casoli, Th. Encrenaz-1980 )fusion 4H HeConsommationfusion 4H HeConsommation La composition en masse H 73%, He 23%, autres 2% (F. Casoli, Th. Encrenaz-1980 ). Un gramme de matière du Soleil est composé de 0,70 g dhydrogène, de 0,28 g dhélium et de 0,02 g de tous les autres éléments chimiques de la table périodique de Mendeleïev (données CEA -2000) La composition en masse H 73%, He 23%, autres 2% (F. Casoli, Th. Encrenaz-1980 ). Un gramme de matière du Soleil est composé de 0,70 g dhydrogène, de 0,28 g dhélium et de 0,02 g de tous les autres éléments chimiques de la table périodique de Mendeleïev (données CEA -2000) Daprès le Journal du CNRS (n°220 mai 2008) le Soleil aurait consommé près de 40% de lhydrogène disponible pour la fusion (environ 10% de sa masse), il lui resterait donc environ 6 milliards dannée de vie. Daprès le Journal du CNRS (n°220 mai 2008) le Soleil aurait consommé près de 40% de lhydrogène disponible pour la fusion (environ 10% de sa masse), il lui resterait donc environ 6 milliards dannée de vie.

3 Le Soleil, une étoile naine Masse 1, kg, R = km Masse 1, kg, R = km Age 4, années, durée de vie prévue 9, ans. Age 4, années, durée de vie prévue 9, ans a.l. du centre de la galaxie (dans le bras local) a.l. du centre de la galaxie (dans le bras local) La Terre gravite actuellement à ~150 millions de km du soleil sur une trajectoire elliptique dexcentricité 0,0167 dont le Soleil est à lun des foyers. La Terre gravite actuellement à ~150 millions de km du soleil sur une trajectoire elliptique dexcentricité 0,0167 dont le Soleil est à lun des foyers. elliptiquedexcentricité elliptiquedexcentricité

4 Structure et rayonnement Une structure hétérogène en couches. Une structure hétérogène en couches.structure Loi de Planck Loi de Planck Loi de Planck Loi de Planck Le Soleil, plus exactement sa photosphère, rayonne approximativement comme un corps noir à 5800 K Le Soleil, plus exactement sa photosphère, rayonne approximativement comme un corps noir à 5800 K

5 Le rayonnement solaire / Rayonnement de corps noir. Spectre (détails) et constante solaire : définition, valeur la plus probable 1367 W/m². Varie très peu : fluctuations 0,1 W/m² (daprès R. Kandel 2006). Spectre (détails) et constante solaire : définition, valeur la plus probable 1367 W/m². Varie très peu : fluctuations 0,1 W/m² (daprès R. Kandel 2006). Spectre(détails) constante solaire définition Spectre(détails) constante solaire définition Loi du déplacement (2 ème ) loi de Wien Loi du déplacement (2 ème ) loi de Wienloi de Wienloi de Wien Loi de Stefan - Boltzmann Loi de Stefan - BoltzmannStefan - BoltzmannStefan - Boltzmann

6 Variations saisonnières Inclinaison de léquateur /orbite 23°27 (actuellement) Inclinaison de léquateur /orbite 23°27 (actuellement)orbite 23°27orbite 23°27 Solstices de décembre, de juin Solstices de décembre, de juindécembrejuindécembrejuin Equinoxes de mars et de septembre Equinoxes de mars et de septembre Equinoxes Variation annuelle de la distance Terre- Soleil et de la densité de flux extraterrestre Variation annuelle de la distance Terre- Soleil et de la densité de flux extraterrestredistancela densité de fluxdistancela densité de flux Influence de la distance Terre – Soleil Influence de la distance Terre – SoleilTerre – SoleilTerre – Soleil

7 Variations saisonnières Déclinaison : définition, calcul et valeur moyenne Déclinaison : définition, calcul et valeur moyennedéfinitioncalculdéfinitioncalcul Influence des variations annuelles de la déclinaison : durée du jour Influence des variations annuelles de la déclinaison : durée du jourdéclinaison duréedéclinaison durée inclinaison des rayons : lépaisseur de la couche datmosphère traversée est en première approximation proportionnelle à 1/sin(h) pour des incidences pas trop rasantes (h est la hauteur solaire soit langle des rayons solaires par rapport à lhorizontale). Labsorption et la diffusion sont sensiblement proportionnelles en moyenne à cette épaisseur. inclinaison des rayons : lépaisseur de la couche datmosphère traversée est en première approximation proportionnelle à 1/sin(h) pour des incidences pas trop rasantes (h est la hauteur solaire soit langle des rayons solaires par rapport à lhorizontale). Labsorption et la diffusion sont sensiblement proportionnelles en moyenne à cette épaisseur.à 1/sin(h) à 1/sin(h)

8 Léquation du temps Les lois de Kepler, résultant de la gravitation, impliquent que la vitesse de la Terre sur son orbite nest pas uniforme. Les lois de Kepler, résultant de la gravitation, impliquent que la vitesse de la Terre sur son orbite nest pas uniforme.lois vitesselois vitesse La période de rotation sidérale de la Terre vaut 23h56mn04s, mais pour que le Soleil revienne dans le plan méridien local il faut en moyenne 24h. La période de rotation sidérale de la Terre vaut 23h56mn04s, mais pour que le Soleil revienne dans le plan méridien local il faut en moyenne 24h. le temps qui sécoule entre deux positions successives de la Terre pour laquelle le Soleil est dans le plan méridien local en un lieu donné, nest pas constant. On décrit lavance du temps solaire moyen sur le temps solaire vrai par léquation du temps le temps qui sécoule entre deux positions successives de la Terre pour laquelle le Soleil est dans le plan méridien local en un lieu donné, nest pas constant. On décrit lavance du temps solaire moyen sur le temps solaire vrai par léquation du tempséquation du tempséquation du temps lhiver dure moins longtemps dans lhémisphère Nord (88 j) que dans lhémisphère Sud (94 j) et les journées hivernales (~15 nov. 28 janvier) sont légèrement allongées (+29 s au 24/12) relativement à la valeur quelles auraient si la rotation orbitale était uniforme. lhiver dure moins longtemps dans lhémisphère Nord (88 j) que dans lhémisphère Sud (94 j) et les journées hivernales (~15 nov. 28 janvier) sont légèrement allongées (+29 s au 24/12) relativement à la valeur quelles auraient si la rotation orbitale était uniforme.

9 Autres conséquences de la mécanique céleste Actuellement léquinoxe de printemps est vers le 20 mars et la Terre est au périhélie vers le 3 janvier. Actuellement léquinoxe de printemps est vers le 20 mars et la Terre est au périhélie vers le 3 janvier. Précession des équinoxes (mouvement rétrograde du point vernal 50,39/an =>T ~ ans) : lannée tropique est inférieure denviron 20 mn à lannée sidérale. Les interactions entre planètes provoquent des perturbations de lorbite et aussi la rotation très lente (0,47/an => +0,10 pour le point vernal) du grand axe de lellipse la « précession planétaire » sans effet à court terme (T~2,8 Man). Précession des équinoxes (mouvement rétrograde du point vernal 50,39/an =>T ~ ans) : lannée tropique est inférieure denviron 20 mn à lannée sidérale. Les interactions entre planètes provoquent des perturbations de lorbite et aussi la rotation très lente (0,47/an => +0,10 pour le point vernal) du grand axe de lellipse la « précession planétaire » sans effet à court terme (T~2,8 Man). Précession Nutation inclinaison de laxe des pôles sur le plan de lécliptique varie entre 21°5 et 24°9 depuis 1 million dannée (T ~ ans) Nutation inclinaison de laxe des pôles sur le plan de lécliptique varie entre 21°5 et 24°9 depuis 1 million dannée (T ~ ans) Variation de lexcentricité de 0% à 6% (T ~ ans et ans) Variation de lexcentricité de 0% à 6% (T ~ ans et ans) Ces mécanismes sont les déclencheurs des glaciations. Ces mécanismes sont les déclencheurs des glaciations.

10 Données météorologiques La donnée du flux extraterrestre nest pas suffisantes pour les applications au sol. Il faut faire appel aux statistiques de mesures du rayonnement global, diffus ou direct. La donnée du flux extraterrestre nest pas suffisantes pour les applications au sol. Il faut faire appel aux statistiques de mesures du rayonnement global, diffus ou direct. Insolation au sol et sur les bâtiments au cours de lannée Insolation au sol et sur les bâtiments au cours de lannée Insolation Insolation fonction du lieu en France Insolation fonction du lieu en Franceen Franceen France Et dans le Monde en janvier et juillet. Et dans le Monde en janvier et juillet.le Mondele Monde

11 Insolation moyenne annuelle sur le sol horizontal :

12 Influence de latmosphère Absorption atmosphérique Absorption atmosphérique Absorption atmosphérique Absorption atmosphérique Spectre au sol Spectre au sol Spectre au sol Spectre au sol Bilan radiatif terrestre Bilan radiatif terrestre Bilan radiatif terrestre Bilan radiatif terrestre

13 Transparence de latmosphère Le facteur de trouble de Linke Le facteur de trouble de Linkefacteur de trouble de Linkefacteur de trouble de Linke La clarté atmosphérique est le rapport entre léclairement global dune surface horizontale au sol et léclairement dune surface horizontale hors atmosphère à la verticale du lieu. La clarté atmosphérique est le rapport entre léclairement global dune surface horizontale au sol et léclairement dune surface horizontale hors atmosphère à la verticale du lieu.

14 Facteur de Trouble de Linke

15 Diffusion Rayleigh : a ^ p*m ( a Diffusion Rayleigh : a ^ p*m ( a

16 Diffusion par les aérosols: d ^0,75 m*d/800 ( d Diffusion par les aérosols: d ^0,75 m*d/800 ( d

17 Diffusion par leau : w ² m*w/20 ( w Diffusion par leau : w ² m*w/20 ( w

18 Atténuation du rayonnement direct par diffusion (m=1; = 79%)

19 Influence de langle zénithal sur la diffusion

20 Spectres solaires de référence : atmosphère standard (p=760 mmHg ; w = 20mm ; d = 300 /cm3) 1 AM0 1 AM0 2 AM1 2 AM1 3 AM1.5 3 AM1.5 4 AM2 4 AM2

21 Bibliographie E.G. Gibson, The Quiet Sun, NASA SP – 303 publication E.G. Gibson, The Quiet Sun, NASA SP – 303 publication C. De Bergh et B.P. Fort, Solar Physics, Energie solaire – conversion et applications, pp , ISBN (1978) C. De Bergh et B.P. Fort, Solar Physics, Energie solaire – conversion et applications, pp , ISBN (1978) R. M. Goody and J. C. G. Walker, Atmospheres, Foundations of Earth Science Series. R. M. Goody and J. C. G. Walker, Atmospheres, Foundations of Earth Science Series. J. A. Duffie and W. A. Beckman, Solar energy thermal process, eds. John Wiley and Sons. J. A. Duffie and W. A. Beckman, Solar energy thermal process, eds. John Wiley and Sons. Ph. de La Cotardière, Dictionnaire de lAstronomie, Larousse (1987). Ph. de La Cotardière, Dictionnaire de lAstronomie, Larousse (1987). Chr. Perrin de Brichambaut, Evaluations de lénergie solaire incidente sur divers capteurs, Energie solaire – conversion et applications, pp , ISBN (1978) Chr. Perrin de Brichambaut, Evaluations de lénergie solaire incidente sur divers capteurs, Energie solaire – conversion et applications, pp , ISBN (1978) J. C. Brandt and P. Hodge, Solar System Astrophysics, eds. Mc Graw-Hill Book Company (1964). J. C. Brandt and P. Hodge, Solar System Astrophysics, eds. Mc Graw-Hill Book Company (1964). Encyclopaedia Universalis Encyclopaedia Universalis « Lastronomie » F. Casoli, Th. Encrenaz – édition Minerva « Lastronomie » F. Casoli, Th. Encrenaz – édition Minerva « Catastrophes climatiques – Désastres sociaux » - P. Acot – PUF (2009) « Catastrophes climatiques – Désastres sociaux » - P. Acot – PUF (2009)


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