Sauter à un chapitre clé
Un épuisement sévère par la chaleur peut provoquer un coup de chaleur - un état également appelé insolation.
L'insolation a une autre signification. À ton avis, de quoi s'agit-il ? (Indice : concentre-toi sur les deux premières syllabes).
C'est exact, ce terme fait référence à l'arrivée du soleil, c'est-à-dire au rayonnement solaire.
Insolation solaire : Définition
Commençons par la définition de l'insolation.
L'insolation est la quantité de rayonnement solaire reçue par une planète (c'est-à-dire à l'exclusion de l'énergie absorbée ou réfléchie par l'atmosphère).
Les unités de mesure de l'insolation sont les kWh/m2/jour (kilowattheures par mètre carré et par jour).
L'insolation est régulée par la distance d'une planète par rapport au soleil.
Pourquoi l'insolation est-elle importante ?
L'insolation permet la vie sur Terre. Sans le rayonnement solaire entrant, il ferait trop froid pour que les organismes puissent survivre.
Il est important pour les scientifiques de connaître les données relatives à l'insolation. La connaissance de l'insolation aide les météorologues à comprendre les modèles météorologiques et climatiques. À leur tour, ces données aident les botanistes à comprendre les schémas de croissance des plantes dans le monde entier. Ces informations sont utilisées par les agriculteurs pour maximiser le rendement de leurs cultures et fournir suffisamment de nourriture à la population.
La Terre dans son ensemble maintient sa température - elle n'accumule ni ne perd de chaleur. Mais la Terre ne peut maintenir sa température que si la quantité de chaleur reçue par insolation = la quantité de chaleur perdue par rayonnement terrestre. Cet équilibre entre l'insolation et le rayonnement terrestre s'appelle le bilan thermique.
Insolation et irradiation
Les termes insolation et irradiation sont souvent confondus. Clarifions les différences entre les deux.
L'irradiation est une mesure de la puissance solaire. La puissance fait référence au taux de transfert d'énergie dans le temps, c'est-à-dire à la quantité d'énergie solaire qui arrive dans une zone à un moment donné. Elle est mesurée en watts/m2.
En revanche, l'insolation est une mesure de l'énergie solaire. La valeur de l'irradiation est convertie pour exprimer la quantité totale d'énergie reçue sur un intervalle de temps, elle est donc communiquée en Watt-heures. Comme nous l'avons appris précédemment, son unité de mesure est le kWh/m2/jour.
L'insolation est calculée à partir des mesures de l'irradiation.
Fig. 1 - L'insolation est représentée par la zone bleue sous la courbe.
L'irradiation est mesurée à l'aide d'un appareil appelé pyranomètre. Il existe deux types de pyranomètres : les thermophiles et les cellules de référence.
Lesthermophiles mesurent la différence de température entre leurs surfaces exposées et leurs surfaces ombragées. Les cellules de référence sont des cellules solaires en silicium qui mesurent le photocourant de la lumière du soleil.
Insolation et température
La température à la surface de la Terre est directement liée à l'insolation.
Facteurs affectant l'insolation
L'insolation solaire n'est pas uniforme sur l'ensemble du globe. Quels sont les facteurs qui influencent l'insolation, et donc la température de surface ?
Constante solaire
L'insolation reçue au sommet de l'atmosphère est connue sous le nom de constante solaire. À la thermopause (entre la thermosphère et l'exosphère), la constante solaire moyenne est de 1370Watts/m2.
La constante solaire varie légèrement en fonction des taches solaires.
Lestaches solaires sont des régions visibles plus sombres et plus froides à la surface du Soleil.
Les taches solaires sont associées à une libération accrue d'énergie solaire.
Le nombre de taches solaires varie selon un cycle de 11 ans.
Angle d'incidence
Les rayons du soleil frappent la surface à des angles différents, en fonction de la latitude. Plus la latitude est élevée, plus l' angle d'incidence est faible, donc moins l'insolation solaire atteint la surface.
C'est l'une des raisons pour lesquelles l'équateur est plus chaud que les pôles.
Durée du jour
La durée du jour détermine la quantité de rayonnement solaire qui peut atteindre la surface de la Terre. Plus la journée est longue, plus l'insolation est importante. À l'équateur, la durée du jour reste constante à 12 heures tout au long de l'année. Mais à mesure que la latitude augmente, la différence entre le jour et la nuit devient plus extrême.
Les régions les plus septentrionales et les plus méridionales de la Terre connaissent deux phénomènes :
On parle denuit polaire lorsque la nuit dure plus de 24 heures
Lejour polaire (également appelé soleil de minuit) se produit lorsque le soleil reste au-dessus de l'horizon pendant plus de 24 heures.
Fig. 2 - Tromsø, une ville du nord de la Norvège, connaît la nuit polaire. Le soleil ne se lève pas entre le 27 novembre et le 15 janvier. Source : unsplash.com
Distance par rapport au soleil
La Terre tourne autour du Soleil sur une orbite elliptique.
L'excentricité est la mesure de l'écart de l'orbite terrestre par rapport à un cercle parfait.
L'excentricité de la Terre varie sur un cycle de 100 000 ans. Lorsque l'orbite de la Terre est la plus circulaire, elle reçoit 23 % de rayonnement solaire en plus que lorsqu'elle est la plus circulaire.
C'est le 4 juillet que la Terre est la plus éloignée du Soleil. Cette position est appelée aphélie. À l'inverse, la Terre est la plus proche du Soleil le 3 janvier. Cette position est appelée périhélie.
Transparence de l'atmosphère
L'atmosphère terrestre n'est pas transparente. Elle est composée de gaz, de vapeur d'eau et de particules.
Moins l'atmosphère est transparente, moins elle reçoit d'insolation solaire.
Les éruptions volcaniques libèrent des cendres, de la poussière et des gaz sulfureux dans l'atmosphère. Les fortes concentrations de particules atmosphériques réfléchissent le rayonnement solaire entrant, ce qui entraîne une réduction de l'insolation.
Les éruptions majeures peuvent conduire à des hivers volcaniques; une réduction des températures globales causée par une réduction de l'insolation.
Une éruption non identifiée survenue en 536 a entraîné un hiver volcanique de dix-huit mois, avec une baisse des températures de 2,5 °C. Les récoltes ont échoué, ce qui a entraîné des famines. Les récoltes ont échoué, entraînant la famine et la disette.
Insolation solaire moyenne par pays
En général, les pays proches de l'équateur ont des taux d'insolation plus élevés en raison de variations saisonnières limitées. Cependant, l'insolation peut également dépendre de l'altitude, du climat et de la couverture nuageuse.
Fig. 3 - L'irradiation solaire, et donc l'insolation, est plus importante dans les pays équatoriaux et les autres pays chauds. Source : SolarGIS
La zone où l'irradiation solaire est la plus forte est le désert d'Atacama au Chili, où elle atteint 310 Watts/m2. C'est donc dans le désert d'Atacama que l'insolation est la plus forte.
Carte de l'insolation solaire au Royaume-Uni
Bien que l'insolation soit faible au Royaume-Uni (en moyenne 2 à 3 kWh/m2), elle varie géographiquement. Les zones où l'insolation est la plus forte se trouvent dans le sud du pays.
Fig. 4 - C'est sur la côte sud du Royaume-Uni que l'insolation est la plus forte. Source : SolarGIS
Écart-type de l'insolation : Exemple pratique
Le principal inconvénient de l'énergie solaire est son manque de fiabilité. Ainsi, lors de la construction d'une nouvelle ferme solaire, les responsables doivent prêter attention à la variabilité des niveaux d'insolation.
Les responsables veulent construire une ferme solaire où l'insolation est moins variable. À l'aide des données, nous pouvons effectuer un test d'écart-type pour évaluer la variabilité.
| Mois | Insolation quotidienne moyenne (kWh/m2) | |
| Site A | Site B | |
| Janvier | 1.4 | 1.8 |
| Février | 1.6 | 1.9 |
| mars | 1.7 | 2.0 |
| Avril | 2.4 | 2.1 |
| Mai | 2.9 | 1.9 |
| Juin | 3.4 | 2.7 |
| Juillet | 3.5 | 2.6 |
| Août | 2.6 | 2.6 |
| septembre | 2.6 | 2.5 |
| Octobre | 2.3 | 2.3 |
| novembre | 1.9 | 2.0 |
| Décembre | 1.5 | 1.9 |
| Moyenne | 2.32 | 2.19 |
L'écart type mesure la variabilité d'un ensemble de données par rapport à sa moyenne.
Quelle est l'équation de l'écart-type ?
\begin sqrt{\dfrac{\sum\left(x-\overline{x}\right)^{2}}{12-1}}=SD x̄ : moyenne de l'ensemble des données
x : mesure individuelle des données
Σ : somme de
√ : racine carrée
Insérons maintenant les données du site A dans cette équation. L'insolation moyenne est de 2,32 et la taille de l'échantillon est de 12.
\sqrt{\dfrac{\sum\left(x-2.32\right)^{2}}{12-1}}=0.72 L'écart-type du site A est donc de 0,72.
Maintenant, faisons la même chose avec le site B. L'insolation moyenne est de 2,19 et la taille de l'échantillon est de 12.
\sqrt{\dfrac{\sum\left(x-2.19\right)^{2}}{12-1}}=0.33 L'écart-type du site B est donc de 0,33.
Quel site est le moins variable, et sera donc le futur emplacement de la ferme solaire ?
J'espère que cet article t'a expliqué l'insolation. Rappelle-toi que l'insolation est la quantité de rayonnement solaire reçue (mesurée en kWh/m2/jour). La température de surface dépend de l'insolation. L'équateur bénéficie d'une insolation plus importante que les pôles, sa température de surface est donc plus chaude.
Insolation - Points clés
- L'insolation est la quantité de rayonnement solaire reçue par une planète. Elle est mesurée en kWh/m2/jour. L'insolation est régulée par la distance d'une planète par rapport au soleil.
- L'irradiation est une mesure de la puissance solaire, tandis que l'insolation est une mesure de l'énergie solaire.
- La température à la surface de la Terre est directement liée à l'insolation.
- L'insolation est affectée par la constante solaire, l'angle d'incidence, la durée du jour, la distance du soleil et la transparence de l'atmosphère.
- Les pays proches de l'équateur ont des taux d'insolation plus élevés en raison des variations saisonnières limitées.
- L'insolation est relativement faible au Royaume-Uni. Les régions où la variabilité de l'insolation est moindre sont les plus adaptées aux fermes solaires.
1. Alan Buis, Les cycles (orbitaux) de Milankovitch et leur rôle dans le climat de la Terre, Jet Propulsion Laboratory de la NASA, 2020.
2. Fjord Tours, saison des nuits polaires à Tromsø, 2020.
3. John Kennewell, La constante solaire, Bureau de météorologie du gouvernement australien, 2022.
4. Kristine De Abreu, Apocalypse Then : The Volcanic Winter of 536AD, Explorers Web, 2022
5. Roberto Rondanelli, Le maximum solaire de surface d'Atacama, Bulletin de la société météorologique américaine, 2015.
6. Centre UCAR pour l'enseignement des sciences, Le cycle des taches solaires, 2012.
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