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Vue d'ensemble de l'énergie solaire et de la vie sur terre
L'énergiesolaire est toute énergie qui provient du soleil.
L'énergie solaire est produite par la fusion nucléaire qui se produit dans le soleil. La fusion nucléaire se produit lorsque les protons des atomes d'hydrogène (H) entrent rapidement en collision et se combinent pour créer un atome d'hélium (He).
Le processus de fusion libère de l'énergie car la masse de l'atome d'hélium qui en résulte est inférieure à celle des atomes d'hydrogène de départ.
Le cœur du soleil fusionne environ 620 millions de tonnes d' hydrogène par seconde et fournit au soleil, une étoile, une quantité infinie d'énergie et de chaleur. La température est d'environ 4 millions de degrés Kelvin, soit 7 millions de degrés Fahrenheit.
Lalumière et l'énergie provenant du soleil se propagent principalement par les rayons X, les rayons gamma, les rayons ultraviolets (UV) et les infrarouges. Les rayons X, les rayons gamma et les UV sont des lumières à haute fréquence principalement absorbées par l'atmosphère terrestre. Presque toute la chaleur que nous recevons sur terre se présente sous la forme de lumière infrarouge.
Entre les UV et la lumière infrarouge se trouve le spectre visible, qui comprend toutes les couleurs que nous pouvons voir à l'œil nu.
Lalumière émise par le soleil est essentielle à la survie car elle crée un " effet de serre". Lorsque nous pensons à l'effet de serre, nous pensons au réchauffement de la planète, mais l'effet de serre n'est essentiellement que de la chaleur causée par les infrarouges, les UV et la lumière visible rayonnée par le soleil. La chaleur de ces ondes rend la terre suffisamment chaude pour permettre la vie.
Environ 30 % de l'énergie solaire sur terre est réfléchie dans l'espace, et le reste est absorbé par la surface et l'atmosphère de la terre. L'énergie solaire, ou rayonnement, chauffe la surface de la terre et, lorsqu'elle monte dans l'atmosphère, elle est piégée par les gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone (CO_2) et le méthane (CH_4).
En piégeant les radiations, les gaz à effet de serre peuvent être comparés aux parois en verre d'une serre, grâce auxquelles ils maintiennent la vie en piégeant la chaleur.
Figure 1 : Effet de serre illustré. Wikimedia, EPA.
L'importance du soleil pour la vie sur terre
Maintenant que nous comprenons ce qu'est l'énergie solaire et comment elle est liée au soleil et à la vie sur terre, nous pouvons examiner comment le soleil entretient la vie sur terre.
Le soleil peut fournir de la chaleur qui réchauffe la planète grâce à l'effet de serre. L'énergie solaire peut également être utilisée par des organismes vivants tels que les plantes pour synthétiser des nutriments sous forme de glucose. Les producteurs primaires ou autotrophes peuvent fabriquer leur nourriture par photosynthèse et donner de l 'énergie à d'autres organismes en les consommant.
Par exemple, les plantes fabriquent leur propre nourriture en obtenant l'énergie lumineuse du soleil et, à leur tour, des organismes comme les humains les consomment pour obtenir de l'énergie. Les organismes qui ont besoin de manger d'autres organismes pour obtenir des nutriments sont appelés hétérotrophes, ou consommateurs.
L'énergie créée par les plantes photosynthétiques il y a des millions d'années est responsable de la formation des combustibles fossiles. Les combustibles fossiles fournissent actuellement environ 80 % de l'énergie de notre planète, ce qui en fait une source cruciale d'énergie et de gaz pour nous. Les combustibles fossiles se sont formés il y a des millions d'années à partir de restes de plantes et d'animaux. Ces restes ont subi d'énormes pressions et des températures intenses pour créer les combustibles fossiles. Les combustibles fossiles comprennent le gaz naturel, le pétrole, le propane et le kérosène et, malheureusement, ils ne sont pas renouvelables, car il faut des millions d'années pour les former.
Le soleil nous fournit également de l'énergie solaire, qui est une ressource renouvelable.
Une ressource renouvelable est une ressource qui se renouvelle d'elle-même après un certain temps.
L'énergie solaire peut être récoltée par des panneaux ou des cellules et convertie en énergie utilisable sous forme d'électricité et de chaleur.
Le soleil entretient également la vie en déterminant les saisons, le climat, la météo et les courants océaniques!
La terre qui tourne autour du soleil sur un axe incliné nous donne nos saisons.
L'énergie solaire réchauffe les masses d'air, ce qui entraîne des changements climatiques et météorologiques.
Les courants océaniques résultent de la configuration des vents mondiaux alimentés par l'énergie solaire.
Figure 2 : Le soleil alimente des processus tels que la photosynthèse. Daniela Lin, Study Smarter Originals.
Types d'énergie que la vie reçoit du soleil
Après avoir compris le rôle du soleil dans le maintien de la vie sur terre, nous devons examiner en détail les types d'énergie qu'il émet.
Le soleil fournit deux principaux types d'énergie, sous forme de lumière et de chaleur. En général, nous appelons les rayonnements électromagnétiques produits par le soleil des rayonnements solaires. Le rayonnement solaire peut être converti en énergie précieuse, notamment en chaleur et en électricité, qui peut alimenter notre planète. L'énergie du soleil provient de la fusion nucléaire ou de la transformation d'atomes d'hydrogène en hélium. Ce processus libère de l'énergie sous forme d'ondes électromagnétiques.
Lesondes électromagnétiques font que les particules chargées, telles que les électrons, se déplacent dans le temps et l'espace à une vitesse d'environ 300 000 kilomètres par seconde, soit la vitesse de la lumière. Les ondes électromagnétiques peuvent être décrites par leur longueur d'onde et leur fréquence.
Plus la longueur d'onde est grande, plus la fréquence est basse ; plus la longueur d'onde est courte, plus la fréquence est élevée.
Le spectre électromagnétique est la gamme de longueurs d'onde et de fréquences à laquelle le rayonnement électromagnétique peut s'étendre.
Rappelle que le soleil émet de l'énergie principalement par le biais des rayons X, du rayonnement UV et de la lumière infrarouge. Les rayons gamma ne sont pas émis car le soleil les produit mais les convertit en photons de faible intensité avant de les émettre dans l'espace.
Lerayonnement ultraviolet est un type de rayonnement électromagnétique qui représente environ 10 % de l'énergie totale émise par le soleil. Sa longueur d'onde est plus courte que celle de la lumière visible mais plus longue que celle des rayons X. À des niveaux contrôlés, il est bénéfique pour l'homme car il permet la synthèse de la vitamine D, mais un excès peut entraîner des affections cutanées telles que les coups de soleil et le cancer.
Lesrayons X sont un type de rayonnement électromagnétique de courte longueur d'onde, ce qui signifie qu'ils ont une énergie élevée qui leur permet de traverser la plupart des choses ; c'est pourquoi les médecins peuvent les utiliser pour effectuer des radiographies sur le corps.
Lalumière infrarouge est un type de rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est plus grande que celle de la lumière visible, mais plus courte que celle des ondes radio. La lumière infrarouge est essentielle car elle fournit de la chaleur à notre terre et à nos eaux. Plus de la moitié des rayons émis par le soleil sont sous forme de lumière infrarouge.
Figure 3 : Spectre électromagnétique illustré. Wikimedia, NASA.
Avantages de l'énergie solaire
Maintenant que nous comprenons pourquoi l'énergie solaire est vitale et quels sont les types d'énergie solaire, nous pouvons passer en revue les avantages de l'utilisation de l'énergie solaire.
- L'énergie solaire est une ressource renouvelable qui peut être reconstituée ou restaurée en l'espace d'une période d'utilisation. L'énergie solaire restera une forme d'énergie accessible, contrairement aux combustibles fossiles, tant que le soleil restera dans notre ciel.
Il est prévu que notre soleil meure parce que c'est une étoile, mais heureusement pas avant des milliards d'années.
- L'énergie solaire est variée, car elle peut produire de l'électricité et de la chaleur. L'électricité est produite par des panneaux solaires photovoltaïques ou des matériaux semi-conducteurs tels que le silicium. En comparaison, les panneaux solaires thermiques recueillent l'énergie du soleil et la transforment en chaleur.
Dans l'ensemble, l'énergie générée par le soleil est plus rentable et moins chère que les combustibles fossiles.
- L'énergie solaire peut fournir de l'énergie à des endroits dépourvus de réseaux énergétiques, alimenter des satellites énergétiques dans l'espace et même dépolluer l'eau.
- L'énergie solaire est également une forme d' énergie plus propre que les combustibles fossiles.
Lorsque les combustibles fossiles sont brûlés, ils libèrent des oxydes d'azote dans l'atmosphère, ce qui provoque du smog et des pluies acides. Les combustibles fossiles libèrent également de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l'air, ce qui entraîne un réchauffement de la planète.
L'énergie solaire est également plus propre que l'énergie nucléaire.
À fortes doses, l'énergie nucléaire peut provoquer des maladies et la mort chez l'homme et libère des déchets radioactifs. L'énergie nucléaire a un coût de démarrage élevé, n'est pas renouvelable, peut avoir un impact sur notre environnement et présente des risques d'accident.
Un exemple célèbre d'accident nucléaire est celui de Tchernobyl en Ukraine en 1986.
Impacts négatifs de l'énergie solaire
Je parie que tu te dis maintenant que si l'énergie solaire est si formidable, pourquoi utilisons-nous encore l'énergie nucléaire et les combustibles fossiles ? Eh bien, la quantité d'énergie solaire a augmenté ces dernières années.
Par exemple, en 2020, le taux de croissance des énergies renouvelables a augmenté d'environ 45 % !
Malgré cela, l'exploitation de l'énergie solaire comporte encore des pièges, dont nous allons parler dans cette section.
Il y a deux façons d'exploiter l'énergie solaire, soit par descellules solaires photovoltaïques , soit par des installations solaires thermiques. L'emplacement et la superficie du terrain nécessaire peuvent varier en fonction de l'une ou l'autre de ces méthodes.
L'estimation pour les panneaux photovoltaïques est de 3,5 à 10 acres par mégawatt et d'environ 4 à 16,5 acres par mégawatt pour les panneaux thermiques. Les installations solaires ne peuvent pas non plus partager les terres avec des utilisations agricoles comme c'est le cas pour d'autres formes d'énergie. Certaines solutions consistent à construire des centrales photovoltaïques de taille commerciale et à utiliser des terrains contaminés ou d'autres zones où la perte d'habitat est moins préoccupante.
De l'eau est nécessaire pour le refroidissement lorsque nous fabriquons des panneaux d'énergie solaire. La quantité d'eau utilisée dépend de la conception, de l'emplacement et du type de système utilisé. Nous pouvons utiliser la technologie de refroidissement à sec pour minimiser la quantité d'eau utilisée, mais cela conduit à des taux d'efficacité plus faibles, de manière significative au-dessus des températures de 100 degrés Fahrenheit. C'est un problème car de nombreuses régions des États-Unis qui ont le plus besoin de formes d'énergie alternatives se trouvent dans les climats les plus secs.
Les produits chimiques utilisés pour produire les centrales solaires peuvent également être dangereux.
Par exemple, l'acide chlorhydrique et sulfurique est utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs, et les centrales photovoltaïques comprennent de l'arséniure de gallium. S'il n'est pas recyclé correctement, il pourrait nuire à l'environnement.
Bien que l'énergie solaire ne soit pas associée aux émissions de gaz à effet de serre, la fabrication des panneaux photovoltaïques et thermiques l'est. La plupart des problèmes ne sont pas liés à l'utilisation de l'énergie solaire mais au matériel que nous utilisons pour convertir l'énergie en électricité et en chaleur. L'installation, la fabrication, l'entretien, etc., causent en moyenne 0,07 et 0,18 livre de dioxyde de carbone par kilowattheure.
Dans l'ensemble, à mesure que la mise en œuvre de notre technologie s'améliore, nous devrions voir une plus grande utilisation des énergies renouvelables, telles que l'énergie solaire. Le soleil est une étoile essentielle à notre vie et nous fournit de nombreuses formes d'énergie, c'est pourquoi il est étudié de près par de nombreux scientifiques et chercheurs.
L'énergie solaire et la vie sur Terre - Principaux enseignements
- L'énergie solaire est toute énergie qui provient du soleil, une étoile essentielle.
- L'énergie solaire est produite par la fusion nucléaire qui se produit dans le soleil. La fusion nucléaire se produit lorsque des collisions se produisent rapidement et provoquent la libération d'énergie.
- Le soleil fournit deux principaux types d'énergie : la lumière et la chaleur. Le rayonnement solaire peut être converti en énergie utile, notamment en chaleur et en électricité, qui peut alimenter notre planète.
- La lumière émise par le soleil est essentielle à la survie car elle crée "un effet de serre". L'effet de serre est la chaleur causée par le rayonnement électromagnétique du soleil, qui rend la terre suffisamment chaude pour maintenir la vie.
- Dans l'ensemble, à mesure que notre mise en œuvre technologique s'améliore, nous devrions voir une plus grande utilisation des énergies renouvelables, telles que l'énergie solaire.
Références
- Kimberly Dumke, La puissance du soleil, National Geographic, 2022.
- Andrew Turgeon Elizabeth Morse, L'énergie solaire, National Geographic, 2022.
- British Geological Survey, L'effet de serre, 2022.
- Climate Science Investigations (CSI), Rayonnement électromagnétique, 2013.
- Union of Concerned Scientists, Impacts environnementaux de l'énergie solaire, 2013.
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