Insolation

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.

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.

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 1370^Watts/m2.

La constante solaire varie légèrement en fonction des taches solaires.

Les taches solaires sont associées à une libération accrue d'énergie solaire.

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 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.

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.

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.

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

• n : taille de l'échantillon

• √ : 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.

^{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.}