N°1 - L’énergie solaire - niv. 5 à 7

N°1 - L’énergie solaire - niv. 5 à 7
En formation de niveau 3 à 4 (CAP à Bac), on n'étudiera pas ce dossier.



Le suivi des degrés-jours permet de constater l'accentuation du réchauffement climatique.
De façon simplifiée les degrés-jours correspondent au nombre de degrés d’écart entre une température ambiante usuelle de chauffage et la température extérieure.
Les déperditions de chaleur des bâtiments chauffés sont proportionnelles au nombre de «degré-jours». En France, pour analyser les besoins de chauffage, on calcule les degrés-jours pour un écart entre une température intérieure de 18 [°C] intérieur et la température extérieure. Ces 18 [°C] correspondent à une température de chauffage à 20 [°C] car on considère que 2 [°C] seront fournis par les apports extérieurs et intérieurs d’ensoleillement et d’éclairage par exemple. Dans ces conditions de calcul, on parle de «Degrés Jours Unifiés» (DJU).

Pour analyser l’évolution des consommations en tout point du territoire les degrés jours sont déterminés par les différentes stations météorologiques. En moyenne pour la France, cumulés sur une durée conventionnelle de saison de chauffe de 232 jours, les degrés jours ont été de 1645 DJU en 2020 (hiver particulièrement doux) et, en 2021, de 2004 DJU avec un hiver plus rigoureux.

Pour en savoir plus sur les degrés jours on pourra consulter le dossier « Analyse des consommations de chauffage - Partie 1»

Depuis plusieurs dizaines d’années les degrés jours se réduisent du fait du réchauffement climatique, avec en moyenne sur le territoire national:
1982/1991 : 2152 DJU
1992/2001 : 1985 DJU
2002/2011 : 1974 DJU
2012/2021 : 1876 DJU

Ce dossier de formation a été rédigé en 2010. Il analyse, avec les outils théoriques usuels du génie climatique, le réchauffement climatique constaté à l'époque. De niveau 5 à 7, il est particulièrement formateur si l'on est concerné par la théorie des échanges de chaleur.

Si la responsabilité humaine de ce réchauffement semble avérée, l'essentiel de la chaleur qui le génère nous provient du soleil.

Parmi les centaines de milliards de grandes galaxies de l’univers se trouve la notre (la voie lactée) qui contient elle-même quelques centaines de milliards d'étoiles…dont notre soleil.

Comme pour toutes les étoiles, la masse du soleil est telle, qu’en son centre, les atomes comprimés font l’objet de réactions de fusion nucléaire d’une puissance « astronomique » de 3,826 × 1026 [W]. Cette énergie est diffusée vers l’espace sous forme de rayonnements électromagnétiques tels que la lumière.
Une « minuscule partie » de la puissance diffusée (1,744 x 1017 [W]) atteint l’atmosphère de notre planète à raison d’une puissance de 342 [W/m²] (*).
(*) Valeur moyennée sur l’année et ramenée à la surface totale au sol de la terre (continents et océans).


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Sur les 342 [W/m²], 30% sont réfléchis vers l’espace et 235 [W/m²] participent à l’équilibre thermique de notre planète.


themique

Données :    site du CNRS, dossier Climat, systèmes et facteurs climatiques, effet de serre.


En comparaison, la puissance énergétique que nous produisons est, en proportion, minuscule. De l’ordre est de 1,5 x 1013 [W] en 2008 (soit 0,03 [W/m²]), elle augmente sensiblement de 1% chaque année et correspond à 1/10000ème de ce que nous recevons du soleil.

Si cette puissance d’origine humaine n’est plus négligeable puisqu’elle représente par exemple plus de 50% de la puissance de chauffe que nous recevons du centre de la terre, elle ne suffit pas à elle seule à comprendre le réchauffement climatique, annoncé de plusieurs degrés ces prochaines décennies.

Ainsi, on estime que la planète a reçu du soleil au début du siècle dernier un surplus momentané(*) de puissance de plusieurs dizaines de fois supérieur à ce que génère notre activité actuelle et que ceci n’a entraîné qu’un réchauffement naturel de quelques 1/10 de [K] seulement …

(*) La quantité de chaleur reçue par notre planète varie en fonction de  l’activité du Soleil et de la position relative de la Terre. Cette variation n'explique pas le réchauffement climatique actuel, annoncé de plusieurs degrés ces prochaines décennies.
La position astronomique de la Terre par rapport au Soleil est le principal facteur de variabilité naturelle. Les principaux cycles dépendent de la variation de l’excentricité de l’orbite terrestre (cycle de 100 000 ans), de l’obliquité de l’axe des pôles (cycle d’environ 41 000 ans) et de la précession des équinoxes.
L’activité solaire fluctue aussi en fonction du nombre de "taches solaires" qui font varier l’intensité de l’émission solaire. Des cycles de onze ans se superposant à des périodicités plus longues (200-300 ans) ont été identifiés.

Source « Les indices du réchauffement climatique IFEN, n° 102.



Le graphique ci-dessous indique l'évolution des températures continentales et océaniques de 1880 à 2007 en [K] :
Source : National Climatic Data Center

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Question

Q1: Quelle a été l'élévation de température " au sol " de la planète entre 1905 et 1945?
Quelle a été l'élévation de température " au sol " de la planète entre 1975 et 2005?

Elévation de température " au sol " entre 1905 et 1945 : environ 0,4 [K]

Elévation de température " au sol " entre 1975 et 2005 : environ 0,6 [K]

Si le réchauffement de la planète n'est pas dû à une variation de l'activité du soleil, il nous reste à comprendre, avec les outils de notre branche professionnelle, comment notre « petite activité » pourrait provoquer une variation catastrophique de 2 à 4 [K] sur les 30 prochaines années.

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