À propos de cette expérience
Déplacez un site d’observation à midi entre différentes latitudes et au fil d’un calendrier annuel approximatif. Comparez l’angle des rayons du Soleil, l’irradiance solaire à midi, la durée du jour et l’irradiance moyenne quotidienne. Le même Soleil peut fournir un flux plus faible à midi, mais une journée plus longue aux hautes latitudes. Le graphique compare la date sélectionnée à une référence de l’équinoxe au-dessus de l’atmosphère.
Objectifs pédagogiques
- Relier la latitude et la déclinaison solaire à la hauteur du Soleil à midi
- Comparer l’irradiance à midi à l’énergie reçue sur une journée entière
- Repérer le jour polaire et la nuit polaire dans le modèle géométrique idéal
- Explique pourquoi les tropiques sont plus chauds que les pôles en fonction de l’angle d’incidence de la lumière solaire.
- Explique les saisons par l’inclinaison de l’axe de la Terre, et non par sa distance au Soleil.
Comment l’utiliser
- 1Choisissez le réglage de l’équinoxe et comparez l’équateur aux latitudes de 40 degrés nord et de 40 degrés sud.
- 2À 40 degrés nord, comparez les réglages du solstice de juin et du solstice de décembre.
- 3Placez-vous à 80 degrés nord en juin et en décembre. Comparez la durée du jour et la hauteur du Soleil à midi.
- 4Faites défiler une année et comparez les changements saisonniers à la même latitude. N’oubliez pas que le calendrier et l’orbite sont des approximations.
- 5Compare l’irradiance moyenne quotidienne au pôle Nord et à l’équateur au solstice de juin. Laquelle est la plus élevée, et pourquoi ?
Le modèle
Hypothèses
- L’irradiance solaire perpendiculaire aux rayons est fixée à 1361 W/m². La Terre suit une orbite circulaire ; les variations de distance sont donc omises.
- La déclinaison suit un calendrier pédagogique sinusoïdal de 365 jours. Il ne s’agit pas d’un calculateur précis des heures de lever du Soleil ou du calendrier.
- L’absorption atmosphérique, les nuages, la réfraction atmosphérique, l’albédo de surface et le relief ne sont pas pris en compte.
- La latitude est limitée à 80 degrés nord ou sud. Les angles et la durée du jour décrivent le centre géométrique du Soleil, et non le disque solaire visible réfracté.
À essayer en classe
- Q1Pourquoi un été polaire peut-il avoir des journées longues même lorsque le Soleil de midi reste relativement bas ?
- Q2Pourquoi les latitudes nord et sud sont-elles symétriques sur la courbe de l’équinoxe ?
- Q3Une irradiance élevée à midi suffit-elle pour déduire l’énergie reçue au cours de la journée ?
- Q4Pourquoi est-ce l’été en Australie lorsqu’il est l’hiver au Canada ?
- Q5Pourquoi l’Arctique reste-t-il froid au cœur de l’été alors qu’il reçoit beaucoup de lumière solaire chaque jour ?
Foire aux questions
Est-ce la puissance solaire, en watts, qui atteint le sol ?
Non. Ce sont des valeurs géométriques au-dessus de l’atmosphère, sur une surface horizontale. L’irradiance réelle au sol dépend également de l’atmosphère, du temps et du relief local.
Pourquoi la hauteur du Soleil à midi peut-elle être négative ?
Pendant la nuit polaire, le Soleil peut rester sous l’horizon même à midi solaire. L’irradiance à midi est alors ramenée à zéro, et la durée géométrique du jour est nulle.
Les saisons sont-elles dues au fait que la Terre est plus proche du Soleil ?
Non. En réalité, la Terre est au plus près du Soleil au début du mois de janvier, pendant l’hiver dans l’hémisphère Nord. Les saisons sont dues à l’inclinaison de 23,4° de l’axe terrestre, qui modifie l’angle de la lumière solaire et la durée du jour au cours de l’année.