Soutenance mémoire
RAPPELS SUR LES DONNEES ASTRONOMIQUES
Mouvement de la terre autour du soleil
La Terre décrit autour du Soleil une orbite elliptique de faible excentricité, le Soleil étant situé à l’un des foyers de l’ellipse. Le plan de cette orbite s’appelle le plan de l’écliptique. Lorsque la pleine Lune ou la nouvelle Lune est proche de ce plan, il y a une possibilité d’éclipses de Lune ou de Soleil. Sur son orbite, la Terre passe par deux positions particulières situées aux extrémités de la ligne des apsides (le grand axe de l’ellipse) : l’aphélie correspondant à la distance maximale entre la Terre et le Soleil qui est de l’ordre de 152 105 000 kilomètres et le périhélie correspondant à la distance minimale entre la Terre et le Soleil qui est de l’ordre de 147 103 000 kilomètres.
La Terre tourne également sur elle-même dans le sens direct en 23 heures 56 minutes et 4 secondes, selon un axe incliné de 23° 27′ sur le plan de l’écliptique.
Coordonnées célestes
En Astronomie, un système de coordonnées célestes est un système de coordonnées permettant de déterminer la position d’un astre dans le ciel. Pour repérer la direction du soleil dans l’espace, les systèmes de coordonnées sphériques sont utilisés.
Sphère céleste
La sphère céleste est une sphère imaginaire de rayon arbitraire et dont le centre est occupée par la terre.
Coordonnées célestes horizontales
Le centre 0 de la sphère céleste est le lieu où se trouve l’observateur. Son plan de référence est le plan de l’horizon, c’est à dire le plan passant par l’observateur et perpendiculaire à la verticale du lieu d’observation. Pour l’hémisphère sud, les axes orthogonaux de ce système OXYZ sont définis de façon suivante :
● OX : dirigé vers le sud.
● OY : dirigé vers l’ouest.
● OZ : dirigé vers le haut, c’est-à-dire suivant la verticale du lieu considéré.
L’axe OZ coupe cette sphère en deux points : le zénith correspond au coordonnées Z positives et le nadir, à celles Z négatives.
Construction de la journée-type
La journée-type est désignée comme une journée représentative des conditions moyennes d’insolation et de rayonnement portant sur une période mensuelle. Pour l’établir, il faudrait admettre, comme hypothèse, que la valeur moyenne mensuelle de l’irradiation diffuse soit considérée comme sa valeur la plus probable pour ce mois. Pour obtenir les valeurs de l’irradiation diffuse corrigée reçues sur une surface inclinée, nous avons appliqué la formule de la relation (2.9). Les données que nous avons utilisés, c’est-à-dire les valeurs des irradiations diffuse et globale horizontale, sont tirées de la thèse de doctorat de RAKOTOSALAMA Donné [1].
Nous avons calculé la moyenne de l’irradiation diffuse corrigée pour chaque mois et pour chaque inclinaison de la surface réceptrice. Les valeurs moyennes obtenues sont considérées comme valeurs représentatives de l’irradiation diffuse pour chaque mois.
Irradiation diffuse journalière reçue sur une surface inclinée pour une année
Résultats
Après avoir appliqué la méthode développée dans le paragraphe II – 3 – 1 pour étudier les variations de l’irradiation diffuse journalière, les courbes de la figure 14 à figure17 sont obtenues par lissage des nuages des points. Les moyennes mensuelles de l’irradiation diffuse corrigée sont représentées par des étoiles (*) de couleur différente. Chaque couleur correspond à une heure bien déterminée.
Interprétations
Nous constatons que, selon les figures 14 à 17, les courbes d’équation a a *cos( w* j) b *sin( w* j) a *cos( 2*w* j) b *sin( 2*w* j) 0 1 1 2 2 + + + + constituent une bonne approche des valeurs moyennes mensuelles de l’irradiation diffuse; par ailleurs, les valeurs de coefficient de corrélation r sont voisin de l’unité pour tous les mois, ce qui confirme que l’évaluation que nous avons fait est valable. Les courbes dans les figures 14 à 17 présentent principalement :
o Un maximum vers le mois de Janvier-Février. Ce comportement est normal car pendant cette saison la hauteur du soleil prend sa valeur maximale à midi solaire.
o Un minimum vers le mois de Juin-Juillet qui correspond à la saison d’hiver ; car durant cette période de l’année, les hauteurs sont les plus faibles.
Dans ce travail, nous avons estimé l’irradiation diffuse reçue sur une surface inclinée à partir des données mesurées et corrigées de l’irradiation diffuse et globale reçue sur une surface horizontale.
Dans un premier temps, nous avons calculé l’irradiation diffuse corrigée pour différentes inclinaisons de la surface réceptrice par pas de 10° ; puis nous avons évalué leurs valeurs moyennes mensuelles qui sont considérées comme les valeurs les plus probables pour chaque mois. Les moyennes mensuelles de l’irradiation diffuse obtenues ont été traitées et simulées pour avoir des informations concernant ses variations pendant une journée et ses variations au cours de l’année.
• Concernant l’étude de ses variations au cours de l’année, l’analyse des résultats obtenus nous a permis de constater que la valeur de l’irradiation diffuse reçue sur une surface inclinée est maximale au mois de Février et minimale au mois de Juin. Ce résultat est dû à la variation de la hauteur du soleil au cours de l’année, qui est aussi maximale au mois de Février et minimale au mois de Juin.
Lorsque nous avons mis sur la même figure les moyennes mensuelles de l’irradiation diffuse et la courbe obtenue après lissage, nous remarquons qu’il n’existe pas un écartement important entre elles. En plus les coefficients de corrélation correspondants sont très voisins de l’unité ; ce qui nous mène à dire que l’estimation proposée est très satisfaisante. Nous avons constaté aussi que l’inclinaison de la surface réceptrice a une grande influence sur l’irradiation diffuse reçue lorsque cet angle d’inclinaison devient très notable pour être supérieur à 30°. L’irradiation diffuse reçue diminue lorsque l’angle d’inclinaison de la surface réceptrice augmente.
• Concernant l’estimation de l’irradiation diffuse pendant une journée, les résultats obtenus montrent une valeur maximale autour de 12 heures légales. A cet instant, la hauteur prend sa valeur maximale. Les valeurs des coefficients de corrélation ainsi que les courbes obtenues par le modèle proposé pour les moyennes mensuelles ont permis d’affirmer que notre choix constitue une meilleure évaluation. De même, nous avons constaté aussi que lorsque l’angle d’inclinaison augmente, la valeur de l’irradiation diffuse reçue diminue.
Finalement, l’estimation de l’irradiation diffuse sur un plan incliné nous a amené à caractériser ses variations au cours de l’année et pendant une journée mais l’étude qu’on a faite est limitée pour le cas où le ciel est uniformément couvert. Le majeur parti de l’irradiation globale provient de l’irradiation directe qui dépend généralement de l’angle d’incidence β ainsi que l’orientation du capteur γ . L’étude pour toutes les conditions atmosphériques, ainsi que l’estimation de toutes les irradiations solaires disponibles (irradiation directe et globale) reçues sur une surface inclinée pour toute orientation possible mérite alors d’être poursuivie dans la perspective.
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Table des matières
INTRODUCTION
I – 1 RAPPELS SUR LES DONNEES ASTRONOMIQUES
I – 1 – 2 Coordonnées célestes
I – 1 – 2 – a Sphère céleste
I – 1 – 2 – b Coordonnées célestes horizontales
I – 1 – 2 – c Coordonnées célestes horaires
I – 1 – 2 – d Passage d’un système de coordonnées à un autre
I – 1 – 3 Problème tu temps
I – 1 – 3 – a Le temps solaire vrai TSV
I – 1 – 3 – b Le temps solaire moyen TSM
I – 1 – 3 – c Le temps universel TU
I – 1 – 3 – d Le Temps Légal TL
I – 1 – 4 Diagramme solaire
I – 1 – 5 Durée du jour – Lever et coucher du Soleil
I – 1 – 6 Angle d’incidence sur un plan quelconque
I – 2 – LE RAYONNEMENT SOLAIRE
I – 2 – 1 Flux énergétique
I – 2 – 2 Emittance énergétique
I – 2 – 3 Intensité énergétique d’une source
I – 2 – 4 Luminance énergétique
I – 2 – 5 L’éclairement énergétique
I – 2 – 3 Le constante solaire
I – 2 – 4 Le rayonnement solaire au voisinage du sol
I – 2 – 5 Notion d’albédo
II – 1 RELATION ENTRE L’IRRADIATION DIFFUS HORIZONTALE ET L’IRRADIATION DIFFUS RECU SUR UNE SURFACE INCLINEE
II – 1 – 1 Le rayonnement diffus du ciel
II – 1 – 2 Le rayonnement diffus du sol
II – 1 – 3 Le rayonnement diffus total
II – 1 – 4 L’irradiation solaire
II – 2 PRESENTATION DES DONNEES ET HYPOTHESE
II – 2 – 1 Les données disponibles
II – 2 – 2 Hypothèses
II – 3 TRAITEMENT STATISTIQUE DES DONNEES
II – 3 – 1 Etude de la variation de l’irradiation diffuse corrigée reçue par jour au cours de l’année
II – 3 – 2 Etude de la variation de l’irradiation diffuse reçue par heure pendant toute la journée
III – 1 Construction de la journée-type
III – 2 Irradiation diffuse journalière reçue sur une surface inclinée pour une année
III – 2 – 1 Résultats
III – 2 – 2 Interprétations
III – 2 – 3 Influence de l’inclinaison du plan récepteur sur l’irradiation diffuse reçu pendant l’année
III – 3 Irradiation diffuse moyenne horaire reçue sur une surface inclinée pour une journée
III – 3 – 1 Résultats
III – 3 – 2 Interprétations
CONCLUSION
