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1. Flux énergétique du Soleil
1.1 Étudions notre étoile
D'abord, le Soleil est une étoile s'étant formée il y a plus de 4,5 milliards d'années. Le Soleil a une grande masse (99,8% de la masse total du système solaire). Celle-ci est la cause de la force gravitationnelle importante qui retient autour de lui les planètes et leurs satellites naturels (lunes), plusieurs dizaines de planètes naines, des comètes et des astéroïdes. Il faut dire que tu n'as probablement jamais vu un système solaire à l'échelle puisque, malheureusement, la Terre y serait si petite que tu ne la verrais simplement pas, ni aucune autre planète d'ailleurs. Pour te donner une idée, l'ensemble des planètes entrent environ 600 fois dans le volume du Soleil.
Comme la Terre, le Soleil possède un champ magnétique qui enveloppe et protège le Système solaire des rayons cosmiques, mais ce n'est pas tout. Le Soleil a une force gravitationnelle si grande que la matière est écrasée, fusionnée. Ces réactions nucléaires libèrent une grande quantité d'énergie, et la chaleur ainsi produite transforment la matière en plasma, un état de la matière qui s'apparente à celui d'un gaz. Tu peux étudier ce qu'est la fusion nucléaire dans cette section du cours, mais pour l'instant, nous nous contenterons de dire que c'est lorsque deux atomes légers (ici l'hydrogène) s'assemblent et donnent un atome plus lourd (hélium), libérant ici une très grande quantité d'énergie.
Le Soleil ne brillera pourtant pas toujours. S'il possède actuellement assez de carburant pour produire la chaleur nécessaire à la fusion nucléaire, sa réserve en hydrogène diminue avec le temps. Si on se fie à ce que l'on observe des étoiles de masse similaire, un jour, il gonflera pour avaler Mercure, Vénus et la Terre avant de s'effondrer sur lui même et de former une naine blanche. Pourtant, nous avons encore bien du temps devant nous. Les scientifiques estiment que cet évènement devrait se passer dans environ 6,5 milliards d'années.
L'énergie émise par le Soleil prend plusieurs formes, mais celles qui nous intéressent ici, ce sont les rayonnements qu'il émet. Pour voyager dans l'espace, ces rayonnements doivent avoir une nature électromagnétique. Ainsi, on ne parle pas ici d'onde sismique ou d'onde sonore. En effet, malheureusement pour les amateurs de cinéma, le son ne voyage pas dans le vide de l'espace. Pourtant, la lumière, les rayons infrarouges ou ultraviolets peuvent voyager dans le vide et c'est ainsi qu'il atteignent la Terre. Les ondes émises par le Soleil sont classées selon leur longueur d'onde.
Notre Soleil émet dans un large spectre, mais nous nous concentrerons ici sur les rayonnements infrarouges , la lumière visible et les rayonnements ultraviolets.
1.2.1 Le rayonnement infrarouge
Parmi les rayonnements que nous étudierons, les infrarouges sont ceux qui possèdent la plus grande longueur d'onde. Ils ne sont pas visibles à l'œil nu, mais ils permettent le transport de la chaleur. Ainsi, un corps plus chaud, comme un sol réchauffé par le Soleil par exemple, émet des rayons infrarouges.
1.2.2 La lumière visible
La lumière visible est, comme son nom l'indique, visible à l'œil nu. Elle possède toutes les couleurs de l'arc-en-ciel qui, une fois bien mélangées, forme la lumière blanche. Un prisme ou un filet d'eau peut décomposer la couleur et former un arc-en-ciel. C'est la raison pour laquelle ceux-ci se forment lorsqu'il pleut par temps ensoleillé.
1.2.3 Le rayonnement ultraviolet
Les rayonnements ultraviolets se regroupent en sous-divisions selon leur longueur d'onde et leur énergie. Certains d'entre eux sont visibles par les oiseaux, les insectes ou les poissons, mais aucun ne sont visibles pas l'homme. Plus ils possèdent de l'énergie, plus ils sont dangereux et plus il faut réduire notre temps d'exposition à ceux-ci. Ces types de rayonnements sont nécessaires à la production de vitamine D par le corps, mais ils sont aussi nécessaires à la survie des plantes. En outre, lorsqu'elles sont exposées aux rayons UV, les cellules épithéliales (cellules de la peau) sécrètent de la mélanine, substance qui donne à la peau une couleur plus foncée et protège des rayons solaires. C'est le bronzage.
Pourtant, l'exposition aux rayons UV accélère le vieillissement de la peau et l'apparition de rides. Elle peut aussi causer des mutations, des cancers ou une dégradation de la vision, spécialement chez les enfants. Il existe trois types de rayonnements UV. Ceux-ci sont présentés dans le tableau ci-dessous.
Rayons
Longueur d'onde
Énergie
Dans l'atmosphère
UVA
315 - 400 nm
+
Ils se rendent à la surface de la Terre.
UVB
280 - 315 nm
++
Une partie des rayons est transformée par la couche d'ozone et une partie atteint la surface de la Terre.
UVC
100 - 280 nm
+++
Ils sont tous absorbés par la couche d'ozone.
1.3 Le flux d'énergie
Le flux énergétique, c'est en quelque sorte la quantité d'énergie qui circule à un endroit donné. Le flux d'énergie est-il toujours le même ? Si ce n'est pas le cas, qu'est-ce qui modifie la quantité d'énergie reçue ?
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Comme on l'a vu, l'angle avec lequel les rayons solaires frappent la surface influence la densité de ceux-ci. Ainsi, la latitude, le moment de la journée et la saison sont trois éléments à considérer lorsqu'on évalue la dangerosité de l'exposition au Soleil.
Il existe cependant deux autres éléments à considérer. Le premier, c'est la surface au sol. Ainsi, certaines surfaces, comme la neige par exemple, peuvent refléter les rayons du Soleil. C'est ce qu'on appelle l'albédo. Nous reverrons ce concept lorsque nous traiterons du réchauffement climatique.
Le deuxième facteur, c'est l'altitude. Ainsi, en montagne, la colonne d'air est plus petite, moins haute et la quantité de rayonnements absorbés par l'atmosphère est plus faible. En avion, les rayonnements sont encore plus nombreux et les astronautes sont exposés à certains rayonnements qui n'atteignent jamais la surface de la Terre.
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