Glossaire

éclairement (énergétique)

  Curieux  

L'intensité de l'énergie que le rayonnement émis par le Soleil apporte à la Terre en un point donné de sa surface ou de son atmosphère peut être évaluée à chaque instant par une grandeur physique, l'éclairement énergétique en ce point, qui est mesurable en watts par mètre carré (abr. : W.m - 2).

Plus précisément, lorsqu'un milieu terrestre est éclairé par le rayonnement solaire ou par toute autre sorte de rayonnement électromagnétique, une surface dont on trace les frontières par la pensée à la jonction entre ce milieu et l'atmosphère reçoit une certaine énergie de rayonnement (voir fig.1). Cet apport d'énergie dépend des dispositions géométriques respectives de la surface et du rayonnement ; mais en outre, plus l'intervalle de temps durant lequel on observe le rayonnement frapper la surface se prolonge, plus cet apport devient important : il est donc préférable d'en avoir une estimation par unité de temps ou, autrement dit, d'en mesurer la puissance au sens physique habituel, ce que l'on souligne en qualifiant cette puissance de flux de rayonnement.

Une telle estimation ne suffirait toutefois pas à caractériser l'intensité de l'apport d'énergie provenant du rayonnement incident : en effet, elle ne prend pas en compte la plus ou moins grande valeur de l'aire de la surface observée, dont dépend la plus ou moins grande valeur de la puissance qui lui est apportée. Ainsi, pour spécifier la puissance du rayonnement que l'on observe, on fixe la superficie de la surface réceptrice à l'unité d'aire : c'est alors la mesure du flux de rayonnement par unité d'aire qui définit l'éclairement énergétique du milieu considéré, au point qui constitue le centre de la surface observée.


  Initié  

Les facettes de l'éclairement

Supposons qu'un faisceau de rayons de lumière parallèles ou tout autre faisceau de rayonnement électromagnétique atteigne une surface à la forme et aux frontières bien déterminées, soit que cette surface divise conventionnellement un domaine d'un même milieu — par exemple une région atmosphérique — , soit qu'elle sépare effectivement deux domaines contigus appartenant à des milieux distincts — par exemple un corps solide et l'air qui l'entoure, l'atmosphère et le sol ou la mer, etc. Dans tous les cas, une part plus ou moins importante du rayonnement sera absorbée au contact de la surface ainsi rencontrée, tandis que l'autre part poursuivra son trajet suivant des directions qui dépendent des propriétés optiques de la surface réceptrice et du milieu qu'elle délimite, mais aussi de l'angle sous lequel le rayonnement incident a frappé cette surface ; celle-ci, en outre, a une certaine température et émet donc elle-même un rayonnement électromagnétique dans le demi-espace d'où provient le rayonnement incident.

Les multiples parcours de rayonnement considérés — celui du rayonnement incident et de la part qui en est absorbée, ceux des rayonnements résultant d'une transmission par transparence, d'une réflexion ou d'une diffusion, ceux des rayonnements de la surface émettrice — transportent chacun une énergie de rayonnement dont la valeur dépend de la direction des rayons par rapport à la surface ; elle est par ailleurs d'autant plus élevée que l'aire de cette surface est plus grande. Mais ces transports d'énergie diversement répartis sont également d'autant plus importants que la durée où on les observe est plus longue, et de ce fait on peut les exprimer en termes de flux de rayonnement, c'est-à-dire faire correspondre à chacun d'entre eux, pour un instant donné et sur l'ensemble des directions qu'ils empruntent, une mesure de leur puissance, qui est l'énergie transportée, absorbée ou émise par unité de temps : c'est cette mesure, rapportée de plus à l'unité de surface, qui constitue l'éclairement énergétique de chacun des rayonnements considérés ; elle caractérise en quelque sorte le degré d'intensité avec lequel s'effectue le transport, l'absorption ou l'émission d'énergie de rayonnement en chaque point et à chaque instant sur une surface donnée.


L'éclairement, outil de mesure du bilan radiatif

Imaginons un milieu tel que l'objet représenté sur la figure 2, et recensons les énergies de rayonnement qu'y reçoit ou dépense, entre les instants t et t + δt , une portion d'aire δS de la surface de cet objet. La somme δE i des énergies reçues par transmission depuis des milieux éloignés de l'objet peut soit y subir une absorption en quantité δE a, soit le traverser en quantité δE t par transparence, soit enfin être perdue aussitôt par réflexion vers les milieux initiaux — en quantité δE r — ou par diffusion vers des milieux tiers — en quantité δE d. D'autre part, ce même objet dépense durant l'intervalle de temps δt une énergie de rayonnement δE e par émission depuis δS vers le ou les milieux contigus.

Le compte des diverses énergies de rayonnement relatives à la portion de surface d'aire δS repose donc sur l'évaluation de l'énergie incidente δE i — égale à la somme δE a + δE t + δE r + δE d — , sur celle de l'énergie émise δE e — qui s'exprime comme une fonction connue de δS et de la température de la surface du milieu que l'on considère — et finalement sur la différence δE i - δE e : cette différence, suivant qu'elle s'avère positive, négative ou nulle, indique si la portion de surface observée apporte au milieu qu'elle délimite une contribution en énergie de rayonnement correspondant à un excès, à un déficit ou à un équilibre ; aussi établit-elle le bilan radiatif de la portion de surface d'aire δS au terme de l'intervalle de temps δt .

Dans la plupart des cas réels, la configuration du milieu et de son environnement est telle que les flux de rayonnement δE a / δt , δE t / δt , δE r / δt , δE d / δt (et donc δE i / δt ) ainsi que δE e / δt peuvent être considérés comme constants, au moins pour un intervalle de temps de quelques secondes, sur une surface dont l'aire est de l'ordre du mètre carré. La grandeur la mieux adaptée à l'étude des composantes du bilan radiatif d'un milieu quelconque est donc celle qui mesure (δE i / δt) / δS , (δE a / δt) / δS , (δE e / δt ) / δS , etc. : cette grandeur, qui est précisément l'éclairement énergétique, se mesure en watts par mètre carré (abr. : W.m - 2).