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D’ou provient l’énergie solaire

août 20, 2018 - Photovoltaique
D’ou provient l’énergie solaire

D’où provient l’énergie solaire ? Comment le soleil est il constitué ? Comment produit il de la lumière ? Quels sont les principes de base du soleil ? D’où provient la lumière que le soleil dégage ?

L’énergie solaire

Contrairement a ce que l’on nous faire croire étant enfant, le soleil n’est pas juste une boule de gaz qui se consomme. Son fonctionnement est un peu plus complexe, et le principe n’a était découvert que récemment. La compréhension du Soleil nous permet d’améliorer chaque jour sont exploitation.

Historique des découvertes liés a la production de l’énergie solaire

La source de l’énergie produite par le soleil n’a était découverte qu’au 19ème siècle et la connaissance précise de son fonctionnement ne s’est fait qu’à partir du 20ème siècle.
La découverte du soleil a débuté par une estimation de sa taille grâce notamment aux recherches menée par Newton et Galilée.
Avant la découverte de l’énergie nucléaire on ne connaissait pratiquement que la combustion comme source d’énergie, puis Lord Kelvin a émis l’idée d’une énergie produite grâce à la gravitation et avait pu obtenir un âge estimé à 220 000 000 années.
Ensuite, Curie et Becquerel ont découvert et mis en avant les phénomènes radioactifs. Ces découvertes ont permis de mettre la main sur l’énergie nucléaire et il apparu comme une évidence que le Soleil tirait son énergie d’un principe de fusion nucléaire.

L’énergie solaire nucléaire

La question qui est longuement resté en suspend fût l’origine de cette énergie nucléaire. Le Soleil est une boule de plasma : des atomes (hydrogène principalement) y sont si énergétiques qu’ils ne sont plus liés à leur électrons : les électrons sont tous libres. Le Soleil est donc une soupe d’atomes baignant dans leurs électrons. Au cœur de l’étoile, là où règne une pression colossale et où la densité est de 150 tonnes par mètre cube, les particules sont très proches les unes des autres. Si proches, en fait, qu’il leur arrive de fusionner.

Sur Terre, pour fusionner artificiellement de l’hydrogène, on augmente la vitesse de déplacement des atomes en les chauffant. Il faut les faire aller suffisamment vite pour qu’ils franchissent la barrière coulombienne : cette limite à partir de laquelle la force nucléaire attractive forte l’emporte sur la force électromagnétique répulsive. La température pour franchir la barrière coulombienne est de plusieurs centaines de millions de degrés. Le centre du Soleil, lui, n’est « qu’à » 15 millions de degrés.

Energie solaire

Découpe du soleil

L’effet tunnel quantique

L’effet tunnel quantique nous explique le fonctionnement des étoiles. L’effet tunnel, c’est le comportement pour un atome (ou tout autre particule subatomique) de pouvoir comme sauter d’une position dans l’espace à une autre en se dématérialisant puis en se matérialisant un peu plus loin.
Les particules subatomiques n’ont pas de position fixe et définie : ils disposent d’une probabilité de présence autour d’un point de l’espace et il peuvent être quelque part autour de ce point et sauter d’un endroit à un autre, même si aucune force ne les pousse ou attire vers cet autre position, même si justement une force ou une autre particule les en empêchent. Un électron, par exemple, peut ainsi se trouver en plein milieu du noyau de son atome (provoquant au passage l’éclatement de l’atome, par interaction faible).

Avec l’effet tunnel, et sans avoir à atteindre une température de 100 millions de degrés, un noyau d’hydrogène (un proton, donc) dans le Soleil peut soudainement se retrouver juste à côté d’un autre noyau d’hydrogène. Vu qu’il se trouve alors à l’intérieur du champ d’attraction de l’interaction forte, les deux protons restent collés : on dit que les deux noyaux d’hydrogène ont fusionnés. Cette réaction de fusion nucléaire n’est pas encore finie : un des protons va émettre un positron (anti-particule de l’électron) et un neutrino pour se transformer en neutron, et le tout émet une énorme quantité d’énergie : on se retrouve donc avec du un proton soudé à un neutron : c’est du deutérium et de l’énergie.

Cet effet tunnel qui arrive à coller deux protons ensemble est assez rare à se produire, surtout si le positionnement du proton qui saute se fait de façon totalement aléatoire.
Le Soleil le fait pourtant sans cesse et sans problèmes. En fait, si la probabilité de cet événement est faible, la masse gigantesque du Soleil et son nombre encore plus énorme de protons qu’il contient font que cet évènement rare devient très fréquent.

Le Soleil consomme de cette façon de l’hydrogène et libère entre autre de l’énergie : une partie de la masse des atomes d’hydrogène est transformée directement en énergie, le tout selon la célèbre équation « E=mc^2 »

Au total, ce sont 620 millions de tonnes de matière qui sont transformées en énergie chaque seconde… Et ceci dure depuis environ 4,5 milliard d’années et durera encore au moins autant.

L’énergie solaire génère des photons

Les photons, eux, ne sortent pas du Soleil si vite : ils mettrons une centaine de milliers d’années à sortir. Ils sont absorbés par la matière, qui en réémet d’autres, et les photons finissent un jour par sortir de l’étoile.

La lumière que l’on voit cependant, est due à la chaleur de surface du Soleil : tout corps chauffé émet des photons, et la longueur d’onde dépend de la température de chauffe. C’est pour ça que la surface du Soleil, à 6 000 °C, émet globalement de la lumière blanche. Des étoiles plus chaudes sont bleues, des étoiles plus froides sont rouges, voire brunes.

Vous trouverez notamment sur la chaîne Youtube de France PAC Environnement ou sur sa page Facebook des vidéos pour vous aider a mieux comprendre le fonctionnement de notre soleil.

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