Avant d’utiliser des diagrammes, il est nécessaire de maitriser certaines notions de base.
Diagramme solaire : Qu’est-ce que c’est ?
Le diagramme solaire est une représentation graphique de la course du soleil, perçue depuis un endroit quelconque de la surface de de la Terre. Cet endroit est représenté par la latitude.
La position du soleil dans le ciel à un instant donné est définie par 2 coordonnées: l’azimut et la hauteur solaire.
Le diagramme solaire est un outil utile lorsque l’on doit prendre en compte l’ensoleillement dans les activités de conception :
- Détermination des heures de lever et coucher de soleil pour un endroit choisi
- Détermination de la durée d’ensoleillement d’une façade d’un bâtiment afin d’évaluer l’éblouissement ou l’éclairement excessif à l’intérieur
- Dimensionnement de protections scolaires en façade de bâtiment en vue de réduire l’utilisation de la climatisation
- Etude solaire thermique sur une toiture
- Etude photovoltaïque sur un bâtiment ou un site quelconque
- Etc.
Les diagramme solaires sont des abaques qui permettent de déterminer graphiquement la hauteur et l’azimut à toute heure du jour et pour toute période de l’année. Ils ne sont fait que pour une latitude précise. Cela est dû au fait que selon la latitude, la région de ciel occupée par le soleil aux différents moments de la journée et de l’année diffère.
Hauteur et azimut
Pour une journée et un lieu fixe sur la Terre, le mouvement apparent du soleil est une trajectoire circulaire. Cette trajectoire est repérée à partir de 2 coordonnées polaires: La hauteur solaire (h) ainsi que l’azimut solaire (a).
La hauteur solaire est l’angle que fait le soleil avec l’horizon, il est compris entre 0° et 90°. L’azimut est la direction du soleil sur le cadran {Nord, Est, Sud, Ouest}, il est compris entre -180° et 180°.
La détermination de l’azimut solaire est différente selon l’hémisphère. En effet, il est calculé par rapport au Nord dans l’hémisphère sud, et par rapport au Sud dans l’hémisphère nord. a = 0° au Nord dans l’hémisphère sud, et a = 0° au Sud dans l’hémisphère nord.
De plus, l’azimut est mesuré positivement dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère nord et dans le sens contraire dans l’hémisphère sud.
Les références temporelles
Il existe 4 références temporelles:
- Le temps universel (UT) est défini par l’heure de passage du soleil au méridien de Greenwich. Il est le même pour tout le monde, une journée représente 24h00. C’est un temps à cadence fixe.
- Le temps universel coordonné (UTC, anciennement GMT) est le temps fixé par un réseau d’horloges. Il est recalé par seconde entière par le Service International de la Rotation Terrestre et des Systèmes de Référence (IERS).
- L’heure légale (HL) est l’heure de notre montre. Par exemple pour l’île de la Réunion, HL = UTC+4.
- Le temps solaire vrai (TSV) correspond à « l’heure solaire » observée à une longitude donnée.
Les fuseaux horaires sont placés de sorte qu’un fuseau soit équivalent à un décalage d’1h. La Terre effectuant une rotation complète (360°) en 24h, l’angle entre chaque fuseau horaire est donc de 15°. 1h correspond donc à un décalage de 15°. De ce fait, un décalage de 1° entre une longitude locale et celle du fuseau horaire correspond à 4 minutes.
Il existe une relation liant l’heure locale HL au temps solaire vrai TSV :
TSV – HL = 4 x ( longitude locale du lieu – longitude du fuseau horaire ) + deltaT (en minutes)
deltaT est appelé « équation du temps » et s’exprime par la relation suivante :
deltaT = 0.87 x sin(2B) – 7.53 x cos(B) – 1.5 x sin(B) (en minutes)
Avec B = (N – 81) x 360 / 364 (en degré)
Et N est le numéro du jour dans l’année
Comprendre et lire le diagramme solaire
Sur le diagramme, la hauteur solaire est repérée par des cercles concentriques représentant des angles compris entre 0 et 90°.
L’azimut est repéré tout autour du cercle extérieur par des angles compris entre -180° et 180° par rapport au Nord si l’on se trouve dans l’hémisphère sud, ou par rapport au Sud si l’on se trouve dans l’hémisphère nord.
Les courbes traversant les cercles représentent des jours de l’année, et les heures représentées en traits pointillés sont exprimées en TSV (cf. section précédente).
