Physique-chimie et mathématiques (STI2D · STL) · Première · Physique-chimie — Énergie
Énergie transportée par la lumière
Irradiance, laser, photovoltaïque.
En bref
La lumière transporte de l’énergie : c’est elle qui chauffe la Terre, découpe les tôles au laser et alimente les panneaux solaires.
Puissance lumineuse et irradiance
L’irradiance (ou éclairement énergétique) est la puissance lumineuse reçue par unité de surface.
E = P / S (W/m²)
Au sol, par beau temps et Soleil au zénith, l’irradiance solaire atteint environ 1 000 W/m².
Elle dépend de l’angle d’incidence : un panneau perpendiculaire aux rayons reçoit le maximum ; incliné, la surface « vue » par la lumière diminue.
Le laser
Un laser émet une lumière :
| La propriété | Conséquence |
|---|---|
| Monochromatique (une seule longueur d’onde) | Couleur pure, pas de dispersion |
| Directive (faisceau très peu divergent) | L’énergie reste concentrée sur une petite surface |
| Intense | Irradiance énorme sur la surface éclairée |
Exemple : un laser de découpe de 2 kW concentré sur une tache de 0,2 mm de diamètre (S ≈ 3,1 × 10⁻⁸ m²) produit une irradiance d’environ 6 × 10¹⁰ W/m², soixante millions de fois celle du Soleil : le métal fond instantanément.
Se protéger d’un laser
- Les lasers sont rangés en classes de dangerosité (de 1, sans danger, à 4, très dangereux).
- Ne jamais regarder le faisceau ni ses réflexions sur une surface brillante.
- Porter des lunettes adaptées à la longueur d’onde.
- Signaler la zone et capoter les machines.
Même un pointeur de faible puissance peut abîmer la rétine, car l’œil concentre encore le faisceau.
La conversion photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque convertit directement l’énergie lumineuse en énergie électrique, grâce à un matériau semi-conducteur (le silicium le plus souvent).
Énergie lumineuseCellule photovoltaïqueÉnergie électrique (utile) + Énergie thermique (pertes)
Rendement : η = P électrique / (E × S)
Exemple travaillé
Un panneau de 1,7 m² reçoit 800 W/m² et délivre 36 V sous 7,5 A.
- Puissance lumineuse reçue : 800 × 1,7 = 1 360 W.
- Puissance électrique : 36 × 7,5 = 270 W.
- Rendement : 270 / 1 360 ≈ 0,20, soit 20 %.
Le reste (80 %) est essentiellement converti en chaleur : un panneau chaud a d’ailleurs un rendement plus faible.
Ordres de grandeur des rendements
| Le convertisseur | Rendement typique |
|---|---|
| Panneau photovoltaïque silicium | 15 à 22 % |
| Capteur solaire thermique | 50 à 70 % (il produit de la chaleur) |
| Photosynthèse | Environ 1 % |
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Qu’est-ce que l’irradiance ?
2.Quelle est l’irradiance solaire maximale au sol par beau temps ?
3.Un panneau de 1,7 m² reçoit 800 W/m². Puissance lumineuse reçue ?
4.Un panneau délivre 36 V sous 7,5 A. Puissance électrique ?
5.Quel est alors le rendement du panneau (270 W pour 1 360 W reçus) ?
6.Quelle propriété du laser concentre son énergie sur une petite surface ?
0 / 6 questions
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