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Éclairement et inclinaison — E = Φ/S

Le faisceau garde toujours la même largeur : le flux lumineux ne change pas. Mais quand la surface s'incline mal, la tache de lumière s'allonge — le même flux s'étale sur plus de surface, et l'éclairement chute. Cherche l'inclinaison qui remet la surface bien en face du Soleil.

Réglages

Le moment de l'année

À Rennes (48,1° N), au midi solaire. C'est la hauteur du Soleil qui change, et avec elle l'épaisseur d'air traversée.

L'inclinaison de la surface

30°
0° = surface posée à plat ; 90° = surface verticale, comme une façade.

L'unité de lecture

Le lux est l'unité du luxmètre et du cours. Le watt par mètre carré est celle des professionnels du solaire.

Le même faisceau, une tache plus ou moins longue

Coupe : un faisceau de largeur constante arrive du Soleil et éclaire une surface inclinée. Plus la surface s'écarte de la position perpendiculaire aux rayons, plus la tache lumineuse s'allonge et plus l'éclairement diminue. ◀ Sud Nord ▶ Φ constant S β = 30° h = 41,9°
E = Φ / S

Le faisceau garde une largeur fixe : c'est le flux Φ, qui ne change pas. Seule la surface éclairée S varie avec l'inclinaison — et E = Φ/S suit.

Trois moments, quatre inclinaisons

MomentSoleil à midiÀ plat30°60°VerticaleMeilleure inclinaison
La règle, et c'est une soustraction. La surface reçoit le maximum quand elle est perpendiculaire aux rayons, c'est-à-dire quand β = 90° − hauteur du Soleil. En décembre, le Soleil est bas : il faut redresser la surface. En juin, il est haut : il faut la coucher.

Ce que le modèle suppose

  • Ciel clair, midi solaire, surface plein sud, à Rennes (48,1° N). Par ciel couvert, l'éclairement chute d'un facteur 5 à 10 et l'inclinaison compte beaucoup moins.
  • L'atmosphère absorbe d'autant plus que le Soleil est bas : en décembre, ses rayons traversent trois fois plus d'air qu'en juin. C'est pourquoi le maximum de décembre (625 W/m²) reste sous celui de juin (930 W/m²), même bien orienté.
  • Conversion en lux avec 120 lm/W, l'efficacité lumineuse moyenne de la lumière du jour. Un luxmètre affiche donc environ 112 000 lx en plein soleil d'été.
Et l'inclinaison des panneaux, alors ? Une installation fixe ne peut pas suivre les saisons : on la règle vers 30 à 35° — le compromis qui maximise le total de l'année, et non le maximum d'un jour. C'est cette valeur que retient Énergie solaire — panneaux photovoltaïques.

Pour l'ombre portée par un obstacle plutôt que l'angle des rayons : Masque solaire — distance de recul.

Prolongement au luxmètre : mesurer l'éclairement d'une feuille posée à plat sur une table près d'une fenêtre, puis la même feuille redressée face à la fenêtre. Le rapport des deux mesures est exactement ce que montre cette page — et il sert ensuite à tracer la caractéristique d'une photopile en fonction de l'éclairement.