Chapitre 3 Mesures du rayonnement solaire en saison sèche à l’ISP/Bukavu

3.1 Méthodologie

3.1.1 Installation du pyranomètre

L’installation du pyranomètre a été effectuée par nous-mêmes, aidé par des collègues et Assistants du Laboratoire de Physique des Solides et des Interfaces, en mars 2016, sur le toit du bâtiment administratif de l’ISP/Bukavu. Nous devrions veiller à ce que le détecteur soit parfaitement horizontal en se référant à son niveau à eau qui y est incorporé. L’enregistreur est placé à l’intérieur du bâtiment, dans un local qui nous était accessible à tout moment; et est relié au détecteur par un câble à trois fils (phase, neutre et mise à la terre).

Figure 3.1 – Le kit pyranomètre utilisé à l’ISP/Bukavu composé (a) d’un détecteur solaire LP02 et (b) d’un enregistreur LI-19.

Les caractéristiques du kit sont :

Un Détecteur solaire (Figure 3.1(a)) : Type LP02, Sensitivity 19.37 µV (W/m², Serial n^â—¦45474, Thermal sensors.
Un Enregistreur LI-19 (Figure 3.1(b)) : Type 060501, Serial n^â—¦07091945, 2×5 V alkaline AA-size batteries.

L’orientation Est-Ouest du bâtiment fait que le détecteur soit exposé au Soleil durant toutes les heures de la journée sans jamais connaître d’ombre.

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3.1.2 Recueil de mesures

La valeur de l’irradiation solaire (W/m²) est lue soit directement sur l’écran de l’enregistreur soit alors en utilisant un ordinateur connecté à l’enregistreur par un câble USB, dans ce cas on exporte les données de l’enregistreur vers l’ordinateur. Selon les besoins, on peut aussi copier le graphique tracé par la mémoire de l’enregistreur. La programmation de l’enregistrement se fait toujours sur ordinateur et l’intervalle entre deux données peut varier (20 sec, 1 min, 1 heure, ...) selon les besoins de l’expérimentateur.

Pour cette étude, étant donné que le logiciel avait un problème au point qu’il ne pouvait plus être à mesure de lire les données stockées dans l’enregistreur afin de les interpréter avec l’ordinateur, et c’est ce qui explique le retard avec lequel nous avons commencé à recueillir les données, sur recommandation du Directeur de ce travail, nous avons décidé de lire et enregistrer dans un cahier l’irradiation solaire à intervalle d’une heure à partir de 06h00 jusqu’à 17h00.

La prise des mesures que nous avons effectuée durant trois mois, du 08 juin au 08 septembre 2016, a impliqué un entretien et contrôle permanent des appareils de mesure et d’enregistrement. Afin de ne manquer aucune heure, et cela a été une réussite totale, nos camarades étudiants proches, les Assistants du LPSI, et même certains ouvriers ont tous été mobilisés pour aller lire, à chaque heure, l’enregistreur et écrire la valeur dans un cahier mis à disposition. Les piles étaient régulièrement remplacées pour être chargées. Chaque fin de journée, après la lecture de 18h00, nous transcrivions les valeurs manuellement dans l’ordinateur pour traitement par Excel.

3.2 Résultats et discussions

Ce travail présente des mesures solaires effectuées pendant la saison sèche à Bukavu ( pas de pluie ou quelque fois, surtout en juin-juillet, et ... trop de poussière!). Les annexes reprennent les tableaux des toutes les irradiations solaires globales journalières mesurées durant cette période. Nos analyses porteront sur les échantillons et extrapolations de ces données.

3.2.1 Irradiations solaires journalières

Comme relevé dans la méthodologie, nous avons lu l’irradiance solaire à l’ISP/Bukavu pendant la saison sèche, du 08 juin au 08 septembre 2016, soit 13 semaines. Les détails de toutes les mesures sont dans les annexes. Nous allons ici présenter un échantillon de 7 journées non perturbées (Tableau 3.1) et de 2 journées perturbées, notamment par la pluie ou trop de nuage dans le ciel (Tableau 3.2).

				Moment de mesure ( h )
Irrad (W/m²) ⇓	06	07	08	09 10 11 12 13					14	15	16	17
08 juin	1	189	474	714	936	1127	1151	1187	1021	600	515	139
19 juin	9	212	553	770	916	1015	1033	1001	874	678	203	44
08 juillet	7	63	418	625	658	981	1006	913	790	588	316	143
27 juillet	4	200	419	656	887	1046	1095	1034	917	651	415	97
09 août	6	129	384	698	912	1025	1036	1031	825	652	453	40
18 août	35	195	950	970	971	1094	1186	1146	804	516	228	113
07 septembre	31	186	500	759	867	1079	1145	1072	850	689	252	92

Table 3.1 – Echantillon d’irradiance journalière en saison sèche 2016 à l’ISP/Bukavu : cas des journées non perturbées.

Comme dit précédemment, on parle d’insolation déjà à partir d’une puissance de 120 W/m². Nous pouvons donc affirmer qu’à Bukavu, pendant la saison sèche, l’insolation est importante dès 07h00 du matin jusque 17h00. La journée du 18 août est intéressante (Tableau 3.1) en ce sens que l’éclairement solaire atteint des grandes valeurs déjà à partir de 08h00 du matin. L’analyse des résultats montre que, à l’ISP/Bukavu, la puissance solaire journalière est maximale à 12h00. Cette observation peut être généralisée étant donné que, comme nous l’avons précédemment expliqué (Section 2.1.1), c’est à cette heure que, en Afrique, le rayonnement solaire traverse la couche d’atmosphère la moins épaisse avec donc le moins de pertes d’absorption.

A 18h00, l’éclairement devient insignifiant (3, 6, 1, voire 0 W/m²), nous avons jugé inutile de rapporter ces valeurs dans nos tableaux. La puissance solaire standard étant de 1000 W/m², celle de Bukavu est au-delà mais inférieure à la valeur maximale de 1400 W/m²observée dans certaines zones désertiques.

Les graphiques obtenues (Figures 3.2 ) montrent des courbes régulières en cloche.

Figure 3.2 – Courbes d’irradiance journalière en saison sèche 2016 à l’ISP/Bukavu : cas des journées non perturbées

Bien que l’on soit en saison sèche, il arrive qu’il menace de pleuvoir, ou qu’il pleuve carrément, ou encore que des nuages épais couvrent le ciel. Cela affecte sensiblement l’éclairement solaire sur terre (Tableau 3.2), jusqu’à rendre même nulle l’insolation, mais ceci est rare, même en saison de pluie.

				Moment de mesure ( h )
Irrad (W/m²) ⇓	06	07	08	09	10	11	12	13 14	15	16	17
21 juin	1	22	10	19	34	79	97	126 141	135	188	11
25 juillet	14	56	132	89	29	97	127	320 198	299	405	149

Table 3.2 – Echantillon d’irradiance journalière en saison sèche 2016 à l’ISP/Bukavu : cas des journées perturbées.

Le 21 juin peut être qualifie comme la journée la plus désavantageuse pour l’éclairement solaire en saison sèche 2016 à Bukavu.

3.2.2 Irradiations solaires moyennes

Nous avons prélevé les mesures du 08 juin au 08 septembre 2016. Si nous divisons les jours en semaines, nous obtenons 13 semaines plus 1 jour. Dans le tableau 3.3, nous présentons les éclairements solaires moyens journaliers durant 13 semaine, excluant le dernier jour du 08 septembre. Sachant que l’éclairement solaire devient significatif à par de 120 W/m², le nombre

				Jour
Semaine ⇓	Mercredi	Jeudi	Vend	Sam	Dim	Lundi	Mardi

08 - 14 juin 671.16 515.62 676.00 515.81 489.81 413.56 490.42

15 - 21 juin 262.00 481.50 317.00 211.61 562.30 507.23 74.00

22 - 28 juin 378.53 458.78 431.18 534.23 554.23 590.42 593.80

29 juin - 5 juillet 578.53 606.33 617.41 558.15 581.33 543.31 588.00

06 - 12 juillet 507.75 436.61 502.23 486.17 515.76 429.91 185.7

13 - 19 juillet 427.58 486.62 473.58 467.84 486.92 498.75 523.70

20 - 26 juillet 487.25 457.84 386.77 489.31 370.83 174.84 433.30 27 juillet - 02 août 571.62 521.92 506.00 598.35 574.50 491.66 484.50

03 - 09 août 477.29 443.23 464.76 496.53 294.00 388.21 576.00

10 - 16 août 550.00 571.31 535.92 500.61 502.00 547.83 428.20

17 - 23 août 676.16 684.00 615.23 634.25 623.00 556.84 561.70 24 - 30 août 576.70 579.42 487.50 700.25 639.66 711.25 680.16

31 août - 07 sept 655.91 490.00 550.00 543.92 355.00 650.25 498.50

Table 3.3 – Puissances solaires moyennes journalières en saison sèche 2016 à l’ISP/Bukavu. Nous comptons la semaine à partir de Mercredi puisque c’est le jour de début de nos mesures, ce qui nous fait 13 semaines. L’éclairement solaire moyen du 08 septembre est de 373.91 (W/m²). Les moyennes journalières les plus importantes par semaine sont en gras.

total des heures d’ensoleillement du 08 juin au 08 septembre 2016 s’élève à 973 heures. Le tableau 3.4 rapporte, quant à lui, les valeurs moyennes hebdomadaires et mensuelles de l’éclairement solaire en saison sèche 2016 à l’ISP/Bukavu.

3.2.3 Pics des irradiations solaires en saison sèche

Nous présentons dans le tableau 3.5, en échantillon, les heures de pointe auxquelles la puissance solaire atteint des valeurs maximales. L’analyse des résultats du tableau3.5 montre que le pic le plus élevé du rayonnement solaire en saison sèche 2016 a été atteint le 24 juin et vaut 1346 W/m², se rapprochant sensiblement de la valeur maximale de 1400 W/m².

Semaine	Puissance (W/m²)	Mois	Puissance (W/m²)
1	538.91
2	345.10
3	505.88	Juin	557.76
4	5813.86
5	437.73
6	480.71
7	400.02	Juillet	517.00
8	535.50
9	448.57
10	519.41
11	621.60
12	625.00	Août	563.68
13	534.78

Table 3.4 – Les moyennes hebdomadaires et mensuelles des irradiations solaires en saison sèche 2016 à l’ISP/Bukavu. Les 13 semaines sont numérotées. Les valeurs mensuelles ont été calculés du 08 au 30 juin, du 1^erau 31 juillet et du 1^erau 31 août.

		Puissance (W/m²)
Dates ⇓	10h	11h	12h	13h	14 h
10 juin	1036	1190	1340	1235	1034
24 juin	862	1239	1346	1120	294
30 juillet	926	1017	1044	1007	836
09 août	912	1025	1036	1031	825
18 août	971	1094	1186	1146	804
07 septembre	867	1079	1145	1072	850

Table 3.5 – Quelques pics d’irradiation solaire en saison sèche 2016 à l’ISP/Bukavu.

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