Actinomètre

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L’actinomètre (du grec ancien Aktinos « rayon » et -mètre « mesure ») est un instrument qui mesure l’intensité énergétique des radiations émises par le Soleil ou plus généralement par une autre source[1]. L'appareil, inventé en 1825 par John Herschel[2], est utilisé dans différentes disciplines dont l'astronomie, la photographie et la météorologie.

Il s'agit d'un radiomètre qui évalue depuis la surface terrestre les composantes du bilan radiatif dans le spectre visible et le proche infrarouge ainsi que ceux des rayonnements émis dans l'infrarouge par la Terre et par son atmosphère[3]. Un actinomètre munit d'un enregistreur est appelé un actinographe. Il produit un graphique appelé un actinogramme et l'étude de ces données est l'actinométrie, une branche particulière de la radiométrie.

Actinomètre de Violle[modifier | modifier le code]

Actinomètre de Violle

Jules Violle, physicien français connu pour ses travaux sur la photométrie, le rayonnement et la calorimétrie, publia de nombreux articles sur la détermination de la température effective de la surface du soleil grâce aux mesures prisent lors de plusieurs expériences au sommet du mont Blanc, de 1871 à 1875, à l'aide d’un actinomètre de son cru. Il a aussi pu déterminer une constante solaire très proche de la valeur réelle (1 771 comparé à 1 368 w/m2)[4],[5].

L'appareil se compose de deux sphères concentriques dont celle intérieure est maintenue à une température constante. Cela est possible en mettant de la glace ou faisant passer un courant d’eau chaude ou froide, ou même de la vapeur d’eau, entre les deux sphères (par t et t' sur l'image). Les deux enveloppes possèdent aussi deux ouvertures sur un même axe permettant aux rayons solaires de traverser l’appareil et un thermomètre se place au centre de la sphère intérieur par un orifice prévu à cet effet (T'). Le bon positionnement de ce dernier peut être vérifié à l’aide d’un miroir fixé sur le support de l'actinomètre, à l'ouverture de sortie du faisceau solaire (en M)[5].

La variation de température au thermomètre est proportionnelle au flux lumineux, ce qui peut être étalonné avec une source connue avant de prendre des mesures. Violle a utilisé la formule empirique de Dulong et Petit, antérieure à la loi de Planck, pour calculer ensuite la température de la surface solaire[5].

Actinomètres chimiques[modifier | modifier le code]

Les actinomètres chimiques donnent le flux énergétique en mesurant la quantité d'un précipité obtenu lors de la réaction de composés chimiques exposés à la lumière solaire. Il est donc important de connaître à l'avance dans ce cas le ratio de production du précipité par rapport à l'énergie incidente.

Le ferrioxalate de potassium est le composé le plus commun dans un actinomètre chimique parce qu’il est facile d’usage et sensible sur une vaste gamme de longueurs d’ondes (254 à 500 nm). D’autres composés comme les leucocyanides verts, les oxalates de vanadium(V)–fer(III) et l’acide monochloroacétique sont parfois utilisés mais ils présentent le problème de réagir même en l’absence de lumière. Des composés composés organiques, comme le butyrophénone, servent parfois et sont analysés par chromatographie en phase gazeuse[6],[7],[8]. Certains composés sont finalement utilisés pour des longueurs d’ondes spécifiques. Par exemple, le méso-diphenylhélianthrène sert pour le spectre visible (400 à 700 nm)[9].

Actinomètres à thermocouples[modifier | modifier le code]

Un pyranomètre

Les surfaces réceptrices des actinomètres en météorologie sont protégées par des coupelles dont le matériau sert en même temps de filtre transparent aux seuls domaines de longueurs d'onde souhaités : entre 0,3 et 3 µm environ pour les pyrhéliomètres et pyranomètres, entre 0,3 et 100 µm environ pour les pyrradiomètres. Quant aux capteurs de rayonnement utilisés dans ces instruments, ils font souvent appel à des associations de thermocouples capables de produire une force électromotrice variable avec l'éclairement reçu[3].

Il en existe quatre principaux types[3] :

  • les pyrhéliomètres mesurent le rayonnement solaire direct. Ils sont pointés en permanence vers le Soleil et mesurent du rayonnement qui n'a pas subi de diffusion en traversant l'atmosphère ;
  • les pyranomètres mesurent le rayonnement solaire global, c'est-à-dire direct et diffus, parvenant depuis toutes les directions sur une surface plane (le plus souvent horizontale et orientée face au zénith) ;
  • les pyrradiomètres mesurent le rayonnement total reçu par une surface plane depuis toutes les directions : ce rayonnement intègre le rayonnement solaire (direct, diffus et réfléchi vers le haut) et les rayonnements infrarouges en provenance de l'atmosphère et de la surface terrestre. Il s'agit de deux pyranomètres dont la surface réceptrice de l'un est orientée vers le nadir, pour évaluer les rayonnements réfléchis vers le haut ou émis par la surface terrestre, et l'autre vers le zénith, pour obtenir la somme du rayonnement solaire global et du rayonnement atmosphérique ;
  • les pyrgéomètres, aujourd'hui peu utilisés, évaluent la nuit le rayonnement infrarouge reçu par une surface noire horizontale. Suivant que cette surface est orientée vers le nadir ou vers le zénith, l'éclairement mesuré correspond au rayonnement terrestre ou au rayonnement atmosphérique.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. G.-Oscar Villeneuve, Glossaire de météorologie et de climatologie, Les Presses de l'Université Laval,‎ 1980 (ISBN 2-7637-6896-2, lire en ligne), p. 3
  2. (en) American Association for the Advancement of Science, « Notes and News », Science, vol. 3, no 64,‎ 25 avril 1884, p. 527 (DOI 10.1126/science.ns-3.64.524, Bibcode 1884Sci.....3..524, lire en ligne)
  3. a, b et c « Actinomètre », Glossaire de la météorologie, Météo-France (consulté le 24 mars 2015)
  4. « Actinomètre de Violle », Université de Rennes 1 (consulté le 25 mars 2015)
  5. a, b et c (en) Olympe Jouet, Axelle Amon et Dominique Bernard, « Jules Violle’s Actinometer: A Simple Instrument to Deduce the Temperature of the Sun from Measurements with a Thermometer », Scientific Instrument Symposium, Florence, vol. 112,‎ mars 2012, p. 28-31
  6. (en) Jack G Calvert et James N. Pitts, Photochemistry, New York, Wiley and Sons,‎ 1966 (ISBN 0-471-13091-5)
  7. (en) H. A. Taylor, Analytical methods techniques for actinometry in Analytical photochemistry and photochemical analysis, New York, Marcel Dekker Inc.,‎ 1971
  8. (en) J. F. Rabek, Experimental methods in Photochemistry and Photophysics, Chicester, Wiley and Sons,‎ 1982 (ISBN 0-471-90029-X)
  9. (en) H-D Brauer, R. Schmidt, G. Gauglitz et S. Hubig, « Chemical actinometry in the visible (475-610 nm) by meso-diphenylhlianthrene », Photochemistry and Photobiology, vol. 37, no 6,‎ 1983, p. 595–598 (DOI 10.1111/j.1751-1097.1983.tb04526.x)