Cartographie automatique de l énergie solaire en fonction du relief

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1 Cartographie automatique de l énergie solaire en fonction du relief Rémy Durand, JeanPaul LEGROS, C. SAMIE, E. HENSEL, B. Baculat To cite this version: Rémy Durand, JeanPaul LEGROS, C. SAMIE, E. HENSEL, B. Baculat. Cartographie automatique de l énergie solaire en fonction du relief. Agronomie, EDP Sciences, 1981, 1 (1), pp <hal > HAL Id: hal https://hal.archivesouvertes.fr/hal Submitted on 1 Jan 1981 HAL is a multidisciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

2 Cartographie automatique de l énergie solaire en fonction du relief Rémy DURAND* JeanPaul LEGROS C. SAMIE* E. HENSEL* B. BACULAT* * Station de Bioclimatologie, Centre national de Recherches Agronomiques, LN.R.A., Versailles ** Chaire de Géologie et de Science du Sol, Centre de Recherches Agronomiques, LN.R.A., Ecole Nationale Supérieure Agronomique, 9, Place Viala, Montpellier Cedex. *** Station de Bioclimatologie, Centre de Recherches Agronomiques d Avignon, I.N.R.A., Domaine SaintPaul, Montfavet. RÉSUMÉ Rayonnement solaire, Relief, Exposition, Cartographie automatique. Les auteurs présentent une bibliothèque de programmes (fig. 3) permettant la cartographie automatique de l éclairement énergétique d origine solaire pour une région accidentée. Celleci est quadrillée de «sectons» dont on détermine la pente et l orientation. Pour chacun de ces «sectons» on calcule l irradiation globale quotidienne selon les procédures mises au point par PERRIN DE BRICHAMBAUT (1978), légèrement modifiées pour tenir compte de l occultation éventuelle du soleil par le relief. Le programme de calcul d irradiation globale a été testé, pour deux années climatiquement très différentes, sur 8 stations métropolitaines et une station de la Guadeloupe (Antilles). Les résultats sont satisfaisants. Il n a pu être testé que pour une seule surface inclinée (fig. 1), mais là encore, les résultats sont encourageants. Le programme de calcul des ombres portées est en cours de confrontation avec une autre méthode. Les estimations des valeurs absolues du rayonnement étant bonnes, les variations du rayonnement en fonction de la topographie doivent être bien meilleures. ABSTRACT Sofar radiation, Relief, Exposition, Automatic mapping. Automatic mapping of solar radiation on hilly regions The authors present a computer program library (fig. 3) to get automatic mapping of the incoming solar radiation on hilly regions. The landscapes are squared into cells or «sectons» of which slope and orientation are determined. The daily irradiation of each «secton is calculated according to processes perfected by PERRIN DEBRICHAMBA UT (1978), but slightly modified to take into account the possible occultation of the sun by relief. The program of the total irradiation reckoning was tested during two years of very different weathers in 9 climatic stations for horizontal areas : 8 in France and the last one in the Guadeloupe (French West Indies). The results are satisfying in general. Furthermore the program was checked on a sloping area, but in a single case (fig. 1), here again, the results are rather good. The program of the cast shadows calculation is being compared with another method. Since the radiation absolute values estimates are satisfying, the radiation variations in terms of topography should be much better. INTRODUCTION Les ressources en énergie solaire sont importantes à considérer, qu on se place au point de vue biologique, agronomique ou industriel. Divers programmes informatiques et tables d ensoleillement fournissent à ce sujet de nombreuses estimations (FUGGLE, 1970; DOGNIAUX, 1973; SWIFT, 1976; ES IM, 1978 ; TRICAUD, 1978). Cependant les tables, qui exigent interpolations et approximations, ne sont pas d un maniement très aisé. Il en est de même pour les programmes qui manquent parfois de souplesse pour s adapter aux problèmes bioclimatologiques spécifiques à l I.N.R.A. C est pourquoi nous avons décidé de bâtir une collection complète de huit algorithmes (bibliothèque FLASH) ayant pour objet l élaboration de cartes de rayonnement en fonction de la topographie et de l ensoleillement moyen. Ces cartes sont tracées automatiquement selon des techniques antérieurement mises au point dans le cadre de recherches portant sur la cartographie assistée par ordinateur (L EGROS et HE NSE L, 1977 ; BONNERIC, 1978). Les aspects scientifiques de ces travaux de cartographie de l énergie solaire vont être résumés. On présentera d abord le principe des calculs, ensuite les difficultés relatives aux modèles utilisés, enfin les contrôles effectués. En fait cette étude ne concerne pour l instant que le rayonnement d origine solaire incident. Elle sera éventuellement poursuivie pour calculer le bilan des rayonnements

3 Calcul Calcul Calcul Intégration Généralisation (rayonnement net) ou celui des radiations photosynthétiquement actives (PAR). L analyse informatique et la programmation ont été assurées par les chercheurs du département Science du Sol de l I.N.R.A. Les éléments de cosmographie, de climatologie et la bibliographie ont été rassemblés et sélectionnés par les chercheurs du département Bioclimatologie. Le travail s inscrit dans le cadre de l action thématique programmée de la CEE «Potentialité de Production». I. PRINCIPE DU CALCUL DE L ÉNERGIE SOLAIRE Le calcul de l irradiation globale quotidienne a été effectué à partir des formules de PERRIN DE BRICHAMBAUT (1978), on trouvera les principales en annexe 2. Cependant le calcul de la composante directe, tel qu il est proposé, n est pas satisfaisant dans tous les cas : aucune formule générale ne peut rendre compte du fait que le soleil est masqué par le relief, ici ou là, à telle ou telle heure de la journée. Aussi nous avons dû réaliser des intégrations numériques, cas par cas, en calculant la position du soleil et son inclinaison par rapport à la surface considérée, ceci à des intervalles de temps rapprochés (un quart d heure). La précision obtenue devient alors suffisante à l échelle de temps qui nous intéresse réellement (la décade, le mois, l année...). Les principales étapes logiques du calcul de l énergie sont les suivantes : 1. instant donné, 2. de la position du soleil dans le ciel à un de l énergie incidente après traversée de l atmosphère, 3. de l énergie reçue sur une surface donnée, caractérisée par sa pente et son orientation, 4. dans le temps pour la journée, le mois, la période végétative ou l année dans l espace pour un périmètre déterminé et cartographie automatique des résultats. Nous ne présenterons pas ici le détail de toutes ces opérations mais nous mentionnerons les points essentiels. Position du soleil dans le ciel La position du soleil dans le ciel dépend du lieu, de la date et de l heure. Elle est calculée d abord en coordonnées équatoriales (déclinaison, ascension droite). Ensuite, un changement de système d axes permet la définition des coordonnées horizontales en un point donné : azimut (angle avec la direction au sud) et hauteur (angle avec le plan horizontal). A ce niveau, nous nous sommes appuyés entièrement sur les travaux réalisés au sein du département Bioclimatologie de l LN.R.A. (DURAN D, 1979) (cf. annexe 1). Rayonnement direct Aux confins de l atmosphère l énergie solaire incidente 1. varie très légèrement dans l année en fonction de l éloignement de la terre au soleil. Au sol, l intensité du rayonnement direct 1 dépend des caractéristiques de la couche d air traversée (épaisseur en fonction de la hauteur du soleil, nébulosité, pollution, etc...). Toute une série d approximations sont nécessaires. 1 a été calculée en fonction des facteurs suivants : trajet du rayonnement solaire direct dans l atmosphère, altitude, hauteur du soleil audessus de l horizon h, et trouble atmosphérique moyen T. Faute de données plus précises, T a été estimé par une relation linéaire entre les valeurs moyennes de 2,5 en janvier et 3,8 en juillet, citées par PERRIN DE BRICHAMBAUT (1978) (cf. annexe 2). La composante directe de l éclairement d une surface de pente i et d azimut a est proportionnelle à 1 et au cosinus de l angle w de la direction du soleil avec la normale à la surface, angle qui se calcule mathématiquement (annexe 1). La composante directe de l irradiation quotidienne Bi&dquo; est obtenue par sommation des valeurs positives du produit 1 cos w du lever au coucher du soleil (par pas de 15 minutes par exemple). La somme est multipliée par la fraction d insolation pour tenir compte des instants pendants lesquels le soleil est masqué par les nuages. Rayonnement diffus D Ce rayonnement vient s ajouter au rayonnement direct pour constituer le rayonnement global. Sa part est faible par ciel clair en milieu de journée mais il est égal au global par ciel couvert. On peut le décomposer en deux parties : une venant du ciel et des nuages, l autre représentant l énergie réfléchie par le sol et la végétation vers la surface considérée. Si le calcul des parts respectives de l une par rapport à l autre est possible dans le cas d une surface inclinée disposée sur un terrain plat (VARLETGRANCHER, 1975), une telle estimation est quasi impossible dans le cas d un terrain montagneux où les cas de figure sont très nombreux (par exemple surface dans le fond d une vallée encaissée ou au contraire sur un plateau). Pour nous affranchir de cette complexité et compte tenu des nombreuses approximations faites par ailleurs, nous avons choisi d évaluer D par sa valeur moyenne sur un terrain horizontal et dégagé en utilisant la démarche proposée par PERRIN DE BRICHAMBAUT (1978) (annexe 2): Dans un premier temps, on estime le rayonnement global par ciel clair G, en estimant séparément les composantes directes B1 et de diffusion D,. On tient compte du facteur de trouble T et de la différence entre la latitude du lieu et la déclinaison du soleil 8. Des formules semiempiriques permettent de s affranchir de l intégration. Ensuite le rayonnement global est estimé à partir de G, et de la fraction d insolation «par une formule dérivée de celle d A NGS TRÔ M. Enfin le rapport D/G est obtenu à partir du rapport et de a. Di/G l On remarquera que, compte tenu de cette estimation, on n obtiendra pas de différence de rayonnement selon les surfaces considérées les jours où le ciel est constamment couvert. L irradiation globale journalière Gi,. d une surface d inclinaison i et d orientation a s obtient alors en ajoutant les composantes directes B;! et diffuse D, puis en divisant la somme par le cosinus de l inclinaison pour tenir compte du fait qu une surface inclinée est plus grande que sa projection sur un plan horizontal. Intégration des résultats dans le temps Toutes ces approximations ne sont évidemment valables que statistiquement. Elles seront donc d autant meilleures que la période pendant laquelle on aura sommé l énergie sera plus grande. Pour la réalisation de cartes thématiques, on se préoccupe de faire ressortir les différences dues à la topographie et on

4 travaille habituellement sur les normales. Il est alors possible, sans perdre trop d information, de répéter le calcul à intervalles réguliers (semaine, décade, mois à la rigueur) et de multiplier le résultat par le nombre de jours de la période. Le programme laisse le choix de la périodicité à l utilisateur. Généralisation dans l espace Des cartes énergétiques peuvent êtres obtenues si l on connaît la pente et l orientation en tous les points de la région qu on veut caractériser. Dans les faits, on se contente de calculer une déclivité et une exposition moyennes dans chacun des petits carrés ou rectangles obtenus en superposant une grille régulière au fond topographique. Ces surfaces élémentaires de forme géométrique peuvent être qualifiées de «sectons»(boulaine, 1978). Les données correspondant aux sectons sont enregistrées sur disque magnétique (altitude, orientation, pente). A l occasion des travaux de cartographie assistée par ordinateur, déjà mentionnés et réalisés au sein du département Science du Sol, de tels fichiers ont été constitués pour plusieurs régions de France (carte de Vichy à 1/100000, Parc Naturel Régional du Pilat, Vignoble d Arbois). Jusqu à présent, l enregistrement des expositions était manuel, le travail était long et fastidieux. Un effort d automatisation est en cours à l LN.R.A., à partir de fichiers de cotes d altitudes obtenues aux noeuds d une maille régulière. Ces fichiers sont fournis par l Institut Géographique National. Leur conversion en expositions a déjà été réalisée (MALLET, 1974 et 1976 ; HOUSSAY, 1978) mais des adaptations sont en cours pour que les programmes s appliquent mieux aux besoins agronomiques et bioclimatiques (BACHAcou, 1979 ; BACHAC OU et Cll., 1979). II. ANALYSE DES HYPOTHÈSES Dans ce genre de problème, on se trouve confronté à des calculs dont la précision est très variable. On a été ainsi amené à avancer quelques hypothèses simplificatrices de travail qui affectent plus ou moins la valeur des résultats. Elles concernent soit les calculs astronomiques, soit les données climatiques, soit les paramètres topographiques. Paramètres astronomiques Malgré un certain nombre d approximations, le calcul des paramètres astronomiques est d une très grande précision, probablement toujours supérieure à 1 p La constante solaire 10 est connue avec précision de l ordre de 2 p. 100, ce qui est encore largement suffisant pour le but que nous nous proposons. La précision de l intégration dépend du pas de temps choisi, de la latitude et de l époque de l année. Pour une latitude moyenne de 45 en hiver, elle est inférieure à 0,5 p. 100 avec un pas de temps de 1 minute, 4 p. 100 pour 15 minutes et8 p. 100 pour une demiheure. En été, ces incertitudes sont réduites de moitié environ. Un pas de temps de un quart d heure semble donc raisonnable. Paramètres climatiques L incertitude devient beaucoup plus grande : elle concerne la durée d insolation et le coefficient de trouble. On peut raisonnablement apprécier l erreur sur la durée d insolation à environ 5 p L erreur sur la durée du jour (durée d insolation théorique), calculée, est négligeable sauf lorsque l horizon n est pas dégagé au lever et au coucher du soleil : l azimut variant chaque jour, l incertitude peut être grande en cas d horizon accidenté. Dans le modèle on a supposé implicitement que l ennuagement est uniformément réparti au cours de la journée. Il semble (DOG NIAUX, 1976) que ce soit souvent le cas à l échelle statistique ; mais il est aussi évident qu en montagne ou au bord de la mer, certaines heures sont plus ensoleillées que d autres (PERRIN DE BRICHAMBAUT, 1978). Or, 4 heures d ennuagement au milieu de la journée n ont pas le même effet que 4 heures en début ou en fin de journée. Il est difficile d apprécier l erreur due à cela, mais elle peut dépasser 10 p L incertitude sur le facteur de trouble T est encore plus grande. On admet généralement que T varie de 2 à 5 selon que le ciel est très pur ou très brumeux. Mais on ne dispose pas de mesure systématique en réseau pour ce paramètre. Il existe bien des formules empiriques (DOGNIAUX, 1976 ; PE RRIN DE BRICHA MBAUT, 1978) pour calculer T en fonction de la hauteur du soleil, de l épaisseur d eau condensable (que l on peut évaluer à partir de la tension de vapeur au sol) et du coefficient de trouble d ANGSTROM (qui varie selon que le site est rural, urbain ou industriel), mais ces formules sont valables pour un ciel serein. En attendant des informations plus précises, nous nous sommes contentés des approximations de PERRIN DE BRICHAMBAUT (1978) : «en valeurs moyennes mensuelles, dans les régions tempérées et à faible altitude, T varie entre 2,5 l hiver (janvier, février) et 3,8 l été (juillet, août). Surtout durant les mois de transition (octobre, mai), les fluctuations de T peuvent être très importantes d un jour à l autre, ou même de la moyenne mensuelle d une année à celle de l année suivante». Cette incertitude a des conséquences importantes puisque, en faisant varier T de 5 à 2 on fait varier 1 dans un rapport de 1 à 2 pour une hauteur du soleil de 20 et de 1 à 1,4 pour une hauteur de 60. La variation du diffus, en sens inverse, compense en partie cette dérive. Paramètres topographiques Coordonnées géographiques Toutes choses étant égales par ailleurs, l énergie journalière ne dépend pas de la longitude du lieu mais elle varie avec la latitude. Dans ces conditions, il faut se demander si l on peut négliger les variations de latitude à l intérieur d une petite région donnée afin de limiter le volume des calculs : un point situé à peu près au milieu de la zone serait seul pris en considération... Une carte de France IGN à l échelle du 1/100 OOOe représente en hauteur 40km, soit 22 minutes d angle. L approximation introduite correspond, dans ces conditions, à la moitié soit 11 minutes. Nous avons calculé que l erreur sur l éclairement journalier serait alors inférieure à 0,2 p. 100 en été et à 0,8 p. 100 en hiver. Compte tenu de la précision atteinte (voir cidessous), une telle simplification paraît raisonnable pourvu que le périmètre étudié ait une extension de moins de 100 km dans le sens NordSud. Pente et orientation Il n est pas toujours possible de définir avec précision la pente ou l orientation dans chaque secton repéré au sol. Par exemple falaise succédant à un plateau, talweg, ligne de

5 crête, etc... une valeur moyenne serait sans signification. Il y a donc indétermination dans un tel cas. Or, l ensoleillement numérique ne peut être calculé que si la pente et l orientation sont définies simultanément. Dans le cas du Parc Naturel Régional du Pilat, qui nous a servi de secteur test à diverses reprises, le bilan s établit de la manière suivante :. estimation de la pente impossible : 9 p. 100 des sectons,. estimation de l orientation impossible : 20 p. 100 des sectons,! estimation de l ensoleillement impossible : 24 p. 100 des sectons. Pour la feuille de Vichy les résultats sont meilleurs car le relief est moins heurté (ensoleillement déterminé pour 92 p. 100 des sectons). Au niveau de la production du document final on peut : soit laisser blancs les sectons indéterminés, soit les regrouper avec leurs voisins immédiats (lisibilité maximale de la carte), soit leur affecter une énergie égale à celle qui est reçue par les surfaces planes (erreur minimisée statistiquement). III. TEST DU MODÈLE ET DISCUSSION Le modèle étant destiné à évaluer l éclairement énergétique sur d assez longues périodes de végétation, nous l avons testé sur des valeurs mensuelles. Le rayonnement est calculé le 15 de chaque mois avec la fraction d insolation moyenne du mois, puis multiplié par le nombre de jours du mois et comparé à la somme des valeurs journalières mesurées. La comparaison avec les données de la Station de mesures actinométriques de la Météorologie Nationale à Carpentras, sur une surface horizontale et sur une surface parallèle à l axe de la terre, est satisfaisante (fig. 1). Les écarts relatifs sont inférieurs à 15 p. 100 et l écart relatif moyen est de 2 p. 100 pour le capteur horizontal et de 5 p. 100 pour le capteur incliné. Une comparaison a été également faite, pour deux années clin:atiques différentes (1976 et 77), entre les rayonnements globaux mesurés et calculés en 9 stations de l I.N.R.A. dont une en Guadeloupe (STEFCE, 1977). Sur les 204 valeurs mensuelles calculées, 98 sont surestimées, 106 sousestimées et l écart relatif moyen est de 10 p Mais il faut remarquer que quelques valeurs mesurées sont manifestement aberrantes (écart relatif pouvant dépasser 70 p. 100). Elles ont été par la suite éliminées de la banque de données. Les coefficients de variation des sommes mensuelles de rayonnement global variant de 10 p. 100 (en août) à 19 p. 100 (en février et décembre) (Versailles ), les valeurs calculées permettent donc une assez bonne approximation de l énergie reçue une année donnée. Les différences entre les sectons, calculées toutes avec les mêmes approximations des facteurs climatiques, doivent donc être, une année donnée, bien représentatives des différences d énergie réellement reçue. Seules, des vallées souvent envahies par le brouillard ou des sommets dépassant généralement les nuages peuvent avoir un rayonnement calculé surestimé dans le premier cas, sousestimé dans le second. Aussi peuton considérer que les différences d éclairement des différents sectons de la carte de Vichy calculées par le programme SPOT (fig. 2) sont valables, même si les différences entre classes ne sont que de 2,5 p On remarquera par ailleurs que ces différences correspondent aux différences relatives de rayonnement global extraterrestre annuel sur 2 degrés de latitude, soit environ 200 km. On retrouve donc, sur la carte, des sectons qui reçoivent autant d énergie, à ennuagement égal, que des surfaces horizontales du nord au sud de la France.

6 CONCLUSION Le modèle utilisé permet donc de calculer l irradiation globale de surfaces diversement orientées et inclinées avec une précision relativement bonne sur une période assez longue. La précision relative semble meilleure si l on veut comparer deux années entre elles ou, surtout, différentes surfaces entre elles. Le modèle s applique donc particulièrement bien au problème que nous nous sommes posé de réaliser une cartographie d ensoleillement moyen d une région. La carte (fig. 2) en est un exemple ; il subsiste cependant une certaine incertitude dans l évolution du rayonnement diffus ; la prise en compte des énergies réfléchies par les différentes surfaces sur le secton étudié est en effet délicate. Toute une série d applications sont prévisibles au niveau de la recherche pure et au niveau de l aménagement du territoire. En effet, l énergie solaire est un paramètre très important dans la photosynthèse, le bilan hydrique du sol, l évolution génétique des profils pédologiques, la productivité des cultures, etc... Pour répondre aux demandes et faciliter l emploi de ce modèle, dans la pratique, il est nécessaire de disposer d algorithmes de calculs appropriés, suffisamment souples et nombreux. C est dans cet esprit que nous avons mis au point les programmes de la bibliothèque FLASH. Celleci n a pas été présentée dans le cours du texte car seules importaient, à ce niveau, les bases scientifiques qui ont servi de charpente aux calculs. Le lecteur, intéressé par l utilisation des programmes, trouvera en annexe 3, tous les renseignements utiles. Reçu le 1e mai Accepté le l0octobre 1980.

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8 des des des des On Les Les ANNEXE 3 Présentation de la bibliothèque FLASH La bibliothèque FLASH comprend huit programmes de base articulés en trois chaînes de travail. On peut réaliser (fig. 3) : calculs d énergie pour toute une série de points donnés dispersés (programme SPOT), cartes d énergie reçue sans tenir compte des effets de masque dus aux reliefs (programmes SOLEIL + HELIO + SUNLIT 1), cartes de durées d ensoleillement (programmes SOLEIL + OMBRE + SUNLIT 2), cartes d énergie reçue comptetenu des phénomènes d ombrage (programmes SOLEIL + LUMIÈRE + SUNLIT 3). Le langage source utilisé est PL 1 qui convient simultanément au calcul scientifique et à la gestion de fichiers. L ensemble de la bibliothèque représente 885 lignes d instructions dans l état actuel de développement. 1. Programme SOLEIL Détermine la position du soleil dans le ciel toutes les 15 minutes en un lieu précis pour un jour donné. Le calcul est automatiquement répété autant de fois que nécessaire entre deux dates choisies avec une périodicité laissée à l appréciation de l utilisateur. Par exemple : définition de la position du soleil à Montpellier, tous les dix jours, depuis le 1&dquo; octobre jusqu au 30 juin de l année suivante. Dans le même temps, le programme calcule, autant de fois que nécessaire, le rapport de la durée d insolation à la durée du jour. Contraintes doit disposer des durées journalières d insolation (au moins si l on souhaite poursuivre jusqu à la détermination de l énergie reçue). deux dates extrêmes, qui limitent la période considérée, sont choisies, soit à l intérieur d une même année, soit dans deux années successives. Les années bissextiles sont automatiquement prises en compte. options prises ici sont valables (et limitatives) pour tous les programmes situés à l aval. On fournit dans l ordre : le nom du lieu de référence, la longitude (,, &dquo;), la latitude, la date de début (jour, mois, année), la date de fin, la périodicité du calcul en nombre de jours. Enfin, on enregistre les durées journalières d insolation pour toute la tranche de temps considérée. Résultats fournis sur listing et stockés sur fichier magnétique (fichier APOLLON). 2. Programme HELIO Reprenant les données du fichier APOLLON, ce programme calcule l énergie solaire reçue au sol pour diverses conditions de pente et d orientation. Les résultats sont édités sous forme de tableaux à double entrée (8 orientations x 12 classes de pentes en degrés). On obtient un tableau par période élémentaire (semaine, décade, mois...), plus un tableau final correspondant à la sommation des précédents. Le programme HELIO est donc particulièrement adapté au calcul de l énergie reçue par une culture donnée sur l ensemble du cycle végétatif.

9 Contraintes HELIO teste seulement l influence de la déclivité et de l orientation des sectons. Ceuxci sont supposés à la même altitude et très voisins géographiquement. En effet les variations des coordonnées X, Y et Z ne sont pas prises en compte par le programme qui se réfère à un point «central». On néglige également le relief vrai de la région (éventuelles ombres portées). Altitude moyenne Z de la région prise en compte (les coordonnées X et Y ont déjà été fournies au niveau de SOLEIL). Les tableaux de résultats sont obtenus sur listing et en même temps stockés dans le fichier ENERGIE. 3. Programme SUNLIT 1 (cartographie) La pente et l orientation de chaque secton sont lues dans le fichier CARTE. On se reporte ensuite aux tables fournies par HELIO (fichier ENERGIE) et on détermine par interpolation linéaire quelle quantité approximative d énergie a été reçue par le secton considéré. Enfin, SUNLIT 1 assure la segmentation des résultats en classes et l appel des programmes de dessin. Ceuxci (BONIMPRI et BONTRA) ont été mis au point dans une première phase des travaux (BONNERIC1978). Contraintes Ce sont celles d HELIO. Les résultats obtenus ne sont valables que pour des secteurs pas trop montagneux et pas trop étendus (moins de 500 m de dénivelée, moins de 50 km du nord au sud). La carte peut être dessinée pour n importe laquelle des périodes prises en compte. Si l étude porte sur un an et correspond à un pas mensuel, on pourra ainsi obtenir 13 cartes, la dernière correspondant au total annuel. Pour cela, il faut fournir d abord le numéro de la période choisie, la n + 1ième période étant, par convention, la somme des n premières. Il faut également définir les quantités d énergie retenues comme limites de classes après en avoir précisé le nombre. Pour assurer la lisibilité de la carte nous nous sommes limités à un maximum de 8 classes (+ 1 classe obligatoirement affectée au cas indéterminé ). Les résultats sont d abord visualisés sur écran ou imprimante. Lorsqu ils sont satisfaisants, la table à tracer fournit un document définitif de meilleure qualité, en noir ou en trois couleurs. à l échelle désirée. 4. Programme OMBRE Connaissant la position du soleil dans le ciel, il est possible de calculer pour chaque secton, la durée théorique d insolation, c estàdire la période pendant laquelle la source lumineuse n est pas masquée par les reliefs avoisinants ou par l exposition du sol. Il s agit donc d une approche presque qualitative du problème de l ensoleillement. Cela peut être utile dans différentes optiques, en phytosociologie notamment. Contraintes Comptetenu du découpage de la région en sectons, le relief n est modélisé que très grossièrement par une série de parallélépipèdes placés debout. Le dessin des ombres est forcément approximatif, aussi des problèmes de précision apparaissent. Une vérification est en cours par comparaison avec une maquette de la région de Vichy, réalisée en relief puis photographiée en remplaçant le soleil par un projecteur. Ce travail est entrepris en collaboration avec le C.N.R.S. de Toulouse suivant des méthodes antérieurement mises au point (ARLÈS, 1977). Par ailleurs, on ne tient pas compte, dans le programme, de la nébulosité. Enfin, la région est supposée peu étendue, comme précédemment. Il faut fournir la largeur des sectons (estouest), leur hauteur (nordsud), leur nombre maximum sur une ligne de la grille et leur nombre maximum sur une colonne. Le programme fait appel au fichier APOLLON (positions du soleil) et au fichier CARTE (pente, altitude et orientation des sectons). Pour chaque secton on imprime les coordonnées, le nombre d heures de soleil, le nombre d heures d ombre. La période prise en compte est celle qui a été définie au niveau du programme SOLEIL. Les résultats sont également stockés dans le fichier ECLAIR. 5. Programme SUNLIT 2 (cartographie) Intervient à l aval d OMBRE ; il sert à préparer l édition des cartes correspondantes. Comme SUNLIT 1, il assure la segmentation des résultats en classes et l appel des programmes de dessin déjà mentionnés. Nombre de seuils, puis valeurs des seuils, c estàdire au choix : durées théoriques d insolation en heures, durées de réduction d insolation en heures, mêmes quantités mais exprimées en proportion de la durée théorique du jour (ou des jours) pris en compte. Cartes sur imprimante, écran ou table à tracer. 6. Programme LUMIÈRE Le calcul de l énergie reçue est réalisé mais en tenant compte cette fois des phénomènes d occultation du soleil par les collines ou montagnes. Contraintes Chaque secton représente, dans le paysage, un cas unique. Pour chacun les calculs doivent être répétés, sinon en entier, du moins dans une large proportion. Il en résulte que les «tempsordinateurs» sont très importants (48 minutes CPU pour sectons). L emploi de ce programme est justifié seulement pour les régions fortement montagneuses. La région est supposée peu étendue.

10 : voir OMBRE Coordonnées des sectons et quantité d énergie reçue en joules par m2 pour la période considérée. Stockage magnétique de ces résultats dans le fichier DAMIER. 7. Programme SUNLIT 3 (cartographie) Intervient à l aval de LUMIERE ; il sert essentiellement, comme ses homologues SUNLIT 1 et SUNLIT 2, à préparer l édition des cartes correspondantes. Il assure la segmentation des résultats en classes et l appel des programmes de dessin. Nombre de seuils, puis valeurs des seuils exprimées en quantité d énergie reçue en joules par M2 pour la période. Carte sur imprimante, écran ou table à tracer. 8. Programme SPOT Les programmes précédents répondent à des problèmes de cartographie régionale : la période prise en compte est au choix de l utilisateur mais on suppose que le périmètre est assez peu étendu pour que la longitude et la latitude puissent être considérées comme constantes dans le secteur considéré. Le programme SPOT, au contraire, calcule l énergie solaire annuelle (par pas mensuel) pour une série de points éparpillés à travers la France, l Europe ou l ensemble du globe. On fournit les références du secton, ses coordonnées (en degrés), son altitude (en mètres), sa pente (en p. 100), son orientation (en degrés). Pour des résultats précis, il faut également donner les durées d insolation mensuelles en dixièmes d heure. Energie mensuelle et énergie annuelle en joules/m. Fraction moyenne d insolation. Contraintes Le calcul est en réalité fait pour le 15 de chaque mois et le résultat obtenu est multiplié par le nombre de jours du mois. L année est supposée non bissextile. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES Arlès J., Méthode analogique de cartographie de l ensoleillement théorique journalier. Bull. Ecol., 8 (3), Bachacou J., Le calcul automatique des pentes. Contribution à l opération «Vichy > du contrat «carte de potentialité CEE». Doc. Ronéo. LN.R.A. Biométrie, 22 p. Bachacou J., MarinLaflèche A., Rémy J. C., Vachez Evelyne, Calcul automatique des pentes aux noeuds d un réseau régulier pour une lecture automatique au 1/25 eooo de la carte des sols de l Aisne. Doc. Ronéo, I.N.R.A. Biométrie, 38 p. Baille A., Reich P., Seguin B., Hodin A., Van Chi N., Calcul des réductions d insolation dues aux panaches des réfrigérants atmosphériques. Note interne I.N.R.A. Bioclimatologie, Avignon. Bonneric Ph., Conception et réalisation d un système cartographique appliqué à la pédologie. Mémoire d Ingénieur du C.N.A.M. Informatique de Gestion. Centre Régional Associé de Montpellier. 130 p. Boulaine J., Projet de Taxonomie Pédologique. Doc. Ronéo. LN.A.P.G., 20 p. Desvignes F., Le rayonnement solaire. Acta electroni. 18 (4), Dogniaux R., Eclairement énergétique par ciel serein de parois orientées et inclinées. Instit. Roy. Meteo. Belgique Miscallaneae, série B, 25 et 26. Dogniaux R., Programme de calcul pour la prédétermination précise des éclairements énergétiques et lumineux en relation avec l utilisation de l énergie solaire. In «Electricité Solaire». Colloque International de Toulouse, 918. Durand R., Calcul des paramètres de position du soleil. Note interne LN.R.A. Bioclimatologie, Versailles. Esim, Tables d ensoleillement maximal pour la France. Collection de l Ecole Supérieure d Ingénieurs de Marseille. EDI SUD, 149 p. Fuggle R. F., A computer programme for determining direct shortwave radiation income on Slopes. Climat Bull. Mac Gill. Univ. (7), 810. Houssay Ph., Exploitation de modèles numériques de terrain. Cartographie de la pente et de l ensoleillement. Département de Géomatique IGN. 16 p. Legros J. P., Hensel E., Les concepts de base du Système I.N.R.A. 6 de Cartographie Assistée par Ordinateur. Actes du Se Colloque Informatique et Biosphère, Paris, 144 à 166. Mallet J. L., Présentation d un ensemble de méthodes et techniques de la cartographie automatique numérique. Sciences de la Terre. Informatique Géologique (4). Mallet J. L., Programmes de cartographie automatique, présentation de la bibliothèque CARTOLAB. Sciences de la Terre. Informatique Géologique (7). Perrin de Brichambaut, Estimation de l énergie solaire In Electricité Solaire. Colloque International de Toulouse, 994 à Perrin de Brichambaut, Estimation de l Energie Solaire disponible au sol. La Météorologie, VI Série (15), 5 à 45. Roulleau J., Trochon R., Météorologie générale. Tome 1, 141 p. GauthierVillars. Stefce, Valeurs de rayonnement global et de durée d insolation observées dans les stations climatologiques de l LN.R.A. Service d Etudes Climatiques, Montfavet, 150 p. Swift L. W., Algorithm for solar radiation on Mountain Slopes. Water. Resour. Res., 12 (1), Tricaud J. F Atlas énergétique du rayonnement solaire pour la France. Pyc Edition, Paris, 278 p. Varlet Grancher C., Variation et estimation de l énergie d origine solaire reçue sur des plans d inclinaison et d azimut variables. Ann. Agron., 26 (3),

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