Irradiation solaire

Le calcul de la constante solaire et les mesures par satellite montrent que la Terre, qui est située à environ 150 millions de kilomètres du Soleil (soit une unité astronomique), reçoit de sa part un rayonnement d'une puissance moyenne de 1 361 W/m²[1]. Cette puissance est reçue par une unité de surface qui serait perpendiculaire aux rayonnements juste au-dessus de l'atmosphère terrestre.

L'énergie totale interceptée par la Terre est celle qui manque dans l'ombre de la Terre. Cette ombre est équivalente à celle d'un disque apparent (plat) d'une surface S égale à π × R² avec R = 6 368 km, soit S = 127 400 000 km2 = 1,274 × 10¹⁴ m².

La puissance totale reçue par la Terre se calcule par le produit de la puissance moyenne irradiée par la surface totale calculée :
P = 1 361 W/m² × 1,274 × 10¹⁴ m² = 1,734 × 10¹⁷ watts = 173 pétawatts (10¹⁵ W).

La puissance moyenne au sol vaut donc 1 361 W/m² / 4 (voir la surface d'une sphère), soit 340 W/m².

L'énergie totale reçue pendant un an vaut :
E = 365,25 × 24 × 3 600 × 1,73 × 10¹⁷ joules = 5,47 × 10²⁴ J = 5,47 yottajoules.

Cependant, une part de l'énergie est réfléchie par le système Terre-atmosphère et finalement seuls 70 % environ de l'énergie sont absorbés par la Terre, soit, pendant un an :
E_a = 0,7 × 5,47 × 10²⁴ J = 3,83 × 10²⁴ J = 3,83 yottajoules.
E_a = 1,06 × 10²¹ Wh = 1 060 milliards de gigawatts-heures.
E_a = 92 × 10¹² tep (tonne d'équivalent pétrole) = 92 000 gigatep.

Pour comparaison, la consommation énergétique mondiale est de 418 EJ en 2019, soit 1/9 000 de l'énergie solaire absorbée en un an, équivalent à l'énergie absorbée par la Terre en 35 minutes.

Carte du rayonnement solaire en France.