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Quelles sont les fréquences du rayonnement solaire ?

12/11/2020

L’exposition aux ondes électromagnétiques des antennes relais et des téléphones portables est aujourd’hui au centre des attentions. Or, nous sommes exposés tous les jours aux rayons du soleil qui sont eux aussi des ondes électromagnétiques. La différence ? Les fréquences concernées…

L’énergie que la Terre reçoit du soleil est colossale. Cela a permis à la vie d’apparaitre sur notre planète et représente la source de nombreuses énergies renouvelables : solaire, éolien (le vent), hydraulique (les pluies) et biomasse (la photosynthèse). Il n’y a que l’énergie marémotrice, où la Lune joue le rôle principal, et l’énergie géothermique qui soient renouvelable sans l’aide du soleil !

La densité de puissance surfacique des ondes du soleil à la distance de la Terre est d’environ 1 362 W/m², ce qui représente plus de 700 V/m ! Cette valeur de champ électrique se situe donc bien au-dessus des valeurs limites d’exposition que traite l’ANFR dans le domaine radioélectrique. Cela signifie que pour chaque m², l’énergie accumulée pendant une heure est de 1 362 Watt-heure. Lorsqu’il fait beau, environ 70 % de cette énergie arrive au sol et, accumulée par la Terre le soir venu, peut être restituée à l’atmosphère, créant d’ailleurs parfois des conduits de propagation des ondes qui donnent naissance aux phénomènes de propagation anormale et aux brouillages saisonniers.

Le spectre en fréquences de cette énergie est celui d’un corps noir à la température de la surface du soleil, c’est-à-dire environ 5 000 °C. La figure 1 représente le corps noir mais également la part de la densité surfacique de puissance qui est reçue au sol après avoir été filtrée par l’atmosphère, notamment à cause des raies d’absorption de ses composants. On réalise ainsi que l’œil humain est parfaitement adapté au système solaire : notre œil nous permet de (perce)voir les fréquences les plus présentes dans le spectre émis par le soleil, et elles seules.

Spectre du rayonnement solaire (source : wikipedia)

On constate également sur cette figure que l’énergie émise par le soleil décroit fortement avec la longueur d’onde : la courbe s’affaisse très vite vers la droite, alors qu’elle est encore bien loin d’atteindre les plus hautes fréquences radios. En effet, notre courbe s’arrête peu après 2 500 nm, mais le spectre ne devient de la radio qu’à une longueur d’onde 40 fois plus grande (100 000 nm) qui sortirait largement de la page (soit 3 THz) : il y a longtemps qu’avec l’échelle choisie, la courbe semblerait confondue avec l’axe des abscisses.

Le soleil envoie donc très peu d’énergie dans la gamme des fréquences radioélectriques -- et c’est l’une des raisons pour que l’humanité ait entrepris d’en tirer parti ! Tentons d’en calculer un ordre de grandeur en utilisant la loi de Rayleigh-Jeans, qui fournit une bonne approximation du rayonnement du corps noir dans la gamme des fréquences radios :

  • Au-dessous de 1 THz, l’ensemble de la puissance rayonnée n’est que de 10 µW/m² ;
  • Au-dessous de 60 GHz, fréquence plus classique en radioélectricité, elle est mille fois plus faible : 10 nW/m².


Le rayonnement radio reçu par le soleil apparaît donc négligeable comparé à l’énergie reçue dans le spectre visible. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle les communications radios sont peu perturbées par le soleil. Le bruit solaire n’est pris en compte que dans des configurations exceptionnelles, par exemple lorsque le soleil est dans l’alignement d’antennes très directives (voir Recommandation UIT-R P372). 

Il n’en demeure pas moins qu’il est utile de surveiller les fluctuations de cette énergie radioélectrique, qui peuvent être riches d’enseignements sur les autres parties du spectre émis par le soleil. C’est l’une des missions de la radioastronomie.

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