hauteur du Soleil

Imaginez une ligne horizontale partant de vos yeux vers l'horizon. Quand le Soleil se lève, il se trouve sur cette ligne : sa hauteur vaut 0°. Puis il monte dans le ciel et l'angle entre votre horizon et sa direction augmente. Si vous devez lever le regard à mi-chemin entre l'horizon et le point situé exactement au-dessus de vous, cet angle vaut 45°.

Cette hauteur change avec l'heure, mais aussi avec le lieu et la date. Elle atteint son maximum quotidien au midi solaire, qui ne coïncide pas nécessairement avec 12 heures à la montre.

La hauteur du Soleil est une coordonnée angulaire mesurée dans le plan vertical qui contient le Soleil. Son sommet est le lieu d'observation, un côté suit le plan horizontal local et l'autre pointe vers le Soleil. Elle s'exprime en degrés : 0° place le centre du Soleil sur l'horizon géométrique et 90° le place au zénith, exactement au-dessus de l'observateur. Tant que le Soleil est au-dessus de l'horizon, sa hauteur est comprise entre ces deux valeurs.

La hauteur et l'azimut forment les deux coordonnées horizontales du Soleil. La première indique de combien il faut lever le regard ; le second donne la direction à suivre le long de l'horizon. Ces coordonnées dépendent du lieu et de l'instant choisis.

Au passage du Soleil au méridien local, sa hauteur atteint sa culmination quotidienne. Pour une culmination au-dessus de l'horizon, si la latitude du lieu est notée φ et la déclinaison solaire à la date considérée δ, la hauteur maximale h_max vérifie $h_{\max }={90}^{\circ }-\mathrm{\mid }\phi -\delta \mathrm{\mid }h\_\{\backslash max\}=90^\backslash circ-|\backslash varphi-\backslash delta|$. La déclinaison varie au fil de l'année : la hauteur de culmination varie donc avec les saisons et la latitude.

À l'équinoxe, on cherche la hauteur du Soleil au midi solaire pour un observateur situé à la latitude 45° nord. La latitude vaut φ = 45° et la déclinaison solaire vaut δ = 0°. Le Soleil est alors à sa culmination.

1. On calcule l'écart entre la latitude et la déclinaison : |45° − 0°| = 45°.
2. On retranche cet écart à 90° : h_max = 90° − 45° = 45°.
3. On conclut qu'au midi solaire la hauteur du Soleil vaut 45°.

La construction géométrique représente le même résultat : le rayon solaire et le plan horizontal local forment un angle de 45° au lieu d'observation.

Le contrôle est immédiat : à l'équinoxe, une latitude nulle donnerait 90° au midi solaire ; se déplacer de 45° en latitude réduit ici cette hauteur de 45°. Le résultat reste bien compris entre l'horizon, à 0°, et le zénith, à 90°.

Pour décrire la position du Soleil, la hauteur indique l'inclinaison du regard au-dessus de l'horizon. Si la direction horizontale compte aussi, il faut lui associer l'azimut : une hauteur seule ne dit pas vers quel point cardinal regarder.

Pour comparer l'ensoleillement selon les saisons, on observe la hauteur au même repère temporel, par exemple au midi solaire. Une hauteur plus faible signale alors des rayons plus inclinés par rapport au plan horizontal.

Pour effectuer une mesure sur place, un instrument angulaire donne la direction apparente du Soleil par rapport à l'horizontale locale. Il ne faut jamais viser directement le Soleil avec un instrument optique non équipé d'une protection solaire adaptée.

La hauteur ne doit pas être confondue avec l'azimut. La hauteur se mesure verticalement à partir de l'horizon, tandis que l'azimut se mesure horizontalement autour de l'observateur. Deux positions peuvent avoir la même hauteur de 45° tout en se trouvant dans des directions horizontales différentes.

Le midi solaire ne désigne pas automatiquement 12 heures à la montre. Il correspond au passage du Soleil au méridien local et à sa culmination quotidienne. Pour chercher la hauteur maximale du jour, il faut donc repérer ce passage plutôt que se fier uniquement à l'heure civile.

La hauteur du Soleil n'est pas sa déclinaison. La hauteur dépend de l'observateur et de l'instant ; la déclinaison est une coordonnée du Soleil liée à la date. À une même date, deux latitudes peuvent ainsi mesurer des hauteurs différentes malgré une déclinaison identique.

À 0°, le centre du Soleil se trouve sur l'horizon géométrique : c'est le cas charnière retenu pour le lever ou le coucher dans le modèle. En observation réelle, le relief, l'altitude de l'observateur et les effets atmosphériques peuvent décaler l'instant où le disque paraît franchir l'horizon.

La relation $h_{\max }={90}^{\circ }-\mathrm{\mid }\phi -\delta \mathrm{\mid }h\_\{\backslash max\}=90^\backslash circ-|\backslash varphi-\backslash delta|$ s'emploie ici pour une culmination au-dessus de l'horizon. Si son résultat est négatif, le Soleil ne devient pas visible à cette culmination : il ne faut pas ramener artificiellement la valeur dans l'intervalle de 0° à 90°.

Une hauteur proche de 90° n'est pas propre à toutes les régions tropicales ni à toutes les dates. Elle exige que la déclinaison solaire soit proche de la latitude du lieu. À l'équinoxe, cette situation se produit près de l'équateur ; ailleurs, l'écart |φ − δ| réduit la hauteur de culmination.

Le plan horizontal est local : il dépend du lieu d'observation et ne se confond pas avec une surface lointaine que le relief rend visible. Pour comparer deux mesures, il faut conserver le même référentiel local ou tenir compte du changement de lieu.

La hauteur ne fournit qu'une dimension de la position du Soleil. La fiche azimut présente la coordonnée horizontale complémentaire, utile pour déterminer la direction complète du Soleil dans le ciel.