solar coordinates
Coordonnées locales permettant de situer la position du Soleil dans le ciel à un instant et en un lieu donnés. Elles reposent sur deux angles : l'azimut solaire, mesuré selon la convention retenue dans cette fiche dans le sens direct à partir de la direction du Sud jusqu'à la projection du Soleil sur le plan horizontal ; et la hauteur solaire, angle entre le plan horizontal du lieu et la direction du Soleil. Ces coordonnées varient en fonction de l'heure, de la date et de la latitude du lieu d'observation.
Contents
What you will learn
- Distinguer l'azimut solaire de la hauteur solaire.
- Lire un couple d'angles dans une convention annoncée.
- Reconnaître les cas limites à 0° et 90°.
- Savoir quelles données associer à un relevé solaire.
In plain terms
Imaginez que vous montrez le Soleil du doigt. Pour décrire exactement cette direction, deux gestes suffisent. Sur le sol, vous tournez depuis une direction de départ jusqu'à celle du Soleil : cette rotation donne l'azimut solaire. Puis vous levez le bras depuis l'horizontale : cette inclinaison donne la hauteur solaire.
Le couple de valeurs n'est valable que pour un lieu et un instant donnés, car la position apparente du Soleil change avec l'heure, la date et la latitude.
Definition
Les coordonnées solaires sont un couple de coordonnées locales qui décrit la direction du Soleil relativement au plan horizontal de l'observateur. La première coordonnée est l'azimut solaire : c'est l'angle, mesuré dans le plan horizontal, entre une direction d'origine et la projection de la direction du Soleil sur ce plan. La seconde est la hauteur solaire : c'est l'angle orienté entre le plan horizontal et la direction du Soleil, positif au-dessus de l'horizon, nul dans le plan horizontal et négatif au-dessous.
Dans la convention de cette fiche, l'azimut part du Sud et croît dans le sens direct. La définition source prévoit le Nord comme origine dans l'hémisphère austral. L'origine et le sens ne sont toutefois pas universels : toute valeur d'azimut doit donc être accompagnée de sa convention. La hauteur, elle, vaut 0° quand la direction est sur l'horizon et 90° quand elle est perpendiculaire au plan horizontal.
Une paire d'angles ne suffit pas sans le lieu et l'instant auxquels elle se rapporte. À date et heure identiques, la latitude du lieu intervient aussi ; à lieu fixe, l'heure et la date font varier la paire.
A step-by-step example
Un observateur relève la direction du Soleil depuis un emplacement donné, à une date et une heure notées avec la mesure. Il adopte la convention de la fiche : origine au Sud et rotation dans le sens direct.
Les données relevées sont un azimut solaire de 45° et une hauteur solaire de 30°. Le plan horizontal du lieu sert de référence commune aux deux angles.
1. Dans le plan horizontal, partez de la direction du Sud.
2. Tournez de 45° dans le sens direct jusqu'à la projection horizontale de la direction solaire.
3. Dans le plan vertical contenant cette projection, partez de l'horizontale.
4. Levez la direction de 30° pour atteindre celle du Soleil.
2. Tournez de 45° dans le sens direct jusqu'à la projection horizontale de la direction solaire.
3. Dans le plan vertical contenant cette projection, partez de l'horizontale.
4. Levez la direction de 30° pour atteindre celle du Soleil.
Le résultat est le couple ordonné (azimut, hauteur) = (45°, 30°), avec la convention, le lieu et l'instant associés. Pour contrôler la lecture, on vérifie séparément que 45° est la moitié d'un angle droit horizontal et que 30° est le tiers d'un angle droit vertical.
In practice
Pour pointer une direction solaire depuis un lieu, on règle d'abord la rotation horizontale selon l'azimut, puis l'inclinaison selon la hauteur. Si l'instrument emploie le Nord ou un autre sens d'azimut, on convertit la convention avant tout réglage.
Pour consigner une observation, on note les deux angles avec la date, l'heure, le lieu et la convention d'azimut. Une paire isolée convient à un relevé ponctuel ; pour un autre instant ou un autre lieu, il faut déterminer une nouvelle paire.
Pour comparer deux positions apparentes, on garde le même référentiel horizontal et la même convention. Si ces repères diffèrent, on les harmonise avant de comparer les nombres.
Not to be confused with
L'azimut solaire n'est pas la hauteur solaire. L'azimut mesure une rotation dans le plan horizontal ; la hauteur mesure une inclinaison au-dessus ou au-dessous de ce plan. Deux directions peuvent donc avoir le même azimut et des hauteurs différentes.
La hauteur solaire n'est pas l'altitude géographique du lieu. La première est un angle décrivant une direction dans le ciel ; la seconde situe le lieu lui-même par rapport à un niveau de référence. Une mesure exprimée en degrés indique ici la hauteur angulaire, non une distance verticale.
Limits and pitfalls
À une hauteur de 0°, la direction solaire se trouve dans le plan horizontal : c'est le cas charnière de l'horizon. Une hauteur négative place la direction sous ce plan ; il ne faut pas la remplacer par 0° sous prétexte que le Soleil n'est plus visible au-dessus de l'horizon.
À une hauteur de 90°, la direction est perpendiculaire au plan horizontal. Sa projection sur ce plan se réduit alors à un point, si bien qu'aucune direction horizontale ne distingue un azimut. Il faut signaler l'azimut comme indéterminé dans ce cas, plutôt que lui attribuer arbitrairement 0°.
Une valeur d'azimut sans origine ni sens de rotation est ambiguë. Le symptôme est que deux schémas placent le Soleil dans des directions différentes avec le même nombre. Il faut annoncer la convention ou convertir les valeurs vers un référentiel commun.
Enfin, le couple dépend du lieu et de l'instant. Réutiliser une paire à une autre heure, une autre date ou une autre latitude revient à changer les données du problème ; une nouvelle détermination est nécessaire.
Further reading
La notion d'azimut approfondit la mesure d'une direction dans un plan horizontal et les conventions qui fixent son origine et son sens.
Le plan horizontal précise le repère local à partir duquel l'azimut et la hauteur solaire sont construits.
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