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La connaissance du rayonnement solaire, ou irradiation solaire, à la surface de la Terre est d’un grand intérêt dans de nombreux domaines. Cependant le développement de systèmes utilisant l’énergie solaire nécessitent des données sur le rayonnement solaire denses (spatialement et temporellement) et suffisamment précises pour simuler, concevoir, gérer et optimiser le fonctionnement de ces systèmes. L’objectif principal de cette thèse est de concevoir et développer une méthode d'estimation de l'irradiation solaire applicable à la zone intertropicale. Les travaux de la première partie se concentrent sur la recherche d’une solution méthodologique pour estimer le l’irradiation solaire sur la partie Nord du continent Sud-Américain (Plateau des Guyanes) avec une haute résolution spatiale et temporelle et une précision similaire à celle des aux autres méthodes opérationnelles sous d’autres climats. Dans la deuxième partie, nous proposons d’améliorer les estimations d’irradiation solaire obtenues dans la première partie, notamment celles faites en ciel couvert. Le Plateau des Guyanes étant une zone fortement affectée par la ZIC et avec des passages nuageux très fréquents, il nous est apparu nécessaire de compléter les modifications apportées à la méthode originelle en introduisant une modélisation du ciel couvert. Dans la troisième partie, nous proposons de réaliser des cartographies d’indicateurs en utilisant les estimations d’irradiation obtenues avec la méthode Heliosat-2 modifiée. Enfin, nous concluons sur les avancées obtenues en termes de connaissance sur l’irradiation solaire et sur son exploitabilité sur le Plateau des Guyanes / Knowledge of solar radiation, or solar irradiation, at Earth’s surface is of great interest in many fields. However, the development of systems using solar energy need spatially and temporally dense data on solar radiation, sufficiently accurate to simulate, design, generate and optimize the operation of these systems.The main objective of this thesis is to design and develop a method to assess solar irradiation applicable on intertropical regions. The works of the first part focus on the search of a methodological solution to assess solar irradiation on the northern part of the South American continent (Guiana Shield) with a high temporal and spatial resolution and accuracy on the same level of other operational methods under other climates. In the second part, we propose to improve the solar irradiation assessments obtained in the first part, notably those done in cloudy sky. The Guiana Shield being a zone strongly affected by the ITCZ and with recurrent cloudy periods, it appeared necessary to us to complete the changes brought to the original method by introducing a modeling of the cloudy sky. In the third part, we propose to produce maps of indicators by using the assessments of solar irradiation obtained with the modified Heliosat-2 method. Finally, we conclude on the advances obtained in terms of knowledge on solar irradiation and its exploitability on the Guiana Shield.

Peu de stations au sol mesurent l'éclairement et des méthodes ont été développées pour l'évaluer à partir d'images prises par des satellites géostationnaires ou en orbite polaire. Dans les méthodes actuelles, dites inverses, le signal perçu par le satellite est inversé pour dériver le rayonnement au sol. Il est estimé de manière générale que les limites des méthodes inverses sont certainement atteintes en terme de précision. En conséquence, une nouvelle voie, basée sur la modélisation directe de la propagation du rayonnement solaire dans l'atmosphère, est explorée. Dans cette thèse, nous concevons une nouvelle méthode -dite Heliosat-4- basée sur le code de transfert radiatif libRadtran et tirant profit des produits de meilleure qualité, extraits des nouvelles capacités d'observation de la terre. Dans cet objectif, nous avons - par une analyse de sensibilité, établi les entrées nécessaires pour toute méthode basée sur un code de transfert radiatif, - établi que l'éclairement au sol pour une atmosphère nuageuse peut être considéré comme égal au produit de l'éclairement obtenu par ciel-clair et d'une fonction de l'extinction due aux nuages et de la contribution de la réflectance du sol, - mis en œuvre des approximations de l'équation de transfert radiatif pour des atmosphères claire ou nuageuse, permettant des calculs rapides. Heliosat-4 est affranchi des paramètres empiriques, facile à implémenter et fournit simultanément les composantes directe, diffuse et la distribution spectrale de l'éclairement. Ces caractéristiques, bien que nécessaires pour différentes applications, sont rarement fournies. Les premiers résultats de la validation de cette nouvelle méthode avec les mesures sol sont prometteurs : les performances observées sont proches de celles des méthodes actuelles.

This thesis is on the estimation models for the daily global solar irradiation on a horizontal surface at the surface of the Earth. New approaches are developed and applied to 15 locations of Turkey and Germany. The main idea in developing the new models is to link the surface data to satellite imagery. Totally three new modeling approaches are developed and tested. Surface data of daily bright sunshine hours (s) and cloud index (n) values derived from satellite images are the main input parameters. In the first approach, monthly coefficients of Angstr&ouml / m linear relation between daily solar irradiation and daily bright sunshine hours are used to replace the clear sky irradiance calculations of HELIOSAT model. In the second approach new correlations are obtained between daily bright sunshine hours (s) and cloud index (n). Last model that is developed uses a new correlation expression between daily solar irradiation and daily data of s and n and this expression is derived using a physical consideration. The performances of the proposed models are tested against conventional methods (mainly, satellite-based HELIOSAT and ground-based linear Angstr&ouml / m-Prescott type). The results show that the use of sunshine duration together with the cloud index is quite satisfactory in the estimations of daily global solar irradiation. The accuracy of estimations of the combined models is considerably higher than the conventional approaches. Therefore, we propose to use the new approaches to estimate daily global irradiation whenever the data of bright sunshine hours is available for the location of interest or a nearby station. In addition, for a point on the earth surface, depending on the data in hand, suitable and most accurate models of estimations are proposed for that point.

Peu de stations au sol mesurent l'éclairement et des méthodes ont été développées pour l'évaluer à partir d'images prises par des satellites géostationnaires ou en orbite polaire. Dans les méthodes actuelles, dites inverses, le signal perçu par le satellite est inversé pour dériver le rayonnement au sol. Il est estimé de manière générale que les limites des méthodes inverses sont certainement atteintes en terme de précision. En conséquence, une nouvelle voie, basée sur la modélisation directe de la propagation du rayonnement solaire dans l'atmosphère, est explorée. Dans cette thèse, nous concevons une nouvelle méthode -dite Heliosat-4- basée sur le code de transfert radiatif libRadtran et tirant profit des produits de meilleure qualité, extraits des nouvelles capacités d'observation de la terre. Dans cet objectif, nous avons - par une analyse de sensibilité, établi les entrées nécessaires pour toute méthode basée sur un code de transfert radiatif, - établi que l'éclairement au sol pour une atmosphère nuageuse peut être considéré comme égal au produit de l'éclairement obtenu par ciel-clair et d'une fonction de l'extinction due aux nuages et de la contribution de la réflectance du sol, - mis en œuvre des approximations de l'équation de transfert radiatif pour des atmosphères claire ou nuageuse, permettant des calculs rapides. Heliosat-4 est affranchi des paramètres empiriques, facile à implémenter et fournit simultanément les composantes directe, diffuse et la distribution spectrale de l'éclairement. Ces caractéristiques, bien que nécessaires pour différentes applications, sont rarement fournies. Les premiers résultats de la validation de cette nouvelle méthode avec les mesures sol sont prometteurs : les performances observées sont proches de celles des méthodes actuelles.

Le Soleil est la source d'énergie essentielle de notre planète, et la connaissance du rayonnement solaire devient nécessaire dans un nombre croissant de domaines, où les utilisateurs font face à un manque de données. Les mesures disponibles dans le réseau météorologique mondial fournissent des valeurs du rayonnement solaire reçu au sol ; cependant elles sont ponctuelles et dispersées. Il est alors nécessaire de recourir à des interpolations ou extrapolations, techniques d'autant moins précises que la distance à la station augmente. Dans ce contexte, nous proposons d'une part une méthode d'estimation du rayonnement solaire reçu au sol à partir d'images satellitales, et d'autre part des outils pour permettre à l'utilisateur d'accéder de manière plus efficace à l'information sur le rayonnement solaire par l'intermédiaire d'Internet. Parmi les méthodes existantes, la méthode Heliosat a été choisie au regard des critères de qualité, de robustesse, et d'exploitation, qualités qui doivent être renforcées dans l'objectif de créer une climatologie du rayonnement solaire. Nous proposons donc d'améliorer la méthode Heliosat en 1) introduisant une méthode automatique d'étalonnage, 2) utilisant un modèle ciel clair plus précis, 3) établissant une nouvelle relation entre les indices de ciel clair et d'ennuagement, 4) évaluant l'albédo des différentes surfaces à partir des images étalonnées. Forte de ces améliorations, la méthode " Heliosat-2 " constitue alors une base solide pour l'élaboration d'une base de données climatiques du rayonnement solaire, devant être disséminées au travers d'Internet.