Ombres et ensoleillement des pentes

Le but de cette étude est l'élaboration d'une carte de l'angle d'éclairage  d'une pente ainsi que les zones d'ombres.pour chaque heure d'un jour dans l'année.

Pour illustrer les pentes fortement ensoleillée dans le Mercantour en hiver,  les calculs sont réalisés pour Isola 2000  le 1er décembre 2016 entre le lever et le coucher du soleil en traçant une carte toute les heures entre 8h et 15h.

Les cartes 3D sont ensuite animées pour donner la trajectoire du soleil apparent dans le secteur d'Isola et de vallée de la Tinée.

 Ensoleillement et ombre sur Haut-var/haut-verdon

Légende :

  • Les parties grises représentent les zones d'ombres
  • Le rayonnement incident perpendiculaire à la pente est en orange
  • L'angle incident  diminue ensuite selon un dégadé vers le blanc
  • le blanc représente un angle d'environ 60 degrés avec la normale à la pente.
  • Les couleurs brun-rouges de plus en plus foncées sont les angles rasant de 30 à 0 degrés

 

Conception technique

La génération  des cartes se fait avec mon logiciel de géographie préféré Quantum-Gis. Un script python permet de réaliser les calcul d'ombrage

Mais avant de se lancer dans la finalisation des cartes, il faut comprendre le fonctionnement de cet outil.

Le script demande en entrée la position du soleil en azimut et inclinaison.

De nombreux articles traitent ce sujet puisqu'il est à la base de toute implantation de panneau solaire. Une recherche sur Internet donne une multitude de sites mais comme d'habitude sur Internet il faut faut faire un sérieux tri. Les premières pages renvoient vers des sites commerciaux  puis viennent toute une série de sujets généraux copiés les uns sur les autres , il faut descendre aux pages 4 et 5 de Google pour trouver les articles techniques.

Je ne traiterai donc pas cette partie du problème dont la documentation est assez fournie. Une attention particulière doit être portée aux schémas  en représentation dans l'espace pour une bonne compréhension des mouvements du soleil en trigonométrie sphérique. Pour éviter de longues recherches je citerai les documents les plus pertinents en français  que j'ai sélectionné ( il y en a bien d'autres ) Voici ma sélection

 

Une fois assimilé  les termes techniques de plan de l'écliptique, de zénith, de plan méridiens on pourra calculer la déclinaison, l'heure solaire vraie, l'angle horaire, l’équation du temps et enfin l'azimut et l'inclinaison dans un repère lié à la terre.

On pourra s’intéresser à un très bon  cours de trigonométrie sphérique ( sans démonstrations de formules mathématiques) qui traite en exercices les mouvements du soleil

trigonométrie sphérique par michel Samoey http://www.astro-carl.com/imprimer.php3?id_article=436

La dernière source puisée sur Internet décrit le fonctionnement de l'outil solaire sur ArcGis mais le principe est le même sur QGis et détaille les étapes nécessaires au calcul de l'ombrage sur un Mouvement naturel de terrain.

 Fonctionnement de l'outil ombrage : http://pro.arcgis.com/fr/pro-app/tool-reference/spatial-analyst/how-hillshade-works.htm

Réalisation des cartes

 Dans Qgis activer le plug-in Analyse de terrain

Puis activer le script  Ombrage.

Les paramètres à renseigner sont la carte raster des mouvements de terrain . ce sera une carte de l'IGN au pas de 75m (ccordonnées Lambert 93 )  ou une carte de la Nasa (coordonnees WGS84 )

 Les coordonnées  du soleil azimut et inclinaison) à une date et heure de la journée   L'inclinaison est mesurée par rapport à la verticale ce sera donc 90 -inclinaison en degrés.

Le résultat est le cos de l'angle entre le vecteur soleil et la normale à la pente. On le  multiplie par 255 pour obtenir les différentes nuances de couleur. Les valeurs négatives sont mises à zéro et représente l'ombre.

L’algorithme ne prend pas en compte les masques des montagnes environnantes, mais limite les calculs aux pentes sur des pavés élémentaires de 3 * 3, soit  pour notre MNT,  225m.

 On ne pourra pas utiliser les cartes de l'IGN qui dessinent leur propre ombrage pour renforcer le relief. On utiliserales vecteurs OSM pour tracer les routes, les rivières et les sommets .On y ajoute les courbes de niveau tous les 100m

 La représentation se fera en carte 3D gourmande en taille mais bien plus lisible que les plans

Carte du secteur d'Isolea2000 et de la tinée: Représentation de l'ombre et de la lumière le 1er janvier 2016 à 09h locale.

 

 


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