Mesure et Analyse Statistique Tout Temps du Spectre du Rayonnement Solaire

All Weather Solar Spectrum Measurement and Statistical Analysis

• Auteur / Autrice : Guillaume Tourasse
• Direction : Dominique Dumortier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 19/12/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole nationale des travaux publics de l'Etat (Vaulx-en-Velin, Rhône ; 1975-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire génie civil et bâtiment (Vaulx-en-Velin, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Jocelyn Chanussot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Viénot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Blanc, Pierre Ineichen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colorimétrie

Échantillonnage (statistique)

Mesure

Spectre solaire

Mots clés libres

Mesure au sol

Etalonnage

Eclairements énergétiques spectraux

Climatologie spectrale

Représentativité climatique

Partitionnement de données

Extrapolation spectrale

Analyse en composantes principales

Illuminants D

Paramètres météorologiques

Colorimétrie

Modèle statistique

Tout temps

Ground measurements

Calibration

Spectral irradiance

Spectral Climatology

Climatic Representativeness

Cluster analysis

Spectral extrapolation

Principal component analysis

D series of illuminants

Meteorological parameters

Colorimetry

Statistical model

All weather

Résumé

Ce document présente la mise en place d’un système de mesure des éclairements énergétiques spectraux solaires pour tout type de temps, sur 4 plans. Les 4 spectromètres mesurent au total 900 spectres/min et produisent chacun un spectre/min moyen et son écart type. Entre 2014 et 2015, 700 000 spectres ont été enregistrés sur un domaine compris entre 400 et 1000 nm avec un pas ≤1 nm. Un échantillon de 145 000 spectres représentatifs du climat lyonnais a été sélectionné pour une analyse statistique. Pour ce faire, l’échantillon a été réduit par partitionnement à 1175 spectres. Son domaine spectral a été étendu de 280 à 1500 nm à l’aide du RTM SMARTS. Une ACP de cet échantillon extrapolé a permis d’en réduire la description à 3 composantes et ainsi de réviser le modèle des illuminants D de la CIE. Enfin, la relation entre composition spectrale et paramètres environnementaux ou colorimétriques ouvre une voie vers des modèles statistiques de génération de spectres du rayonnement solaire.

This manuscript presents the design and setup of an all-weather spectral irradiance measurement system on 4 planes. The 4 spectrometers measure a total of 900 spectra/min to produce every minute, a mean spectral irradiance and its standard deviation. Between 2014 and 2015, this system recorded 700,000 spectra, for wavelengths ranging between 400 and 1,000 nm with a step ≤1 nm. A sample of 145,000 spectra representative of the Lyon climate was selected for statistical analysis. For this purpose, the sample was reduced in size by partitioning it in 1,175 spectra. Its spectral domain was extended to 280-1,500 nm by extrapolating the spectra with curve fitting using the SMARTS2 RTM. A PCA of the extrapolated sample reduced its description to only 3 components; hence, allowing a revision of the CIE’s illuminant D series. Finally, the relation between spectral power distribution and environmental or colorimetric parameters opens a way towards statistical models for generating solar spectra.