Qu’est-ce qu’un Héliographe?

L’héliographe est un instrument qui permet de mesurer la durée de l’ensoleillement en un point de la surface de la planète.

Héliographe Campbell

Le premier héliographe dit « héliographe Campbell-Stokes» a été fabriqué par Campbell en 1853. Il était constitué d’une boule de cristal de 10 cm de diamètre, exposée au Soleil, faisant effet de lentille. Le principe est élémentaire : une sphère de verre fait converger les rayons reçus du soleil en un point (foyer), un papier placé sur la surface focale est carbonisé à l’ endroit où se forme l’image du soleil et la trace brûlée tient lieu d’enregistrement.

Le support du papier permet de déplacer ce dernier en fonction de la saison, c’est-à-dire de la hauteur maximale du Soleil au-dessus de l’horizon. La partie brûlée de la feuille de papier indiquait les moments de la journée où le Soleil avait brillé sans nuages. La lumière brûle le papier au fur et à mesure du déplacement du point focal, tant que le Soleil brille. La bande de papier est graduée en heures, ou plus finement. La mesure est imprécise en hiver et lorsque le Soleil est filtré par des nuages qui bloquent l’infrarouge. Le système ne fonctionne pas à l’aube et au couchant où l’infrarouge est filtrée par l’atmosphère.

L’horizon, vu de l’emplacement de l’appareil, doit être dégagé de tout obstacle matériel pouvant porter ombre sur l’héliographe et ce, quelles que soient la date et l’heure de la journée. En d’autres termes, pour un observateur situé à l’emplacement de l’appareil, le soleil ne doit être caché que lorsqu’il est en dessous de l’horizon naturel, ce terme « horizon naturel » désignant ici la surface du sol à une distance éloignée.
La solution la plus pratique consiste à installer l’héliographe au sommet d’une tour ou sur un toit (de hauteur raisonnable bien sûr, pas plus de 10 à 15 m par exemple).

Chaque soir, après le coucher du soleil, il faut enlever le carton qui a été brûlé par les rayons du soleil ayant traversé la boule de cristal. Celle-ci agit comme une loupe en concentrant les rayons sur le carton. Le déplacement du soleil fait changer le point de convergence des rayons sur le carton, ce qui produit une ligne brûlée sur celui-ci. Si un nuage cache les rayons du soleil, il y aura sur le carton un endroit, correspondant à cette heure, qui ne sera pas brûlé. À l’aide d’une règle graduée en heures, on mesure la longueur des brûlures sur le carton. Ainsi, en additionnant le temps de toutes les sections, il est possible d’obtenir le nombre d’heures d’ensoleillement total de la journée en tenant compte de la présence ou de l’absence de nuages. Une graduation des molettes permette de régler l’inclinaison du support en fonction de la latitude du point où est installé l’héliographe.

Depuis, des systèmes automatiques équipés de cellules photoélectriques, ou d’autres types de matériels sont utilisés.

On distingue :

• les héliographes statiques : ils comportent deux cellules photovoltaïques dont l’une mesure le rayonnement global et l’autre le rayonnement diffus. Si le Soleil est présent, ce système à deux cellules délivre un signal de déséquilibre à partir d’un seuil donné.
• Les héliographes dynamiques ; équipés d’une partie mobile, ils peuvent analyser la différence entre luminance du ciel et celle du Soleil.

La connaissance de la durée d’ensoleillement est utile en météorologie, mais aussi pour les énergéticiens (pour les calculs de production d’eau chaude ou d’électricité par panneaux ou moquettes solaires par exemple), ainsi que pour les écologues (la lumière étant la condition de la photosynthèse).

Des systèmes analogues ont été imaginés pour guider des panneaux solaires mobiles vers le soleil.

Il existe aussi des spectrohéliographes, équipés de filtres et caméras qui sélectionnent certaines longueurs d’ondes, afin d’étudier par exemple :

• l’activité solaire, dont les éruptions et protubérances (dynamique pré-éruptive et éruptive, qui peuvent avoir des impacts sur la météo et la transmission radio),
• la dynamique des filaments solaires.