Print this page

Mesure du vent

Anémomètre et girouette

Le vent est une grandeur vectorielle tridimensionnelle qui peut être caractérisée par deux grandeurs représentant son orientation (direction du vent) et son module (vitesse du vent). Chacune d'elles présente des variations aléatoires autour d'une valeur moyenne. La direction est mesurée à l'aide d'une girouette et la vitesse à l'aide d'un anémomètre.

Caractéristiques :

Anémomètre MDL33 de marque GME
Vitesse de démarrage : 0.5 m/s
Gamme de mesure : 0.5 à 50 m/s

 

Généralités

1. Vitesse du vent

La vitesse du vent est généralement exprimée en m/s, mais en météorologie, elle peut-être également exprimée en noeuds. Comme le vent est un paramètre météorologique affecté de fluctuation aléatoires, la valeur qui est donnée dans les bulletins météorologiques est la vitesse moyenne établie sur une période de 10 minutes. Dans le domaine agronomique, la grandeur considérée, est le "chemin parcouru par le vent" au cours d'une période donnée.

La force du vent est estimée d'après une échelle numérique allant de 0 (calme) à 12 (ouragan), adoptée à l'origine par l'amiral Beaufort. Les spécifications de l'échelle Beaufort données dans le tableau qui suit, ont été acceptées aux rencontres du Comité de météorologie Internationale (Varsovie 1935-Berlin 1939).

Be

Description

Vvt (m/s)

Spécification pour l'estimation de la vitesse

0

Calme

< 0.2

Calme; la fumée s'élève verticalement

1

Très légère brise

0.3 - 1.5

La direction du vent est révélée par l'entraînement de la fumée, mais non par la girouette

2

Légère brise

1.6 - 3.3

Le vent est perçu au visage; les feuilles frémissent; une girouette ordinaire est mise en mouvement

3

Petite brise

3.4 - 5.4

Feuilles et petites branches constamment agitées; le vent déploie les drapeaux légers

4

Jolie brise

5.5 - 7.9

Le vent soulève la poussière et les feuilles de papier; les petites branches sont agitées

5

Bonne brise

8.0 - 10.7

Les arbustes en feuilles commencent à se balancer; de petites vagues avec crête se forment sur les eaux intérieures

6

Vent frais

10.8 - 13.8

Les grandes branches sont agitées; les fils télégraphiques font entendre un sifflement; l'usage des parapluies est rendu difficile

7

Grand frais

13.9 - 17.1

Les arbres sont agités en entier; la marche contre le vent est pénible

8

Coup de vent

17.2 - 20.7

Le vent casse des branches; la marche contre le vent est en général impossible

9

Fort coup de vent

20.8 - 24.4

Le vent occasionne de légers dommages aux habitations (arrachement de tuyaux, de cheminées et d'ardoises)

10

Tempête

24.5 - 28.4

Rare à l'intérieur des terres; arbres déracinés; importants dommages aux habitations

11

Violente tempête

28.5 - 32.6

Très rarement observé; s'accompagne de ravages étendus

12

Ouragan

> 32.7

La mer est entièrement blanche du fait des bancs d'écume dérivante; la visibilité est très fortement réduite

 

2. Profil vertical de vitesse du vent

La vitesse du vent du vent au voisinage de la surface du sol croît en fonction de l'altitude en suivant une loi semi-logarithmique.

Dans les réseaux météorologiques, elle est mesurée à 10 m de haut pour éliminer les perturbations causées par l'environnement immédiat. Il faut également que l'installation soit située en terrain dégagé, c'est-à-dire à une distance supérieure à 10 fois la hauteur des obstacles environnants.

En agrométéorologie, les mesures de la vitesse et de la direction du vent sont effectuées à 2 m au-dessus du sol. Ces mesures permettent d'avoir des informations sur les conditions de vent dans l'environnement immédiat du poste d'observation et des cultures. Les vitesses du vent qui sont mesurées, sont plus faibles qu'à 10 m. Pour estimer la vitesse du vent à la hauteur normalisée, il est nécessaire d'appliquer une correction qui tient compte de la forme du profil vertical de vitesse qui dépend elle-même du paramètre de rugosité Z0 de la surface du sol.

La relation entre les vitesses à 10 m et à 2 m de haut se déduit de :

avec :

  • U10 : vitesse du vent à 10 m (m/s)
  • U2 : vitesse du vent à 2m (m/s)
  • Z0 : paramètre de rugosité de la surface (m)

Quelques paramètres de rugosité de la surface sont repris dans ce tableau :

Type de surface Paramètre de rugosité : Z0 (m)
Eau libre 0.002 - 0.006
Sol nu 0.005 - 0.020
Gazon ras (1 cm de haut) 0.001
Gazon dense (10 cm de haut) 0.023
Prairie (0.5 m de haut) 0.05 - 0.07
Blé ( 1m de haut) 0.10 - 0.16

 

 

Instruments de mesure

Les anémomètres utilisé par Pameseb sont des anémomètres utilisant l'énergie cinétique de l'air. Les moulinets à coupelles sont des capteurs planaires, omnidirectionnels qui mesurent le module de la vitesse du vent dans le plan horizontal. Les moulinets à hélice mesurent la projection du vecteur vent sur leur axe de rotation.

1. Anémomètres à coupelles

Les moulinets à coupelles comportent trois coupelles hémisphériques situées très près de l'axe de rotation, montées symétriquement à angle droit par rapport à l'axe vertical et possédant de très bonnes caractéristiques aérodynamiques. Le rapport entre le diamètre des coupelles et leur distance à l'axe de rotation doit être d'environ 2,5 pour ne pas trop accroître l'inertie du capteur.

2. Vitesse de démarrage

Le but est de transformer la rotation de l'hélice ou du moulinet en une grandeur mesurable. Il existe trois grands types de transmetteurs : les réducteurs mécaniques, les générateurs électriques et les dispositifs impulsionnels. Du système choisi dépend l'un des paramètres caractéristiques d'un anémomètre : son seuil de démarrage. Les moulinets comme les hélices qui sont actuellement utilisés, ont pratiquement une réponse linéaire en fonction de la vitesse du vent, sauf pour les très faibles vitesses. Le seuil de démarrage U0 d'un anémomètre est défini comme la vitesse qui est obtenue en extrapolant la droite d'étalonnage jusqu'à une vitesse de rotation nulle. Ainsi, si est la vitesse de rotation du moulinet ou de l'hélice, la vitesse réelle du vent U est donné par l'équation :

avec a : coefficient d'étalonnage de l'anémomètre

En réalité, la véritable équation d'étalonnage d'un anémomètre est une équation du second degré qui prend en compte la courbure existant pour les faibles vitesses de vent. Dans la pratique, il est possible de se contenter d'une simple droite si l'on considère que des vents supérieurs à 2 m/s. Mais dans tous les cas, il ne faut pas oublier d'ajouter le seuil de démarrage à la vitesse indiquée.

3. Transmetteur

Les systèmes impulsionnels sont ceux qui permettent d'avoir les forces de freinage les plus faibles. Le dispositif utilisé est un interrupteurs à lames souples (ILS ou relais reed). Un ILS est constitué par une petite ampoule dans laquelle se trouvent deux lamelles d'un matériau ferromagnétique. Au repos les deux lamelles sont séparées. Elles se mettent en contact lorsqu'un petit aimant passe à leur voisinage (attraction mutuelle des lamelles). Dans les anémomètres utilisant ce type de transmetteur, l'axe de rotation entraîne un petit barreau de ferrite qui passe en face d'un relais reed à chaque tour, fermant ainsi un contact. En utilisant de très petits aimants permanents il est possible d'avoir des forces de freinage assez faibles qui permettent de réaliser des anémomètres avec des seuils de démarrage compris entre 0,3 et 0,5 m/s.

Les systèmes impulsionnels sont bien adaptés pour la détermination de la vitesse moyenne du vent car il suffit de totaliser les impulsions pendant un intervalle de temps donné.


Retour au sommaire