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Vent

Qu'est ce que le vent?

En météorologie, le vent est un mouvement en vrac directionnel de l'air dans l'atmosphère terrestre. La vitesse du vent et la direction du vent sont mesurées dans les unités suivantes:

Vitesse:

  • Mètre par seconde (m/s) est l'unité SI pour la vitesse
  • Kilomètres par heure (km/h) est l'unité du système métrique
  • Miles par heure (mph) est l'unité utilisée aux États-Unis et au Royaume-Uni

Direction:

  • Degré (°). La direction du vent est déterminante pour la spécification de la direction du vent. Le vent du sud souffle du sud au nord (direction du vent = 180°)

Comment le vent est-il mesuré?

Comme le vent a une masse, il peut déplacer des objets donc certains instruments de mesure pour les mesures du vent (anémomètre) profitent. La vitesse du vent peut donc être déterminée par la vitesse d'une hélice. Alternativement, différents appareils de mesure mesurent la vitesse du vent par la réflexion ou la vitesse des ondes (son, lumière) (voir méthodes de mesure).

Les valeurs horaires de la vitesse sont des moyennes de 6 à 10 minutes d'intervalle. Ces intervalles de 10 minutes consistent en 4 mesures par seconde, qui sont agrégées à 10 minutes. Les vitesses maximales et minimales sont calculées à partir d’intervalles de 3 secondes comprenant 12 mesures individuelles.

La direction peut être déterminée par exemple par une girouette, qui génère une valeur mesurée toutes les secondes. Celles-ci sont également moyennées sur 10 minutes, puis agrégées en valeurs horaires.

Figure 1: Weather station in La Brévine, Switzerland

Comment installer un anémomètre?

Un anémomètre doit être placé sur une surface plane (herbe taillée de manière optimale) et à dix mètres du sol conformément aux normes de l'OMM. Aucun obstacle majeur (arbres, bâtiments) affectant la circulation de l'air n'est autorisé à se trouver à proximité. La distance entre un obstacle plus grand et le compteur doit être au moins 4 fois la hauteur de l'objet.

La vitesse du vent et la direction du vent changent en fonction de l'altitude au-dessus du sol. Par conséquent, les mâts météorologiques ont généralement des capteurs de vent fixés à différentes altitudes (2m, 10m, 80m, etc.).

Quels instruments de mesure sont utilisés?

Figure 2: Cup anemometer with <a href="http://www.peetbros.com/shop/custom.aspx?recid=14">wind vane</a>

Les services météorologiques nationaux utilisent généralement l'un des deux dispositifs suivants pour mesurer la vitesse et la direction du vent:

  • Un anémomètre à coupelle avec girouette (voir figure 2)
  • Un anémomètre à ultrasons qui mesure à la fois la vitesse et la direction du vent (voir figure 3)

Quelles autres méthodes de mesure sont disponibles?

Un anémomètre à coupelle ou à hélice mesure la vitesse du vent à l'aide de la vitesse circulaire de l'unité. Cela comprend une girouette, qui mesure la direction du vent. Ces dispositifs sont les plus courants et souvent vus sur les bâtiments privés. Leurs mesures sont relativement précises, mais elles présentent l’inconvénient qu’elles peuvent être bloquées par la poussière ou en mer par le sel.

Figure 3: Ultrasonic anemometer

D'autres anémomètres (SODAR / LIDAR) effectuent leurs mesures en utilisant le décalage de fréquence Doppler. Le soi-disant effet Doppler fonctionne comme suit: si les ondes sonores / lumineuses frappent une particule dans l'air qui se déplace vers le compteur, l'onde réfléchie aura une fréquence plus élevée que le signal de sortie. Grâce à ce changement de fréquence, la direction et la vitesse du vent peuvent être calculées et mesurées. Ces instruments de mesure ont l'avantage de pouvoir créer une image 3D des courants d'air jusqu'à 200 m de hauteur. Ceci est particulièrement utile lors de l'évaluation des sites de parcs éoliens. Cependant, avec de la pluie (pluie, neige, etc.) ne fonctionnent que de manière limitée, car ils reflètent également les vagues.

L'anémomètre à ultrasons mesure le temps qui s'écoule entre la transmission et la réception du signal entre deux récepteurs. Si le signal a un vent arrière, il arrivera plus vite que la vitesse du son, s'il a du vent contraire, il sera plus lent. Comme un cycle de mesure de cet appareil ne prend que 5 ms environ, il est possible d'effectuer jusqu'à 200 cycles de mesure par seconde. Cela permet de mesurer des micro-circulations. Mais cet instrument n'est pas fiable pour être utilisé dans les précipitations.

Pour les vitesses de vent très élevées, il existent également des anémomètres à pression de Pitot (tubes de Pitot). Ceux-ci mesurent la différence de pression entre l'air entrant et la pression normale.

Difficultés de la mesure du vent

Le plus gros problème du vent est que chaque petit objet provoque des turbulences. Même une ligne électrique suffit à faire tourner le vent sur une certaine distance. Les capteurs de vent ayant généralement besoin d'un vent régulier et constant pour fournir des mesures précises, la turbulence n'est pas souhaitable. Il est donc d'autant plus important que la mesure du vent soit placée dans un endroit où il n'y a pas d'obstacles.

Dans le cas des anémomètres à hélice ou à coupelle, il y a aussi le problème de la contamination ou du blocage par la poussière ou près de la mer par le sel. Par conséquent, ils doivent être entretenus à intervalles réguliers. De plus, ces dispositifs ont un certain retard dans les fortes rafales de vent, car les obus doivent d'abord accélérer et la vitesse de l'hélice ne change pas immédiatement. Le plus gros problème est la survitesse après une rafale de vent, du fait que les dispositifs sont créés avec le moins de frottement possible (pour une accélération rapide), la réduction de la vitesse de l'hélice est d'autant plus retardée que la vitesse du vent diminue.

Combien de stations de mesure y a-t-il?

En Suisse, il existe 155 stations de mesure officielles de MétéoSwiss qui mesurent la vitesse et la direction du vent. Cependant, cela ne suffit pas pour un réseau de mesure national, qui représente la Suisse, car il existe un obstacle majeur aux courants de vent en Suisse avec les Alpes. En outre, il existe de nombreuses petites vallées, chacune représentant différents systèmes de vent microclimatiques.

Selon l'OMM, il existe environ 14 000 stations météorologiques dans le monde, mises à jour quotidiennement. Vous trouverez une carte de la répartition de ces stations météorologiques dans la section Température. Cependant, le site Web www.windfinder.com prétend avoir plus de 20 400 stations dans un réseau.