Brevet FR2441857A1 — publié le 19800613

La présente invention a pour objet un procédé permettant de mesurer les différents paramètres que présente une chute de grêle à savoir : la taille des grêlons, la densité de la chute par unité de surface, la proportion dans une même chute des grêlons de différentes grosseurs, la direction de la chute par rapport au sol , etc ...et les appareils mettant en oeuvre ce procédé L'étude des chutes de grêle présente des difficultés du fait de la fugacité des grêlons qui, par fusion, perdent très rapidement leurs caracté ristiques, ce qui rend impossible toute estimation précise concernant une chute de grêle, en utilisant l'observation directe des grêlons ramassés au sol Selon le procédé objet de l'invention il est procédé à l'observation des différentes caractéristiques d'une chute de grêle, non plus par l'obser- vation directe des grêlons eux-mêmes, mais par l'observation de leur impact sur un matériau plastique non élastique sur la surface duquel lesdits impacts restent gravés après disparition des grêlons et permettent ainsi une observa tion postérieure en laboratoire avec toute la précision nécessaire, des étalonnages préalables permettant une reconstitution fidèle de la dimension et de la vitesse des grêlons. Pour cela il est utilisé des plaques d'un matériau composite ou non, présentant une parfaite plasticité afin que les impacts produits par la chute des grêlons conservent, de façon permanente , leurs caractéristiques dimensionnelles , et présentent une dureté suffisamment faible pour que les grêlons les plus petits produisent un impact mesurable ; ledit matériau devant être insensible aux rayons ultra-violets, insensible à la température dans les limites des variations de la température atmos phérique diurne et nocturne , insensible à l'humidité, de façon que ses caractéristiques physiques restent constantes dans le temps quels que soient la température ambiante et l'état hygrométrique local Un tel matériau étant abandonné dans la nature recevra toute chute de grêle éventuelle . II pourra alors être récupéré et chacun des impacts qui auront été gravés à sa surface pourra faire l'objet de toutes les observations jugées utiles , en nombre, en diamètre et en profondeur pour évaluer respectivement la densité de chute des grêlons par unité de surface, la grosseur, le poids et l'énergie cinétique de chaque grêlon Pour mettre en oeuvre ce procédé il a été prévu des dispo sitifs facilitant l'obtention de ces résultats et permettant de compléter les observations ci-dessus définies par l'observation de la direction de la chu te de grêle, d'où peut être déduite la direction des courants tourbillon naires locaux au cours de la chute , et l'observation de la densité de chute non plus seulement par unité de surface mais aussi par unité de temps. Pour cela, selon un mode de réalisation, une plaque dudit ma matériau, de dimension déterminée est placée horizontalement, à une certaine hauteur du sol pour éviter l'interéaction de celui-ci sur la chute de la grêle, en de nombreux points du champ d'observations et abandonnée tout au long de l'orage. Selon un autre mode de réalisation la même plaque dudit matériau est placée sur les cinq faces ( supérieure et latérales ) d'un prisme vertical, ce qui permettra par l'observation des plaques verticales de déterminer l'orientation de la chute en ce lieu .Selon un autre mode de réalisation enfin de telles plaques ne sont plus exposées à la chute de la grêle durant toute lasdurée de l'orage mais seulement et automatiquement durant un temps déterminé, une plaque succédant automatiquement à l'autre de façon à permettre l'analyse de l'évolution de la chute de grêle en fonction du temps. Les dessins annexés , donnés à titre d'exemple seulement permettettl de mieux comprendre l'organisation des moyens mettant en oeu- vre le procédé objet de l'invention La figure 1 est une vue schématique cavalière du mode de réalisation permettant le comptage et l'observation volumétrique de la totalité des grêlons tombés par unité de surface. La figure 2 est une vue schématique cavalière du mode de réalisation permettant aussi l'observation de la direction de chute des grêlons,de laquelle peut être déduite l'observation des courants tourbillonnaires locaux en cours d'orage La figure 3 est une vue schématique du dispositif permettant l'exposition durant un temps déterminé de chacune des plaques sensibles qui se succèdent automatiquement à intervalles réguliers L-a figure 4 est une vue en élévation du même objet Tel qu'il est représenté ( fiv.1 ) le dispositif mettant en oeuvre le procédé, selon son mode de réalisation le plus élémentaire, est constitué par un cadre métallique 1 formant boîtier, ouvert à sa partie supérieure et muni à sa partie inférieure , soit directement , soit par l'intermédiaire d'une douille 2 d'un pieu 3 qui permet de le fixer dans le sol de telle manière que ledit cadre 1 présente sa face ouverte placée horizontalement orientée vers le zénith .Le cadre supérieur 4 est mobile De tels panneaux sont ainsi placés en grand nombre dans la zone d'observations et garnis d'une plaque de matériau présentant les ca ractéristiques de plasticité définies ci-dessus, lesdites plaques n'étant prélevées qu'après un orage pour que soit observé en laboratoire le nom bre de grêlons qui les dnt atteintes et leur grosseur Tel qu'il est représenté ( fiv.2) le dispositif mettant en oeuvre le procédé est conslitué de plusieurs panneaux identiques organi 5è5 selon les faces supérieure et latérales d'un prisme vertical , ici un parallélépipède cubique. On comprend que le nombre d'impacts sur chacun des panneaux verticaux et leur forme dépendront de la direction suivie par les grêlons au moment de leur chute . Il est évident que le nombre de faces verticales peut être multiplié ce qui permettra plus de finesse encore dans cette observation complémentaire par une plus grande précision possible de la détermination de l'angle d'impact Tel qu'il est représenté ( fig. 3 ) de façon essentiellement schématique, le dispositif permet de compléter les observations précédentes par l'observation de la densité de chute de grêle en fonction du temps. Pour cela des cadres 1 identiques entre eux sont unis l'un à l'autre à la manière d'un chapelet par tout moyen convenable souple , tel qu'une chaî- nette 5 Le chapelet ainsi constitué est enroulé sur le plateau pivotant 7 de façon à ce que l'ensemble du plateau 1 forme deux piles de part et d'autre dudit plateau , le premier plateau étant fixé, de façon articulée à la base de l'appareil de façon à créer un poids qui déséquilibre constamment le plateau pivotant 7 qui n'est retenu fixe dans la position horizontale que par le cliquet 16 monté sur un électroaimant , qui le retient dans cette position durant un temps déterminé en dessous de l'ouverture 8 pratiquée à la partie supérieure du coffre 6 Le couvercle présente un plan incliné dont la ligne de plus grande pente est perpendiculaire à l'une des arêtes du coffre 6 , autour de laquelle il peut pivoter grâce à la charnière 10, ledit couvercle étant en outre muni des rebords externes lui , à l'exception de son bord inférieur L'appareil étant ainsi constitué et étant placé sur le lieu d'observation , le couvercle 9 étant fermé, le premier grêlon qui tombera sur la face supérieure dudit couvercle glissera ou roulera sur celui-ci L 'ouverture 8 se trouvera ainsi automatiquement démasquée dès l'apparition des premiers grêlons , exposant à la percussion de la grê le la première plaque 1 située horizontalement au sommet de l'appareil Le contact fermé par l'intermédiaire du fléau manoeuvré par la sébile 13 provoque simultanément l'arrêt de la pendule 15 qui fixe ainsi l'heure de l'évènement ( tout autre dispositif de détermination automatique de l'heure pouvant être envisagé ) , ainsi que la mise en route d'un tempo risateur qui provoque lui-même périodiquement, selon une fréquence dé terminée ( de 2 minutes par exemple ) l'excitation de l'électro-aimant qui libère le cliquet 16 faisant basculer le plateau 7 sous l'effet du poids des plateaux déjà descendus vers la réserveCA) des plateaux poinçonnés.Le dit cliquet 16 retient le plateau 7 dans la position horizontale inverse de telle manière que le plateau sensible 1b suivant se trouve automatiquement substitué au précédent dans la position horizontale prêt à être percuté par la grêle durant une nouvelle période contrôlée par le temporisateur . Cette opération se répètera ainsi à intervalles réguliers jusqu'à épuisement des plaques dont le nombre est prévu pour couvrir la durée la plus longue pré visible d'un orage de grêle , dont la durée réelle sera connue grâce au nombre de plaques poinçonnées par la grêle ta partie inférieure du corps 6 forme le bac 18 qui recueil lera l'eau de pluie qui peut accompagner la grêle , ainsi que l'eau de fon te des grêlons reçus par l'appareil. On remarque (fiv. 3 ) que la gouttière 12 comporte à son extrémité, avant la traversée de la paroi 6 , un hiatus 19 que les grêlons qui empruntent la gouttière 12 franchissent, grâce à leur force vive dûe à leur masae , mais que la simple eau de pluie ne peut pas franchir L'eau de pluie qui tombe sur le couvercle 9, et qui est recueillie par la gouttière 12 , s'écoule donc ainsi hors de l'appareil, s'échappant par le dit hiatus 19 sans atteindre la sébile 13 ; de sorte que le fonctionnement de l'appareil ne se trouve automatiquement déclenché qu'en cas de chute de grêle et non pas sous 1' effet d'une simple pluie Il ne restera ensuite qu'à recueillir les plaques pour les analyser en laboratoire Quel que soit le mode de réalisation de l'appareil, selon le type d'observation qui doit être faite, le cadre 1 est toujours muni d'une plaque sensible aux impacts constitués d'un matériau conforme aux caracté ristiques ci-dessus définies c'est-à-dire qui présente une plasticité suffi sante ( sans élasticité ) pour être marqué de façon immuable par l'impact des grêlons les plus petits, ledit matériau devant être insensible au vieillissement sous l'action des rayons ultra-violets ou de l'ozone et insensible aux variations de températures dans la limite des températures ambiantes normales de façon à conserver en toutes circonstances une constance de réaction aux impacts et enfin insensible à ltétat hygrométrique de façon à ne pas être détérioré par l'eau de pluie, ni souffrir du dessèchement Pour celà il peut être utilisé des plaques de mousse de plyst3?- rène extrudé, connue sous le nom de "roofmate", enduite sur leur face supérieure d'une couche de laque blanche glycérophtalique, vynilique ou latex qui les protège contre les radiations U.V., sans nuire à la souplesse de la surface. Il peut aussi être employé des plaques de mousse de polyéthylène, connue sous le nom d'émalène bs recouverte de façon adhésive d'une feuille très mince ( 2/10 à 5/10 de mm ) d'aluminium recuit , qui transmet bien aussi les impacts , sans élasticité déformante Tout autre matériau présentant les mêmes avantages pourrait évidemment être utilisé Dans chaque cas , lorsque les plaques utilisées sont amenées au laboratoire pour examen, leur surface marquée est enduite d'encre noire, au moyen d'un rouleau encreur , roulé à leur contact , ce qui a pour effet de faire apparaître les impacts creux de façon parfaitement con trastée , ce qui facilite leur observation et leurs mensurations Ce dernier dispositif permet de réduire les risques d'impacts successifs groupés en un même point . Il permet donc une plus grande précision des observations Il est bien entendu que l'étendue de l'invention n'est pas limitée à l'exemple ou aux exemples qui en ont été décrits, toute variante considérée comme équivalence ne pouvant en modifier la portée. L'invention peut être utilisée pour l'observation des différentes caractéristiques des chutes de grêle et des grêlons eux-mêmes par 1 'étude des empreintes indélébiles ainsi obtenues. REVENDICATIONS 1 ) - Procédé permettant l'analyse des caractéristiques des chutes de grêle et des grêlons eux-mêmes, Caractérisé par le fait qu'il comporte l'enregistrement automatique des impacts de grêlons sur un substrat sur lequel les grêlons euxmêmes laissent la trace de leur impact ,dont le nombre, le diamètre et la profondeur peuvent être observés postérieurement en laboratoire pour définir les différents paramètres recherchés : densité par unité de surface masse et energie cinétique des grêlons, type de grêle, orientation des courants tourbillonnaires au niveau de l'impact, densité de la chute en fonction du temps et autres paramètres pouvant être jugés nécessaires 20) - Procédé selon la revendication 1, Caractérisé par le fait que l'élément témoin sur lequel les grêlons laissent la trace de leur impact est constitué par un matériau dont la dureté est suffisamment faible pour que le plus petit grêlon laisse un impact mesurable, et dont la plasticité ne présente aucune élasticité de façon à maintenir permanentes les caractéristiques ( diamètre et profondeur ) de chaque impact, ledit matériau étant insensible aux variations de température dans les limites de la température ambiante , insensible à l'état hygrométrique de l'atmosphère, la surface dudit matériau lorsque celui-ci ne l'est pas lui-même étant rendue insensible à l'action de vieillissement des rayons ultra-violets par application d'une couche filmogène ultra mince opaque à ce rayonnement , tel qu'un vernis chargé de pigments blancs , ladite surface étant, après percussion par la grêle, enduite d'une teinte foncée au niveau seulement de la superficie restée plane en vue d'accuser le contraste des impacts et faciliter leur observation 3 ) - Dispositif mettant en oeuvre le procédé conforme aux revendications 1 et 2 Caractérisé par le fait que l'élément témoin , d'une surface déterminée, est porté de façon amovible, en position horizontale , par un plateau rigide fixé dans le sol à une hauteur suffisante pour éviter l'interéaction dudit sol sur le comportement des grêlons qui frappent les éléments témoins, distribués en de multiples points dans l'espace naturel objet de I'observation 40) - Dispositif mettant en oeuvre le procédé conforme aux revendications 1 et 2 Caractérisé par le fait qu'un élément témoin, d'une surface déterminée, est fixé , de façon amovible , sur la face supérieure et sur chacune des faces verticales d'un prisme rigide fixé dans le sol à une hauteur suffisante pour éviter l'interéaction dudit sol sur le comportement des grêlons qui frappent lesdits éléments témoins, de tels ensembles étant distribués en de multiples points dans l'espace naturel objet de l'observation 50) - Dispositif mettant en oeuvre le procédé conforme aux revendications 1 et 2 Caractérisé par le fait que les éléments témoins, en nombre suffisant pour couvrir la durée normale drun orage de grêle, sont fixés à des plateaux reliés entre eux en chapelet et montés sur un dispositif rotatif capable de pivoter de manière à substituer un élément sensible vierge à un élément sensible déjà poinçonné , ledit dispositif étant contenu dans un coffre au sommet duquel est ménagée une ouverture horizontale en dessous de laquelle se présente successivement durant un temps déterminé chacun des plateaux porteur d'un élément sensible vierge 60) - Dispositif conforme à la revendication 5, Caractérisé par le fait que le coffre contenant les éléments sensibles qui se succèdent en position horizontale sous une fenêtre ouverte à l'atmosphère, durant un temps déterminé, est surmonté d'un couvercle capable d'obturer ladite ouverture , ledit couvercle présentant son plan incliné vers l'arête du coffre autour de laquelle il pivote, ladite inclinaison permettant de conduire les premiers grêlons qui l'atteignent vers une gouttière extérieure inclinée qui conduit lesdits grêlons vers une sébile montée en équilibre sur un fléau, dont le mouvement provoque la fermeture d'un contact électrique qui met l'appareil en fonctionnement 70) - Dispositif selon la revendication 6, Caractérisé par le fait que ledit contact électrique fermé par l'action de la sébile ayant reçu le premier grêlon tombé sur le couvercle de l'appareil provoque l'ouverture du couvercle sous l'effet d'un ressort que l'électro-aimant , commandé par ledit contact, libère, ce qui démasque ladite ouverture située au dessus de l'élément sensible ; ledit contact provoquant aussi le démarrage d'un temporisateur qui contrôle le temps d'exposition de la surface sensible, ledit temporisateur comm-andant à son tour périodiquement la manoeuvre du dispositif qui assure la substitution d'un élément sensible vierge au précédent 80) - Dispositif selon la revendication 7, Caractérisé par le fait que le dispositif qui assure la subs tlattion d'un élément sensible vierge au précédent est un plateau tournant sur les deux faces duquel est enroulé le chapelet formé par l'ensemble des éléments sensibles, ledit plateau étant retenu dans sa rotation par un en clJquetage qui peut être libéré par un électro-aimant commandé par ledit contact , la rotation dudit plateau étant alors spontanée sous le seul effet du poids du plateau précédent qui sollicite ledit plateau dans sa rotation 90) - Dispositif suivant la revendication 8, Caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de contrôler l'heure de début de la chutez de la grêle , ledit moyen étant une pendule électrique sui est stoppée lors de la fermeture dudit contact initial. 100) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, Caractérisé par le fait que la surface sensible est constituée par de la mousse de polystyrène extrudé revêtue d'une fine couche de laque blanche 11o) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, Caractérisé par le fait que la surface sensible est constituée par de la mousse de polyéthylène revêtue de façon adhésive d'une fine feuille d'aluminium recuit