Brevet FR2768520A1 — publié le 19990319

DISPOSITIF POUR REPÉRER LA VITESSE D'ÉCOULEMENT D'UN FLUIDE GAZEUX, EN PARTICULIER LA VITESSE DU VENT La présente invention concerne un dispositif pour repérer la vitesse d'écoulement d'un fluide gazeux, en particulier la vitesse du vent, ainsi qu'un dispositif pour repérer à la fois la vitesse et la direction d'écoulement d'un tel fluide. Pour des raisons de sécurité publique, il est souvent nécessaire de connaître la force et la direction du vent, notamment sur les aérodromes et dans les ports. I1 est également utile d'indiquer ces informations sur des routes très ventées. Pour indiquer la direction du vent, on utilise généralement des girouettes ou des manches à air, car elles sont bien visibles, même à grande distance, par toute personne intéressée. En revanche, les anémomètres actuellement utilises ne permettent pas d'indiquer directement la force du vent de manière visible à grande distance. Dans les ports, on a généralement recours à des symboles codés pour retransmettre l'information, par exemple des drapeaux ou des boules de couleur spécifique. L'utilisation d'un panneau d'affichage électronique ne serait pas non plus satisfaisant, car sa visibilité est faible à grande distance et limitée dans le champ périphérique. L'invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients précités et de proposer un nouveau dispositif pour repérer la vitesse d'écoulement d'un fluide gazeux, en particulier la vitesse du vent, qui soit bien visible même à grande distance. L'invention a également pour deuxième but de proposer un dispositif unique pour repérer à la fois la vitesse et la direction d'écoulement d'un tel fluide. L'invention a donc pour premier objet un dispositif pour repérer la vitesse d'écoulement d'un fluide gazeux, en particulier la vitesse du vent, caractérisé par le fait qu'il comporte un montant destiné à reposer sur le sol ou à être suspendu, par exemple à une poutre, sur lequel montant est monté au moins un et de préférence une succession d'éléments superposés articulés entre eux, chaque élément étant articulé à l'élément immédiatement adjacent, ou au montant dans le cas de l'élément extrême inférieur ou supérieur, par l'intermédiaire d'une articulation sensiblement horizontale, chaque élément étant constitué d'un panneau de préférence sensiblement plan définissant une surface portante ou voile élémentaire et muni d'un moyen pour rappeler ledit Arnent en position sensiblement verticale, chaque elément étant apte, dans sa position de repos, à s' étendre sensiblement verticalement avec de préférence son panneau positionné au-delà de l'articulation avec l'élément adjacent ou le montant, et dans ses positions de travail, à s'incliner par rapport à la verticale par rotation sur l'articulation avec l'élément adjacent ou le montant, le degré d'inclinaison étant fonction de la vitesse d'écoulement du fluide. On obtient ainsi un dispositif entièrement mécanique qui permet de s'affranchir de tous les systèmes électroniques de comptage et de mesure utilisés dans les anémomètres existants. Pour rendre ce dispositif visible, même à grande distance, il suffit de le construire avec une hauteur suffisante. On comprend donc que le dispositif de l'invention peut aussi bien être fixé au sol que suspendu en l'air tête-en-bas, sans sortir du cadre ni de l'esprit de la présente invention. De préférence, chaque élément est muni d'au moins un balancier relié à l'une de ses extrémités au panneau dudit élément et à son extrémité opposée à un contrepoids, ledit balancier s'étendant de préférence dans le plan et à distance du panneau associé. Chaque balancier s'étend vers le bas ou vers le haut par rapport à l'articulation avec l'élément adjacent. Dans le cas où une pluralité d'éléments sont prévus, les dimensions et masses respectives des éléments peuvent être prédéterminées en fonction du profil d'inclinaison que l'on souhaite conférer au dispositif dans ses positions de travail. De préférence, les panneaux ont des surfaces de dimensions croissantes ou décroissantes dans la direction ascendante pour obtenir un profil d'inclinaison respectivement concave ou convexe vers le bas. Avantageusement, les dimensions respectives des panneaux, la longueur respective des balanciers associés et la masse respective de leur contrepoids sont prédéterminées de façon que les éléments s'inclinent progressivement à partir de l'élément extrême supérieur ou inférieur en fonction de la vitesse d'écoulement du fluide, l'appréciation de cette vitesse étant ainsi obtenue par le nombre de panneaux inclinés. Dans un mode de réalisation particulier, l'invention a pour deuxième objet un dispositif dans lequel le montant est muni d'une articulation autour d'un axe vertical pour que le dispositif puisse girouette en fonction de la direction d'écoulement du fluide. Dans ce cas, chaque panneau peut être muni d'au moins un empennage pour stabiliser le dispositif en position angulaire autour dudit axe vertical et pour que le panneau puisse se positionner sensiblement perpendiculairement au plan vertical contenant la direction d'écoulement du fluide. De préférence, chaque empennage s'étend sensiblement perpendiculairement au plan du panneau associé par exemple au voisinage de son centre. Selon une autre caractéristique, chaque élément comporte une butée angulaire pour limiter le débattement angulaire entre deux panneaux adjacents. On peut prévoir que chaque empennage comporte une arête inclinée par rapport au plan du panneau associé, ladite arête s'étendant au-delà dudit panneau et venant chevaucher le panneau adjacent ou le montant pour servir de butée angulaire. Dans un autre mode de réalisation, chaque panneau se présente sous la forme d'un panneau tubulaire sensiblement plat ouvert à ses extrémités verticales opposées. Le panneau tubulaire peut être constitué de deux volets reliés ensemble par leurs bords latéraux et espacés par une entretoise centrale longitudinale servant également d'empennage. Selon encore une autre caractéristique, l'une au moins des articulations précitées est munie de moyens de freinage en rotation pour amortir par exemple les coups de vent et les rafales éventuelles et supprimer les éventuels phénomènes vibratoires ou de résonance. De préférence, les balanciers sont prévus en matériau flexible, pour pouvoir fléchir sous l'action du vent, sans rompre. Avantageusement, chaque élément comporte une paire de balanciers s' étendant respectivement le long des bords latéraux du panneau associé, l'articulation entre deux éléments adjacents étant prévue entre leurs balanciers respectifs. Dans le cas où le montant repose sur le sol, le moyen de rappel est constitué par les balanciers qui s'étendent vers le bas, et dans le cas où le montant est suspendu, le moyen de rappel est défini par le poids propre à chaque panneau. Dans ce dernier cas, si des balanciers s'étendant vers le haut sont prévus, la longueur des balanciers et la masse des contrepoids peuvent être prédéterminées pour équilibrer sensiblement la force gravitationnelle s'exerçant sur les panneaux. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une vue en élévation frontale d'un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention, dans sa position de repos - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais représentant le dispositif dans une position de travail indiquant la force du vent; - la figure 3 est une vue schématique en perspective frontale d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention - la figure 4 est une vue en perspective arrière du dispositif de la figure 3, dans une position de travail indiquant la force du vent et - la figure 5 est une vue en perspective arrière d'un troisième mode de réalisation du dispositif de l'invention. Suivant l'exemple particulier de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif de l'invention comporte un socle 1 constitué d'un piètement la destiné à être fixé dans le sol ou à reposer sur celuici et d'une colonne centrale lb ou montant s'étendant verticalement, et une succession verticale d'éléments superposés 2 à 6 qui sont montés au sommet de la colonne lb. Chaque élément 2 à 6 est constitué d'un panneau plat de forme rectangle et d'une paire de balanciers 2a à 6a respectivement, qui sont fixés aux bords latéraux du panneau associé. A l'extrémité inférieure de chaque balancier, sont prévus des contrepoids M qui sont constitués de matériaux lourds, tels que du plomb, du fer, de la fonte ou de l'acier. Les contrepoids M associés à un même panneau ont généralement la même masse, mais les contrepoids associés à différents panneaux peuvent avoir des masses différentes. Les balanciers sont généralement constitués par des tiges ou tubes allongés en métal, en bois ou en matériau composite. Les panneaux sont, quant à eux, généralement en tissu ou en matériau non tissé, en tôle métallique, en plaque de matière plastique ou de bois, ou en matériau composite pouvant comprendre un noyau léger rendu résistant par un revêtement de résines stratifiées. Chaque élément est supporté par l'élément sous-jacent par l'intermédiaire d'une articulation A qui est constituée d'un axe horizontal unique ou de deux axes horizontaux mutuellement alignés solidaires de l'élément sous-jacent et traversant les balanciers de l'élément supérieur en un point situé immédiatement sous le bord inférieur du panneau associé. Les axes de l'articulation A peuvent être en métal, en matière plastique, en bois ou en matériau composite. Ils peuvent également comprendre des paliers de roulement pour faciliter l'inclinaison des éléments entre eux, ainsi que des freins amortisseurs. L'élément extrême inférieur 2 est, quant à lui, supporté directement par l'extrémité supérieure de la colonne lb par une articulation A du même type. Comme visible sur la figure 1, les panneaux respectifs des différents éléments ont une longueur décroissante à partir de l'élément extrême supérieur 6 vers l'élément extrême inférieur 2, de façon que chaque élément puisse s'emboîter entre les balanciers et le panneau de l'élément sus-jacent, de manière à définir un ensemble d'éléments gigogne. On voit également sur la figure 1 que les panneaux des différents éléments présentent une largeur ou hauteur décroissante à partir de l'élément extrême supérieur 6 vers l'élément extrême inférieur 2, de façon que chaque élément offre une surface portante décroissante dans la direction descendante. Ainsi, sous l'effet de la force exercée par le vent, le premier panneau à s'incliner sera le panneau 6 qui a la surface portante la plus grande, et ainsi de suite. On voit sur la figure 2 que le panneau extrême supérieur 6 est incliné à l'horizontale, alors que les panneaux suivants sont de moins en moins inclinés par rapport à la verticale, conférant à l'ensemble une forme concave orientée vers le bas. Les contrepoids M auront également une masse de plus en plus lourde à partir de l'élément extrême supérieur 6 vers l'élément extrême inférieur 2, pour obtenir une telle forme concave. En effet, le contrepoids M de l'élément extrême supérieur 6 doit simplement contrebalancer la force du vent s'exerçant sensiblement au centre d'inertie du panneau 6 avec un bras de levier faible, alors que le contrepoids M associé, par exemple à l'élément intermédiaire 4, doit contrebalancer la force du vent s'exerçant sur l'ensemble des panneaux 4 à 6, laquelle force s'exerce sur le centre d'inertie de l'ensemble des trois panneaux avec un bras de levier bien supérieur. Bien entendu, on peut également agir sur la longueur des balanciers pour obtenir ce même effet. Comme visible sur la figure 2, lorsqu'un panneau bascule par rapport à la verticale, les balanciers associés basculent dans l'autre sens, ce qui pourrait conduire à une rupture des balanciers en raison du bras de levier important engendré par la présence des contrepoids M à leurs extrémités libres. Dès lors, il est avantageux de prévoir ces balanciers flexibles, de façon à supprimer tout risque de rupture due à une raideur excessive des balanciers. On va maintenant se référer aux figures 3 et 4 qui représentent un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention. Ce dispositif peut comporter, par exemple, six éléments 12 à 17, comme représenté sur la figure 3 ou sept éléments 12 à 18, comme représenté sur la figure 4. Bien entendu, on peut prévoir plus ou moins d'éléments selon le profil que l'on souhaite conférer au dispositif. Sur la figure 3, le volet extrême supérieur 17 est muni d'un volet pivotant 19 dont la vitesse de rotation est également représentative de la force du vent. Les panneaux ont ici une forme sensiblement trapézoïdale dont la petite base est orientée vers le haut, à l'exception du panneau d'extrémité supérieure qui présente une forme triangulaire. De manière analogue au dispositif des figures 1 et 2, chaque élément 12 à 18 est équipé d'une paire de balanciers respectifs 12a à 18a ayant à leurs extrémités inférieures un contrepoids M. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une paire de balanciers, et on peut prévoir à la place un seul balancier ou plus de deux balanciers. Contrairement au premier mode de réalisation précité, les éléments 12 à 18 ont ici une surface portante décroissante en direction ascendante, de façon que les éléments s'inclinent progressivement à partir de l'élément extrême inferieur vers i'e'iéneiiextrême supérieur, conférant ainsi un profil convexe vers le bas, comme illustré sur la figure 4. Le deuxième mode de réalisation se caractérise essentiellement par le fait qu'il fonctionne en outre comme une girouette, permettant ainsi, en un seul dispositif, d'obtenir la direction et la force du vent. A cet effet, le socle 1 1 comporte ici un piètement lia analogue au piètement la précité et une tige allongée I 1h rotative autour de son axe vertical à la place de la colonne fixe 1h précitée. Cette tige 1 1h porte à son extrémité supérieure un panneau triangulaire 11c dont un sommet est orienté vers le bas, et dont la base opposée est solidaire d'un axe horizontal A aux extrémités duquel sont articulés les balanciers 12a de l'élément extrême inférieur sus-jacent 12. Les panneaux de ce dispositif sont prévus pour s'orienter perpendiculairement à la direction du vent par pivotement de l'ensemble des éléments autour de l'axe de la tige 1 lb. Pour stabiliser, en direction, le dispositif, les panneaux sont munis sur leurs deux faces opposées d'un empennage 20 constitué, par exemple, d'une petite voile triangulaire agencée sensiblement perpendiculairement aux panneaux et en leur centre. Bien entendu, le nombre et la position des empennages peut varier et on peut prévoir, par exemple, deux petites voiles triangulaires 20, comme illustré sur le panneau 12 de la figure 3. Les empennages 20 de la figure 3 présentent, en outre, une arête 20a qui se prolonge au-delà de l'empennage lui-même et en direction du panneau immédiatement sous-jacent pour servir de butée angulaire au pivotement relatif de deux panneaux adjacents. Sur la figure 3, c'est l'arête supérieure 20a de la voile triangulaire qui se prolonge vers le bas jusqu'à chevaucher le panneau sous-jacent et sert de butée angulaire. En revanche, sur la figure 4, c'est l'arête inférieure 20b qui s'incline légèrement vers le bas par rapport à l'horizontale qui sert de butée angulaire. Dans le premier cas, les arêtes 20a des empennages 20 de chaque côté d'un même panneau forment un angle aigu, alors que, dans le deuxième cas, les arêtes correspondantes 20b forment entre elles un angle obtus. Dans ces conditions, on comprendra que, dans le premier cas illustré sur la figure 3, les panneaux ne pourront s'incliner les uns par rapport aux autres que d'un angle inférieur à 90 , alors que, dans le deuxième cas illustré sur la figure 4, les panneaux pourront s'incliner les uns par rapport aux autres d'un angle inférieur à 1800. Bien entendu, à la place de ces arêtes 20a et 20b, on pourrait prévoir une butée angulaire indépendante des empennages, par exemple une butée angulaire au niveau des articulations A entre chaque élément. Bien entendu, le premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2 pourrait être équipé d'un socle et/ou d'empennages analogues à ceux du deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, pour obtenir le même effet de girouette. On se référera maintenant à la figure 5 qui représente un troisième mode de réalisation du dispositif de l'invention. Ce dispositif comporte, sans y être limité, trois éléments 22 à 24 munis respectivement de leurs balanciers 22a à 24a. Chaque élément se présente ici sous la forme d'un panneau tubulaire sensiblement plat, ouvert à ses extrémités verticales opposées. Ce panneau tubulaire se distingue d'une manche à air par le fait que les parois latérales de ce panneau tubulaire sont maintenues sous tension par la paire de balanciers latéraux qui leur est solidaire, alors que la manche à air est généralement dans un état relâché en l'absence de vent. Ces panneaux peuvent être constitués par exemple de deux volets reliés ensemble par leurs bords latéraux par l'intermédiaire des balanciers, les volets étant espacés l'un de l'autre par une entretoise centrale verticale 30 qui peut également servir d'empennage, dans le cas où ces panneaux sont utilisés avec un socle pivotant. On remarquera que sur la figure 5 les panneaux ont une forme sensiblement carrée et une surface portante croissante en direction ascendante pour conférer au dispositif un profil concave vers le bas. Toutefois, comme pour les autres modes de réalisation, la forme et la distribution de surface des panneaux peut être modifiée ainsi que la longueur et les contrepoids des balanciers pour obtenir différents profils d'inclinaison. Les modes de réalisation qui ont été précédemment décrits à titre d'exemples illustratifs, sont basés sur le principe général d'éléments supportés par l'élément immédiatement inférieur à partir d'une base et d'une colonn-e ancrées -dans le sol. Un autre mode de réalisation qui respecte le principe essentiel et la nature même de l'invention, consiste à suspendre le dispositif précédemment décrit sous une poutre, un portique ou tout autre élément adapté, au moins un élément étant alors suspendu à l'extrémité inférieure du montant, chaque élément étant suspendu à l'élément immédiatement supérieur. Pour obtenir ce mode de réalisation, il suffit d'inverser les figures annexées, avec la base la ou 1 la étant destinée à être fixée, par exemple à une poutre. Dans ce cas, la longueur des balanciers et la masse des contrepoids sont déterminées de façon que les balanciers s'étendent vers le haut dans la position de repos du dispositif et que les panneaux puissent s'incliner même en présence de vent de force faible. On pourrait également, dans cette variante de réalisation, supprimer les balanciers et leurs contrepoids, étant donné que les panneaux sont rappelés dans leur position de repos sensiblement verticale par leur propre poids. On pourrait obtenir une inclinaison satisfaisante des panneaux même en l'absence des balanciers, en prévoyant une configuration particulière des panneaux, par exemple en forme d'aile d'avion profilée vers le bas. Un avantage particulier de l'invention réside dans la remarquable résistance du dispositif aux forces extérieures qui lui sont appliquées, grâce à une répartition des efforts entre les diflcrcnts éléments constitutifs du dispositif. En effet, les efforts s'appliquallt sur chaque élément individuel sont répartis sur les autres éléments par l'intermédiaire des liaisons articulées A prévues entre chaque paire d'éléments adjacents. Cette répartition des efforts est encore renforcée par l'utilisation de balanciers flexibles, L'ensemble se comportant comme un système élastique. Ainsi, les efforts répartis sont très inférieurs aux efforts concentrés qui seraient observés dans le cas d'éléments uniques articulés sur une base fixe. Cette caractéristique permet également de réduire les sections et les quantités de matière au maximum. En fonctionnement, les éléments constitutifs du dispositif s'inclinent et/ou pivotent en fonction de l'intensité et de la direction des forces extérieures respectivement, de façon prédéterminée. Lorsque les forces extérieures cessent ou faiblissentX - les différents éléments retournent progressivement et successivement à leur configuration de repos, dans l'ordre inverse à celui obtenu lors de l'application de ces forces, les contrepoids pouvant être réduits au minimum nécessaire pour obtenir ce retour à la position d'équilibre. En fonctionnement, le dispositif pourra adopter différentes formes d'équilibre, en fonction de l'intensité et de l'orientation du vent. Bien que cette description se réfere plus spécifiquement aux forces appliquées par le vent, l'invention n'y est pas limitée et concerne tout autre type de fluide gazeux. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour repérer la vitesse d'écoulement d'un fluide gazeux, en particulier la vitesse du vent, caractérisé par le fait quNi comporte un montant (1,~ destiile à reposer suol ou à ttr-- suspendu, par exemple à une poutre, sur lequel montant est monté au moins un et de préférence une succession d'éléments superposés (2-6; 12-18 ; 22-24) articulés entre eux, chaque élément étant articulé à l'élément immédiatement adjacent, ou au montant dans le cas de l'élément (2, 12, 22) adjacent au montant, par l'intermédiaire d'une articulation (A) sensiblement horizontale, chaque élément étant constitué d'un panneau définissant une voile élémentaire et muni d'un moyen (2-6a, 12a-18a , 22a-24a) pour rappeler ledit élément en position sensiblement verticale, chaque élément étant apte dans sa position de repos, à s'étendre sensiblement verticalement, et dans ses positions de travail, à s'incliner par rapport à la verticale par rotation sur l'articulation avec l'élément adjacent ou le montant, le degré d'inclinaison étant fonction de la vitesse d'écoulement du fluide. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque élément est muni d'au moins un balancier Ça-6a ; 12a18a ; 22a-24Ja relié, à une de ses extrémités, au panneau dudit élément et, à son extrémité opposée, à un contrepoids (M). 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité d'éléments dont les dimensions et masses respectives (2-6 ; 12-18 ; 22-24) sont prédéterminées en fonction du profil d'inclinaison que l'on souhaite conférer au dispositif dans ses positions de travail. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les dimensions et la masse respectives des éléments sont prédéterminées de façon que les éléments s'inclinent progressivement à partir de l'élément extrême supérieur (6 ; 17 ou 18 ; 24) ou inférieur (2, 12, 22) en fonction de la vitesse d'écoulement du fluide, l'appréciation de cette vitesse étant ainsi obtenue par le nombre de panneaux inclinés. 5 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le montant (11) est muni d'une articulation autour d'un axe vertical (ils) pour que le dispositif puisse girouetter en fonction de la direction d'écoulement du fluide. 6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chaque panneau est muni d'au moins un empennage t20) pour stabiliser en position angulaire autour dudit axe vertical (I lb) le dispositif et pour que le panneau puisse se positionner sensiblement perpendiculairement au plan vertical contenant la direction d'écoulement du fluide. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chaque empennage (20) s'étend sensiblement perpendiculairement au plan du panneau associé au voisinage de son centre. 8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque élément comporte une butée angulaire pour limiter le débattement angulaire entre deux panneaux adjacents. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une arête (20a, 20b) inclinée par rapport au plan de chaque panneau, ladite arête s'étendant au-delà dudit panneau et venant chevaucher le panneau adjacent ou le montant pour servir de butée angulaire. 10 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque panneau se présente sous la forme d'un panneau tubulaire sensiblement plat (22-24) ouvert à ses extrémités verticales opposées. 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que chaque panneau tubulaire (22-24) est constitué de deux volets reliés ensemble par leurs bords latéraux et espacés par une entretoise centrale longitudinale (30) servant également d'empennage. 12 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'une au moins des articulations (A, I 1h) précitées est munie de moyens de freinage en rotation. 13 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les balanciers sont prévus en matériau flexible pour pouvoir fléchir sous l'action du fluide sans rompre. 14 - Dispositif selon la revendication 2 ou 13, caractérisé par le fait que chaque élément comporte une paire de balanciers s'étendant respectivement le long des bords latéraux du panneau associé, l'articulation (A) entre deux éléments adjacents étant prévue entre leurs balanciers respectifs. 15 - Dispositif selon l'une des revendications 2, 13 et 14, caractérisé par le fait que, dans le cas où le montant repose sur le sol, le moyen de rappel précité est constitué par les balanciers s'étendant vers le bas. 16 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que, dans le cas où le montant est suspendu, le moyen de rappel est défini par le poids propre à chaque panneau.