Brevet FR2861181A1 — publié le 20050422

La présente invention concerne un procédé de détection de la grêle. Les chutes de grêle sont des phénomènes météorologiques dont les conséquences peuvent s'avérer désastreuses dans le domaine agricole et plus particulièrement pour la viticulture, les cultures légumières et fruitières. Plus généralement, les chutes de grêle sont également responsables d'importants dégâts aux biens immobiliers, notamment aux toitures et aux vitrages, ainsi qu'aux véhicules, notamment aux carrosseries. A défaut de pouvoir empêcher de telles chutes de grêle, les exploitants agricoles contractent des assurances pour être dédommagés des dégâts occasionnés par celles-ci. Ainsi, après une chute de grêle, des expertises sont menées afin, d'une part, d'établir que la chute de grêle s'est bien produite et, d'autre part, d'estimer l'étendue des dégâts qu'elle a occasionnés. L'existence de la chute de grêle est généralement attestée par des témoins oculaires qui ne peuvent toutefois pas fournir d'informations précises sur son importance et sa localisation. Pour détecter des chutes de grêle, on connaît par ailleurs des moyens de détection optiques ou par effet doppler employés notamment sur les aéroports. Ces équipements effectuent une détection efficace de la grêle mais sont complexes et onéreux. Les chutes de grêle étant généralement très localisées, il est nécessaire, dans le cas d'un territoire à surveiller de grande étendue, de répartir plusieurs de ces équipements sur le territoire à surveiller. Or, compte tenu du coût de ces équipements, une telle implantation n'est pas envisageable. On connaît également un mode de détection des chutes de grêle aux moyens de plaques grélimétriques. Une plaque grélimétrique est réalisée en un polystyrène extrudé qui va se déformer plastiquement sous l'impact des grêlons. Par un examen visuel, il est possible de déterminer le 2861181 2 nombre et la taille des grêlons à partir des marques d'impacts relevées sur la plaque. Ce mode de détection est particulièrement simple mais nécessite que les plaques soient périodiquement vérifiées par un opérateur et renouvelées après chaque chute de grêle. Ce mode de détection est donc particulièrement lourd à mettre en oeuvre en particulier sur un espace géographique étendu. Il serait donc intéressant de disposer d'un moyen de détection de la grêle qui soit fiable et peu onéreux. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de détection de la grêle au moyen d'un pluviomètre comprenant un collecteur conique ayant une plus grande ouverture surmontée d'une partie réceptrice, le procédé comprenant les étapes de détecter une température du collecteur et de comparer la température du collecteur à une température de référence. Lors d'une chute de grêle, les grêlons vont rapidement s'accumuler dans le collecteur et abaisser la température de celui-ci. La détection de la température du collecteur et la comparaison de celle-ci avec la température de référence permet donc de révéler une chute de grêle. Avantageusement, le procédé comprend l'étape de détecter également une température de la partie réceptrice pour constituer la température de référence et, de préférence, l'étape de comparer une variation de la température du collecteur à une variation de la température de la partie réceptrice. Lors d'une averse de pluie, les variations de la température du collecteur et de la température de la partie réceptrice sont similaires. Au contraire, lors d'une chute de grêle, les grêlons vont rapidement s'accumuler dans le collecteur et abaisser la température de celui-ci alors que les grêlons ne restent pas dans la partie réceptrice dont la température variera faiblement. La température du 2861181 3 collecteur va diminuer tandis que la température de la partie réceptrice va peu fluctuer. De plus, la variation de la température du collecteur est alors supérieure à la variation de la température de la partie réceptrice, ce qui révèle la chute de grêle. De préférence alors, la comparaison des variations de températures porte sur des vitesses de ces variations. La comparaison des vitesses de variation permet très rapidement une détection fiable de la chute de grêle. Avantageusement, le pluviomètre étant pourvu de moyens de chauffage déclenchés lorsqu'une température du pluviomètre est inférieure à une température de consigne, le procédé comprend l'étape de comparer une température ambiante à une température de consigne. Des pluviomètres de ce type sont généralement utilisés pour mesurer la quantité de précipitations dans une zone donnée, que celles-ci soient sous forme liquide ou solide. Les moyens de chauffage sont déclenchés lorsque la température du collecteur est inférieure à une température de consigne qui est de l'ordre de quelques degrés centigrades et correspond à une température de fusion de la neige. Si la température ambiante est supérieure à la température de consigne, une différence des variations de température entre le collecteur et la partie réceptrice est toujours révélatrice de grêle. Cette période correspond d'ailleurs au printemps, à l'été et à l'automne quand les chutes de grêle causent le plus de dégâts, lorsque les fruits ou les légumes sont sortis de terre et sont donc exposés aux intempéries. En revanche, en hiver, il existe un risque qu'une chute de grêle puisse être confondue avec une chute de neige. La comparaison de la température ambiante et de la température de consigne permet de révéler ce risque qui existe lorsque la température ambiante est inférieure à la température de consigne. 15 2861181 4 De préférence alors, le collecteur et la partie réceptrice étant pourvus chacun de moyens de chauffage indépendants et la température ambiante étant voisine ou inférieure à la température de consigne, le procédé comprend l'étape supplémentaire de comparer une puissance consommée des moyens de chauffage du collecteur à une puissance consommée des moyens de chauffage de la partie réceptrice. Lors d'une chute de grêle, les grêlons vont rapidement s'accumuler dans le collecteur et abaisser tout aussi rapidement la température de celui- ci alors que la partie réceptrice n'est pas ou peu refroidie. La puissance consommée par les moyens de chauffage du collecteur est donc supérieure à celle consommée par les moyens de chauffage de la partie réceptrice. Lors d'une chute de neige, la neige entre en contact un peu avec la partie réceptrice et beaucoup avec le collecteur. Cependant, la neige est peu dense et possède une surface d'échange importante avec le pluviomètre de sorte que la neige fond rapidement. Le refroidissement dû à la présence de la neige est donc peu différent pour le collecteur et la partie réceptrice. La puissance consommée par les moyens de chauffage du collecteur est alors peu différente de celle consommée par les moyens de chauffage de la partie réceptrice. Selon une caractéristique particulière, le pluviomètre comprenant un dispositif de mesure des précipitations collectées, le procédé comprend l'étape ultérieure de détecter un décalage temporel entre le déclenchement des moyens de chauffage et un incrément consécutif du dispositif de mesure. Le dispositif de mesure des précipitations collectées peut fonctionner par exemple par pesage ou comptage de gouttes. Lors d'une chute de neige, lorsque les moyens de 2861181 5 chauffage ne sont pas en fonctionnement, le contact de la neige avec la paroi du collecteur provoque le déclenchement des moyens de chauffage. La neige qui est peu dense et possède une surface d'échange importante avec le pluviomètre est alors immédiatement transformée en eau qui va rapidement provoquer un incrément du dispositif de mesure. Les grêlons sensiblement sphériques ont une surface en contact avec le pluviomètre beaucoup plus faible et leur masse leur confère une inertie thermique importante. Il en résulte qu'un temps correspondant à la durée de fusion des grêlons s'écoule entre le déclenchement des moyens de chauffage et l'incrément consécutif du dispositif de mesure. Ceci permet de distinguer une chute de neige d'une chute de grêle lorsque la température ambiante est supérieure à la température de consigne. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de mise en oeuvre particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence à la figure unique annexée représentant un pluviomètre pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Un pluviomètre de ce type est par exemple connu du document FR-A-2 770 306. Ce pluviomètre, généralement désigné en 1, comprend de manière classique un collecteur 2 en forme d'entonnoir fixé de façon amovible, par exemple par vissage, sur un socle 3 de forme tubulaire et destiné à être fixé au sol. Le collecteur 2 est ici réalisé par moulage de fonte d'aluminium et présente une épaisseur relativement importante. Le socle 3 est lui en acier inoxydable. Le collecteur 2 possède une partie supérieure cylindrique qui prolonge l'ouverture de l'entonnoir ayant le plus grand diamètre et qui est surmontée d'une partie réceptrice 13 de forme tubulaire. La partie réceptrice 13 2861181 6 est ici formée d'une coiffe qui recouvre la partie supérieure du collecteur 2 et qui comprend un bord d'attaque formé d'un clinquant en forme de bague pour définir la section d'entrée du pluviomètre. Le collecteur 2 possède une partie inférieure qui présente l'ouverture de l'entonnoir ayant le plus petit diamètre et qui est en l'espèce équipée d'un embout possédant un ajustage 4 calibré. Une résistance 5 conique recouvre extérieurement le collecteur 2 pour définir une première zone de chauffage. Un capteur de température 6 est fixé sur le collecteur 2 à l'extérieur de celui-ci du côté de l'ajutage 4. Une résistance 14 cylindrique recouvre extérieurement la partie supérieure du collecteur 2 pour définir une deuxième zone de chauffage. Un capteur de température 15 est fixé entre la partie réceptrice 13 et la partie supérieure du collecteur 2. Un organe de régulation, de structure connue en elle-même et schématiquement représenté en 7, est fixé sur la face interne du socle 3. L'organe de régulation 7 est relié aux résistances 5, 14 et aux capteurs de température 6, 15 par l'intermédiaire d'éléments de liaison tels que des fils électriques. Un dispositif de mesure généralement désigné en 8 est fixé au socle 3 à l'aplomb de l'ajutage 4. Le dispositif de mesure 8 peut fonctionner par pesée, par comptage de gouttes (notamment par photodétection) ou au moyen d'un auget basculant. Un capteur de température 11 est fixé sur le socle 3 de manière à permettre une mesure de la température ambiante à l'extérieur du pluviomètre. L'organe de régulation 7, l'organe de détection 10 et le capteur de température 11 sont reliés par l'intermédiaire d'éléments de liaison tels que des fils électriques à un émetteur 12 pour transmettre 2861181 7 respectivement des signaux de déclenchement des résistances 5 et 14, un signal d'incrémentation du dispositif de mesure et un signal indicateur de la température ambiante. L'organe de régulation 7 et l'émetteur 12 sont en outre reliés à des moyens d'alimentation en énergie non représentés, tels qu'un accumulateur électrique, le réseau électrique, une éolienne, un panneau solaire ou autre. Préalablement à la mise en fonctionnement du pluviomètre chauffant, une température de consigne est programmée dans l'organe de régulation 7. La température de consigne est ici égale à trois degrés celcius environ et correspond à la température de fusion de la neige. Ainsi, l'organe de régulation 7 commande de façon indépendante les résistances 5 et 14 pour assurer une température du collecteur égale à trois degrés celcius environ. La température est réglée par des impulsions électriques délivrées à intervalles réguliers par l'organe de régulation 7 en fonction des informations fournies par les capteurs de température 6 et 15. On notera que la température de consigne précitée n'est mentionnée qu'à titre indicatif et pourra être modifiée par exemple en fonction des conditions climatiques. Le procédé conforme à l'invention comprend l'étape de détecter la température du collecteur et la température de la partie réceptrice soit en continu, soit à intervalles réguliers au moyen des capteurs de températures 6 et 15. Ces données sont transmises par l'émetteur 12 par voie hertzienne ou filaire à une centrale de traitement non représentée. La température ambiante relevée par le capteur de température 11 est également transmise par l'émetteur 12 à la centrale de traitement. Le procédé comprend l'étape de comparer des variations de la température du collecteur et de la température de la partie réceptrice et plus 2861181 8 particulièrement de comparer les vitesses de variation de ces températures. Le procédé comprend en outre l'étape de comparer la température ambiante à la température de consigne. Lorsque la température ambiante est supérieure ou égale à la température de consigne, une vitesse de variation de la température du collecteur 2 fournie par le capteur de température 6 plus importante que la vitesse de variation de la température de la partie réceptrice fournie par le capteur de température 15 révèle une chute de grêle. Il est en outre possible d'évaluer la quantité de grêle collectée en prévoyant l'étape de comparer la température du collecteur à une température du collecteur mesurée précédemment et, consécutivement à un abaissement de cette température, l'étape d'estimer la quantité de grêle à partir de la valeur de cet abaissement. Ainsi, expérimentalement, il peut être rapproché un abaissement de la température du collecteur avec une quantité de grêle collectée, par exemple un abaissement de 1,5 C de la température du collecteur correspond à huit grammes de grêle collectée. Si l'abaissement de température est tel que la température du collecteur 2 est inférieur à la température de consigne, l'organe de régulation 7 commande l'alimentation de la résistance 5 qui indique que des hydrométéores ayant une température inférieure à la température de consigne ont été mis en contact avec la paroi du collecteur 2. Ces hydrométéores, compte tenu de la température, ne peuvent être des gouttes de pluie et sont donc des grêlons. La détection du déclenchement des moyens de chauffage (par déclenchement on entend la mise en service) permet donc également de révéler la chute de grêle. La quantité de grêle collectée peut être évaluée à partir de la consommation des moyens de chauffage. Pour ce 2861181 9 faire, le procédé comprend consécutivement à un abaissement de la température du collecteur, l'étape de comparer la température du collecteur à une température du collecteur détectée précédemment et l'étape d'estimer une quantité de grêle collectée à partir de l'abaissement de la température du collecteur. Le procédé comprend en outre l'étape de calculer une différence entre la puissance consommée des moyens de chauffage du collecteur et la puissance consommée des moyens de chauffage de la partie réceptrice et d'estimer la quantité de grêle collectée à partir de cette différence. A partir de la puissance consommée, on détermine la quantité de glace fondue il faut ainsi environ 2700 Joules pour fondre huit grammes de glace. On remarquera qu'en été, sous des climats tempérés ou continentaux et notamment en France, la température ambiante sera toujours supérieure à la température de consigne. La différence des vitesses de variation de la température du collecteur 2 et de la température de la partie réceptrice révèle une chute de grêle sans qu'il soit nécessaire de vérifier que la température ambiante est supérieure à la température de consigne. Pour affiner la détection, il peut être procédé à une étape de détecter chaque incrément du dispositif de mesure (c'est-à- dire chaque basculement de l'auget lorsqu'un dispositif à auget basculant est utilisé) consécutif à un déclenchement de la résistance 5. Cette donnée est transmise par l'émetteur 12 par voie hertzienne ou filaire à la centrale de traitement. Dans cette centrale, les déclenchements de l'alimentation de la résistance 5 et les incréments du dispositif de mesure 8 sont relevés sur une échelle de temps commune et prédéterminée. Ces relevés peuvent être réalisés sur un graphique en vue d'un traitement par un opérateur ou être enregistrés dans une mémoire d'un ordinateur en vue d'un traitement informatique. 2861181 10 Ces relevés permettent notamment de comparer le rythme de déclenchement de l'alimentation de la résistance 5 avec le rythme d'incrémentation du dispositif de mesure. Tant que des grêlons se trouvent dans le collecteur 2, le chauffage provoque une fonte régulière de ceux-ci. Les incréments du dispositif de mesure 8 consécutifs à la fonte des grêlons ont donc une fréquence régulière. La fin de ces incréments sera synchronisée avec la fin du chauffage et indiquera la fin de la chute de grêle. Au contraire, dans le cas d'une averse de pluie, la fréquence des incréments varie de façon aléatoire et finit par diminuer progressivement. La régularité des incréments du dispositif de mesure permet donc également de distinguer une chute de grêle d'une averse de pluie. Lorsque la température ambiante est voisine ou inférieure à la température de consigne, il existe un risque qu'une chute de grêle soit confondue avec une chute de neige. Pour limiter ce risque, le procédé comprend l'étape supplémentaire de comparer une puissance consommée par la résistance 5 de chauffage du collecteur 2 à une puissance consommée par la résistance 14 de chauffage la partie réceptrice 13. Lors d'une chute de grêle, les grêlons vont rapidement s'accumuler dans le collecteur 2 et abaisser tout aussi rapidement la température de celui- ci alors que la partie réceptrice 13 n'est pas ou peu refroidie. La puissance consommée par la résistance 5 est donc supérieure à celle consommée par la résistance 14. La quantité de grêle peut être évaluée comme précédemment. Lors d'une chute de neige, la neige entre en contact un peu avec la partie réceptrice 13 et beaucoup avec le collecteur 2. Cependant, la neige est peu dense et possède une surface d'échange importante avec le pluviomètre de sorte que la neige fond rapidement. Le refroidissement dû à la présence de la neige est donc peu 2861181 11 différent pour le collecteur 2 et la partie réceptrice 13. La puissance consommée par la résistance 5 est alors peu différente de celle consommée par la résistance 14. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, on peut disposer dans le pluviomètre une cellule de traitement électronique reliée à l'organe de régulation 7 et aux capteurs de température 5, 14 pour fournir directement un signal représentatif du début d'une chute de grêle et éventuellement de la fin de celle-ci. Une mémoire enregistrant les températures peut également être implantée dans le pluviomètre. En outre, la détection de la grêle peut être réalisée de façon indépendante par la simple détection d'un décalage temporel entre le déclenchement du chauffage et un incrément consécutif du dispositif de mesure, ce décalage temporel étant relativement long dans le cas de grêlons dont la fusion est relativement lente alors qu'il n'y a pas ou peu de décalage dans le cas de la neige qui fond très rapidement. La détection peut également être réalisée simplement par la comparaison de la température du collecteur à la température de la partie réceptrice, ou des vitesses de variation de la température du collecteur 2 et de la température de la partie réceptrice; associée ou non avec la comparaison de la température ambiante et de la température de consigne. La détection de grêle peut également être réalisée, lorsqu'il fait relativement chaud, en comparant la température du collecteur 2 à une température ambiante. En effet, en présence de grêle, la température du collecteur 2 est inférieure à la température ambiante. Pour affiner la détection, la présence de grêle peut n'être validée que si la température du collecteur est inférieure de plusieurs 2861181 12 degrés à la température ambiante. La détection de grêle peut également être réalisée en détectant le déclenchement des moyens de chauffage, la température de consigne étant alors la température de référence. Enfin, pour affiner la détection, il est possible de prévoir que la présence de grêle n'est validée que si la température ambiante est supérieure de plusieurs degrés à la température de consigne. 2861181 13 REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de la grêle, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre au moyen d'un pluviomètre (1) comprenant un collecteur (2) conique ayant une plus grande ouverture surmontée d'une partie réceptrice (13), et en ce que le procédé comprend les étapes de détecter une température du collecteur et de comparer la température du collecteur à une température de référence. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant l'étape de détecter également une température de la partie réceptrice pour constituer la température de référence. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de comparer une variation de la température du collecteur (2) et une variation de la température de la partie collectrice (13). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la comparaison des variations de températures porte sur des vitesses de ces variations. 5. Procédé selon la revendication 2, le pluviomètre étant pourvu de moyens de chauffage (5, 14) déclenchés lorsqu'une température du pluviomètre est inférieure à une température de consigne, le procédé comprend l'étape de comparer une température ambiante à la température de consigne. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, le collecteur (2) et la partie réceptrice (13) étant pourvus chacun de moyens de chauffage (5, 14) indépendants et la température ambiante étant voisine ou inférieure à la température de consigne, le procédé comprend l'étape supplémentaire de comparer une puissance consommée des moyens de chauffage du collecteur à une puissance consommée des moyens de chauffage de la partie réceptrice. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en 2861181 14 ce que, le pluviomètre comprenant un dispositif de mesure des précipitations collectées (8), caractérisé en ce que le procédé comprend l'étape ultérieure de détecter un décalage temporel entre le déclenchement des moyens de chauffage (5) et un incrément consécutif du dispositif de mesure. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la détection du décalage temporel comprend les phases de relever sur une échelle de temps prédéterminée chaque déclenchement des moyens de chauffage (5) et chaque incrément du dispositif de mesure. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de comparer la température du collecteur à une température du collecteur détectée précédemment et, consécutivement à un abaissement de la température du collecteur, l'étape d'estimer une quantité de grêle collectée à partir de l'abaissement de la température du collecteur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de calculer une différence entre la puissance consommée des moyens de chauffage du collecteur et la puissance consommée des moyens de chauffage de la partie réceptrice et d'estimer la quantité de grêle collectée à partir de cette différence. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de référence est une température ambiante. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de comparer la température du collecteur à une température du collecteur détectée précédemment et, consécutivement à un abaissement de la température du collecteur, l'étape d'estimer une quantité de grêle collectée à partir de l'abaissement de la température du collecteur.