Brevet FR2929714A1 — publié le 20091009

L'invention concerne un dispositif support de mesure du vent à basse altitude au moyen de capteurs climatiques dans le cadre d'études éoliennes et climatologiques. Les mesures de vents revêtent une grande importance tant pour l'acquisition d'une meilleure connaissance de notre environnement que pour les prévisions météorologiques. Elle représente actuellement un enjeu majeur dans le domaine des énergies renouvelables et notamment dans l'établissement des estimations de productivité liées à l'énergie éolienne. Ces mesures peuvent être aisément réalisées au sol à l'aide de capteurs portatifs ou de mini-stations météorologiques. Elles deviennent en revanche plus complexes au-delà dè dix mètres de hauteur depuis le sol. Actuellement, il existe différents dispositifs en fonction de la hauteur et de la durée des études, dont l'un consistant à effectuer des mesures à partir de pylônes ou mâts de mesures sur lesquelles sont installés des capteurs climatiques déportés. En l'état de la technique, les capteurs installés au sommet de ce type de structures sont déportés de l'axe de la structure par des supports individuels et ne garantissent pas des mesures exemptes de perturbations liées à la structure. Chaque support doit de plus intégrer sa propre pointe paratonnerre afin de protéger le capteur contre le risque de foudroiement. Ce type de mesures est coûteux et doit être effectué dans des conditions optimum afin de garantir des données les plus qualitatives possible. Les capteurs sont souvent étalonnés en laboratoire, il est alors impératif d'assurer leur parfaite installation en garantissant le respect des règles applicables en matière de mesures de vents et de mécanique des fluides. Les mesures réalisées en tête de structure sont les plus importantes dans le cadre d'étules éoliennes visant à évaluer le gisement éolien d'un site ("Site Assessment") ou bien à visée de calibration des mesures ("Site Calibration") ou encore afin d'estimer le rendement d'une éolienne installée par rapport à sa courbe de puissance théorique ("Power Performance Measurements" / "Power Curve Assessment"). Des mesures qualitatives sont garantes de prévisions énergétiques correctes avant l'implantation des turbines éoliennes. Compte tenu des conditions d'installation (travaux en hauteur), des systèmes de mesue en tête de structure, il est nécessaire de réaliser un dispositif léger et ajustable afin de simplifier sa mise en oeuvre en toute sécurité par les techniciens cordistes. Les dispositifs existants n'offrent que très peu de modularité et présentent des problèmes de fiabilité liés notamment au principe d'assemblage par soudure des éléments de supports. Ou bien le choix des matériaux afin de résister aux contraintes de givre et de vent admissibles les rend lourds et difficiles d'installation. Le présent dispositif tend à remédier aux inconvénients précédemment exposés. Le dispositif constitue un support de type trident permettant de mesurer au sommet d'une structure les paramètres du vent (dont la vitesse et la direction) en réduisant de manière significatives les perturbations et turbulences liées à la structure. 10 L'ensemble du système se caractérise par sa légèreté, sa facilité d'installation et sa modularité. Ce dispositif permet d'augmenter la fiabilité des mesures : - en diminuant les turbulences liées à la structure et aux supports, 15 - en réduisant :tes vibrations des supports sous l'effet du vent, - en offrant davantage de précision et de fiabilité aux supports tout en sécurisant le dispositif, - en réduisant le risque de casse et d'altération par l'utilisation de procédés d'assemblage mécanique et non-soudé des éléments de support, 20 - en augmentant la protection contre la foudre de l'ensemble des capteurs installés au sommet de la structure. Ce dispositif est également modulable et simple d'installation. Il permet notamment une orientation à 360° du support de tête soit une orientation omnidirectionnelle des capteurs 25 quelle que soit l'implantation de la structure, un ajustement simple et rapide de la hauteur de l'ensemble du dispositif sans dépose du système ou des capteurs et enfin un réglage précis des hauteurs des capteurs à l'aide de tétines ajustables. Le dispositif selon la présente invention peut donc être assemblé et installé au sommet de la structure par un seul technicien. 30 Les caractéristiques techniques du dispositif (type, matériau, dimensionnement) lui assurent également une rigidité adaptée aux contraintes de givre et de vent extrême (selon normes en vigueur), une résistance et une légèreté tout en maintenant un faible coût. 35 La présente invention concerne un dispositif de mesure du vent terrestre qui comprend ane structure support ancrée à la terre, possédant au moins un bras de déport latéral et un support de tête. Le support de tête contient une pointe paratonnerre, deux capteurs climatiques dont au moins un mesure les paramètres du vent, par exemple un anémomètre, 40 un support horizontal et deux tétines tel que les capteurs sont sur un même axe de façon à former avec la pointe paratonnerre un trident. Le bras de déport latéral et constitué d'un support horizontal et d'une tétine verticale à ;on extrémité. 45 Les dessins annexés illustrent l'invention : - La figure 1 représente le dispositif dans son ensemble La figure 2 représente une vue transversale du support de tête (2) - La figure 3 représente une vue transversale du bras de déport latéral (3) - La figure 4 représente, sous différentes vues, le système de fixation mécanique des 50 tétines (8) aux extrémités des supports horizontaux (9) tels que défini sur les figures 2et3.5 -3 En référence à ces dessins, le dispositif de mesure du vent terrestre selon l'invention comprend une structure support (1) ancrée à la terre, possédant au moins un bras de déport latéral (3) et un support de tête (2). Ledit bras de déport latéral (3) est constitué d'un support horizontal (9) et d'une tétine verticale (8) à son extrémité. Ledit support de tête (2) contient une pointe paratonnerre i:5), deux capteurs climatiques de tête (6A, 6B) dont au moins un mesure les paramètres du vent, par exemple un anémomètre (6A), un support horizontal (9) et deux tétines (8) tel que les capteurs (6A, 6B) sont sur un même axe (x) de façon à former avec la pointe paratonnerre (5) un trident. Le fait d'avoir un seul dispositif paratonnerre composé d'une pointe captrice (5) dans l'axe (y) de la structure assure une meilleure protection contre la foudre de l'ensemble des capteurs installés au sommet de la structure. La forme en trident permet l'alignement parfait des capteurs (6A, 6B) par rapport à la structure (1). Les turbulences sont alors diminuées et peuvent être calculées de manière précise. Le support de tête (2) est fixé à la structure par un système de verrouillage boulonné et sécurisé par une goupille (7) de façon à éliminer les risques de rotation et/ou de ripage dû à un défaut de serrage manuel combiné aux charges de givre et de vent, garantissant ainsi la fiabilité du dispositif et la qualité des mesures. Le support de tête (2) se caractérise en ce que le support horizontal (9) reçoit à son extrémité une tétine (8) supportant un anémomètre (6A) positionné à une hauteur supérieure ou égale au deuxième capteur (6B) de façon à éviter la traînée aérodynamique de ce dernier sur l'anémomètre principal (6A) lorsque le vent est orienté sur le même axe (x) que le support et souffle depuis le deuxième capteur (6B) en direction du capteur principal (6A). Le paramètre mesuré (vitesse du vent) est alors le plus précis possible, exempt des perturbations créées par le deuxième capteur. Les deux capteurs (6A, 6B) sont inclus dans un cône de sommet (5B) et d'angle (a) compris entre environ 60 à 120° de façon à assurer une protection foudre optimum des capteurs situés au sommet de la structure en respect des exigences et recommandations normatives en vigueur. Le bras de déport latéral (3) du présent dispositif est constitué d'un support horizontal (9) et d'au moins une tétine verticale (8) aux extrémités. Le présent dispositif de mesure du vent selon l'invention comprend une structure support (1) ancrée à la terre, au moins un bras de déport latéral (3) et un support de tête (2) fixé au sommet de la structure (1B) de façon ajustable en hauteur. Le principe de construction en forme de trident ajustable en hauteur permet de positionner les capteurs de tête (6A, 6B) plusieurs mètres au-dessus du sommet de la structure (1B) et rend ainsi négligeables les turbulences liées à la structure sur les mesures, conférant tout son intérêt au présent dispositif. Le dispositif de mesure se caractérise en ce que le support de tête (2) et le(s) bras de déport latéral (3) qui le composent sont constitués d'éléments, de préférence tubulaires et réalisés en matériau rigide de façon à réduire les vibrations, peu oxydable, résistant aux contraintes de givre et de vent et léger tel que l'aluminium. -4 Les deux capteurs (6A, 6B) du support de tête (2) sont positionnés de façon symétrique par rapport à l'axe (y) de la structure. Les tétines (8) du support de tête (2) et du bras de déport latéral (3) sont reliées de façon ajustable en hauteur aux supports horizontaux (9) laissant une certaine liberté dans le positionnement des capteurs (4, 6A, 6B) rendant ainsi le dispositif modulable. De plus le système d'ajustement vertical des tétines (8) est un système de verrouillage boulonné (10) et sécurisé par une vis-téton (12) et un écrou (11) éliminant les risques de rotation et/ou de ripage dû à un défaut de serrage manuel combiné aux charges de givre et de vent, apportant ainsi une meilleure fiabilité qu'un dispositif soudé. Les tétines (8) ainsi ajustées conserve un équerrage précis et durable garantissant la qualité des mesures. Enfin, les tétines (8) du présent dispositif seront de préférence réalisées en tube afin de permettre le positionnement direct du capteur (4, 6A, 6B) au sommet de la tétine (8) pour une plus grande simplicité d'installation et également afin de permettre le passage de la fiche de connexion (le cas échéant) et du câble de connexion (13) à l'intérieur du tube (le façon à éliminer les perturbations engendrées par le câble. REVENDICATIONS5 1 - Dispositif support de mesure du vent terrestre avec une structure support (1) ancrée à la terre, caractérisé en ce qu'il comporte un support de tête (2) fixé au sommet de la structure, ce support de tête comportant un support horizontal (9) avec deux tétines verticales (8) à 10 ses extrémités portant les capteurs de tête (6A, 6B), le tout étant ajustable en hauteur de façon à ce que les capteurs de tête soient nettement au-dessus du sommet de la structure. 2 - Dispositif support de mesure du vent terrestre, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support de tête (2) contient une pointe paratonnerre (5), deux capteurs climati- 15 ques de tête (6A, 6B) dont au moins un mesure les paramètres du vent, par exemple un anémomètre (6A), de telle façon que les capteurs (6A, 6B) sont sur un même axe (x) formant ainsi avec la pointe paratonnerre (5) un trident. 3 - Dispositif support de mesure du vent terrestre, selon l'une quelconque des revendica- 20 tions précédentes, caractérisé en ce qu'il est fixé à la structure support (1) par un système de verrouillage boulonné et sécurisé par une goupille (7) de façon à éliminer les risques de rotation et/ou de ripage. 4 - Dispositif support de mesure du vent terrestre, selon l'une quelconque des revendica- 25 tions précédentes, caractérisé en ce que le support horizontal (9) reçoit à son extrémité une tétine verticale (8) supportant un anémomètre (6A) positionné à une hauteur supérieure ou égale au deuxième capteur (6B) de façon à éviter la traînée aérodynamique de ce dernier sur l'anémomètre principal (6A). 30 5 - Dispositif support de mesure du vent terrestre, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux capteurs (6A, 6B) sont inclus dans un cône de sommet (5B) et d'angle (a) compris entre environ 60 à 120°. 6 - Dispositif support de mesure du vent terrestre, selon l'une quelconque des revendica- 35 tions précédentes, caractérisé en ce que la structure support (1) comporte au moins un bras de déport latéral (3), constitué d'un support horizontal (9) et d'au moins une tétine verticale (8) à l'extrémité portant un capteur climatique (4). 7 - Dispositif support de mesure du vent terrestre, selon l'une quelconque des revendica- 40 tions précédentes, caractérisé en ce que le support de tête (2) et le(s) bras de déport latéral (3) qui le composent sont constitués d'éléments, de préférence tubulaires, et réalisés en matériau rigide, peu oxydable, résistant et léger tel que l'aluminium. 8 - Dispositif support de mesure du vent terrestre, selon l'une quelconque des revendica-45 tions précédentes, caractérisé en ce que les deux capteurs (6A, 6B) du support de tête (2) sont positionnés de façon symétrique par rapport à l'axe (y) du support de tête (2). 9 - Dispositif support de mesure du vent terrestre, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les tétines (8) sont reliées de façon ajustable 50 en hauteur aux supports horizontaux (9) laissant une certaine liberté dans le positionnement des capteurs (4, 6A, 6B), également apportant ainsi une meilleure précision et fiabilité defixation et enfin en ce que le système d'ajustement vertical des tétines (8) est un système de verrouillage boulonné (10) et sécurisé par une vis-téton (12) et un écrou (Il) de façon à éliminer les risques de rotation et/ou de ripage. - Dispositif support de mesure du vent terrestre, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tétines (8) sont réalisées en tube afin de permettre le positionnement direct du capteur au sommet de la tétine (8) et également afin 10 de permettre le passage de la fiche et du câble de connexion (13) du capteur à l'intérieur du tube de façon à éliminer les perturbations engendrées par ledit câble.