Comment mesurer la vitesse du vent avec un

Comment mesurer la vitesse du vent avec un anémomètre à hélice?
Lors de la campagne NABOS 2006 Erica Key et Peter Minnett (Rosenstiel School of Marine and
Atmospheric Science,University of Miami) ont utilisé un anémomètre à hélice, couplé :
- à une girouette, qui permettait de déterminer la direction du vent,
- à un thermomètre qui mesurait la température de l’air. Cette station météorologique était
localisée à l’avant du bateau.
L’ensemble girouette –anémomètre à
hélice
Le fil de connexion vers l’ordinateur
qui enregistre et stocke les données
Une des stations météorologiques utilisées lors du programme NABOS 2006
Comment fonctionne un anémomètre à hélice ?
L’anémomètre est constitué d’une partie mobile : l’hélice, qui sous
l’action du vent va être entraînée en rotation autour d’un axe qui ici est
horizontal.
La vitesse de rotation de l’hélice :
Selon la vitesse du vent (que l’on appelle aussi la force),
l’hélice va être entraînée plus ou moins rapidement. Un
système mécanique ou électronique permet d’enregistrer le
nombre de tours réalisés en un temps donné. La valeur est
transmise à l’ordinateur qui la convertit en vitesse.
Le coin des physiciens : la notion de vitesse et les unités utilisées :
Une vitesse se définit par une distance sur un temps : v = d /t.
L’unité du système international utilisée pour les vitesses est le mètre (unité de distance) par seconde
(unité de temps). Une vitesse sera donc exprimée en : m.s-1 .
En météorologie on pourra utiliser des unités différentes :
- le km.h-1 : 1km.h-1= 0,28 m.s-1 (c’est l’unité utilisée notamment par les présentateurs de
bulletin météorologique.)
- le nœud que l’on note kt, 1kt = 1,85 km.h-1 = 0,51 m.s-1
L’aide des mathématiciens : Comment convertir des nombres de tour en vitesse ?
Cercle décrit par les pales de l’hélice lorsqu’elles sont
en rotation suite à l’action du vent.
Pale de l’anémomètre.
Turbine de l’anémomètre vue de face.
Sous l’action du vent, les pales de l’anémomètre vont décrire un cercle ( en pointillé sur le schéma),
dont le rayon (R) correspond à la distance entre l’axe fixe de l’anémomètre et l’extrémité de la pale.
La distance parcourue par une pale lorsqu’elle a fait un tour correspond donc à la circonférence de ce
cercle.
En appliquant la formule mathématique : C = 2 Π R, où C correspond à la circonférence, R au rayon
et Π à 3,14, on peut calculer la circonférence du cercle qui correspond à la distance parcourue par la
pale en un tour. En multipliant par le nombre de tours réalisés par unité de temps on aura alors la
vitesse.
Aller plus loin :
• pour réfléchir à la notion de vitesse et comprendre à quoi correspondent les trois vitesses du vent :
Rubrique Vitesse du glossaire du site de Météo-France : « La météo de A à Z » consultable à
l’adresse : http://www.meteo.fr/meteonet/decouvr/a-z/index_v.htm
• Pour avoir une correspondance entre vitesse, force du vent, conséquence en mer et sur terre :
Rubrique Beaufort (échelle) du glossaire du site de Météo-France : « La météo de A à Z » consultable
à l’adresse : http://www.meteo.fr/meteonet/decouvr/a-z/index_v.htm
Comment communiquer les résultats obtenus ?
* Si l’objectif est juste d’avoir la valeur de la vitesse du vent en un point précis à un moment donné, le
relevé de la valeur que l’on consignera sur un cahier suffira. Dans ce cas un système de symboles est
utilisé pour faciliter la notation.
Les symboles utilisés pour noter la vitesse du vent et sa direction.
Vitesse
(en ms-1)
Symbole
représentant
la vitesse.
Calme
Vitesse
(en ms-1)
Symbole
représentant
la vitesse.
9 - 11
<1
14 – 16
1–3
24 – 27
4–6
29 – 31
7- 9
48 – 52
On
oriente
cette partie du
symbole en
fonction de la
direction du
vent que l’on
observe
au
moment de la
mesure.
* Si l’on souhaite faire une étude des variations de la vitesse du vent au cours d’une longue période,
l’idéal c’est d’utiliser un ordinateur qui permet des enregistrements de mesure toutes les 30 secondes.
On obtient alors une courbe comme celle présentée pour les résultats de la campagne.
Quels sont les résultats obtenus pendant la mission NABOS 2006 ?
Vitesse du vent résultats NABOS 2006
Erica Key et Peter Minnett
Vitesse du vent ms-1
(Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science,University of Miami)
Jours année 2006
Les données publiées sont-elles les données qui sont enregistrées par l’anémomètre?
Lors de l’expédition NABOS 2006, les différents anémomètres étaient placés à l’avant du
bateau. Ils enregistraient des données toutes les demi-secondes.
Le bateau était le plus souvent en mouvement avec des vitesses variables selon les périodes de
la mission, c’était à l’origine d’un déplacement d’air qui modifiait la valeur réelle du vent. C’est pour
cela que l’on distingue le vent apparent qui correspond au déplacement d’air ressentit sur le bateau, et
le vent réel qui correspond au déplacement d’air en dehors du bateau.
Les anémomètres enregistrent le vent apparent mais ce qui intéresse les chercheurs c’est le
vent réel.
L’enregistrement constant de la direction et de la vitesse de déplacement du bateau a permis
de corriger la vitesse du vent apparent et d’obtenir la vitesse du vent réel. Les données publiées
correspondent aux données réelles et sont des données corrigées.
Où sont placés les anémomètres dans les stations météorologiques terrestres ?
Tout obstacle sur le trajet du vent va en modifier les caractéristiques (vitesse et direction), c’est pour
cela que dans une station météorologique les anémomètres sont placés sur des mâts instrumentés qui
ont une hauteur de 10 mètres. Lorsque l’on veut obtenir des données en altitude, on utilisera des
ballons sondes.
D’autres articles sur le site :
Rubrique Atmosphère : article « Comment faire des mesures météorologiques en altitude ? »
Pourquoi les scientifiques étudient-ils les variations de la vitesse du vent ?
Déterminer la vitesse du vent est un élément important en prévision météorologique car le vent peut
être annonciateur de perturbations climatologiques importantes. On relie la force du vent aux
perturbations qu’elle engendre par une échelle que l’on appelle l’échelle de Beaufort.
Aller plus loin :
Les valeurs de l’échelle de Beaufort et leurs significations.
http://www.meteo.fr/meteonet/decouvr/a-z/index_b.htm (rubrique Beaufort (échelle))
En arctique l’interaction du vent avec les courants marins et son influence sur le déplacement de la
glace en rend l’étude importante.
D’autres informations sur le site :
* Rubriques Océan et Glace