vitesse du vent et hauteur du capteur

[Bruno-59]

Bonsoir à vous.

Je sais que la norme pour les relevés correspond à une hauteur de 10 mètres.

En ce qui me concerne, je n'ai pas la possibilité de placer mes capteurs à cette hauteur.

De fait, je sais bien que la vitesse du vent mesurée et bien moindre que celle à 10m de haut.

Je sais aussi que la vitesse du vent est un élément très fluctuant et que le vent mesuré à 2m, 10m ou 30m n'est pas forcément le même (direction et vitesse).

Cependant, je ne sais pas s'il existe une règle de calcul qui permet de corriger la perte de vitesse pour une station postée à moins de 10 mètres du sol.

Cette règle permettrait une mesure approximative, je le conçoit.

En gros, un peut dire que la pression diminue d'autant tout les 10 mètres, ou que la température baisse d'autant tout les X mètres.

De la même façon, peut-on dire que la vitesse du vent diminue de X% ou X m/s tout les Y mètres ?

Si aucune règle (expérimentale) n'existe, sauriez-vous m'indiquer où je peux trouver des relevés pris sur une même station, au même moment, mais à plusieurs hauteurs différentes ?

Merci pour vos éclairages sur cette question

[Kuban]

Le vent est mesuré à 10 m de hauteur car la rugosité du sol provoque de fortes turbulences, ce qui se traduit par une erreur en terme de vitesse et de direction.

Les pylônes sont placés dans des endroits dégagés, pour éviter que des obstacles n'interfèrent (comme un arbre par exemple). La distance nécessaire par rapport à l'obstacle dépend de sa hauteur.

Pour la première question, très franchement, je ne sais pas. Une masse d'air varie très fortement près du sol, donc je doute que ce soit possible.

Lorsque l'on dépasse les 1500 m au dessus du sol, on sort de ce que les météorologues appellent la couche limite (en gros, tranche d'air entre le sol et 1500 m au dessus, où se produisent beaucoup de phénomènes de turbulences, où le gradient de température fluctue beaucoup, etc.). Au-dessus, la vitesse du vent est moins chaotique : elle est fonction du gradient de température/pression, et il y a des règles pour l'évaluer. Le vent est relié au gradient de température par l'équilibre du vent thermique par exemple.

Pour la deuxième question, à ma connaissance, je ne vois pas de stations.

Voilà, j'espère que d'autres seront plus au courant que moi. /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

Bonne soirée

[LMK]

Il est impossible d'obtenir une vitesse de vent équivalente à une mesure "normalisée" (= à 10m en terrain dégagé) à partir d'une mesure faite par exemple en ville à moins de 10m, à laquelle on applique opération.

Pourtant c'est vrai il existe un calcul pouvant déterminer la force du vent (moyen) à x metres à partir de la force à 2m par exemple, mais ce calcul n'est valable qu'en terrain parfaitement dégagé (rase campagne et encore il ne faut pas d'arbre), et ne concerne pas les rafales qui sont turbulentes par nature (elles peuvent etre plus fortes à 2m qu'à 10m même si c'est plus souvent l'inverse).

Les turbulences modifient trop la vitesse pour qu'on se permette d'appliquer un coeficient et de publier les valeurs comme si elles étaient réelles. C'est pourquoi on est strict sur ce point pour static. Il vaut mieux publier une valeur et préciser dans quelles conditions elle est mesurée, plutôt que de publier une valeur modifée!

[ribi]

Pourtant certains font des comparaisons (qui ne peuvent être que statistiques et sur une mer parfaitement plate) entre le vent à des altitudes différentes. Voir :

http://www.lodyc.jussieu.fr/carioca/winds.html

La formule utilisée,

qui semble être

U(z1) = U(z2) ( 1 + Cd^0.5 / k ln (z1/z2)) avec Cd=1.1e-3 et k=0.4

dont je ne connais pas l'origine, semble être le résultat d'un développement limité (sinon on n'obtient pas de résultat cohérent en échangeant les altitudes), donc le domaine des altitudes où elle est valable risque d'être limité lui aussi.

Il faudrait contacter l'auteur de l'article pour en savoir plus...

[LMK]

Pourtant certains font des comparaisons (qui ne peuvent être que statistiques et sur une mer parfaitement plate)

Oui je n'ai pas dit le contraire /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

Pourtant c'est vrai il existe un calcul pouvant déterminer la force du vent (moyen) à x metres à partir de la force à 2m par exemple, mais ce calcul n'est valable qu'en terrain parfaitement dégagé

Mais comme tu le précises, le sol doit etre parfaitement plat et sans obstacles pour faire de telles comparaisons (et seulement sur le vent moyen), hors ce n'est pas le cas des installations amateur en règle générale (et même de la plupart des installations pro), donc on ne peut que déconseiller l'application de coefficients et autres calculs pour "corriger" une mesure de vent destinée à etre publiée.

Apres on peut tres bien évaluer une "sousestimation" due au site de mesure, par exemple en pourcentage pour chaque direction de vent, que l'on peut publier pour donner un ordre d'idée de l'erreur potentielle, mais la valeur de vitesse de vent reste la mesure brute.

Par exemple j'ai indiqué sur la page de la station sur IC que le vent de secteur S à SE est sousestimé en général de 30 à 50%, un peu moins pour les rafales (bien que ce soit encore plus aléatoire), c'est une observation personnelle que j'ai pu chiffrer avec le temps. Mais je ne donne jamais de valeur corrigée car il est impossible de déduire une valeur de la mesure brute, étant donné la variabilité de la sousestimation (ce qui est valable pour tous les sites). Les valeurs du tableau sont donc celles mesurées par l'anémo, et lorsque le vent vient du SE les gens sont prévenus que les valeurs sont en général bien sousestimées, c'est l'essentiel.

[ribi]

lmk nous sommes bien d'accord, je répondais simplement à Bruno 59, quand il demandait une loi permettant de corriger la mesure de vitesse, et des relevés correspondant à deux hauteurs différentes. Il existe des données qui correspondent à ça sur ce lien, mais évidemment tout cela transposé à n'importe quel capteur risque de donner des résultats douteux.

[Météofun]

Alors je me permets d’apporter quelques précisions …

Cette formule est issue de développements théoriques assez classiques de la couche limite sur laquelle on a placé un coefficient (Cd) issus d’observations empirique pour coller aux observations (coefficient que l’on peut aussi retrouver avec un résultat similaire par la technique classique des ordres de grandeur).

Elle s’applique avec une certaine réussite pour des conditions de stabilité neutre. C’est-à-dire généralement (avec des dépendances en fonction du lieu, de l'ensoleillement, de la situation météo ...) en journée sans un fort ensoleillement et avec un minimum de vent et la nuit en conditions nuageuses et assez venté. Pour les autres conditions ça ne tient pas la route. Mais il existe des alternatives plus complexes à cette équation pour tenir compte des effets de stabilité (elles aussi issues de développement théoriques avec des coefficients ajustés empiriquement). L’autre condition est d’être à une altitude au moins 30 fois supérieur (et 50 fois est mieux) à la longueur de rugosité du sol, et jusqu’à des altitudes de quelques dizaines de mètres (partie basse de la couche limite). Sur cette page il y a un tableau qui récapitule certaines longueurs de rugosité :

http://www.windpower.org/fr/stat/unitsw.htm (en milieu de page environ, c’est donc la seconde colonne du tableau qui nous intéresse avec les valeurs données en m).

On remarque que pour un anémomètre situé à 10m du sol cette formule est acceptable sur la plupart des terrains en-dehors des villes et des forêts (sous réserve de la très forte limitation de l’atmosphère neutre ou quasi-neutre). En ville (pas trop importante), il faut qu’il soit au dessus des toits (mais ça c’est évident …) pour que ce soit valide. Et évidemment ça ne concerne que le vent moyen et pas du tout les rafales … Et on est aussi d'accord qu'il s'agit d'estimations pour extrapoler le vent à une altitude à partir d'une mesure à une autre altiude, et en aucun cas de mettre je ne sais quel coefficient aux mesures !

Ensuite (comme je l’avais expliqué précédemment), il y a moyen de très nettement améliorer cette formule et de la rendre pertinente en tenant compte de la stratification de l’air (gradient de thêta). La condition de hauteur par rapport à la longueur de rugosité est la même. Mais il faut connaitre le profil thermique de basse couche, ce qui n’est pas une mince affaire …

Sinon pour les puristes (je pense à toi Ribi !), je donne les conditions de validité exactes de la formule que tu as donné (c’est un peu technique) sachant que la démonstration part des équations de Navier-Stokes :

1) Décomposition de Reynolds entre champs moyen et écart au champ moyen

2) Approximation de Boussinesq (on néglige les variations verticales de la masse volumique par rapport à la valeur de référence et écarts par rapport à l’état de référence petit devant cet état de référence ==> amène notamment à la divergence 3D du vent nulle, c’est-à-dire à l’incompressibilité).

3) Force de viscosité moléculaire négligeable

4) Stationnarité des paramètres

5) Homogénéité horizontale (sauf pour la pression)

6) Force de Coriolis et de Pression négligeable devant la viscosité turbulente

7) Mouvement unidirectionnel (on choisi l’axe dans le sens de l’écoulement moyen)

8) Profil thermique neutre (hypothèse très forte qui peut être tombée moyennant une formule plus complexes et la connaissance du profil thermique.