Comment réaliser la mesure du vent sur un site ?

mai 2011
par Baptiste Ruille

La campagne de mesures de vent est une étape cruciale dans le développement d’un projet éolien. La précision et la cohérence des données collectées sont essentielles pour la conception et l’optimisation du projet, ainsi que l’analyse de faisabilité et, en dernier lieu, le financement du parc. Plusieurs méthodes de mesures sont utilisées aujourd’hui par les analystes en ressource éolienne parmi lesquelles les plus répandues sont présentées dans cet article.

Le mât de mesures

Cette méthode consiste à effectuer des mesures météorologiques par le moyen d’un mât de taille variable, équipé de matériels de mesure et de collecte de données.

Selon la taille et la complexité du terrain, plusieurs mâts peuvent être installés sur un même site. En vue de limiter au maximum les incertitudes liées à l’extrapolation verticale du profil du vent, la taille du mât doit de préférence être au moins égale aux 2/3 de la hauteur de moyeu de l’éolienne type qui sera retenue pour le site. L’analyste en ressource éolienne, assisté du chef de projet, déterminera l’emplacement le plus adapté pour l’installation du mât.

1. Les anémomètres

Ils sont utilisés pour mesurer la vitesse du vent. Selon la taille du mât, 3 à 5 anémomètres peuvent être installés à diverses hauteurs afin de mesurer avec précision le profil vertical du vent. La longueur des bras de déport est déterminée selon les normes CEI 61400.

Chaque anémomètre est calibré par un institut spécialisé en conformité avec les normes internationales (MEASNET). La calibration s’effectue avant l’installation du mât de façon à garantir la qualité de la campagne.

Les anémomètres utilisés pour l’évaluation du gisement éolien se composent de trois demi-sphères tournant autour d’un axe vertical. Du matériel de pointe est utilisé par FUTUREN lors de ses campagnes de mesures afin d’éviter toute imprécision ou surévaluation de la vitesse de vent dans les données collectées.

2. Les girouettes

Les mâts sont également équipés de deux girouettes qui mesurent l’orientation du vent. Les girouettes doivent être positionnées sur un bras de déport horizontal placé aussi haut que possible sur le mât mais suffisamment éloigné du dernier anémomètre afin de réduire au maximum les effets de masque. Le positionnement de la girouette s’effectue en utilisant l’orientation du bras de déport, une boussole et une carte topographique.

3. La mesure des autres données météorologiques

L’humidité, la pression atmosphérique et la température de l’air influencent la production éolienne. Il est donc utile de collecter ces données au cours de la campagne de mesures.

La mesure du taux d’humidité est particulièrement utile pour prévoir le risque lié au gel des turbines et anticiper les mesures préventives à mettre en œuvre telles que l’acquisition d’un système de pâles chauffantes.

La température influe sur la densité de l’air et, de ce fait, impacte directement la production du parc éolien.

Le matériel mesurant ces différents facteurs peut être placé sur le mât. Les informations peuvent également être obtenues par des stations météorologiques environnantes dans la mesure où ces données exigent une moins grande précision.

4. La collecte des données

Les données mesurées par les différents capteurs équipant le mât sont enregistrées et stockées à intervalles réguliers dans un boîtier (appelé communément « logger ») lui-même logé dans une armoire métallique située dans la partie inférieure du mât. L’alimentation électrique des équipements électroniques est assurée par des panneaux photovoltaïques.

Le transfert des donnés contenues dans le logger s’effectue par transmission téléphonique filaire ou GSM. Après collecte des données, l’analyste en ressource éolienne se chargera de vérifier leur cohérence et de compléter les séquences manquantes.

Les informations sont alors traitées par un logiciel spécifique en vue de générer l’évaluation du productible du site.

Les appareils de mesure à distance

Le SODAR, acronyme qui signifie Sonic Detection and Ranging, est un outil de mesure à distance utilisé pour les mesures météorologiques.

Les données atmosphériques sont calculées en utilisant la vitesse du son. Les mesures sont effectuées par l’émission d’un signal acoustique dont l’écho est analysé afin d’évaluer la vitesse et la direction du vent, ainsi que les turbulences atmosphériques.

D’une manière similaire, le LIDAR (Light Detection and Ranging) analyse le profil du vent au moyen d’un faisceau laser. Comme pour le SODAR, un rayon lumineux tridimensionnel de forme conique est envoyé dans l’atmosphère. Le décalage Doppler des émissions laser diffusées par les particules atmosphériques est mesuré en vue de définir les caractéristiques du vent.

Les mesures SODAR et LIDAR offrent la possibilité d’analyser des profils de vent à diverses altitudes et sur l’intégralité de la surface du rotor ce qui est d’autant plus intéressant pour des projets comprenant des éoliennes à grand rotor et/ou pour des hauteurs de moyeu importantes.

Les données sont alors enregistrées directement dans le SODAR ou le LIDAR et peuvent être ensuite transmises à distance par email, internet ou GSM.

De même que pour les mâts de mesures, les appareils de mesure à distance peuvent fonctionner de manière autonome. Toutefois, si le SODAR peut être alimenté par des panneaux photovoltaïques, les besoins en électricité du LIDAR sont plus importants et sont assurés au moyen d’une pile à combustible ou par connexion directe au réseau, ce qui peut s’avérer plus complexe notamment pour une utilisation sur site isolé.

La durée d’une campagne de mesures SODAR ou LIDAR est généralement de quelques semaines et les données collectées sont souvent utilisées pour corréler ou extrapoler des mesures obtenues via l’installation d’un mât.

Les techniques de mesures à distance peuvent être utilisées à de nombreuses reprises pendant le développement du projet ou l’exploitation du parc. Elles permettent par exemple d’évaluer la courbe de puissance des turbines, de calculer l’impact des effets thermiques sur la production d’énergie, d’optimiser la conception d’un projet ou d’effectuer des analyses en site complexe.

Par rapport aux solutions traditionnelles de mesures, les appareils de télédétection présentent l’avantage d’un encombrement réduit, d’un déploiement rapide sur site et de l’absence de procédures administratives préalablement à leur installation. Dans certaines situations, elles apparaissent comme une alternative financièrement avantageuse par rapport à la mise en place d’un mât de mesures.

Bien que les techniques de mesures à distance intéressent de plus en plus les professionnels du secteur, le recours au mât de mesures reste indispensable lors du développement d’un projet. Les mesures SODAR et LIDAR sont souvent utilisées de manière complémentaire aux données collectées au moyen d’un mât et permettent d’affiner les données existantes en améliorant la compréhension du profil de vent dans les zones complexes d’un site donné.

Vos réactions et Questions 8

    WITTIG
    2011-10-07 12:50:30
    J'apprécie beaucoup votre nouveau site qui permet de mieux comprendre l'énergie éolienne sur le plan technique et environnemental. Félicitations à toute votre équipe qui participe à son élaboration.
    chetan
    2011-11-10 07:28:23
    nice information.
    MAD
    2012-07-24 15:14:23
    Bonjour, Si je comprends bien, le lieu d’une implantation est très important. Il est reconnu, sans être expert, que les vents soufflent plus au bord de mer. La technique d’implantation d’éoliennes offshore doit être plus couteuse je suppose mais aussi plus rentable. Pourquoi ne pas exploiter cette voie ? J’habite dans le sud de la France et je peux témoigner sans aucun SODAR ni LINAR que le Mistral est bien au rendez-vous. Je suis conscient aussi des permis et autorisations d’implantations dans ses lieux très touristiques. Théolia est une entreprise à la pointe du progrès que je suis de très près et mes félicitations à toutes ces équipes d’ingénieurs et techniciens.
      FUTUREN
      2012-09-03 11:03:46
      Cher Monsieur, FUTUREN estime que la technologie éolienne offshore n’est aujourd’hui pas encore assez mature. Les parcs offshore actuellement développés présentent de nombreuses incertitudes, en particulier quant aux coûts de maintenance futurs. Aujourd’hui, il reste encore de nombreuses opportunités de développements éoliens onshore, notamment en France, pays qui est en retard par rapport aux objectifs nationaux affichés (à savoir l’exploitation de 19 000 MW éoliens onshore en France d’ici 2020) ou au Maroc, où nous développons actuellement un parc de 300 MW qui dispose de conditions de vent proches de celles des parcs offshore, mais avec beaucoup moins de risques. FUTUREN n’envisage donc pas à court terme de s’investir dans l’éolien offshore, mais suit attentivement les évolutions de ce marché. Bien cordialement, FUTUREN
    Benoit
    2013-02-11 16:19:13
    Messieurs, Idéalement, quelle est la distance maximum qu'il peut y avoir entre l'emplacement d'un mât de mesure et l'emplacement définitif du mât d'une turbine? En d'autres termes dans un rayon de combien de mètre une tour de mesures est-elle efficace? Cordialement
      FUTUREN
      2013-03-04 11:21:47
      Cher Monsieur, La distance maximale entre l’emplacement du mât de mesure et celui de l’éolienne dépend de plusieurs facteurs. Le terrain du site éolien joue un rôle important : plus celui-ci est complexe (en termes de rugosité, de topographie et d’obstacles présents), plus le mât devra être installé à proximité de l’emplacement de la future éolienne. Pour un terrain moins contraignant, le mât et la future éolienne peuvent être espacés de plusieurs kilomètres. Dans les cas les plus complexes, il est parfois nécessaire d’installer plusieurs mâts de mesure. La distance entre le mât de mesure et l’éolienne dépend également du modèle d’extrapolation des données de vent utilisé. Bien cordialement, FUTUREN
    A.
    2013-10-31 15:26:44
    Bonjour, C'est ma première visite du ce site web. je vous félicite pour la qualité de l'information que vous diffuser sur ce site. Pour THEOLIA quelle est la méthode utiliser pour estimer la production d’énergie éolienne dans le temps? Merci d'avance
      FUTUREN
      2013-11-04 11:05:52
      Madame, Monsieur, Pour estimer le potentiel de production des éoliennes, FUTUREN utilise des logiciels de modélisation complexes, tels que le modèle linéaire WAsP développé par l’institut danois Riso ou des modèles d’écoulement des fluides « CFD » (WindSim et WAsP-CFD). À partir du gisement éolien (lui-même établi en confrontant les données mesurées sur site à des données de vent long terme – consultez l’article de Benoît Buffard, « L’évaluation du gisement éolien d’un site »), ces logiciels permettent de réaliser des prévisions de production d’énergie éolienne sur plusieurs années. Bien cordialement, FUTUREN

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Rédacteurs

  • Baptiste Ruille

    Ingénieur vent. Diplômé d'un Master Génie de l'Environnement avec spécialisation en météorologie.

  • Pierre Radanne et Emmanuel Guérin

    Pierre Radanne est un expert des questions énergétiques et écologiques, spécialiste des politiques énergétiques de lutte face au changement climatique.  Emmanuel Guérin est Directeur de programme à l'IDDRI (Institut du Développement Durable et des Relations Internationales).

  • Benoît Buffard

    Ingénieur vent chez FUTUREN France depuis octobre 2011. Diplômé de l'ENSAI (École Nationale de la Statistique et de l'Analyse de l'Information) et titulaire d'un Mastère spécialisé « Énergies renouvelables et leurs systèmes de production » dispensé par l'ENSAM (École Nationale Supérieure des Arts et Métiers).

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