Nous assistons depuis quelques années à l’avènement des turbines éoliennes de plus en plus hautes et de plus en plus grandes. Bien que ces dernières présentent des avantages non négligeables pour capter les vents dominants, il est de plus en plus coûteux et difficile d’installer des mats de mesure suffisamment performants pour capter les vents à hauteur de moyeux. Néanmoins, plusieurs solutions de mesure de vents à distance sont désormais disponibles.
Il existe deux types de solutions de mesures de vent à distance, permettant d’évaluer la vitesse de vent sur un site donné : le Lidar (LIght Detection And Ranging) et le Sodar (SOnic Detection And Ranging). Chacune de ces technologies, dépendant de la configuration du site, peut être utilisée en complément ou indépendamment des mats de mesure.
L’effet Doppler
Chacune des deux technologies fonctionnent grâce à l’effet Doppler : l’un au moyen de faisceaux sonores et l’autre avec des faisceaux lumineux.
L’effet Doppler est caractérisé par le changement de fréquence entre l’émetteur et le receveur, lorsque la distance entre les deux change au fil du temps. Prenons l’exemple d’une ambulance en mouvement : plus l’ambulance se rapproche, plus le son sera fort, alors que lorsqu’elle s’éloignera le son sera plus grave. La fréquence des ondes est plus élevée devant un objet en mouvement.
Figure 1: L’effet Doppler sur les changements de fréquence
La technologie SOdar
Le Sodar utilise les couches thermiques de l’atmosphère. Son émetteur produit une impulsion sonore dont la fréquence change (à cause de l’effet Doppler) au contact des structures en mouvement. Le récepteur du SOdar reçoit cette impulsion et déduit la vitesse du vent en fonction de la nouvelle fréquence. La hauteur de la mesure dépend du temps que l’impulsion prend pour revenir au récepteur. Contrairement aux anémomètres, le Sodar mesure le vent sur une zone circulaire, créé par plusieurs faisceaux sonores qui créent un cône.
Les SOdar mono-statique
Les sodar mono-statique sont pour l’instant les plus utilisés dans le secteur éolien. L’émetteur et le récepteur sont situés au même endroit. Bien que le Sodar mono-statique soit moins cher que les Lidars, les immeubles ou les arbres qui l’entourent peuvent avoir un impact sur la précision de ses calculs.
Figure 2 : Monostatic Sodar : principes and exemples (AQ510 de AQSystem, Triton par Vaisala)
Les SOdar bi-statique (en cours de développement)
Ils utilisent la même technologie que les Sodar mono-statique, à la différence que les émetteurs et récepteurs sont séparés. Il est par exemple possible de placer l’émetteur sur la nacelle et les récepteurs au sol, afin de mesurer la vitesse de vent à hauteur de moyen. Plus il y aura de récepteurs, plus la qualité des mesures sera meilleure, évitera les erreurs dues au échos (créés par les bâtiments par exemple) et améliorera l’estimation de la turbulence (la turbulence est un problème pour les sodar et lidar classiques)
Figure 3 : principe Bistatic Sodar
La technlogie Lidar
Contrairement au SOdar, le Lidar utilise les particules présentent dans l’air. Son émetteur produit une lumière pulsée ou continue qui change de couleur à l’entrée en contact avec les particules, en raison de l’effet Doppler.Plusieurs Lidar peuvent être utilisés pour améliorer la qualité des mesures.
LIDar pulsé
Ce type de Lidar envoi une lumière pulsée et détermine la distance en fonction du temps entre l’émission et la réception. Une pulsation mesure toutes les distances ou hauteurs programmées dans le Lidar. Tout comme le Sodar, le lidar mesure une surface circulaire grâce à plusieurs points lumineux.
Figure 4 : Leosphere is a manufacturer of pulsed Lidars created for different uses (Windcube, Windcube x00S and Wind Iris)
Lidar CW
Un Lidar à onde continue est capable de créer un faisceau concentré et d’ajuster la distance du foyer. Le vent est alors mesuré là où le rayon est focalisé. Les distances ou hauteurs programmées dans le Lidar sont mesurées une à une et bénéficient d’un rayon d’action allant jusqu’à 300m.
Figure 5 : ZephyR is a manufacturer of CW Lidars created for different uses (ZephIR 300, Zephir DM and Wind Iris)
Nous pouvons vous conseiller sur la technologie à installer si vous souhaitez utiliser des appareils de mesure à distance. N’hésitez pas à nous contacter.