Le vent




Le vent est une ressource inépuisable, gratuite et disponible partout. Le vent est à la base de l'énergie éolienne, c'est son énergie cinétique qui va faire tourner l'éolienne.

D’où vient le vent ?

L'atmosphère composée essentiellement d'azote, d'eau et d'oxygène est caractérisée par sa pression, sa température et son humidité, paramètres pouvant varier avec l'altitude. Le rayonnement solaire est absorbé de façon très différente aux pôles et à l'équateur du fait de la forme sphérique de la terre. L'énergie absorbée à l'équateur est donc très supérieure à celle absorbée aux pôles. Ces variations de température provoquent des différences de densité des masses d'air entraînant leur déplacement d'une latitude à une autre. Ce déplacement s'effectue des zones ou la densité de l'air (pression atmosphérique) est élevée vers celle ou elle est plus faible. Ces déplacements sont considérablement influencés par la force de Coriolis (due à la rotation de la terre) qui s'exerce perpendiculairement à la direction du mouvement vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud. Ces lois définissent les mouvements généraux de déplacement d'air, donc du vent. On peut prévoir la direction des vents dominants dans la plupart des parties du globe avec une certaine assurance, cependant ces directions uniques sont souvent perturbées par :

  • les orages qui troublent la direction dominante bien que celle-ci soit bien apparente dans les relevés continus
  • les obstacles naturels qui modifient la direction du vent au sol
  • les dépressions cycloniques qui peuvent se déplacer dans n'importe quelle direction et qui se superposent au système général de la pression atmosphérique

Le vent se caractérise par 2 grandes variables par rapport au temps :

  • sa vitesse
  • sa direction

Les différents vents

Les vents géostrophiques

On appelle aussi les vents globaux les vents géostrophiques, ces vents sont le produit d'écarts de température et des variations de pression qui en suivent. La surface du sol a très peu d'influence sur la direction et la vitesse de ces vents car ils se situent à des hauteurs supérieures à 1 000 mètres au-dessus du niveau du sol. La vitesse de ces vents peut être mesurée à l'aide de ballons-sondes. Le vent géostrophique est une approximation du vent réel il correspond à un mouvement horizontal rectiligne et uniforme des particules d'air sans frottement (non valide dans la couche de frottement (altitude inférieure à 1000-2000m) et dans les latitudes inférieure à 20°).

Nous distinguons 3 cellules ou plus dans chaque hémisphère :

  • Les cellules tropicales (Cellules de Hadley)
  • Les cellules tempérée (Cellules de Ferrel)
  • Les cellules polaire

Ces cellules sont en rotation les unes par rapport aux autres, les deux cellules tropicales (hémisphère nord et hémisphère sud) sont séparées par ce que l'on appelle le calme équatorial qui est une zone de basse pression. Les cellules tropicales et les cellules tempérés sont séparées quant à elles par une zone de haute pression appelée les latitudes des chevaux (entre 30 et 35 degrés Nord/Sud).

Effet de la force de Coriolis sur la direction des vents

L'air qui s'élève à l'équateur crée au niveau du sol une zone de basse pression attirant les masses d'air du nord et du sud. L'air qui s'élève se dirige vers les pôles nord et sud dans la haute atmosphère. Dans les deux hémisphères, à environ 30 degrés de latitude, la force de Coriolis empêche les courants d'air d'atteindre les pôles. L'air qui commence a se refroidir à cette latitude descend, il se crée alors une zone de haute pression (appelée aussi un anticyclone).
Nous pouvons donc établir une direction des vents globaux suivant la latitude comme suit :

Latitude 90-60°N 60-30°N 30-0°N 0-30°S 30-60°S 60-90°S
Directions NE SO NE SE NO SE

Lors de l'installation d'éoliennes il faudra veiller à avoir le moins obstacles possible dans la direction des vents dominants.

Les vents de surface

La surface du sol a une influence importante sur les vents jusqu'à une altitude de 100 mètres au dessus du sol, la Rugosité du terrain ainsi, les obstacles naturels ou artificiels et la rotation de la terre peuvent influencer la vitesse et la direction du vent. Ce sont les vents de surface qui présentent le plus grand intérêt pour la récupération de l'L'énergie éolienne.

Les vents locaux

  • le phénomène de Fœhn dans dans les Alpes
  • les effets de Chinook et de Zonda dans les Montagnes Rocheuses en Amérique du Nord et dans les Andes en Amérique du Sud
  • le Mistral qui pénètre dans la vallée du Rhône pour s'étendre ensuite vers la mer Méditerranée
  • le Sirocco soufflant du Sud du Sahara vers la mer Méditerranée

Les alizés

L'alizé est un vent des régions intertropicales (entre 23°27 nord et 23°27 sud), soufflant de façon régulière des hautes pressions subtropicales vers les basses pressions équatoriales. Dans l'hémisphère nord, il souffle du nord-est vers le sud-ouest, dans l'hémisphère sud du sud-est vers le nord-ouest. Les alizés s'étendent depuis le niveau de la mer (0 m) jusqu'à 1 500 ou 2 000 mètres d'altitude. C'est seulement à partir de 6 000 m d'altitude que la direction des vents s'inverse 1).

Le vent urbain

Le vent interagit avec toute chose, y compris les constructions humaines. Les villes ont d'ailleurs parfois généré un urbanisme si particulier que certaines grandes places publiques deviennent infréquentables à pied si le vent se lève un peu. Le fait de bloquer le vent ne fait que le rendre plus violent.

Les différents types d'effets des vents urbains2) :

  • Effet de coin: effet d'écoulement au coin qui coince ou crée une résistance au vent
  • Effet de sillage : effet de circulation tourbillonnaire en aval d'une construction
  • Effet de porche: accélération locale du vent suite à une construction sur pilotis ou bien un porche dans une barre construite
  • Rouleau tourbillonnant : phénomène tourbillonnaire en amont d'une construction
  • Effet de barre : déviation en vrille d’un vent qui arrive entre 45° et l’axe d’une construction en forme de barre. On peut limiter l’effet en aménageant le toit et les arêtes de la construction ;
  • Effet Venturi ou effet tunnel : pincement du vent qui provoque des aspirations latérales si il y a des ouvertures à cet endroit
  • Suite d'immeubles interrompu : perturbation locale créée par l'absence brutale d'une construction dans une suite harmonieuse
  • Effet du désaxement : quand des bâtiments sont implantés régulièrement mais désaxés les uns des autres, cela crée des pressions locales et aide à éviter l'amplification du vent
  • Effet des différences de hauteur : Toute modification brutale de la topographie engendre des perturbations telles les tours urbaines, certaines places publiques sont désertées au moindre vent à cause de la présence d'une tour qui génèrera des tourbillons disproportionnés pour le lieu
  • Effet de canalisation : proche de l'effet venturi
  • Effet de maille: complexification de l'urbanisation dont l'effet peut être positif ou négatif
  • Effet de pyramide : que ce soit de manière régulière ou en gradin, la pyramide crée des perturbations mais, de par sa forme limite les effets au sol

Variation de la vitesse du vent dans le temps

Les phénomènes instantanés (les rafales)

Difficiles à caractériser, il faut des enregistrements sur plusieurs dizaines d'années pour éventuellement avoir une idée des variations instantanées. Il est pourtant important de tenir compte de ces variations. Si l'on considère la puissance récupérable par un moteur éolien on remarque qu'un vent à rafales imposera des contraintes qu'il faudra prendre en compte dans le calcul de son support, la plupart des systèmes de régulation ayant une inertie très supérieure à la durée d'une rafale.

Plusieurs facteurs contribuent à déterminer les variations du vent :

  • le temps qu'il fait
  • la topographie du terrain
  • les obstacles.

Ces variations de la vitesse du vent font varier la production énergétique de l'éolienne bien que l'inertie du rotor compense, dans une certaine mesure, les variations les plus courtes.

Les phénomènes journaliers

Les phénomènes journaliers sont dus aux phénomènes thermiques liés au rayonnement solaire (souvent car l'écart de températures entre la mer et la terre est plus important le jour que la nuit), les variations de la température en fonction de l'altitude créent des courants. La vitesse moyenne du vent est en général plus faible pendant la nuit ou elle varie peu puis augmente à partir du lever du soleil avant d'atteindre son maximum entre 12h et 16h T.U. Les vents sont également plus turbulents le jour que la nuit et ont tendance à changer de direction plus fréquemment. Ce phénomène peut être un avantage pour les producteurs d'énergie éolienne du fait que la consommation électrique est elle aussi plus importante le jour que la nuit.

Brise de mer et brise de terre

A: Brise de mer, B: Brise de terre

En journée la terre se réchauffe plus rapidement que la mer, ce qui provoque un soulèvement de l'air chaud qui s'étend ensuite vers la mer. Ainsi, une dépression se crée près de la surface de la terre, attirant l'air froid provenant de la mer, c'est la brises de mer (fig. A)
Au crépuscule, il se produit souvent une période calme ou la température de la terre et celle la mer est plus au moins identique. La nuit le phénomène inverse s'installe et le vent commence à souffler dans le sens inverse, c'est la brise de terre (fig. B). En général, la vitesse du vent est moins importante que celle de la brise de mer car la différence de température entre la terre et la mer est moins importante la nuit. La mousson qui souffle en Asie du Sud-Est est en effet une brise de mer alternant avec une brise de terre à grande échelle, sa direction varie en fonction des saisons.

Les vents de montagne

Effet d'ondulation avec amortissement sur un vent suite à une montagne

Les régions montagneuses donnent naissance à beaucoup de phénomènes climatologiques. La brise de vallée se produit sur les versants exposés au sud dans l'hémisphère Nord et sur les versants exposés au nord dans l'hémisphère Sud. Le réchauffement des versants et de l'air situé au dessus de ces versants font chuter la densité de l'air. L'air commence alors à s'élever vers le sommet de la montagne, produisant ce que l'on appelle une brise montante. La nuit, le phénomène s'inverse et une brise descendante se produit. Les vents s'écoulant le long des versants des montagnes peuvent être très violents.

L’onde orographique lorsque le vent soufflant perpendiculairement à une barrière montagneuse doit remonter la pente. Si l'environnement est stable, la masse d'air redescendra du côté aval de l'obstacle et entrera en oscillation autour d'une hauteur égale ou inférieure au sommet de celui-ci. Par contre, si l'air est instable, l'air continuera de s'élever, avec ou sans oscillation. Dans ces conditions la friction et la poussée d'Archimède doivent être prises en compte lors de la modélisation du vent comme c'est le cas pour le Foehn.

L’air froid plus dense en haut d’une montagne y crée une pression plus forte que dans la vallée et provoque un autre effet. Le gradient de pression fait alors dévaler la pente à l’air sur une distance insuffisante pour que la force de Coriolis le dévie. Cela génère donc un vent dit catabatique. On rencontre ce genre d’effet le plus souvent la nuit. Ils sont également très communs au front d’un glacier, par exemple, sur la côte du Groenland et de l’Antarctique à toute heure.

Le vent anabatique est un vent ascensionnel d'une masse d'air le long d'un relief géographique dû au réchauffement de celui-ci et donc l'opposé du vent précédent. Diverses conditions météorologiques peuvent créer un vent anabatique, mais il s'agit toujours de la formation d'une différence de température entre les masses d’air au-dessus des vallées et celles réchauffées sur leurs pentes qui cause une circulation d’air. Il est donc aussi appelé vent de pente et se produit le plus souvent le jour.

Effets des vallées (goulets)

Dans certaines conditions de contraintes, par exemple dans des vallées très encaissées, l’air ne peut que suivre un chemin. Si le gradient de pression devient perpendiculaire à la vallée, le vent sera généré exclusivement par la différence de pression. C'est le vent antitriptique. On trouve aussi des accélérations dans les resserrements par effet Venturi qui donne un « vent de goulet » et un « courant-jet de sortie de vallée » alors que l'air descendant la vallée envahit la plaine.

Si une vallée est en pente, on peut observer l'effet de canyon, les vents montent et descendent le long des versants qui entourent la vallée.

Les phénomènes saisonniers

Les phénomènes mensuels

Les variations mensuelles dépendent essentiellement du lieu géographique et seuls les relevés météorologiques peuvent renseigner sur ces variations.

Les phénomènes annuels

Les variations annuelles sont répétitives, des renseignement sur une année permettent une bonne évaluation de l'énergie récupérable sur un site.

Les variations de vitesse de vent en fonction de l'altitude (Cisaillement)

La vitesse du vent dépend essentiellement de la nature du terrain au-dessus duquel se déplacent les masses d'air.

Variation de la vitesse du vent en fonction de l'altitude (Cisaillement)

$$
\frac{V_1}{V_2}=\left ( \frac{h_1}{h_2} \right ) ^ \alpha\,
$$

$V_1$ et $V_2$ : vitesses de vent horizontal (en m/s) aux hauteurs respectives $h_1$ et $h_2$ (en m)
L'exposant $ \alpha\ $ caractérise le terrain comme dans le tableau ci-dessous

Nature du terrain Inégalité du sol $h_0$ en cm Exposant α
Plat : neige, glace, mer, marécages, herbes courtes 0 à 20 0,08 à 0,12
Mer 0,13
Peu accidenté : champs et pâturages, cultures 20 à 200 0,13 à 0,16
Rivage 0,16
Plaine 0,20
Accidenté : bois, zones peu habitées 1 000 à 1 500 0,20 à 0,23
Plaine boisée 0,24
Très accidenté : villes 1 000 à 4 000 0,25 à 0,4

Avec $\alpha\, = 0,096.l_g.h_0+0,016.(l_g.h_0)^2+0,24$

Les sites les plus intéressants pour la récupération d'énergie éolienne sont les sites peu ou pas accidentés pour lesquels l'exposant α est faible. On bénéficie dans ce cas de vitesses du vent près du sol élevées et la variation de la vitesse de vent avec l'altitude est faible (la vitesses de vent en haut et en bas de la machine sont sensiblement les mêmes), ce qui à pour conséquence de diminuer les contraintes cycliques sur les pales du moteur éolien (d'autant plus important lorsque le diamètre de l'hélice est grand).

Cas d'erreur

Attention à ne pas compter dans l'altitude l'élévation du terrain, par exemple un site en bord de mer placé derrière une falaise de 20 mètres. Lors des calculs de la vitesse du vent, il serai erroné de totaliser la somme de la hauteur de la falaise celle de la tour pour obtenir la hauteur réelle de l'éolienne car la falaise provoquera des turbulences et déviera le vent avant que celui-ci l'atteigne.

Les variations d'orientation du vent dans le temps

Les variations instantanées de direction : les turbulences

Elles sont dues aux obstacles (immeubles, arbres, rochers etc.) qui modifient l'écoulement régulier des masses d'air et peuvent freiner considérablement la vitesse du vent, tout en provoquant souvent de la turbulence. Ces variations instantanées de direction doivent être prises en compte car elles imposent des contraintes importante à toutes les machines à axe horizontal.

La zone de turbulence crée par un obstacle s'étend sur une distance d'environ trois fois la hauteur de cet obstacle, cette turbulence est plus forte derrière l'obstacle que devant, on veillera donc à limiter la présence d'obstacles aux abords d'une éolienne, en particulier dans la direction des vents dominants (devant l'éolienne).

Les variations saisonnières

Variation mondiale saisonnière de la vitesse du vent

En Chiffres clés les vents les plus fréquents sont d'ouest et de sud-ouest sauf dans l'extrême Sud-Est ou les vents de sud-est sont les plus fréquents. A chaque saison correspond une direction générale du vent.

  • En hiver les vents sont de sud à ouest dans le Nord de la France et de nord à ouest dans le Sud.
  • Au printemps vents de nord et d'ouest
  • En été les régimes sont comme au printemps, mais mieux établis
  • En automne les régimes sont ceux de l'hivers mais plus réguliers

L'effet d'abri

Les obstacles freinent le vent en aval de celui-ci en fonction de sa porosité. Cette porosité est définie comme la surface ouverte divisée par la surface totale de l'objet exposé au vent. Par exemple un bâtiment a une porosité égale à 0 tandis qu'un arbre sans feuilles (en hiver) laisse passer plus de la moitié du vent (1/3 seulement pour le même arbre feuillu en été). L'effet d'abri sera d'autant plus important que l'on se trouve plus près de l'obstacle et du sol.

Lorsque que l'on étudie le potentiel éolien d'un site il faut en général prendre en considération tous les obstacles présents dans la direction des vents dominants à moins de 1km de l'éolienne.

Importance de ces phénomènes pour une station éolienne

La bonne utilisation de l'L'énergie éolienne nécessite un choix très judicieux du site en fonction des vitesses moyennes de vent, des rafales, des directions des obstacles etc. Dans le cas d'utilisation d'aéromoteurs de petite et moyenne puissance le site est très souvent une donnée du problème. la prise en considération de tous les éléments (obstacles,hauteur du pylône support de l'aéromoteur) sera déterminantes pour le bon fonctionnement de la station.

Intermittence du vent et réseaux électriques

Le vent est une ressource aléatoire. Les éoliennes produisent donc de l'électricité de façon intermittente sur un réseau électrique. Comme le soulignent par exemple le prix Nobel de physique Stephen Chu 3), le député allemand Hermann Scheer (père de l'IRENA), ou encore le polytechnicien et expert en énergies renouvelables François Lempérière, il est bien entendu possible d'éliminer complètement le problème de l'intermittence de la ressource éolienne grâce à des technologies comme le pompage-turbinage.

L'Allemagne, qui a significativement investi dans l'énergie éolienne, peut rencontrer des difficultés : son réseau éolien, bien que réparti sur tout son territoire, et donc affranchi d'effets purement locaux, peut passer de 0 à 100 % de ses capacités en l'espace de quelques jours (par exemple sur le réseau E-on). Lors de la canicule de 2003, la capacité des éoliennes est tombée à moins du vingtième (1/20) de sa valeur nominale. Au cours de la canicule de l'été 2003, l'Allemagne a dû importer une quantité d'électricité équivalente à deux tranches nucléaires de l'ordre de 1 000 MW. Le même phénomène a été observé durant la vague de chaleur Nord-américaine de 2006 ((en) 2006 North American heat wave) ; la production réelle des 2 500 MW de capacités théoriques de production d'énergie éolienne de Californie était inférieure au vingtième (1/20) de cette valeur lors des pics de demande.

Le gestionnaire du réseau électrique français (RTE), estime que l'intégration de l'électricité éolienne dans le réseau actuel est possible sans difficultés majeures à hauteur de 10 à 15 GW, en particulier grâce à la présence en France de 3 gisements de vent indépendants, qui permettront un lissage de la production bien meilleur qu'en Allemagne ou au Danemark. Notons que le Danemark a été longtemps un îlot éolien isolé au milieu d'un océan de consommateurs européens sans éolien: En cas de bon vent - situation désirable en effet - leur production éolienne est une surproduction (il leur faut toujours tenir leurs centrales classiques à mi-régime en réserve): Du coup un fort excès de courant était exporté aux pays voisins. Maintenant que l'Allemagne du Nord est fortement « éolisée », cette dernière ne trouve plus d'acheteurs à son courant en excès, d'où les prix spot en chute libre. Quand toute l'Europe sera « éolisée » au niveau de l'Allemagne, soit 20GW pour la France, personne ne pourra exporter ses excès aléatoires sauf la France avec sa situation météorologique particulière du couloir nord-pyrénéen : l'Espagne pourra l'acheter.

L'éolien est une énergie renouvelable plus chère que l'hydroélectricité. Le kWh éolien est aujourd'hui de 6 à 7 centimes d'euros, selon le gisement éolien local, soit un coût comparable à celui du nucléaire (estimé entre 5,5 et 11 centimes d'euros). Couplée à des barrages hydroélectriques avec lacs d'accumulation (dont la production annuelle à pleine puissance ne dépasse jamais 2500 heures), l'éolien peut alimenter sans discontinuité et de manière très fiable les populations. Toute production éolienne de puissance max égale ou inférieure à celle de ces barrage sera substituée à ces derniers, éliminant ainsi l'aspect aléatoire du vent et économisant l'eau des barrages. Le coût de l'éolien se situant vers 74€/MWh et l'hydraulique vers 30€/MWh, on peut améliorer encore ce dernier en considérant des barrages à puissance électrique réduite de moitié (soit 25€/MWh) tournant 5000 heures l'an. Pour peu que le pays concerné soit venté (éolien à 50€/MWh) et à faible densité de population (Québec) dont la grande surface autorisera l'équipement de sites hydrauliques favorables, on voit que l'éolio-hydraulique devient là une solution sérieuse et concurrentielle au nucléaire (0.75×25 + 0.25×50=31€/MWh). La région des Grands Lacs en Amérique, la zone Tasmanie-Sud australienne et l'Écosse sont à ce sujet privilégiées.

Mesure des vitesses de vent

Avant d'entreprendre l'exploitation d'une station éolienne sur un site donné, il sera nécessaire de disposer d'un minimum de renseignements sur les caractéristiques du vent sur le site.

Moyens de mesure de la vitesse du vent

Si la vitesse du vent a été mesurée pendant une longue période sur le site prévu à une hauteur qui correspond à celle du con de l'éolienne à implanter, il sera possible d'estimer de façon précise la production d'énergie.

L'importance des mesures

Des anémomètres de qualité sont une nécessité pour obtenir des mesures fiables, la gamme de prix et de fiabilité des anémomètres est très étendue. Il est possible d'acheter des anémomètres à des prix remarquablement bas. Ces anémomètres sont appropriés à la réalisation de mesures météorologiques et au montage au sommet de l'éolienne où des mesures précises ne sont pas nécessaires. Ces anémomètres ne sont par contre pas du tout appropriés aux mesures à réaliser avant l'installation d'une éolienne, du fait de leur imprécision et de leur mauvais calibrage l'incertitude des mesures peut atteindre 5 à 10 %. Dans le cas d'un parc éolien ce sera un véritable désastre économique si les vitesses du vent sont mesurées avec une erreur de 10%, en effet le risque sera de mesurer un contenu énergétique du vent qui sera 33 % supérieur au contenu réel, couplé avec des mensures effectuées à différentes hauteurs, l'erreur de calcul pourra atteindre 75%.

On trouve des anémomètres professionnels et bien calibrés avec une erreur de mesure de seulement 1% pour environ 700 à 900 Euros, coût négligeable comparé au risque économique encouru par l'utilisation d'un mauvais anémomètre.

Les anémomètres

Anémomètre à coupelles (dit de Robinson)

Il existe un certain nombre d'appareils pour la mesure de la vitesse du vent, mais l'appareil le plus répandu est encore aujourd'hui l'anémomètre à coupelles dit de Robinson (moulinet) muni d'un rotor de trois coupelles qui se met à tourner autour d'un axe vertical sous l'effet du vent. Ces anémomètres peuvent être à main à lecture directe ou fixes à lecture déportée, les relevés de vitesses devront être faits à heure fixe par un observateur (pour un anémomètre à main il faudra faire les mesures toujours dans les mêmes conditions sur un site suffisamment dégagé ; pour un anémomètre fixe, on le placera si possible à la hauteur prévue pour l'aérogénérateur). L'anémomètre peut être aussi relié à un enregistreur graphique.

L'anémomètre est en général doté d'une girouette indiquant la direction du vent. Plus rarement, l'anémomètre peut être muni d'une hélice en remplacement des coupelles.

Autres types d'anémomètres

  • Les anémomètres à ultrasons ou à laser enregistrent les changements de phase du son ou de la lumière réfléchis par les molécules de l'air.
  • Les anémomètres à fil chaud (ou thermiques) enregistrent la vitesse du vent en comparant les écarts de température existant entre les fils chauds placés du côté du vent et ceux placés du côté sous le vent. Plus le vent est fort, plus le fil chaud sous le vent se refroidit.

Un des avantages de l'emploi d'anémomètres non-mécaniques est une réduction de la sensibilité au gel ainsi, des modèles spéciaux munis d'arbres et de coupelles chauffés ont été conçus pour les régions arctiques. Ils permettent aussi de disposer de toutes les composantes spatiales de la vitesse. En effet, les anémomètres à coupelles ne mesurent que la vitesse horizontale (parallèle au plan de rotation), et en terrain complexe (pentes élevées, haut niveau de turbulence) cela peut mener à une erreur de mesure. Chaque anémomètre à coupelles possède donc une caractéristique spécifique erreur/angle du flux.

Le mât de mesure

Le mât de mesure est un mât d’une hauteur de 10 à plus de 100 m sur lequel sont fixés des instruments de mesure de la vitesse (anémomètres) et de la direction du vent (girouettes). Il s’agit généralement de mâts tubulaires haubanés, minces et cylindriques ils sont en général mieux appropriés à l'installation d'instruments de mesure que les mâts en treillis produisant un plus grand effet d'abri. Les mâts sont souvent en kits et sont faciles à assembler, et ne nécessitent généralement pas de grue ou autres sortes d'équipement lourd.

Les données renseignent sur le vent moyen, le vent le plus faible, le plus fort, l’hygrométrie et les directions de vents dominants.

Enregistrement de données

Les mesures doivent s’étaler sur un minimum de plusieurs mois pour être pertinentes. Les données sont recueillies et enregistrées à l'aide d'un enregistreur de données autonome, pouvant fonctionner sur batteries pendant une période assez longue. Les données sont enregistrées sur une puce qu'il faut changer régulièrement.

Échelle des vitesses du vent

Vitesse à 10 m de hauteur

m/s nœuds Échelle de Beaufort Vent Effets physiques
0,0-0,4 0,0-0,9 0
0,4-1,8 0,9-3,5 1 Vent insensible et très faible La fumée monte verticalement (les feuilles semblent immobiles)
1,8-3,6 3,5-7,0 2 Brise infime imperceptible frémissement des feuilles la fumée est légèrement déviée
Brise légère (les moulins démarrent) Les feuilles s’agitent doucement la fumée est nettement déviée
3,6-5,8 7-11 3 Vent modéré (frais) les petits rameaux remuent un peu
5,8-8,5 11-17 4 Vent léger les branchettes plient légèrement
Brise moyenne (bon frais) les branchettes plient nettement
8,5-11 17-22 5 Forte brise les branches oscillent et se balancent
Grand frais les branches plient
Très forte brise les peupliers plient
11-14 22-28 6 Vent fort les feuilles sont arrachées
14-17 28-34 7 Vent très fort les petites branches cassent
17-21 34-41 8 Vent impétueux les branches moyennes se brisent
21-25 41-48 9 Fort coup de vent début de dégâts sur les toitures
25-29 48-56 10 Tempête violente (tourmente) les fortes branches cassent
29-34 56-65 11 Tempête violente ravages étendus
>34 >65 12 Ouragan les toitures sont très endommagées
>46 Grand Ouragan gros arbres et toitures sont arrachés effets catastrophiques

Définition des classes du vent (standard utilisé aux États-Unis)

30 m de hauteur 50 m de hauteur
Classe Vitesse du vent m/s Puissance du vent W/m2 Vitesse du vent m/s Puissance du vent W/m2
1 0-5.1 0-160 0-5.6 0-200
2 5.1-5.9 160-240 5.6-6.4 200-300
3 5.9-6.5 240-320 6.4-7.0 300-400
4 6.5-7.0 320-400 7.0-7.5 400-500
5 7.0-7.4 400-480 7.5-8.0 500-600
6 7.4-8.2 480-640 8.0-8.8 600-800
7 8.2-11.0 640-1600 8.8-11.9 800-2000

Les classes de vents IEC

Les classes de vents IEC sont définies par la norme internationale IEC-61400-1 (ed. 2 - 1999), la norme IEC-61400-2 pour le petit éolien et la norme IEC-61400-3 pour l'éolien offshore. Cette norme définit 5 classes de vent : I, II, III, IV et S. Les éoliennes de classe I sont les plus résistantes structurellement et les éoliennes de classe IV sont les moins résistantes. La classe S est une classe spéciale, généralement utilisée pour les projets en mer.

Deux classes d’intensité de turbulence : A et B à 15 m/s. Les éoliennes de classe A pourront supporter un régime de vent avec une intensité de turbulence plus élevée que la classe B.

α est le coefficient de cisaillement.

V50 est définie par la norme IEC-61400-1 comme étant la vitesse de vent extrême (pendant 3 secondes) avec un intervalle d’occurrence d’une fois tous les 50 ans, à laquelle l’éolienne peut être soumise.

Vave est définie par la norme IEC-61400-1 comme étant la vitesse moyenne annuelle à la hauteur du moyeu.

Classe WTG I II III IV S
Vref (en m/s) 50,0 42,5 37,5 30
Vave (en m/s) 10,0 8,5 7,5 6,0
V50 (en m/s) 70 59,5 52,5 42,0
I15 Classe A 18%
I15 Classe B 16%
α Classe A 0,2
α Classe B 0,3

Mesure moyennes toutes les 10 minutes de la vitesse du vent à la hauteur du moyeu. Densité de l'air 1,225 kg/m3

Exploitation des mesures effectuées par la Météorologie nationale dans toute la France

Les services de la Météorologie nationale sont susceptibles de fournir de nombreux renseignements généraux sur les régimes de vent sur le territoire français et ils peuvent fournir des renseignements beaucoup plus précis si ils disposent de stations de mesure localement. Les stations météorologiques peuvent être exclusivement exploitées par la Météorologie nationale ou dépendant d'autres services comme la marine nationale. Tous les renseignements météorologiques d'une région sont regroupés au Bureau climatologique régional dont on trouvera la liste avec les départements correspondants. Les observations d'une station relatives à l'ensemble des données climatiques (soleil, vent, températures) sont regroupées sur un TCM ou fiches climatologiques.

Rose des vents fournie par la station de Marignane sur une période de 10 ans (1962-1972)

La rose des vents fournie par la station de Marignane sur une période de 10 ans (1962-1972) montre clairement les conditions générales du vent sur cette région : le secteur de vent dominant est le mistral avec un axe de fréquence maximale sur l'azimut 320° ; le secteur des vents secondaires concerne le type de temps perturbé “Est” à “Sud-Est” , il se situe entre les azimuts 100° et 160°. Les vents de Mistral supérieur à 5m/s représentent 1/3 du temps dans le secteur 300° à 340° alors que les vents de secteur Est à Sud-est sont nettement moins fréquents.

voir la fiche climatologique complète de la station de Marignane

Tous ces renseignements ne sont pas directement applicables au site d'implantation d'un aéromoteur car ils ne prennent pas en compte les caractéristiques physiques du terrain, il est donc nécessaire d'interpréter ces informations :

  • en demandant au Bureau climatologique régional de fournir une analyse du vent (vent moyen, direction, nombre de jours, sens du vent…). Les services compétents peuvent faire une synthèse et une analyse de toutes les informations disponibles et , en tenant compte du relief, fournissent leurs conclusions (service payant)
  • en recueillant des informations sur place, éventuellement auprès des usagers et habitant locaux lorsque c'est possible.

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