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.