Physique  |  Technique

 

Aurélien Jacot, 2007 | Vernier, GE

 

Ce travail technique de maturité a développé un outil permettant la mesure de la vitesse du vent à distance. Pour ce faire, un modèle théorique a été élaboré, afin de déterminer la vitesse du vent en utilisant un drone comme plateforme de mesure. Pour en faciliter l’usage, une application mobile a été conçue, affichant directement la vitesse du vent mesurée à l’utilisateur.
Le modèle théorique se base sur la relation entre l’accélération du drone face à une vitesse de vent spécifique. Des observations réalisées avec différentes vitesses de vent ont permis de déterminer les paramètres du modèle final.
Grâce à cet outil, la vitesse du vent peut être mesurée à des endroits où l’accès direct est difficile, comme au-dessus d’un lac.

Problématique

La finalité de ce travail consiste à développer un moyen de mesurer la vitesse du vent à distance. Il s’agit de dépasser les limites des anémomètres traditionnels dans le but d’effectuer des mesures sur des sites inaccessibles à ces derniers, comme par exemple sur des plans d’eau, ou encore sur des terrains escarpés.

Méthodologie

Les étapes de ce travail ont été premièrement d’identifier le cadre théorique nécessaire à l’évaluation des méthodes de résolution. Ensuite, la relation empirique entre la vitesse du vent et l’accélération du drone à été déterminée. Pour ce faire, le phénomène de poussée du vent à été exploité. Similaire à la force qui fait voler un cerf-volant, la poussée du vent induit une accélération au drone. Pour des vitesses de vent faibles, un ventilateur à été employé comme source de vent. Les vitesses de vent plus élevées ont été simulées avec une souffleuse à feuilles. Ensuite, les accélérations du drone ainsi recueillies ont été liées aux vitesses des vents générées pour établir un modèle mathématique.
Enfin, une application mobile à été développée affichant à l’utilisateur les vitesses du vent mesurées lors d’un vol du drone.

Résultats

L’objectif du travail résidait à lier la vitesse du vent à l’accélération du drone par le biais d’observations empiriques. La finalité du travail consistait donc à obtenir une fonction mathématique à partir des expériences menées. Au total, 65 observations ont été conduites. Pour corriger les turbulences observées lors de la première prise de mesure avec un ventilateur, une deuxième série d’observations à été menée avec une grille fixée au ventilateur afin de générer un flux d’air laminaire.
Au final, le modèle issu de la première expérience comporte une incertitude de 22.2 % pour les vitesses de vent faibles, et 15.9 % pour les vitesses de vent plus élevées. Le deuxième modèle utilisant un flux de vent laminaire comporte une incertitude de 13.5 % pour les vitesses de vent faibles, et 16.1 % pour les vitesses de vent plus élevées.

Discussion

Grâce aux observations réalisées, les paramètres du modèle théorique ont pu être déterminés. Ainsi, il est devenu possible de mesurer la vitesse du vent à distance via un drone.
Les résultats ont montré que la pertinence du modèle a été améliorée en contrôlant les turbulences crées par le ventilateur.
Néanmoins, pour améliorer d’avantage la précision des résultats, les pistes suivantes sont envisageables :
• Optimiser la méthode d’expérimentation en utilisant des sources de vent réglables, générant ainsi une flux d’air à vitesse homogène.
• Corroborer les résultats mesurés avec l’installation d’un accéléromètre sur le drone permettant de mesurer son accélération.
• Étendre la base d’observations empiriques en augmentant le nombre d’observations et en variant davantage les vitesses des vents utilisées.

Conclusions

L’ensemble des étapes réalisées nous a permis d’aboutir à un instrument de mesure novateur et exploitable dans des situations réelles. Grâce à l’application mobile développée ainsi qu’au modèle théorique produit, il est possible de déterminer la vitesse de vent à partir d’un vol de drone. Cet outil de mesure est applicable dans des situations où un anémomètre traditionnel serait limité. Toutefois, les incertitudes peuvent encore être réduites, par exemple en calibrant le modèle sur la base de sources de vent plus stables et donc plus fiables.

 

 

Appréciation de l’experte

Dr. Maura Brunetti

Dans ce travail, Aurélien a élaboré une méthode originale pour mesurer le vent à l’aide d’un drone. Il a fait preuve d’un grand esprit d’initiative à toutes les étapes de la démarche scientifique, depuis les études de calibration, en explorant différentes options pour réduire les incertitudes des mesures, jusqu’au développement d’une application mobile facilitant la lecture des données. Aurélien démontre une grande capacité à se questionner et à trouver des solutions, ainsi qu’une vision claire des enjeux et des améliorations possibles pour adapter le système à des conditions hors laboratoire.

Mention:

très bien

Prix spécial «Bases de la métrologie» décerné par l’Institut fédéral de métrologie METAS

 

 

 

Institut Florimont, Grand-Lancy
Enseignant: Kevin Arrandel