FR2882404A1 - Procede et dispositif pour la surveillance des pales d'une installation eolienne - Google Patents

Abstract

L'invention concerne, selon un premier aspect, un procédé de surveillance des pales (1) d'une installation éolienne en fonctionnement, les pales étant entraînées en rotation sous l'action du vent (V), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :- acquérir des images successives (I0, IF) d'une zone dans laquelle passe l'extrémité (R0, RF) des pales lors de leur rotation ;- réaliser un traitement des images acquises adapté pour mesurer la position (P0, PF) de l'extrémité de chacune des pales dans lesdites images.Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un dispositif (2, 7) adapté pour mettre en oeuvre le procédé selon le premier aspect de l'invention.

Description

Le domaine de l'invention est celui des installations éoliennes.

L'invention concerne plus précisément un dispositif et un procédé permettant d'évaluer l'endommagement des pales d'une installation éolienne.

II est d'une manière générale nécessaire de réaliser un suivi des installations éoliennes, ne serait-ce que pour garantir leur taux de disponibilité, et par conséquent optimiser la production électrique.

Parmi les éléments d'une éolienne, les pales en particulier constituent des éléments critiques. En effet, leur rupture totale peut mettre en péril l'installation éolienne elle-même, et présenter un danger pour les installations et les personnes environnantes.

Par ailleurs pour des raisons évidentes de coût, la durée d'indisponibilité d'une installation éolienne, du fait par exemple d'une opération de maintenance des pales, doit être réduite au maximum.

II existe ainsi un besoin pour disposer d'une connaissance de l'état d'endommagement des pales.

Cette connaissance est d'une grande valeur pour le fabricant de pales; elle lui permet notamment de valider ou non la conception mécanique des pales, ou encore d'enrichir le retour d'expérience et donc de permettre l'amélioration des conceptions futures.

Cette connaissance peut également se révéler très utile pour l'exploitant d'une installation éolienne, afin par exemple de prévenir les défaillances, d'élaborer une politique de maintenance adaptée, de démontrer les performances résiduelles (par exemple dans l'optique d'une revente), ou encore d'estimer une durée de vie de l'éolienne.

Différentes solutions ont déjà été proposées pour réaliser un suivi de l'endommagement des pales d'éoliennes. Ces solutions proposent de réaliser une mesure indirecte de l'endommagement en enregistrant les déformations du matériau composite constituant la pale et en les corrélant aux chargements mécaniques subis par la pale.

Une première solution consiste à utiliser des jauges de déformation.

Ces jauges sont des résistances électriques de quelques centimètres de long qui sont collées sur le matériau de la pale et dont la résistance électrique varie avec son allongement.

Toutefois ces jauges ne permettent de réaliser qu'une mesure locale de l'endommagement, la valeur de déformation mesurée ne concernant en effet que la surface directement collée sous la jauge. Une perte de rigidité de la pale ne sera donc visible que si la jauge est placée sur une zone qui s'endommage.

Par ailleurs, ces jauges doivent être alimentées électriquement lors de la mesure, ce qui nécessite le passage de fils en surface. Pour cette raison, les jauges sont préférentiellement collées à la paroi de la pale, dans la mesure où la géométrie le permet.

Enfin, si la mesure par jauge est très précise, des problèmes de dérive peuvent apparaître à long terme.

Une autre solution déjà proposée pour mesurer les déformations consiste à utiliser des fibres optiques, et plus précisément des zones semiréfléchissantes (grilles de Dragg) placées en série le long d'une même fibre optique. La déformation du matériau composite est mesurée à travers la déformation de la grille qui modifie fa longueur d'onde finale du signal lumineux la traversant.

Cette solution présente de nombreux avantages par rapport aux jauges de déformations: une fibre permet en effet de réaliser plusieurs mesures, est peu abrasive pour la structure (si elle a été implantée lors de la fabrication de la pale) et elle est durable. De plus les mesures ne dérivent pas dans le temps.

Mais cette solution présente toujours les inconvénients suivants: le caractère local des mesures, la nécessité d'implanter le système au moment de la fabrication, et le besoin d'avoir un système d'acquisition installé dans le nez du rotor. Enfin on notera que la résolution des grilles est nettement moins bonne que celle des jauges de déformations (écart de 1 à 10).

II apparaît de ce qui précède que les solutions de l'état de la technique ne sont pas satisfaisantes. L'invention vise à remédier à ces inconvénients de l'état de la technique et propose à cet effet, selon un premier aspect, un procédé de surveillance des pales d'une installation éolienne en fonctionnement, les pales étant entraînées en rotation sous l'action du vent, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - acquérir des images successives d'une zone dans laquelle passe l'extrémité des pales lors de leur rotation; réaliser un traitement des images acquises adapté pour mesurer la position de l'extrémité de chacune des pales dans lesdites images.

Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce procédé sont les 10 suivants: - les images acquises sont celles d'une zone correspondant au passage des pales en leur sommet de rotation; - on considère que le mouvement de l'extrémité d'une pale est rectiligne dans ladite zone; - le traitement comporte une opération visant à déterminer la présence d'une pale dans les images acquises; - ladite opération est réalisée image par image et met en oeuvre une différence entre l'image courante et l'image précédente; - ladite opération met en oeuvre un seuillage de l'image différence; 20 - ladite opération met en outre en oeuvre un filtrage morphologique de l'image différence seuillée; - le procédé comporte une détermination de la position moyenne de l'extrémité de chaque pale lors d'un passage dans ladite zone; - le procédé comporte une détermination, lors de chaque passage, des écarts entre les positions moyennes d'extrémité de chaque pale; - le procédé comporte la détermination de la moyenne desdits écarts sur une pluralité de passages.

Selon un autre aspect, l'invention concerne également un dispositif de surveillance des pales d'une installation éolienne en fonctionnement, les pales étant entraînées en rotation sous l'action du vent, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'acquisition d'images successives d'une zone dans laquelle passe l'extrémité des pales lors de leur rotation ainsi que des moyens de traitement des images acquises adaptés pour mesurer la position de l'extrémité de chacune des pales dans lesdites images.

Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce dispositif sont les 5 suivants: - les moyens d'acquisition d'images sont constitués par une caméra vidéo; - la caméra est positionnée de manière à ce que la zone observée de passage des extrémités des pales soit celle correspondant au passage des pales au sommet de leur rotation; - la caméra est positionnée sur la nacelle de l'installation éolienne; - la caméra est positionnée au sol; - lesdits moyens de traitement sont adaptés pour mettre en oeuvre le procédé selon le premier aspect de l'invention.

Selon encore un autre aspect, l'invention concerne une installation 15 éolienne comportant un dispositif de surveillance du type de celui mentionné ci-dessus.

D'autres aspect, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente le fléchissement d'une poutre encastrée; la figure 2 représente le fléchissement d'une pale d'éolienne positionnée face au vent; - la figure 3 représente de manière schématique le principe de la 25 présente invention; - les figures 4 et 5 représentent un mode de réalisation possible du dispositif selon l'invention; la figure 6 représente un autre mode de réalisation possible du dispositif selon l'invention; - la figure 7 représente l'acquisition d'une image et le désentrelacement de ses lignes paires et impaires; - la figure 8 représente un repère pouvant être utilisé pour représenter une extrémité de pale dans l'espace; la figure 9 représente la trajectoire d'une pale respectivement dans le plan image et dans la zone observée; la figure 10 est un synoptique illustrant les différentes opérations pouvant être réalisées dans le cadre du traitement des images acquises; - la figure 11 à 15 sont différentes représentations possibles des résultas obtenus par un mode de réalisation possible du procédé 10 selon l'invention; - les figures 16 et 17 représentent l'effet respectivement d'une augmentation du temps d'ouverture et d'une augmentation du bruit.

La présente invention se propose d'utiliser, comme indicateur de l'état d'endommagement d'une pale d'éolienne, une information relative à la flexion de la pale lors du fonctionnement de l'éolienne, la pale étant entraînée en rotation par le vent et globalement orientée face à celui-ci.

On prendra dans la suite de la description le cas le plus typique d'une installation d'éolienne à trois pales d'éolienne; on comprendra aisément que la présente invention n'est aucunement limitée à un nombre particulier de pales, et a vocation à s'appliquer à la surveillance de tout type d'installation éolienne, quelque soit le nombre de pales.

L'invention se propose de surveiller par vidéo cette flexion et de réaliser un traitement d'image adapté pour évaluer l'endommagement des pales.

Les pales d'éoliennes sont formées en matériaux composites et dimensionnées pour résister à une sollicitation en fatigue pendant vingt ans. L'endommagement de fatigue se traduit pour les matériaux composites en une diminution de leur rigidité ; il est ainsi possible d'évaluer le niveau d'endommagement des pales du fait d'un accroissement de leur flexion face au vent.

Comme cela sera discuté plus en détail par la suite, l'invention propose ainsi un procédé et un dispositif non intrusif permettant: - la mesure globale de la flexion de la pale avec une précision de l'ordre du centimètre, - la comparaison de la flexion des différentes pales, - le suivi de l'évolution de la flèche d'une pale.

Considérons le cas d'une poutre P encastrée de section constante, soumise à une charge répartie q, tel que cela est représenté sur la figure 1.

La flèche de la poutre s'écrit f = EI, où L représente la longueur de la poutre, E sa rigidité, et I son inertie.

On constate ainsi qu'une perte de 10% de la rigidité de la poutre se traduit par une augmentation de la flexion f en extrémité (ou flèche) de poutre de 11%. De même, une perte de la rigidité de 30% se traduit par une augmentation de la flèche de 43%.

Le cas d'une pale d'éolienne est toutefois plus complexe. La section de la pale évolue effectivement dans la longueur et le chargement généré par le vent varie également lorsque l'on s'éloigne du centre de rotation de la pale. Mais le principe d'une augmentation de la flèche du fait d'une diminution de rigidité reste toutefois le même. La figure 2 représente à ce propos de manière schématique le fléchissement (représenté par la flèche F) d'une pale d'éolienne 1 endommagée (perte de rigidité) et soumise à la charge du vent (représentée par les flèches V). On a représenté en pointillé sur cette figure 2 une pale non soumise à une charge du vent, ne présentant pas de flèche.

On notera que si la perte de rigidité de la paroi composite de la pale est homogène, l'augmentation de la flèche est inversement proportionnelle. Par ailleurs, si la perte de rigidité n'est que locale, la flèche est tout de même modifiée, mais dans des proportions plus faibles.

Contrairement aux techniques de l'état de la technique dont il a été fait état précédemment, la mesure de la flèche intègre les pertes de rigidités locales qui peuvent survenir sur la structure de la pale.

Par ailleurs, la technique selon la présente invention ne nécessite aucune connaissance préalable de la structure des pales: une simple comparaison entre les pales d'une même éolienne ou d'un même parc éolien fournit déjà des informations utiles, par exemple pour l'exploitant et le fabricant.

La variation de la flèche d'une pale pour des conditions de vents identiques au cours de la vie de l'installation éolienne, apporte également des éléments précieux pour identifier l'évolution d'une cinétique d'endommagement ou les conséquences d'un événement accidentel (foudre par exemple).

L'invention propose selon un premier aspect, un procédé de surveillance de l'endommagement des pales d'une installation éolienne mettant en oeuvre, lorsque l'installation est en fonctionnement, les pales étant alors entraînées en rotation sous l'action du vent, une mesure de la flèche des pales, dans le sens du vent.

L'invention concerne également sous un deuxième aspect, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de surveillance de l'endommagement.

Le procédé selon l'invention comporte une étape consistant à acquérir des images successives d'une zone dans laquelle passe l'extrémité des pales.

Selon un mode de réalisation possible de l'invention, les images successives peuvent être acquises à l'aide d'une caméra vidéo.

La figure 3 représente de manière schématique le principe d'acquisition des images successives d'une zone dans laquelle passe l'extrémité des pales en rotation.

Sachant que certaines éoliennes sont motorisées afin de toujours se positionner face au vent, il a été retenu de positionner la caméra 2 sur la nacelle 3 de l'installation éolienne afin de conserver toujours la même orientation entre les pales 1 et la caméra 2.

La caméra 2 vise ici, à la quasi-verticale, l'extrémité des pales qui passent au sommet. En d'autres termes la zone ici observée est la zone correspondant au passage des pales en leur sommet de rotation (l'extrémité de la pale étant à sa hauteur maximale).

Sur cette figure 3, le dessin en haut à gauche représente l'observation d'une pale non soumise à une charge du vent, ne présentant pas de flèche. Le dessin en haut à droite représente quant à lui une pale présentant une flèche F sous une charge de vent représenté par les flèches V. On a représenté sous les références Io et IF, les images acquises par la caméra 2 pour chacune des pales observées.

Sur l'image Io, on observe (zone Ro) l'extrémité de la pale ne présentant pas de flexion, représentée sur le dessin du dessus. Sur l'image IF, on observe (zone RF) la pale fléchie, représentée sur le dessin du dessus.

On constate que, du fait de la flexion, la zone RF est plus importante que la zone Ro.

En particulier, en mesurant la position de l'extrémité (Po, PF) de la pale dans l'image, il est possible de déterminer, à une relation géométrique près (fonction du dispositif optique, ici la caméra 2), la mesure de la flèche de la pale 1.

On a représenté sur les figures 4 et 5, un agencement particulier de la caméra 2 sur la nacelle 3 au sommet du mat 4 d'une installation éolienne.

La caméra 2 vise en oblique, vers le haut en direction de la zone, de manière à acquérir des images successives de la zone dans laquelle passe l'extrémité des pales, lorsque celles-ci sont en leur sommet de rotation.

Du fait des dimensions considérées (pale typiquement de l'ordre de 40 mètres de long), la visée de la caméra 2 (identifiée par l'angle G) est quasi-verticale.

La figure 5 donne un exemple de réalisation selon lequel la caméra 2 est fixée sur la nacelle 3 par l'intermédiaire d'un système de fixation 5. La caméra 2 est en outre reliée via un câble 6 à une unité de traitement 7 (elle-même intégrée à la nacelle 7) aptes à traiter, comme cela sera vu plus en détail par la suite, la séquence vidéo acquise par la caméra 2.

Selon un autre mode de réalisation possible illustré par la figure 6, l'acquisition des images successives est réalisée depuis le sol, la caméra 2 étant ici positionnée au sol et pointant en oblique vers le haut, de manière à acquérir des images de la zone dans laquelle passe l'extrémité des pales, lorsque la pale est en son sommet de rotation, ladite extrémité étant par conséquent à sa hauteur maximale.

Un exemple de configuration possible (cf. figure 6) est le suivant: - une distance L caméra extrémité de pale: L A 00m, - un angle de prise de vue (par rapport à l'horizontale) 0: 0=81.3 Considérons une caméra possédant un zoom optique x12. Cela signifie qu'au maximum la distance focale f est égale à 12 fois la diagonale du capteur d. La zone filmée avec cet objectif à L=100m a donc pour diagonale D=8,3m.

La zone filmée est au format 5/4, c'est à dire que si la longueur d'une image est 5, sa largeur est 4. L'image enregistrée à 100 m couvre donc une zone de 6.5*5.2 m2. La fréquence d'acquisition est 25 images par seconde.

Dans le mode de réalisation ici présenté, la séquence vidéo acquise par la caméra est entrelacée, ce qui signifie que les lignes paires et impaires formant une image ne sont pas acquises en même temps. C'est à dire qu'à t=0, les lignes paires d'une image sont acquises et réinitialisées pour une nouvelle acquisition. A t=1/50 seconde, les lignes impaires de l'image sont enregistrées et réinitialisées. A t=1/25 seconde, on recommence l'acquisition des lignes paires. Une image complète (lignes paires et impaires) est donc acquise en deux temps, tous les 251ème de seconde.

Le mouvement de la pale étant très rapide, la scène acquise n'est pas la même pour les lignes paires et impaires: la pale s'est déplacée pendant ce 50'ème de seconde.

On a ainsi représenté à gauche sur la figure 7, une image acquise lors du passage d'une pale dans la zone observée. On constate effectivement (à gauche sur la figure 7) la présence de deux représentations de l'extrémité de la pale (correspondant à une image de la pale à un temps t et à une image de la pale à t+1/50ème de seconde). En revanche, en désentrelaçant les lignes paires et les lignes impaires, comme cela est représenté à droite de la figure 7, respectivement en haut et en bas, on obtient sur chaque image désentrelacée (lignes paires, lignes impaires) une seule représentation de l'extrémité de la pale.

Bien entendu, la fréquence d'acquisition d'une image peut être plus importante que celle (25 Hz) rapportée ci-dessus (par exemple une fréquence double), auquel cas le désentrelacement n'est pas forcément nécessaire pour tenir compte de la vitesse de rotation de la pale.

On note que dans la configuration étudiée, la taille d'une demi-image est de 720x288 pixels, de sorte qu'un pixel est un rectangle de 9 mm par 18 mm de côté.

Les images de la figure 7 sont relativement nettes étant donnée la vitesse de défilement des pales. Ceci est dû au fait, qu'au moment de l'acquisition de l'image représentée en figure 7, le temps d'ouverture de la caméra était très faible, la luminosité ambiante le permettant.

Une augmentation du temps d'ouverture est nécessaire en cas de 15 baisse de luminosité, ce qui conduit à une augmentation du flou des images, la pale bougeant pendant la prise de vue.

Néanmoins la mesure que l'on cherche à effectuer est perpendiculaire au mouvement de rotation de la pale, et par conséquent au flou, et ne souffre donc pas de ce phénomène (voir parties intitulées augmentation du temps 20 d'ouverture et augmentation du bruit ci-après).

Modélisation de la trajectoire d'une extrémité de pale La partie cidessous est plus précisément dirigée vers une modélisation adaptée au mode de réalisation illustré par la figure 6 selon lequel la caméra est positionnée au sol. L'homme du métier pourra toutefois aisément modifier cette modélisation pour l'adapter au mode de réalisation illustré par les figures 4 et 5 selon lequel la caméra est positionnée sur la nacelle.

La figure 8 représente le repère utilisé pour représenter une extrémité de pale dans l'espace. L'équation paramétrique de l'extrémité A de la pale dans ce repère s'écrit simplement: xa = R cos(t) sin(a) ya = R sin(t) avec t C [0,27r] za =R cos(t) cos(a) Une flexion de la pale d'une distance d suivant l'axe de rotation des pales modifie au premier ordre l'équation précédente en: xa = R cos(t) sin(a) d cos(a) ya =R sin() avec t C [0,27r] za = R cos(t) cos(a) d sin(a) II s'agit maintenant d'estimer la trajectoire de la pale dans l'image filmée. Pour cela, étant donnée la distance entre la carnéra et la pale, il est raisonnable d'aborder le problème d'un point de vue onde plane. C'est à dire que l'on considère que la caméra réalise une simple projection de l'espace sur un plan perpendiculaire à l'axe de prise de vue. D'après les conditions expérimentales, ce plan à pour vecteur directeur: X= letY = 0 sin(0) 0 cos(0) L'origine de ce plan est au niveau de la caméra qui se situe en C (xc,---16, yc O,zc 100).

Les trajectoires décrites ci-dessus se projettent donc dans ce plan 15 suivant l'équation: rxp = (Ya Y,) 1 yo = (za zc) cos(0) (xa x,) sin(0) On obtient donc dans le cas d'une flexion d'une distance d; fxp =y, Rsin(t) y p = R cos(t) sin(a) d cos(a) x, sin(0) + (R cos(t) cos a) d sin(a) ze) cos(0) Il est clair que la zone filmée n'est qu'une partie de ce plan et ne comprend donc qu'une portion de cette trajectoire. La figure 9 présente plusieurs trajectoires pour différentes valeurs de d et une restriction de ces trajectoires à la zone filmée.

La zone filmée couvre les abscisses [-3.25, 3.25]rn, ce qui correspond à une variation de t entre 4,6 et -4,6 degrés. L'ordonnée (y) de l'extrémité de la pale lors d'un passage dans l'image varie donc de 3, 3 mm au maximum au cours de sa trajectoire.

En d'autres termes, l'extrémité de la pale se déplace en quasi ligne droite dans l'image. Ainsi, lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est raisonnable de considérer que la trajectoire de l'extrémité de la pale est rectiligne dans l'image.

Dans ce modèle simplifié pour une flexion de la pale d'une valeur D, on obtient un déplacement de l'extrémité de la pale dans l'image de: Y (d = D) Yp (d = 0) = D(cos(a) sin( ) sin(a) cos(0)) = D sin(O a) Le pixel dans l'image considéré dans l'exemple ici détaillé ayant une taille réelle suivant y de Ay = 18 mm, la résolution de mesure de la grandeur D est estimée dans cet exemple à : AD == Ay 18 18,5mm sin(O a) sin(76,3 ) Traitement des imaqes acquises par la caméra vidéo L'objectif du traitement vidéo est cle détecter sur chaque image s'il y a une pale et, dans ce cas, de déterminer où se situe son extrémité. Le synoptique de la figure 10 illustre les différentes opérations mises en oeuvre.

Bien entendu les moyens de traitement du dispositif selon le deuxième aspect de l'invention, tels que ceux représentés sous la référence 7 sur la figure 5, sont notamment adaptés pour mettre en oeuvre ledit traitement vidéo. L'unité de traitement peut notamment être constituée par un ordinateur personnel de type PC, et notamment par un ordinateur portable dédié à la vidéo. Cet ordinateur pourra être situé à l'intérieur de la nacelle de l'installation éolienne et relié à la caméra par un câble IEEE 1394 servant au transfert des images et à l'alimentation de la caméra.

Revenant à la description de la figure 10, le bloc 10 illustre la phase d'acquisition des images successives (séquence vidéo) de la zone d'intérêt.

Le bloc 20 illustre le désentrelacement des images de la séquence vidéo dont il a été fait état précédemment. On crée ainsi, dans l'exemple ici étudié, une vidéo à 50 images par seconde de taille 720 par 280 pixels.

Les opérations suivantes sont réalisées image par image ce qui permet de se placer soit dans un cas de traitement à la volée des images (sur un système embarqué, sur lequel l'intégralité de la séquence vidéo n'est pas nécessairement stockée), soit dans un cas de traitement a posteriori d'une vidéo (comme c'est le cas ici).

Les blocs 31, 32, 33 et 34 sont des opérations prévues pour détecter la présence, ou non, d'une pale sur une image.

Au bloc 31, on réalise la différence entre l'image courante et l'image précédente. Cela permet d'obtenir une image résultat qui ne contient que les objets en mouvement, apparus ou disparus. En effet, tous les objets fixes seront à la même place dans les deux images, ce qui conduit à une différence nulle.

Au bloc 32, on réalise un seuillage de l'image différence obtenue au bloc 31. Ce seuillage permet de détecter les objets apparus, et également de 2C) filtrer en partie le bruit présent sur l'image.

Au bloc 33, un filtrage morphologique est appliqué afin de supprimer les petits objets de la détection. Cela revient à supprimer l'apparition de petits objets ou les petits déplacements d'objet. En effet, les pales que l'on cherche à détecter sont des objets assez gros dans l'image: de l'ordre de 100x50 pixels, et se déplacent très vite: les pales parcourent ainsi environ 150 pixels entre deux images successives (1/50ème s).

Ce filtrage morphologique permes: notamment de rendre la méthode très robuste vis-à-vis des éventuels objets parasites dans le champ de la vidéo (oiseaux, nuages, pluies...) et vis-à-vis du bruit.

Au bloc 34, on détermine si l'image résultat du bloc 34 est vide ou non.

Si l'image résultat n'est pas vide (i.e. il y a une pale dans l'image), on recherche, au bloc 40, l'extrémité de la pale et on note sa position (x, y) dans l'image. On passe ensuite à l'image suivante (rebouclage au bloc 31), et cela jusqu'à la fin de la séquence vidéo.

Bien entendu, si l'image résultat est vide (i.e. pas de pale dans l'image) , on passe directement à l'image suivante (rebouclage au bloc 31).

Le traitement d'image retourne une variable à une fréquence de 50 Hz (une toute les images) qui contient la position éventuelle d'une pale présente dans le champ ou une valeur indiquant l'absence de pale (-1 dans notre cas).

L'analyse de cette variable permet d'observer les variations de positions des différentes pales lorsqu'elles passent au sommet de leur trajectoire de rotation.

La figure 11 présente les résultats de la détection pour une série d'images successives, la croix sur chacune de ces images représentant la position détectée de l'extrémité d'une pale.

On rappelle ici que l'installation éolienne ici étudiée dispose de trois pales, respectivement désignées p1, p2 et p3 dans les figures 12, 13, 14 et 15 discutées ci-après.

Plusieurs représentations de ces trajectoires (c'est-à-dire de la position des pales lors de leur passage dans le champ de la caméra) peuvent être envisagées.

- La représentation brute du signal de position en y de l'extrémité des pales (cf. figure 12). Cette représentation permet notamment d'observer la fréquence de passage des pales, et donc de connaître la vitesse de rotation de l'éolienne. Néanmoins, étant donné l'intervalle de temps séparant le passage de deux pales, la comparaison de la flexion entre pales n'est pas évidente. On notera que le graphique présenté en bas de la figure 12 est obtenu en réalisant un zoom temporel du graphique présenté en haut de la figure 12.

- Un graphique traçant les trajectoires observées dans le plan de l'image à rapprocher de la figure 9. L'aspect temporel est complètement perdu dans cette représentation, ce qui ne permet pas de comparer les pales entre elles à des instants relativement proches (figure 13).

- Un graphique présentant la position en y moyenne de chaque pale (c'està-dire la position moyenne de l'extrémité de la pale lors d'un passage dans la zone filmée). Cela permet de comparer la flexion d'une pale par rapport aux deux autres aux instants proches, et donc dans des conditions relativement semblables (cf. figure 14).

Sur les figures 12 à 14, il est important de noter que du fait du repèreutilisé lors du traitement, plus la pale fléchit plus la valeur de y est faible.

A partir de la figure 14, sur laquelle on a représenté la position moyenne de l'extrémité de chaque pale à chaque passage dans la zone filmée, une quantification des différences de flexion entre pales peut- être établie.

A cet effet, la flèche d'une pale i à l'instant t peut comparée: -avec celle interpolée linéairement de la pale i-1 entre les instants t-1 et t+ 2 (distance Di/i-1), - avec celle interpolée linéairement de la pale i+1 entre les instants t-2 et t+1 (distance Di/i+1).

Le graphique de la figure 15 est une représentation, sur une figure similaire à celle de la figure 16, des différences de flexion Di/j entre pales.

Le tableau ci-dessous présente la moyenne de ces écarts Di/j entre les positions moyennes d'extrémité de chaque pale, obtenus sur les vidéos étudiées.

A flèche Pale 1 (p1) Pale 2 (p2) Pale 3 (p3) Pale 1 0 D1/2 = -5.9 D1 /3 = -3.0 Pale 2 D211=5.9 0 D213 = 2.8 Pale 3 D311=2.8 D3,2 = -3.1 0 On constate ainsi que sur l'installation éolienne étudiée, la pale 2 semble fléchir moins que les deux autres. En moyenne, elle fléchit 10,9 cm (5. 9*18.5mm) de moins que la pale 1 el: 5,2 cm (2.8'18 5mm) de moins que la pale 3.

A l'inverse, la pale 1 semble fléchir 10,9 cm de plus que la pale 2 et 5, 5 cm de plus que la pale 3.

Les procédé et dispositif selon l'invention, dans le mode de réalisation présenté ci-dessus permettent ainsi de déterminer la flexion des pales d'éoliennes avec une résolution inférieure à 2 cm.

Bien entendu, on peut également suivre l'évolution de la flèche de chacune des pales en fonction du vent par exemple, ou bien inter-comparer la flèche des différentes pales.

Afin de tester le procédé selon le premier aspect de l'invention présenté ci-dessus, deux séquences vidéo de synthèse ont été simulées sur lesquelles des perturbations ont été introduites, à savoir; l'augmentation du temps d'ouverture (nécessaire notamment en cas de diminution de la luminosité), - l'augmentation du niveau de bruit dans l'image.

Augmentation du temps d'ouverture L'augmentation du temps d'ouverture permet d'exposer le capteur de la caméra plus longtemps à la lumière pour compenser le manque de lumière de la scène. Cela conduit pour les objets en mouvement à l'apparition ou l'augmentation du flou. L'équivalent mathématique de cette opération pour les objets en mouvement est une convolution par un noyau égal à la trajectoire temporelle de l'objet pendant la prise de vue, Dans le cas étudié, seules les pales se déplacent suivant la direction x pendant une prise de vue. La distance maximale parcourue pendant la prise d'une image est de l'ordre de 100 pixels. La figure 16 montre le résultat de cette opération sur une image. La mesure de la flèche étant perpendiculaire au mouvement de la pale, le flou de mouvement ne perturbe pas directement cette mesure: il est lui aussi perpendiculaire à la frontière recherchée.

Afin de vérifier la robustesse de l'algorithme choisi vis-à-vis de cette perturbation, une comparaison est réalisée entre les positions mesurées sur une séquence initiale et celles mesurées sur cette même séquence dégradée. Pour conforter cette analyse, les distances croisées par les différentes pales ont été calculées dans le cas initial et dans le cas d'un temps d'intégration long. Les résultats obtenus sont très proches et distants de moins d'un pixel (limite de résolution du procédé selon l'invention).

Vidéo saine \ 1 2 3 1 0 -5.9 -3 2 5.9 0 2.8 3 2.8 -3.1 0 Vidéo temps d'ouverture long \ 1 2 3 1 0 -6 -2.9 2 6 0 3 3 2.7 -3.3 0 Augmentation du bruit Le niveau du bruit dépend principalement du nombre de photons arrivant sur le capteur, c'est-à-dire de son exposition. Dans le cas d'une diminution de l'intensité lumineuse, le rapport signal sur bruit est alors diminué. Pour modéliser ce phénomène un bruit blanc normal a été ajouté sur les images acquises. L'objectif est de comparer les résultats de la mesure avec et sans cette perturbation afin de s'assurer de la robustesse de la méthode choisie. La figure 17 montre l'allure des images de synthèse utilisées.

Cette fois encore, les mesures réalisées sur la séquence brute sont comparées avec celles réalisées sur la séquence de synthèse issue de la même vidéo.

Vidéo saine \ 1 2 3 1 0 -6.2 -2.1 2 6.5 0 4.1 3 2.2 -4.2 0 Vidéo bruitée \ 1 2 3 1 0 -6.2 -2.2 2 6.5 0 4.0 3 2.3 -4.1 0 On constate que la différence entre ces mesures est relativement faible. Les principales différences sont dues aux images dégradées introduites lors du transfert de la vidéo sur l'unité de traitement. L'algorithme semble assez robuste vis-à-vis du bruit sur la vidéo.

Les procédé et dispositif selon l'invention rendent donc possible la surveillance de la flexion des pales d'éoliennes en exploitation pour la surveillance de l'endommagement de cet élément.

Il peut raisonnablement être envisagé de mesurer cette déformation 5 avec une précision de l'ordre du centimètre.

Cette précision permet alors d'étudier l'évolution de cette flèche au cours du temps, et peut ainsi permettre de prévenir d'éventuelles ruptures et d'optimiser la maintenance de ce composant.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de surveillance des pales (1) d'une installation éolienne en fonctionnement, les pales étant entraînées en rotation sous l'action du vent (V), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : acquérir des images successives (Io, IF) d'une zone dans laquelle passe l'extrémité (Ro, RF) des pales lors de leur rotation; réaliser un traitement des images acquises adapté pour mesurer la position (Po, PF) de l'extrémité de chacune des pales dans lesdites images.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les images acquises sont celles d'une zone correspondant au passage des pales en leur sommet de rotation.

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on considère que le mouvement de l'extrémité d'une pale est rectiligne dans ladite zone.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit traitement comporte une opération visant à déterminer la présence d'une pale dans les images acquises.

5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite opération est réalisée image par image et met en oeuvre une différence (31) entre l'image courante et l'image précédente.

6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite opération met en oeuvre un seuillage (32) de l'image différence.

7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite opération met en outre en oeuvre un filtrage morphologique (33) de l'image différence seuillée.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une détermination de la position moyenne de l'extrémité de chaque pale lors d'un passage dans ladite zone.

9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une détermination, lors de chaque passage, des écarts entre les positions moyennes d'extrémité de chaque pale.

10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte la détermination de la moyenne desdits écarts sur une pluralité de passages.

11. Dispositif de surveillance des pales (1) d'une installation éolienne en fonctionnement, les pales étant entraînées en rotation sous l'action du vent (V), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'acquisition (2) d'images successives (Io, IF) d'une zone dans laquelle passe l'extrémité (Ro, RF) des pales lors de leur rotation ainsi que des moyens de traitement (7) des images acquises adaptés pour mesurer la position (Po, PF) de l'extrémité de chacune des pales dans lesdites images.

12. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'acquisition d'images sont constitués par une caméra vidéo (2) .

13. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la caméra (2) est positionnée de manière à ce que la zone observée de passage des extrémités des pales soit celle correspondant au passage des pales au sommet de leur rotation.

14. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la caméra est positionnée sur la nacelle (3) de l'installation éolienne.

15. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la caméra est positionnée au sol.

16. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (7) sont adaptés pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.

17. Installation éolienne comportant un dispositif selon l'une quelconque

des revendications 11 à 16.