FR3099592A1 - Pluviomètre massique temps réel à évacuation motorisée - Google Patents

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Abstract

L’invention se rapporte à un dispositif destiné à mesurer la quantité d’hydrométéores recueillis sur le lieu d’implantation caractérisé en ce qu’il comporte un collecteur (1) associé à un système de pesée (2), ledit collecteur (1) présentant un système de vidange motorisée (3) solidaire du support (4), ledit dispositif comportant en outre un calculateur (5) recevant les informations numériques de masse générées par ledit système de pesée (2) pour connaître la quantité d’hydrométéores recueillis par le collecteur (1) et commandant ledit système de vidange motorisée (3). Figure de l’abrégé : Figure 1

Description

Pluviomètre massique temps réel à évacuation motorisée
Domaine de l’invention
Un pluviomètre est un instrument météorologique destiné à mesurer la quantité de précipitations sur le lieu d’implantation. Il s’agit d’une mesure ponctuelle d’un point de vue spatial.
Les données de pluviométries sont utilisées dans de nombreux domaines. Elles servent notamment au suivi météorologique et climatologique, à la planification des cultures, aux besoins en irrigation, au suivi du potentiel hydroélectrique et à la surveillance des pluies torrentielles.
Il existe différents types de pluviomètres, et on distingue des instruments à mesure directe et à mesure automatique. Ces derniers peuvent être reliés à des enregistreurs en continu de la hauteur d'eau des précipitations et sont alors appelés pluviographes. Certains sont également connectés, c’est à dire qu’ils transmettent en temps réel leurs données.
Les pluviomètres, même s’ils sont sujet à des erreurs de mesures, sont considérés comme le moyen le plus précis de mesurer la pluie et servent également à l'étalonnage d’autres instruments comme les radars météorologiques par exemple. S’ils sont connectés en temps réel, un réseau de tels capteurs peut également améliorer la précision d’un autre moyen plus spatialisé, comme un radar météorologique ou bien encore un radar passif distribué à usage météorologique (cf demande de brevet FR1905057), par fusion de donnée.
Les données obtenues par le pluviomètre, comme toutes les mesures, sont sujettes à certaines erreurs dues aux conditions environnementales, à la conception de l'appareil et à sa position par rapport aux obstacles environnants.
Etat de l’art antérieur
Il existe principalement 4 types de pluviomètres :
- le pluviomètre à lecture directe :
il consiste en un cylindre gradué dans lequel se déverse l’eau de pluie après avoir emprunté un concentrateur, globalement un entonnoir. La mesure est opérée par un intervenant lisant le niveau de l’eau récoltée depuis son dernier vidage. Le vidage est manuel.
- le pluviomètre à augets basculants :
il consiste en un concentrateur déversant l’eau collectée dans un petit contenant, dit auget, qui bascule lorsqu’il est plein. L’information de basculement est détectée fournissant ainsi la mesure. En effet, la contenance de l’auget est connu et généralement équivalente à 0.2mm de pluie.
- le pluviomètre massique ou à pesée :
il consiste généralement en un concentrateur déversant la pluie dans un réservoir dont la masse est surveillée, ce qui permet de déduire la quantité de pluie tombée. Le vidage se fait soit manuellement, soit automatiquement via une vanne ou une bascule à auget.
- le pluviomètre optique :
il consiste en un concentrateur menant les précipitations vers un système optique où ces dernières sont mesurées par détection d’irrégularités optiques.
On connaît notamment le pluviomètre automatique décrit par le brevet EP0187093A1 et comportant :
- un premier récepteur destiné à recevoir les retombées sèches ;
- un second récepteur destiné à recevoir les retombées humides et muni d'un premier capteur apte à émettre un signal lorsqu'un échantillon de retombées humides d'un certain volume est recueilli ; ce deuxième récepteur étant susceptible d'être doté d'un système de chauffage ;
- un dispositif obturateur permettant la fermeture alternative des deux récepteurs en fonction d'un signal émis par un détecteur de précipitation ;
- un dispositif de mesure disposé à la sortie du second récepteur et servant à effectuer des mesures de grandeurs physico-chimiques sur l’échantillon ;
- un dispositif d'échantillonnage disposé à une sortie du dispositif de mesure servant à ranger et conserver à une température inférieure à .0°C une fraction de chaque échantillon recueilli ;
- un système de contrôle servant à commander automatiquement les éléments précités en fonction des signaux émis par des capteurs incluant ledit premier capteur et ledit détecteur de précipitation et à gérer les mesures effectuées sur l'échantillon en les datant.
Selon un mode préféré de réalisation de ce dispositif de mesure de l’art antérieur, il comporte en outre :
- une vanne d'entrée disposée à la sortie du second récepteur ;
- une vanne de sortie principale communiquant avec la vanne d'entrée par un tube principal pourvu d'une sonde de mesure de la température et d'une sonde de mesure de la conductivité, ladite vanne de sortie principale étant reliée au dispositif d'échantillonnage ;
- une vanne de sortie secondaire communiquant avec le tube principal par un tube secondaire muni d'un trop-plein et branché sur le tube principal au-dessus desdites sondes, ladite vanne de sortie secondaire étant reliée à un canal d'évacuation, ledit tube secondaire étant pourvu d'une sonde de mesure du pH.
Inconvénient de l’art antérieur
Le problème des pluviomètres actuels est qu’ils nécessitent un entretien, parfois important afin de fonctionner correctement.
En effet, l’essentiel de ces pluviomètres utilisent un concentrateur qui a plusieurs défauts.
Premièrement, il est sujet à des obstructions intempestives à cause des débris pouvant le boucher. Des tamis sont mis en place pour contrer ce problème, mais ils finissent également par se boucher et augmentent le rejaillissement (l’eau rebondit et sort de la surface de captation).
Deuxièmement il est aussi sujet au phénomène dit de ‘mouillage’. La mesure n’est pas exacte car l’eau a tendance à adhérer aux parois du concentrateur. Ainsi lors des précipitations, une partie de l’eau reste collée aux parois sur le cône de collecte. La proportion de cette quantité par rapport à la quantité totale de pluie peut être importante dans le cas de précipitations faibles.
Troisièmement, en cas de très fortes précipitations, l'eau peut s'accumuler temporairement dans le collecteur à cause du faible diamètre du trou de sortie, ce qui fausse le taux instantané de précipitations.
Enfin, les précipitations solides nécessitent que le collecteur soit chauffé, ce qui provoque un retard dans la mesure, une consommation électrique importante ainsi qu’une erreur due à l’évaporation.
Il est à noter que certains pluviomètres massiques ne possèdent pas de concentrateur, les précipitations entrent directement dans le collecteur. Ces pluviomètres ont l’inconvénient d’être encombrants (environ 50L) et lourds (une dizaine de kilogrammes à vide soit plus de 15kg en cours d’utilisation).
Les pluviomètres massiques actuels ont également d’autres inconvénients.
Tout d’abord, leur prix est élevé car le système est assez technique, notamment par le fait de peser précisément une grande masse (plus de 10kg).
Ils sont également sensibles au vent et à l’évaporation. Il est alors nécessaire de réduire ces sensibilités à l’aide d’algorithmes dédiés.
Certains pluviomètres massiques possèdent une vanne afin d’effectuer la vidange automatiquement. Cela implique un double problème : la vanne peut se boucher ou fuir.
Enfin, la simple présence du pluviomètre massique provoque une modification, par son encombrement et sa forme cylindrique, des vents locaux au-dessus de la surface de captation. Par répercussion, cette modification provoque une altération de la quantité de pluie captée dans le collecteur.
Plusieurs inconvénients sont également à répertorier pour les pluviomètres à augets.
Tout d’abord, la quantité d’eau se rendant dans la partie de mesure peut être inférieure à la résolution de l'instrument et le pluviomètre à augets n’enregistre alors pas de basculement. C’est le cas lors de pluies très faibles ou de bruines.
Ils nécessitent également une procédure de calibration complexe.
Ils sont également sujets à des pertes d'eau pendant le temps de basculement des augets, ce qui provoque une sous-estimation de la quantité totale de précipitations, notamment en cas de fortes précipitations.
Enfin, le principe de fonctionnement rend la mesure discontinue, très discrétisée et non propice à une mesure haute résolution en temps réel.
Les pluviomètres optiques (également appelés disdromètres) utilisent l'interaction entre les hydrométéores et un faisceau optique afin d'estimer la vitesse et le diamètre de ces derniers, puis d’en déduire par un traitement numérique les intensités instantanées et les cumuls.
Ces équipements réalisent une mesure indirecte, dont les relations sont complexes et imprécises, ce qui conduit inévitablement à une erreur de mesure non-négligeable.
Enfin, les pluviomètres à lecture directe sont les plus simples, mais également ceux nécessitant le plus de main d’œuvre car la relève est manuelle. De fait, les données ne sont pas récoltées en temps réel, limitant donc les applications possibles notamment le suivi en cas de précipitations fortes.
Solution apportée par l’invention
Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne, selon son acception la plus générale, un dispositif destiné à mesurer la quantité d’hydrométéores recueillis sur le lieu d’implantation caractérisé en ce qu’il comporte un collecteur associé à un système de pesée, ledit collecteur présentant un système de vidange motorisée solidaire du support, ledit dispositif comportant en outre un calculateur recevant les informations numériques de masse générées par ledit système de pesée pour connaître la quantité d’hydrométéores recueillis par le collecteur et commandant ledit système de vidange motorisée.
Avantageusement, le dispositif transmet en outre au calculateur les informations numériques d’une pluralité de capteurs transmettant, principalement climatiques, composée d’au moins un des éléments suivants :
- un capteur aérodynamique permettant la mesure du vent
- un capteur de température de précipitation permettant de mesurer la température des précipitations
- un capteur de température de compensation de la pesée permettant de compenser le capteur de masse en température
- un capteur de température de compensation de la force aérodynamique
- un capteur de température de l’air ambiant
- un capteur d’hygrométrie permettant d’améliorer la détection des périodes de pluie
- un capteur de positionnement par satellite permettant de connaître de façon fiable et précise le lieu d’implantation du dispositif
Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif comporte un élément de protection de forme conique tronquée afin de permettre l’évacuation des hydrométéores, dont la grande base est dirigée vers le haut et dont les petites et grandes bases possèdent des arrondis en direction de l’horizontale afin de limiter les turbulences aérodynamiques, notamment au-dessus de la surface de captation.
Avantageusement, ledit élément de protection est solidaire du mât, par l’intermédiaire d’un capteur de force multi-axes permettant de mesurer les composantes horizontales des forces aérodynamiques produites par le vent.
Selon une variante, ledit système de vidange motorisée déplace le collecteur selon un mouvement de basculement composé d’une translation vers le haut afin de renverser les précipitations collectées à l’extérieur de la protection.
Selon un mode de réalisation particulier, il comporte un contrepoids ou un élément élastique agissant sur ledit système de vidange motorisée.
De préférence, ledit calculateur est commandé par un programme d’ordinateur commandant la détermination de l’instant d’évacuation des précipitations selon les critères suivants :
- prioritairement, un instant situé en dehors des évènements de précipitations,
- ou bien à défaut, lors d’un moment de précipitations faibles et/ou régulières si le collecteur a dépassé un certain seuil déterminé en fonction des caractéristiques dimensionnelles du collecteur et du type de précipitation détecté afin de prendre en compte les paramètres particuliers comme par exemple la densité, très différente entre des épisodes pluvieux et neigeux.
Le dispositif transmet les informations et les caractéristiques locales (masse, mesures des capteurs locaux et/ou valeur de la surface d’ouverture, ...) de façon télédiffusée par l’intermédiaire du système de communication. Ce dernier est préférablement sans fil et notamment de type 2G, 3G, 4G, 5G, LTE-M, SigFox ou NB-IoT (non limitatif).
Selon une variante, le dispositif est alimenté via le réseau électrique, une batterie et/ou une source d’énergie renouvelable.
Afin d’économiser l’énergie, le système se met en veille périodiquement lors des périodes de non-précipitations. La périodicité de cette veille est définie en fonction des paramètres mesurés localement, mais aussi potentiellement en fonction d’informations reçues via le module de communication.
Un système de chauffe, notamment des éléments mécaniques et de la surface interne du collecteur, pourra être ajouté en fonction du lieu d’implantation. Il sera contrôlé par le calculateur afin de fonctionner uniquement lorsque cela est rendu nécessaire, notamment en amont des instants d’évacuation lorsque les mesures de températures locales sont sous le point de congélation.
Un capteur de position angulaire permet également de contrôler l’inclinaison du collecteur et donc l’évacuation des hydrométéores collectés.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif présente un mode de fonctionnement dégradé lorsque la communication n’est pas établie avec le serveur.
En vue de cette option, le dispositif stocke localement les données récoltées.
Les données sont ensuite transmises au rétablissement de la connexion ou bien téléchargeables lors d’une reconnexion au réseau de communication ou bien à un terminal local.
Au besoin, l’ensemble des calculs nécessaires peuvent être réalisés localement, et notamment ceux explicités aux paragraphes suivants, afin de mettre à disposition l’information désirée directement à l’utilisateur local.
L’invention concerne également un procédé de détermination de la quantité en mm des hydrométéores recueillis entre les instantst 1 ett 2 à l’aide d’un dispositif susvisé caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
- une première étape de filtrage consistant à filtrer optionnellement la mesure de masse issue du système de pesée afin d’éliminer :
- les perturbations dues au vent par l’application d’un filtre passe-bas numérique de fréquence de coupure très faible (de l’ordre de 0.1 Hz),
- les perturbations exceptionnelles comme la chute ou reprise d’objet dans le collecteur ou atterrissage/décollage de volatile ou d’insecte sur le collecteur par un filtrage des augmentations rapides de la mesure par rapport aux alentours temporels de l’évènement, et les diminutions en dehors des périodes d’évacuation.
- une deuxième étape de détermination de la massemc(t)des précipitations contenues dans le collecteur,
-mc(t)étant obtenue par différence entre la mesure courante de la masse mesurée par le système de peséemd(t)et sa mémorisationmd( tfe i )effectuée après la dernière évacuation, c’est à dire à l’instanttfe i .
Avec
Avantageusement le procédé comporte en outre :
- une troisième étape de détermination de la correction de masseme(i)correspondant à l’évaluation de la masse de précipitation qui aurait été ajoutée entre les instants de début et de fin de la ièmeévacuation, respectivementtde i ettfe i :
avec :
-rp (t)le taux de précipitation massique moyen en à l’instantt
-tde i instant de début de la ièmeévacuation
-tfe i instant de fin de la ièmeévacuation
- une quatrième étape de détermination de la masse précipitée corrigée à l'instantt mp (t), masse ayant pour référence une date considérée comme initiale pour l'appareil, pouvant être par exemple sa date d'installation.
En dehors d’une manœuvre d’évacuation :
Pendant la ièmeévacuation :
avec :
-md(t)mesure courante de la masse mesurée par le système de pesée
-tde k instant de début de la kèmeévacuation
-tfe k instant de fin de la kèmeévacuation
-il’indice de la dernière évacuation réalisée ou de l’évacuation en cours
-me(k)correction de masse déterminée à l’étape précédente
-rp (t)le taux de précipitation massique moyen à l’instantt
- me(0)=0
Sime(k)n’a pas été déterminée à l’étape précédente prendreme(k)=0
  • une cinquième étape de détermination de la quantité en mm des précipitations tombées entre les instants t1et t2selon la relation suivante :
avec :
-hhauteur de précipitation en mm
-mp (t)la masse des précipitations à l’instantten g
-dla densité des précipitations
-Sla surface d’entrée horizontale du collecteur en cm²
Enfin, l’invention concerne également un procédé de détermination du type d’hydrométéores par l’analyse d’au moins un des paramètres suivants :
- détection de l’empreinte numérique (masse, temps de montée, oscillations, …) de l’impact des précipitations dans le collecteur mesurée grâce au système de pesée
- caractérisation du comportement des hydrométéores lors de l’évacuation, une diminution de la valeur pesée continue au cours de l’évacuation indiquant des précipitations principalement liquides et une diminution brusque indiquant des précipitations solides.
- mesure du capteur aérodynamique
- mesure de température de précipitations
- mesure de compensation de la pesée
- mesure de compensation de la force aérodynamique
- mesure de température locale
- mesure d’hygrométrie
Avantageusement, un réseau de neurones est utilisé afin de détecter les signatures de chaque type de précipitation.
L’ensemble du processus de classification peut être scindé en plusieurs étapes dont certaines peuvent être réalisées localement sur le calculateur ou bien sur un ou plusieurs calculateurs distants à partir des informations en provenance du pluviomètre, mais également de données recueillies, comme par exemple celles issues de modèles météorologiques.
Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisation
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation, où :
la figure 1 représente une vue schématique d’un dispositif selon l’invention
La figure 2 présente le détail du bord anti-mouillage du collecteur (1).
Le dispositif selon l’invention se propose de résoudre la quasi-totalité des problèmes de l’état de l’art mentionnés plus haut en proposant un pluviomètre massique connecté de taille réduite et à évacuation motorisée.
De ce fait, il possède les avantages du pluviomètre massique de l’art antérieur et ne possède pas un certain nombre de ses inconvénients.
Il est donc très précis, économique, avec une faible consommation électrique, capable de mesurer tout type d’hydrométéores précipitants, en temps réel, sans risques d’obstruction et donc avec peu d’entretien, limitant les problèmes de turbulences et l’imprécision due au vent, quasiment sans effet de ‘mouillage’, de retard ou bien encore d’évaporation.
Le dispositif selon l’invention possède un collecteur (1) disposé sur un système de pesée (2), et qui peut être vidé grâce au système d’évacuation motorisée (3), par un orifice situé sur la partie haute du collecteur (1), et préférentiellement l’orifice d’entrée. Ce système d’évacuation est solidaire du mât de support (4).
Le calculateur (5) calcule et surveille l’information de masse à partir des données du système de pesée (2) pour connaître la quantité de précipitations tombées dans le collecteur (1).
Lorsque le calculateur (5) juge opportun, il commande au système d’évacuation motorisée (3) le vidage du collecteur (1) à l’aide du capteur de position angulaire (17).
L’information de masse, de capteurs locaux et/ou de surface d’ouverture est télédiffusée par l’intermédiaire du module de communication (6). Ce dernier est préférablement sans fil et notamment de type 2G, 3G, 4G, 5G, LTE-M, SigFox ou NB-IoT (non limitatif).
Une protection (7) solidaire du support (4) permet de protéger les éléments pesés du vent tout en permettant aux précipitations de s’évacuer ainsi qu’en minimisant les turbulences dues à la présence du dispositif au-dessus de la surface de captation. Un capteur de force multi-axes servant de capteur aérodynamique (8) est possiblement positionné entre la protection (7) et le mât (4) afin de calculer la vitesse du vent par mesure de la force aérodynamique.
Un capteur de température des précipitations (11) permet de mesurer la température des hydrométéores.
Un capteur de température de compensation de la pesée (12) permet de compenser le capteur de masse en température. De même, lorsque le système est pourvu d’un capteur aérodynamique (8), un capteur de température de compensation de la force aérodynamique (13) peut permettre de compenser les variations dues à la température.
Le système peut être alimenté via le réseau électrique, une batterie (9) et/ou une source d’énergie renouvelable (10).
Selon une première variante, le système d’évacuation motorisée (3) est situé entre le collecteur (1) et le système de pesée (2).
Selon une seconde variante, le système n’est pas connecté à internet et calcule localement la quantité des hydrométéores recueillis, de façon globalement identique à la méthode décrite ci-après, ceci afin de mettre à disposition l’information directement à l’utilisateur local.
Le dispositif selon l’invention peut également enregistrer les données recueillies en vue d’une utilisation ultérieure ou bien en cas de panne de la liaison de télécommunication.
L’enregistrement des données possède un échantillonnage plus fin pendant les périodes de précipitations que en dehors afin d’optimiser l’utilisation de la mémoire du calculateur (5).
Les données sont ensuite transmises au rétablissement de la connexion ou bien téléchargeables lors d’une reconnexion au réseau de communication ou bien à un terminal local.
Le calculateur (5) utilise un algorithme de détection d’impact, dont l’information fusionnée aux mesures d’au moins un des capteurs locaux permet de distinguer les hydrométéores : pluies, neige, grêle, pluie et neige mêlées, bruine, pluie verglaçante, brouillard, rosée…
Un réseau de neurones peut être avantageusement utilisé afin de détecter les signatures de chaque type d’hydrométéore.
Le comportement des hydrométéores lors de l’évacuation peuvent également donner une information sur le type d’hydrométéores en présence. En effet, des précipitations liquides auront une évacuation progressive en fonction de l’inclinaison alors que les précipitations solides auront tendance à se vider brusquement.
L’ensemble du processus de classification peut être scindé en plusieurs étapes dont certaines peuvent être réalisées localement sur le calculateur (5) ou bien sur un ou plusieurs calculateurs distants à partir des informations en provenance du pluviomètre, mais également de données recueillies, comme par exemple celles issues de modèles météorologiques.
Par ailleurs, le calculateur (5) défini le moment optimal pour commander le vidage du collecteur (1), c’est à dire en dehors des évènements de précipitations. Ceci permet d’avoir une erreur due à l’évacuation quasi nulle.
A défaut, si le collecteur (1) a dépassé un certain seuil pendant un événement de précipitations, l’évacuation est alors commandée lors d’un moment de faibles précipitations et/ou de précipitations régulières. Ceci permet une meilleure extrapolation au cours de l’opération d’évacuation des précipitations et une meilleure interpolation à l’issue afin de corriger l’erreur inhérente.
Ledit seuil, quant à lui, est déterminé en fonction des caractéristiques dimensionnelles du collecteur (1) et du type d’hydrométéore détecté afin de prendre en compte les paramètres particuliers comme par exemple la densité, très différente entre des épisodes pluvieux, neigeux ou grêleux.
La quantité des hydrométéores recueillis entre les instantst 1 ett 2 est déterminée selon un processus déterminé par les étapes suivantes (certaines optionnelles) :
étape 1 : filtrage
Cette étape consiste à filtrer optionnellement la mesure de masse issue du système de pesée (2) afin de :
- éliminer les perturbations dues au vent par l’application d’un filtre passe-bas numérique de fréquence de coupure très faible (de l’ordre de 0.1 Hz)
- éliminer les perturbations exceptionnelles comme la chute ou reprise d’objet dans le collecteur (1) ou bien l’atterrissage/décollage de volatile ou d’insecte sur le collecteur. Pour cela, on filtre les augmentations trop rapides de la mesure par rapport aux alentours temporels de l’évènement, mais également les diminutions en dehors des périodes d’évacuation.
étape 2 : détermination de la massemc(t)des précipitations contenues dans le collecteur (1)
mc (t)est obtenue par différence entre la mesure courante de la masse mesurée par le système de pesée (2)md(t)et sa mémorisationmd( tfe i )effectuée après la dernière évacuation, c’est à dire à l’instanttfe i .
étape 3 : détermination optionnelle de la correction de masseme(i)correspondant à l’évaluation de la masse de précipitation qui aurait été ajoutée entre les instants de début et de fin de la ièmeévacuation, respectivementtde i ettfe i :
avec :
-rp (t)le taux de précipitation massique moyen à l’instantt
-tde i instant de début de la ièmeévacuation
-tfe i instant de fin de la ièmeévacuation
étape 4 : détermination de la masse précipitée corrigée à l'instantt mp (t), masse ayant pour référence une date considérée comme initiale pour l'appareil, pouvant être par exemple sa date d'installation
En dehors d’une manœuvre d’évacuation :
Pendant la ièmeévacuation :
avec : -md(t)mesure courante de la masse mesurée par le système de pesée (2)
-tde k instant de début de la kèmeévacuation
-tfe k instant de fin de la kèmeévacuation
-il’indice de la dernière évacuation réalisée ou de l’évacuation en cours
-me(k)correction de masse déterminée à l’étape précédente
-rp (t)le taux de précipitation massique moyen à l’instantt
- me(0)=0
Sime(k)n’a pas été déterminée à l’étape précédente prendreme(k)=0
étape 5 : détermination de la quantité en mm des précipitations tombées entre les instants t1et t2selon la relation suivante :
avec : -hhauteur de précipitation en mm
-mp (t)la masse des précipitations à l’instantten g
-dla densité des précipitations
-Sla surface d’entrée horizontale du collecteur en cm²
Il est possible également d’exprimer cette hauteur en équivalent d’eau liquide en utilisant la densité de l’eau liquide quelque soit le type de précipitation.
Le système concerne également un procédé de détermination du type d’hydrométéores par l’analyse d’au moins un des paramètres suivants :
- détection de l’empreinte numérique (masse, temps de montée, oscillations, …) de l’impact des précipitations dans le collecteur mesurée grâce au système de pesée
- caractérisation du comportement des hydrométéores lors de l’évacuation, une diminution de la valeur pesée continue au cours de l’évacuation indiquant des précipitations principalement liquides et une diminution brusque indiquant des précipitations solides en utilisant le système de pesée (2) et le capteur de position angulaire (17).
- mesure du capteur aérodynamique (8)
- mesure de température des précipitations (11)
- mesure de compensation de la pesée (12)
- mesure de compensation de la force aérodynamique (13)
- mesure de température locale (14)
- mesure d’hygrométrie (15)
Un réseau de neurones est utilisé afin de détecter les signatures de chaque type de précipitation à partir des paramètres listés ci-dessus.
Le système d’évacuation motorisée (3) déplace le collecteur (1) selon un mouvement composé d’une translation vers le haut et d’une rotation afin de renverser les précipitations collectées à l’extérieur de la protection (7). Ce mouvement est contrôlé par le calculateur (5) grâce au capteur de position angulaire (17). Selon une première variante, un contrepoids ou un élément élastique vient aider le mouvement.
Le dispositif selon l’invention possède un système de réglage afin de rendre la surface d’entrée du collecteur parfaitement horizontale.
Selon une variante simplifiée, le système d’évacuation motorisée (3) effectue un simple basculement du collecteur (1). L’axe de pivot est horizontal et passe à proximité du centre de gravité du collecteur.
Un contrepoids ou un élément élastique peuvent venir optionnellement aider le mouvement.
L’actionneur est un motoréducteur, éventuellement de type servomoteur.
Le calculateur (5) possède des algorithmes afin de filtrer les effets indésirables des rafales de vents, des oiseaux qui se poseraient sur le dispositif, des objets ou insectes qui tomberaient dans le collecteur (1), de l’évaporation, …
Afin d’économiser l’énergie, le système se met en veille périodiquement lors des périodes de non-précipitation. La périodicité de cette veille est définie en fonction des paramètres mesurés localement, mais aussi potentiellement en fonction d’informations reçues via le module de communication (6).
Un capteur de température de l’air ambiant (14) et d’hygrométrie (15) peuvent être adjoint au dispositif afin d’améliorer la détection des périodes de pluie et de brouillard, tout en ajoutant un paramètre mesuré à destination des utilisateurs. Ces informations pourront également nourrir le réseau de neurone dans le but d’améliorer la détermination de signature des différents hydrométéores.
Un capteur de positionnement par satellite (16) peut également équiper le dispositif afin de connaître simplement et de manière fiable la position d’implantation du dispositif.
Enfin, un capteur de position angulaire permet de contrôler l’inclinaison du collecteur (1) et donc l’évacuation des hydrométéores collectés.
Selon un mode particulier de réalisation, l’actionneur du système d’évacuation (3) est un motoréducteur et le capteur de position angulaire (17) est un codeur incrémental optique avec top zéro et/ou un ensemble accéléromètre 3 axes et gyroscope 3 axes. Le support (4) est un mât métallique de section circulaire et résistant à l’oxydation. Il est ancré au sol par une platine métallique scellée sur un support en béton (ou équivalent).
Le système d’évacuation motorisée (3) possède un réglage afin d’incliner plus ou moins le collecteur (1). L’ensemble mécanique (1+2+3) peut effectuer une rotation autour du support (4). La conjonction de ces deux possibilités permet au dispositif de présenter une surface d’entrée parfaitement horizontale, même si le mât de support (4) n’est pas parfaitement vertical.
Dans ce mode particulier de réalisation, la protection (7) possède la forme d’un cône tronqué dont la grande base est dirigée vers le haut. Les petite et grande bases possèdent des arrondis en direction de l’horizontale afin de limiter les turbulences aérodynamiques.
Dans ce mode particulier de réalisation, l’extérieur du collecteur (1) présente sur sa partie supérieure une collerette destinée à limiter l’effet de mouillage extérieur, premièrement en limitant la surface mise en jeu grâce à sa hauteur réduite et en créant un larmier (ou goutte d’eau) afin de se débarrasser des gouttelettes sans qu’elles transitent via la partie inférieure du collecteur (1).
Cette collerette est verticale, ce qui aide grandement les gouttelettes à se diriger vers le larmier. Enfin, elle possède également une ligne inférieure présentant des minimums et maximums d’altitude et constituant de multiples larmiers dans le larmier afin de concentrer les gouttes d’eau présente en vue d’accélérer leur chute.
Il est donc très précis, économique, avec une faible consommation électrique, capable de mesurer tout type d’hydrométéores précipitants, en temps réel, sans risques d’obstruction et donc avec peu d’entretien, limitant les problèmes de turbulences et l’imprécision due au vent, quasiment sans effet de ‘mouillage’, de retard ou bien encore d’évaporation.
Le dispositif selon l’invention est capable de mesurer des masses avec une précision de 0.3g. Si la surface d’entrée est de 300cm², cela implique une précision de mesure de 0.01mm, là où l’Organisation Mondiale de la Météorologie recommande 0.2mm.
Le dispositif selon l’invention est également capable de mesurer tout type d’hydrométéores et est sans risque d’obstruction puisque ces derniers tombent directement dans le collecteur et sont évacués ensuite par le même orifice par retournement du collecteur.
Pour la même raison, il est également sans effet de mouillage intérieur et sans retard. Il peut dans certaines conditions subir un léger mouillage extérieur, mais sans commune mesure avec le mouillage affectant les pluviomètres de l’art antérieur puisque la surface présentée est bien inférieure et également verticale.

Claims (11)

  1. - Dispositif destiné à mesurer la quantité d’hydrométéores recueillis sur le lieu d’implantation caractérisé en ce qu’il comporte un collecteur (1) associé à un système de pesée (2), ledit collecteur (1) présentant un système de vidange motorisée (3) solidaire du support (4), ledit dispositif comportant en outre un calculateur (5) recevant les informations numériques de masse générées par ledit système de pesée (2) pour connaître la quantité d’hydrométéores recueillis par le collecteur (1) et commandant ledit système de vidange motorisée (3).
  2. - Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’il possède un ensemble de capteurs, composé d’au moins un des éléments suivants, transmettant des informations numériques audit calculateur (5) :
    - un capteur de force aérodynamique (8) permettant la mesure du vent
    - un capteur de température des précipitations (11) permettant de mesurer la température des précipitations
    - un capteur de température de compensation de la pesée (12) permettant de compenser le capteur de masse en température
    - un capteur de température de compensation de la force aérodynamique (13)
    - un capteur de température de l’air ambiant (14)
    - un capteur d’hygrométrie (15) permettant d’améliorer la détection des périodes de pluie
    - un capteur de positionnement par satellite (16) permettant de connaître de façon fiable et précise le lieu d’implantation du dispositif
    - un capteur de position angulaire (17) du collecteur (1)
  3. - Dispositif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte un élément de protection (7) de forme conique tronquée destiné à l’évacuation des hydrométéores, dont la grande base est dirigée vers le haut et dont les petite et grande bases possèdent des arrondis en direction de l’horizontale afin de limiter les turbulences aérodynamiques, notamment au-dessus de la surface de captation.
  4. - Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit élément de protection (7) est solidaire du mât (4), par l’intermédiaire d’un capteur de force multi-axes (8) permettant de mesurer les composantes horizontales des forces aérodynamiques produites par le vent.
  5. - Dispositif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit système de vidange motorisée (3) déplace le collecteur (1) selon un mouvement de basculement composé d’une éventuelle translation vers le haut afin de renverser les précipitations collectées à l’extérieur de la protection (7).
  6. - Dispositif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit calculateur (5) est commandé par un programme d’ordinateur commandant la détermination de l’instant optimal d’évacuation des précipitations selon les critères suivants :
    - prioritairement, un instant situé en dehors des évènements de précipitations
    - ou bien à défaut lors d’un moment de précipitations faibles et/ou régulières si le collecteur a dépassé un certain seuil déterminé en fonction des caractéristiques dimensionnelles du collecteur (1) et du type de précipitation détecté afin de prendre en compte les paramètres particuliers comme par exemple la densité, très différente entre des épisodes pluvieux et neigeux.
  7. - Procédé de détermination de la quantité d’hydrométéores présents dans le collecteur (1) d’un dispositif conforme à l’une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
    - une première étape optionnelle de filtrage consistant à filtrer la mesure de masse issue du système de pesée (2) afin d’éliminer tout ou partie des perturbations suivantes :
    • les perturbations dues au vent par l’application d’un filtre passe-bas numérique de fréquence de coupure très faible (de l’ordre de 0.1 Hz)
    • les perturbations exceptionnelles comme la chute ou reprise d’objet dans le collecteur (1) ou atterrissage/décollage de volatile ou d’insecte sur le collecteur par un filtrage des augmentations rapides de la mesure par rapport aux alentours temporels de l’évènement, et les diminutions en dehors des périodes d’évacuation.
    - une deuxième étape de détermination de la massemc(t)des précipitations contenues dans le collecteur (1),mc(t)étant obtenue par différence entre la mesure courante de la masse mesurée par le système de pesée (2)md(t)et sa mémorisationmd( tfe i )effectuée après la dernière évacuation, c’est à dire à l’instanttfe i .
    Avec
  8. – Procédé de détermination de la quantité des hydrométéores recueillis entre les instantst 1 ett 2 selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’il comporte :
    - une troisième étape optionnelle de détermination de la correction de masseme(i)correspondant à l’évaluation de la masse de précipitation qui aurait été ajoutée entre les instants de début et de fin de la ièmeévacuation, respectivementtde i ettfe i :

    avec :
    -rp (t)le taux de précipitation massique moyen en à l’instantt
    -tde i instant de début de la ièmeévacuation
    -tfe i instant de fin de la ièmeévacuation
    - une quatrième étape optionnelle de détermination de la masse précipitée corrigée à l'instantt mp (t), masse ayant pour référence une date considérée comme initiale pour l'appareil, une cinquième étape optionnelle de détermination de la quantité en mm des précipitations tombées entre les instants t1et t2selon la relation suivante :

    avec :
    -hhauteur de précipitation en mm
    -mp (t)la masse des précipitations à l’instantten g
    -dla densité des précipitations
    -Sla surface d’entrée horizontale du collecteur en cm²
  9. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce qu’il comporte une étape de transmission de informations et de caractéristiques locales (masse, mesures des capteurs locaux et/ou valeur de la surface d’ouverture, ...) de façon télédiffusée par l’intermédiaire d’un système de communication (6).
  10. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu’il peut être alimenté via le réseau électrique, une batterie (9) et/ou une source d’énergie renouvelable (10).
  11. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu’il présente un mode de fonctionnement dégradé lorsque la communication n’est pas établie avec le serveur.
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EP0187093A1 (fr) 1984-12-21 1986-07-09 Electricite De France Pluviomètre automatique
WO1989011667A1 (fr) * 1988-05-24 1989-11-30 Battelle Memorial Institute Appareil d'echantillonnage de pluie
DE3935333A1 (de) * 1989-10-24 1991-04-25 Georg Dauer Niederschlagsmessgeraet
WO2019090391A1 (fr) * 2017-11-08 2019-05-16 Rubicon Research Pty Ltd Pluviomètre/station météorologique

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