- Capteur de température
Le thermomètre utilise la dilatation d'un corps comme l’alcool ou le mercure placé
dans un tube fin qui amplifie l'effet de dilatation. L'unité utilisée dans le
système international est le degré Celsius (°C). Il existe plusieurs types de
thermomètre :
· A gaz
· Liquide (alcool ou mercure)
· Electronique
· Magnétique
Mais d’abord le thermomètre électronique est le plus utilisé dans les
stations
2- Humidité
a- Définition et unités
L'humidité représente la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air, sans
compter l'eau liquide et la glace. On doit distinguer l’humidité relative
et l’humidité absolue. L’humidité relative joue un rôle sur la formation
du brouillard, de la rosée et des nuages.
En général, quand on parle de mesure d'humidité, on fait allusion à l’humidité
relative exprimée en %. L'humidité relative de l'air correspond au rapport
de la pression partielle de vapeur d'eau contenue dans l'air sur la
pression de vapeur saturante à la même température et pression. Ce rapport
changera si on change la température ou la pression, ce qui rend sa mesure
complexe. L’humidité relative est donc une mesure du rapport entre le
contenu en vapeur d'eau de l'air et sa capacité maximale à en contenir
dans ces conditions. L'humidité relative est souvent appelée degré
hygrométrique. Elle suit une échelle allant de 0 à 100 %. Un air saturé en
vapeur d’eau a une humidité relative de 100 % ; un air très sec, une
humidité de 10 à 20 %. La pression de vapeur saturante et l’humidité
relative dépendent de la température, plus la température de l’air
est élevée, plus il peut contenir de vapeur d’eau. On définit
l'humidité absolue comme le rapport de la masse de vapeur d'eau, généralement
en g sur le volume d'air humide en m3 à la pression et la température
considérées. On peut aussi la définir comme le produit de l'humidité
relative par l'humidité absolue de saturation.
b- Capture d’humidité
L’hygrométrie, c'est-à-dire la mesure de l’humidité de l’air, est un domaine où les progrès ont été très lents en raison des difficultés rencontrées pendant des siècles pour comprendre la nature exacte de la vapeur d’eau. La mesure de l'humidité relative peut se faire grâce à l’hygromètre et le psychromètre. L'hygromètre utilise la propriété d’un élément (cheveux, boyau, crin de cheval, …) de s'allonger ou se raccourcir lorsque l'humidité varie. Aujourd'hui, Il existe plusieurs modèles d'hygromètres, construits selon différents principes physiques :
· L'hygromètre à cheveu
· L'hygromètre à condensation
· L'hygromètre capacitif
· L'hygromètre résistif
Remarque :
Les capteurs de
température et humidité sont
situés à l'intérieur de l'abri blanc
anti-rayonnement. Les boucliers
blancs protègent le thermomètre
et l’hygromètre du rayonnement solaire et des autres sources réfléchissant directement ou indirectement la chaleur.
l’écran anti-rayonnement
3- Radiation solaire
a- Définition et unités
Le soleil est
la principale source d’énergie naturelle de la Terre. La fusion nucléaire
s’opérant dans le cœur du
Soleil libère une énergie colossale qui nous parvient quelques minutes plus
tard (vitesse de la
lumière dans le vide : 300 000 km/s) sous forme d'ondes électromagnétiques. Ces ondes que l'on appelle aussi rayonnement solaire
émettent plusieurs types de rayons.
Le rayonnement solaire est
une onde, provenant du soleil, fournissant de l’énergie. Son unité est le
Watts par mètre carré (W/m2). Grâce au rayonnement solaire il est possible
de produire de l’énergie solaire soit sous forme de chaleur, soit sous
forme d’électricité. Cette énergie renouvelable possède un fort
potentiel d’expansion puisque le soleil rayonne chaque année 40 000 fois
les besoins énergétiques que l'humanité consomme. En cas d’excès ou de
protection insuffisante, les ultraviolets sont nocifs pour la santé
humaine. Ils peuvent provoquer des cancers cutanés, un vieillissement prématuré
de la peau (rides), des brûlures (coup de soleil) et des cataractes. Par
ailleurs, ces rayons ont une forte influence sur la végétation. En outre,
les effets des UV peuvent se faire sentir jusqu'à 20 m en dessous de la
surface de l'eau claire où ils endommagent les formes de vie
microscopiques comme le plancton, les larves de poisson, les crevettes,
les crabes et les algues marines. Lorsque l’altitude augmente, la couche
d’atmosphère à traverser est plus réduite : dans les sites de montagnes,
l’intensité du rayonnement augmente car les rayons solaires sont moins filtrés.
Ainsi, altitude et latitude influencent la quantité d’énergie.
b- Capture des radiations
En fonction de
longueur d’ondes observées et du lieu d’observation (Terre ou espace), il
existe différents
appareils de mesure. L’héliographe fut inventé par Campbell vers 1853, puis
modifié par Stokes en 1879.
L'héliographe est une sphère de verre constituant une lentille convergente qui concentre les rayons du Soleil sur bande de mesure
(bande de carton, cellules photovoltaïque) permettant d’estimer la durée d’insolation. Un grand nombre d'appareils,
aux dénominations très variées,
mesurent les différentes composantes du rayonnement solaire intéressant la météorologie. Le pyranomètre mesure le rayonnement
solaire global, provenant du Soleil et de la totalité de la voûte céleste. Le pyrhéliomètre, ou actinomètre, mesure le
rayonnement solaire direct,
provenant seulement du disque solaire. Différents principes ont été utilisés,
revenant dans la plupart des
cas à mesurer la température d'un récepteur traité de façon à se comporter
comme un corps noir.
La tension électrique délivrée est proportionnelle au rayonnement reçu.
Notre station comporte un capteur de rayonnement solaire permet de mesurer le rayonnement
solaire dans le spectre visible (400 à 1100 nm) et délivre une mesure de la
puissance allant de 0 à 1800 W/m². La puissance solaire est utilisée dans le
calcul de l’évapotranspiration, l’index de chaleur, le calcul de la durée
d’ensoleillement journalier et l’évaluation du rendement des panneaux solaires. Et Capteur de rayonnement ultraviolet permet de mesurer le
rayonnement solaire dans le spectre des ultraviolets entre 280 et 360
nm. Il restitue sa mesure sous la forme d’index UV allant de 0 à 16 et de
doses UV allant de 0 à 199 MEDs. Le MED pour « Minimum Erythemal Dose
» c'est-à-dire, la dose minimale nécessaire pour que la peau commence à
rougir (début de coup de soleil). Un facteur est appliqué en fonction du type
de peau.
capture de
rayonnement solaire
capture d’UV
4- Vitesse et direction du vent
a- Définition et unités
Le vent est le
paramètre physique représentatif des mouvements de l'air. Il naît de la
différence de pression. Le
vent se déplace des hautes pressions (anticyclones) vers les basses pressions (dépressions). Direction et vitesse du vent sont des grandeurs mesurables dont la
connaissance est nécessaire à l'étude de la dynamique des masses d'air. La direction indique d'où souffle
le vent. Ses unités sont soit les points cardinaux (N, S, E, O) ou les degrés centigrades. Un
"vent de sud-ouest" signifie que l'air est en mouvement du sud-ouest vers le nord-est. La vitesse
s'exprime soit en mètre par seconde (m/s), soit en kilomètre par heure (km/h) soit en nœud (kt, 1 nœud
correspond à une distance de 1
mille nautique parcouru en 1 heure, soit 1,852 km/h). 1 m/s équivaut à 3,6 km/h
et environ 2
nœuds. Sont généralement mesurées : la vitesse moyenne, la vitesse maximale et minimale durant un intervalle de temps donné.
L'échelle Beaufort, utilisée en météorologie marine, classe les vents en 13 classes en fonction de leur
vitesse et des effets qu'ils génèrent sur l'état de la mer, d'où le terme de force.
b- Instruments
de mesure
L'anémomètre :
L'anémomètre est un instrument qui sert, à
mesurer la vitesse d'écoulement de vent, souvent associée à l’anémomètre. Il
peut être constitué d'une simple hélice munie d'un capteur de
vitesse qu'il faut orienter dans le sens du vent ou d'un rotor supportant trois
demi-sphères placées à 120° l'une de l'autre et muni d'un capteur
de fréquence.
La Girouette :
La girouette est un dispositif destiné
à indiquer la direction du vent au sol. Cette direction est indiquée
en utilisant soit les points cardinaux — nord, nord-nord-est, nord-est,
est-nord-est,
est, etc. soit les degrés d'angle (par exemple, 90° pour un vent d'est,
180° pour un vent de sud,
360° pour un vent de nord).
L’anémomètre
et la girouette
5- Précipitations
a- Définition et unités
Les précipitations désignent les gouttes d'eau ou les cristaux de glace
qui, formés après
condensation et agglomération dans les nuages, deviennent trop lourds pour se
maintenir en
suspension dans l'air et tombent au sol ou s'évaporent avant de l’atteindre.
Ces précipitations
sont de plusieurs natures : la pluie, la neige et la grêle comptent parmi les
plus fréquentes
· la pluie : se forme depuis des gouttelettes ou des cristaux de glace qui, dans leur
chute,
ne sont pas soumis à des températures inférieures au seuil de congélation ; la
taille des gouttes est variable : lorsqu'elles sont toutes petites (moins
de 1,5 mm), elles forment une bruine ; au-delà, on parle de pluie.
· La grêle : correspond à des billes de glaces pouvant tomber jusqu'à la vitesse
de 160 km/h, avec des tailles parfois impressionnantes, certaines fois
proches de celle d'une balle de tennis.
· Le grésil
: contrairement à la grêle, passe à l'état liquide avant
de rencontrer une couche plus froide et inférieure à 0 °C au cours de sa
chute, poussant l'enveloppe à geler, tandis que le noyau reste souvent
liquide.
· La neige : se forme dans des conditions particulières, lorsque la
vapeur d'eau se transforme directement en cristaux de glace qui
s'agglomèrent de telle façon qu'ils forment des flocons, tout en
traversant des couches dont la température leur permet de ne pas fondre au
cours de leur chute.
Quelle que soit la forme de la précipitation, on mesure la quantité d'eau
tombée durant un certain laps de temps. On l'exprime généralement soit en millimètres (mm), soit en
litres par mètre carré (l/m²). 1 mm de
précipitations correspond à 1 l d’eau par m². L’intensité de la pluie est la
hauteur d'eau
précipitée par unité de temps (généralement en mm/h).
b- Instrument de mesure
Le pluviomètre est un instrument
météorologique destine à mesurer la quantité de précipitations (surtout pluie)
tombée pendant un intervalle de temps donné en un endroit, il en existe
différents types, certains à mesure directe et d’autres automatiques.
Dans notre station on utilise le pluviomètre à auget basculeur, le collecteur dirige la pluie vers une sorte de petite balançoire tape-cul formé de deux réceptacles métalliques, ou augets, de petite taille de part et d’autre d’un axe horizontal. Il y a toujours un auget à horizontale et vis-à-vis de la sortie du collecteur, l’autre fait un grand angle vers le bas. L’eau s’accumule dans celui à l’horizontale qui bascule quand il atteint le poids nécessaire, et se décharge de son eau par gravité. La quantité de précipitations est mesurée par le nombre de basculements effectués par les augets, détecté par un système mécanique, magnétique ou optique.
Les augets du pluviomètre
6- Pression atmosphérique
a- Définition et unités
La pression
est une notion physique fondamentale. La pression atmosphérique correspond au poids exercé par une colonne d'air sur une surface
donnée. La pression atmosphérique se mesure
à l'aide généralement d'un baromètre. Elle a été
longtemps mesurée en millimètre de mercure (mm Hg) en raison de l'utilisation courante de baromètre à colonne de
mercure. Depuis l'adoption du pascal comme
unité de pression, les météorologues utilisent un multiple de cette unité, l'hectopascal (1 hPa = 100 Pa). La pression
atmosphérique mesurée au niveau de la mer varie autour d'une valeur moyenne de 1 013 hPa. En météorologie, on parle souvent de champ de pression (espace dans lequel
les forces sont orientées indépendamment des masses
qui s’y trouvent). En pratique, il est matérialisé sur une carte par les lignes d'isobares représentant les
lignes d'égale pression. La distance entre deux isobares donne une représentation statique du gradient de pression. Plus
les isobares sont serrés plus le gradient de pression sera
élevé et plus les vents souffleront fort dans cette région.
b- Instrument de mesure
Le baromètre
mesure la pression atmosphérique. Il peut, de façon secondaire, servir
d'altimètre pour
déterminer, de manière approximative, l'altitude. Il existe différents types de
baromètres. Le baromètre à
mercure où la pression atmosphérique est équilibrée par une colonne de mercure surmontée d'un espace clos et vide. Les baromètres à
gaz utilisent la variation de volume d'un certain volume de gaz sous l'effet des variations de la pression
atmosphérique. Le principe de mesure du baromètre anéroïde est basé sur la déformation d’une capsule
anéroïde, membrane métallique
élastique dont une face est en contact avec le vide et l’autre avec l’air
atmosphérique. La capsule est
déformable mais l’écrasement est empêché par la forme de la capsule agissant comme un ressort. Un système mécanique permet
d'amplifier les mouvements qui résultent des variations de pression pour les rendre visibles sur un cadran ou les
enregistrer sur une bande de papier millimétré. Finalement, les baromètres électroniques traduisent en
valeurs numériques les déformations
d'une capsule à vide.
La console
Les consoles sont
destinées à la visualisation des données en provenance des capteurs, à calculer les valeurs dérivées de
plusieurs capteurs. Alimentation 220 V (peuvent fonctionner sur piles). Suivant
le besoin on peut opter une version câblée ou sans fil pour l’exploitation des
données.
Nous disposons de deux types de consoles :
· Consoles avec afficheur : Son large écran permettant d’un coup d’œil à
l'ensemble des données météorologiques présentes et de les visualiser sous forme de graphiques. Elle intègre également des capteurs de température, d'humidité et de pression barométrique. Elle peut aussi calculer différents indices comme le refroidissement éolien, l'évapotranspiration (capteur solaire obligatoire), etc...
Station météo
câblée
Cette station comporte un câble servant à relier l'ensemble de capteurs intégrés à la console, une fois les capteurs installés et vérifiés, on peut effectuer une connexion entre les deux pour transmettre les
données. Le câble est de 30 m de la console fournit le courant à l'ensemble de capteurs et est utilisé pour transmettre des données et le câble de la console peut être rallongé jusqu'à 305 m à l'aide de rallonges.
Station
météo câblée
Les répéteurs
Les répéteurs sont utilisés pour augmenter la distance
entre un ensemble de capteurs ou des stations auxiliaires et une console. Ils sont utiles aussi pour
contourner un obstacle naturel ou non.
Les répéteurs sont constitués d’un récepteur, d’un émetteur et d’une carte assurant la logique de l’ensemble. Il est
possible d’installer plusieurs relais qui répéteront successivement les données provenant d’une station en bout de
chaîne ou placée entre
deux relais.
On distingue deux types de relais ayant deux types de systèmes
d’alimentations :
· Répéteur standard : utilise
une antenne fixée sur le boîtier, la portée va jusqu’à 300 m à l’extérieur en
ligne droit sans obstacle et une portée de 60 à 120 m à travers les murs. Deux
modèles, l’un inclut un adaptateur secteur 220V et secourue par
piles et l’autre comprend un panneau solaire et batterie de secours au
lithium.
· Répéteur longue portée : Ce répéteur est destiné aux
installations à grandes distances et comprend un boîtier répéteur avec deux câbles coaxiaux sur lesquels il sera possible d’installer deux antennes, l’une
pour la réception, l’autre pour l’émission. En fonction du type d’antenne choisit lors de l’installation, du dégagement et de la
hauteur des antennes au-dessus du sol, il est possible d’obtenir une portée à vue de 6000 m. L’alimentation de ce
répéteur est assurée au moyen d’un panneau solaire et d’une batterie placée à l’intérieur du boîtier.
Logiciel WeatherLink
1- Définition
WeatherLink est un logiciel destiné pour la surveillance plus fine des
conditions climatiques et interface de stockage et d’exploitation des
données, il permet de consulter les conditions météo actuelles d’un coup
d’œil depuis la page bulletin instantané, ou hebdomadaires, mensuels ou annules
visualiser les données en temps réel, et de produire des rapports
et l’analyse détaillée des données et la création des graphiques quotidiens,
hebdomadaires, mensuels ou annuels, l’une des fonctions importantes de WeatherLink
est la possibilité de publier sur Internet les rapports et
graphiques pour enrichir un site Web. Pour cela plusieurs options
permettent de créer des pages web et de graphiques dynamiques
et automatiquement le logiciel met à jour les pages au format HTML sur le
site et aussi exporter les données dans Microsoft Excel Ainsi on peut partager les
données avec le monde entier.
2- Détail
des menus et de la barre de boutons de WeatherLink
Barre
de boutons
Dans ces graphes on
a choisi les mêmes variables : la température extérieure, vitesse de vent,
précipitations et la pluie pour l’année 2022 :
Les radiations et la vitesse du
vent en 2022
La vitesse du vent et le taux de pluie
et l’énergie solaire en 2022
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