Voici un mini compte-rendu d'une petite expérimentation de la semaine dernière. C'est mon génial physicien de frangin qui m'a parlé d'une méthode pour mesurer la vitesse (et direction !) du vent (c'est à dire de l'air) avec des capteurs ultra-son... L'idée est de mesurer la vitesse de propagation d'un (ultra) son entre deux points, dans un sens puis dans l'autre. Le son étant porté par l'air, s'il va plus vite de A vers B que de B vers A, alors l'air est en mouvement de A vers B !
En deux équations c'est presque plus clair. Dans un mode à une dimension, on note:
- \(c\): la vitesse du son dans l'air (immobile),
- \(v\): la vitesse de l'air (positif dans le sens A vers B),
- \(d_{AB}\): la distance entre A et B;
Alors on peut calculer le temps de propagation de A vers B (\(t_{A \rightarrow B}\)) et de B vers A (\(t_{B \rightarrow A}\)):
Il est facile de combiner ces équations pour avoir \(c\) et \(v\):
Donc, on met deux capteurs ultrason l'un en face de l'autre, on mesure \(t_{A \rightarrow B}\) et \(t_{B \rightarrow A}\) et on a la vitesse du vent !
Voici ce que ça donne dans une petite mise en place quick&dirty:
Au début, ventilateur éteint, on mesure un \(v\) entre \(0.15\) m/s et \(0.45\) m/s, quand j'allume le ventilateur sa monte à plus de \(2\) m/s... Bon tout est bricolé rapidement, en particulier la mesure de la distance entre A et B est faite à la louche ! A noter que le vitesse positive sans ventilateur n'est pas forcément une erreur de mesure. En effet il y a un radiateur sous la fenêtre, entre le bureau et le mur. Certainement il crée un courant d'air chaud qui monte et qui aspire de l'air dans le sens "A vers B".
Ce qui m'intéressais ici était surtout de voir si l'on pouvait expérimenter cette idée en quelques minutes avec juste un arduino, deux capteurs SR04 et trois bouts de fils ! Et ça marche !
Voici un rapide schéma du montage, ultra-simple :
Le code est trivial surtout en utilisant le pulseIn d'arduino. la seule subtilité est de faire 20 mesures à chaque fois et de ne garder que la médiane. Cela permet de limiter le bruit.
Le principe n'est pas nouveau et l'on trouve tout un tas de projets DIY géniaux utilisant cette idée. En voici une sélections, je vous renvois vers ces pages pour plus de détails sur la méthode:
* http://trekker.customer.netspace.net.au/wind.htm
* https://soldernerd.com/arduino-ultrasonic-anemometer/
* http://www.dl1glh.de/ultrasonic-anemometer.html
A noter qu'il existe aussi des anémomètres commerciaux utilisant ce principe.