La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection et de mesure de vent à l'avant d'un aéronef.

Certains éléments de l'art antérieur ou de l'invention sont décrits ici dans un référentiel spatial lié à l'aéronef, dit référentiel aéronef. Dans toute la description, ce référentiel aéronef est défini de façon usuelle par une direction longitudinale de l'aéronef, une direction transversale de l'aéronef et une troisième direction, orthogonale aux deux autres, qui par convention est appelée direction verticale bien qu'elle ne coïncide pas -du moins en vol- avec la "verticale" d'un référentiel terrestre telle que fournie par la gravité. Lorsqu'un doute est possible quant au référentiel concerné, la "verticale" du référentiel terrestre est appelée direction de la gravité.

Par ailleurs, le terme "vent" désigne le mouvement total de l'air en un point donné, qui résulte de la superposition du mouvement moyen de l'air (écoulement laminaire) et de la turbulence en ce point. La turbulence est une agitation qui est constituée par des mouvements complexes et désordonnés, en continuelle transformation.

La turbulence a des effets néfastes sur l'aéronef. Elle peut notamment induire : des accélérations verticales de l'aéronef susceptibles de déplacer des objets ou passagers dans la cabine ; un changement de niveaux d'altitude, qui peut notamment induire un risque de collision avec un autre aéronef ; un excédent de charges sur la voilure ; d'importants moments de roulis ; une sensation d'inconfort dans la cabine...

Trois types de turbulence sont notamment à l'origine de troubles causés à l'aéronef :

- la turbulence en air clair, qui résulte de cisaillements de vent ; cette turbulence, non convective, apparaît à haute altitude à proximité des courants jets, le plus souvent au droit des montagnes et plutôt en hiver,

- la turbulence convective, qui apparaît à l'intérieur ou au voisinage des nuages ; des turbulences très sévères peuvent survenir dans les nuages d'orage, où coexistent des courants verticaux de sens contraire pouvant atteindre des dizaines de m/s. Ces phénomènes sont locaux et généralement visibles (en raison de la présence des nuages),

- la turbulence de sillage, créée par le passage d'un aéronef ; les vortex générés par un aéronef lourd peuvent induire d'importants moments de roulis sur un aéronef plus léger.

Parce qu'elles augmentent les charges sur la voilure, les turbulences obligent à renforcer la structure de l'aéronef ; elles ont par conséquent un impact sur la masse de ce dernier. De surcroît, les turbulences fatiguent la structure de l'aéronef et peuvent de ce fait limiter sa durée de vie, ou à tout le moins pénaliser sa rentabilité opérationnelle en imposant de fréquents contrôles de la structure et des équipements de l'aéronef. Aussi et surtout, les turbulences sont la première cause de blessures chez les passagers, si l'on exclut les accidents fatals. La détection et la mesure des turbulences, ainsi que la mise en œuvre d'actions palliatives correspondantes, représentent donc des enjeux importants.

Il est connu d'utiliser des lidars (acronyme de "Light Détection And Ranging", qui signifie détection par ondes lumineuses et télémétrie) pour mesurer des vitesses de vent à l'avant de l'aéronef à une distance donnée de celui-ci, en vue de détecter les turbulences survenant à cette distance. Un lidar est un capteur actif comprenant un laser émettant un faisceau lumineux incident dirigé, un télescope qui recueille l'onde rétrodiffusée par les particules rencontrées par le faisceau incident, et des moyens de traitement. L'onde rétrodiffusée recueillie à l'instant t=2d/c (où "c" désigne la vitesse de la lumière) après émission d'un faisceau incident correspond à l'onde rétrodiffusée par la couche atmosphérique située à la distance "d" du lidar, dite distance de visée. Selon l'effet Doppler, la vitesse de déplacement de ladite couche atmosphérique selon la direction de visée du lidar est déduite de la différence entre la fréquence du faisceau incident et celle de l'onde rétrodiffusée. Pour obtenir les composantes transversales et verticales -dans le référentiel aéronef- de la vitesse du vent à une distance "d" donnée de l'aéronef (distance de visée du lidar) supérieure à 150 mètres, FR 2 870 942 enseigne d'utiliser un seul lidar avec un balayage selon quatre directions (deux verticales et deux transversales). Dans le référentiel aéronef, les points de mesure visés durant ce balayage sont situés sur une même sphère centrée sur le lidar. Compte tenu des secteurs angulaires (faibles) balayés, on considère par approximation que ce balayage forme un carré dans un plan situé à la distance "d" à l'avant de l'aéronef. Si par ailleurs on néglige le déplacement de l'aéronef durant le balayage, la différence vectorielle entre les vecteurs vitesses (qui sont parallèles à la direction de visée du lidar) obtenus en deux points de mesure -formant un couple de points de mesure- du balayage peut être assimilée à la composante, selon la direction reliant lesdits points de mesure, de la vitesse du vent en un point de l'atmosphère situé (au moment de la mesure) entre ces deux points de mesure. Ainsi par exemple, un couple de points de mesure situés sur un même axe vertical fournit une évaluation de la composante verticale de la vitesse du vent au point situé entre ces deux points de mesure. De même, un couple de points de mesure situés sur un même axe transversal fournit une évaluation de la composante transversale de la vitesse du vent au point situé entre ces deux points de mesure. Ainsi, le dispositif de FR 2 870 942 permet d'obtenir une évaluation de la composante verticale de la vitesse du vent en un ou plusieurs points situés à la distance "d" à l'avant de l'aéronef, ainsi qu'une évaluation de la composante transversale de la vitesse du vent en un ou plusieurs points situés à la distance "d" à l'avant de l'aéronef. Selon le même principe, US 5 724 125 décrit un procédé de détermination de la vitesse du vent à un endroit cible situé à l'altitude Z. La vitesse du vent à l'endroit cible est calculée à partir de mesures réalisées sur un cône de balayage et à l'altitude cible Z ; en d'autres termes, les points de mesure sont tous situés sur l'ellipse définie par l'intersection entre le cône de balayage et l'altitude cible Z.

Enfin, FR 2 883 983 décrit un dispositif comprenant trois ou quatre lidars et permettant de mesurer des vitesses de vent -selon la direction de visée respective de chaque lidar- en quatre points de mesure situés à l'avant de l'aéronef, à une même distance de ce dernier supérieure à 30 mètres. Compte tenu du poids et de l'encombrement d'un lidar, l'utilisation d'un tel dispositif (qui en comprend trois ou quatre) est difficilement envisageable notamment dans un avion de transport de passagers.

Quel que soit le dispositif employé, les vitesses de vent calculées sont généralement utilisées pour établir des stratégies d'évitement ou de contrôle. En particulier, elles servent à la détermination d'ordres de commande transmis aux actionneurs de diverses surfaces mobiles de contrôle (gouvernes, ailerons, becs, spoilers, volets...) de l'aéronef. Ces surfaces de contrôle sont ainsi commandées de façon à réduire les charges subies par l'aéronef et les troubles qui en découlent. Pour commander à bon escient ces surfaces de contrôle, il convient d'évaluer de la façon la plus précise possible les turbulences que va effectivement rencontrer l'aéronef. Les dispositifs connus décrits ci-dessus fournissent des informations intéressantes mais dont la précision et la pertinence peuvent être jugées insuffisantes.

L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif et un procédé de détection et de mesure de vent qui permettent de déterminer avec une plus grande précision les turbulences survenant à l'avant d'un aéronef.

Dans une version préférée, l'invention vise également à permettre d'évaluer les risques d'excitation de l'aéronef ou d'une partie de celui-ci selon une fréquence correspondant à un mode propre rigide ou à un mode souple de sa structure.

Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de détection et de mesure de vent embarqué dans un aéronef, comprenant un lidar pour la mesure cyclique de vitesses de vent en au moins un couple de points de mesure situés à une même distance, dite distance de mesure, du nez de l'aéronef. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est adapté pour mesurer à chaque cycle, à l'aide dudit lidar, des vitesses de vent en une pluralité de couples de points de mesure situés à différentes distances de mesure, la différence entre la distance de mesure la plus grande et la distance de mesure la plus petite étant supérieure à 100 mètres.

L'invention s'étend au procédé de détection et de mesure exécuté par le dispositif selon l'invention. L'invention concerne également un procédé de détection et de mesure de vent mis en œuvre dans un aéronef, dans lequel on mesure de façon cyclique, à l'aide d'un lidar, des vitesses de vent en au moins un couple de points de mesure situés à une même distance, dite distance de mesure, du nez de l'aéronef. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on mesure à chaque cycle, à l'aide dudit lidar, des vitesses de vent en une pluralité de couples de points de mesure situés à différentes distances de mesure, la différence entre la distance de mesure la plus grande et la distance de mesure la plus petite étant supérieure à 100 mètres.

Avantageusement, la différence entre la distance de mesure la plus grande et la distance de mesure la plus petite (c'est-à-dire la distance séparant le couple de mesure le plus éloigné et le couple de mesure le plus proche de l'aéronef) est supérieure à 200 mètres, préférentiellement supérieure à 500 mètres, voire supérieure à 800 mètres.

Avantageusement, on mesure des vitesses de vent à au moins trois, préférentiellement au moins six, distances de mesure à chaque cycle, et le dispositif selon l'invention est adapté pour ce faire.

La mesure du vent à différentes distances du nez de l'aéronef et sur un intervalle de mesure supérieur à au moins 100 mètres permet de gagner considérablement en précision. En effet, on sait que la précision d'un lidar décroît avec la distance. Grâce à l'invention, la mesure du vent en un endroit initialement situé à une grande distance de l'aéronef peut être affinée au fur et à mesure que l'aéronef se rapproche de cet endroit. En outre, les dispositifs antérieurs prennent tous comme hypothèse que le vent est stationnaire sur la durée d/V (où "d" est la distance de visée du lidar et V la vitesse de déplacement de l'aéronef). Cette hypothèse s'éloigne d'autant plus de la réalité que la distance "d" est grande et/ou que les turbulences sont importantes. Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir une pluralité de mesures en un même endroit donné de l'atmosphère au fur et à mesure que l'aéronef se déplace. A noter que le terme "endroit" désigne ici un point de l'atmosphère (défini dans un référentiel non lié à l'aéronef, par exemple un référentiel terrestre, contrairement aux points de mesure qui sont définis dans le référentiel aéronef) ou une zone de dimension limitée autour d'un point de l'atmosphère, les diverses mesures successives ayant lieu précisément en ce point ou à proximité immédiate de celui-ci. Le dispositif selon l'invention permet donc de prendre en compte les variations du vent, en un endroit donné, qui surviennent entre la première mesure effectuée en cet endroit et le moment où l'aéronef arrive audit endroit.

Dans une version préférée, le dispositif selon l'invention est adapté pour construire à chaque cycle au moins un signal, dit signal de profil du vent selon une direction dite direction d'excitation, à partir d'une pluralité de mesures comprenant la dernière ou éventuellement l'avant-dernière mesure effectuée à chacune des distances de mesure pour au moins un couple de points de mesure alignés selon la direction d'excitation, ledit signal de profil du vent représentant à un instant donné dans un référentiel aéronef la composante, selon ladite direction d'excitation, de la vitesse du vent à l'avant de l'aéronef en fonction de la distance "x" selon la direction longitudinale (cette distance étant exprimée par rapport au nez de l'aéronef). Dans le procédé selon l'invention, on construit avantageusement à chaque cycle au moins un signal de profil du vent tel que précédemment défini.

A noter que le nombre de couples de points de mesure pris en compte pour la construction d'un signal de profil du vent peut éventuellement varier d'un signal à un autre (comme expliqué plus loin).

De préférence, le dispositif selon l'invention est adapté pour construire :

- un signal de profil du vent selon la direction verticale dans un plan longitudinal vertical médian (plan de symétrie) de l'aéronef, ledit signal représentant à un instant donné la composante verticale de la vitesse du vent dans ce plan médian ; il est établi à partir de mesures de vitesse de vent en un couple de points de mesure appartenant audit plan médian, à chaque distance de mesure pour laquelle un tel couple est acquis,

- au moins un signal de profil du vent selon la direction verticale dans un plan bâbord de l'aéronef, ledit signal représentant à un instant donné la composante verticale de la vitesse du vent dans un plan vertical en regard de l'aile bâbord de l'aéronef ; il est établi à partir de mesures de vitesse de vent en un couple de points de mesure appartenant audit plan bâbord, à chaque distance de mesure pour laquelle un tel couple est acquis,

- au moins un signal de profil du vent selon la direction verticale dans un plan tribord de l'aéronef, ledit signal représentant à un instant donné la composante verticale de la vitesse du vent dans un plan vertical en regard de l'aile tribord de l'aéronef ; il est établi à partir de mesures de vitesse de vent en un couple de points de mesure appartenant audit plan tribord, à chaque distance de mesure pour laquelle un tel couple est acquis, - au moins un signal de profil du vent selon la direction transversale, représentant à un instant donné la composante transversale de la vitesse du vent dans un plan, dit plan horizontal, orthogonal à la direction verticale ; ce signal est établi à partir de mesures de vitesse de vent en un couple de points de mesure appartenant audit plan horizontal, à chaque distance de mesure pour laquelle un tel couple est acquis.

Pour au moins un -et de préférence pour chaque- signal de profil du vent construit, le dispositif selon l'invention est également de préférence adapté pour traiter ce signal de profil du vent de façon à en déterminer un contenu fréquentiel. La fréquence, à une distance x donnée, d'un tel signal de profil du vent est représentative de la fréquence à laquelle l'aéronef sera excité selon la direction d'excitation (dudit profil) lorsqu'il parviendra à l'endroit de l'atmosphère correspondant à cette distance x donnée. La détermination du contenu fréquentiel de ce signal permet donc d'estimer les fréquences auxquelles l'aéronef est susceptible d'être excité au fur et à mesure de son déplacement. Or cette information, qu'aucun dispositif antérieur connu n'est apte à fournir, s'avère extrêmement utile dans le choix des surfaces de contrôle à actionner et des paramètres d'actionnement correspondants. En particulier, il est désormais possible de savoir, par exemple, si l'aéronef est susceptible d'être excité selon un mode propre rigide ou un mode souple de sa structure. En pratique, la détermination du contenu fréquentiel est donc de préférence orientée en fonction des fréquences que l'on souhaite déceler (c'est-à-dire en fonction d'un ou de plusieurs modes propres de l'aéronef). Avantageusement, le dispositif de détection et de mesure de vent selon l'invention est adapté pour traiter un signal de profil du vent de façon à déterminer si celui-ci ou une partie de celui-ci comporte au moins une fréquence comprise dans au moins une plage de fréquences prédéfinie. De préférence, le dispositif est adapté pour : - traiter le signal de profil du vent de façon à déterminer si celui-ci ou une partie de celui-ci comporte au moins une fréquence proche d'un mode propre rigide de l'aéronef. Par exemple, dans le cas d'un signal de profil du vent selon la direction verticale, le dispositif est avantageusement adapté pour traiter ledit signal de façon à déterminer si celui-ci ou une partie de celui-ci comporte au moins une fréquence proche d'un mode propre rigide de l'aéronef connu sous le nom de fréquence d'oscillation d'incidence ; le traitement est ainsi avantageusement adapté pour permettre de déterminer si le signal de profil du vent comporte au moins une fréquence inférieure à 0,5Hz (la fréquence d'oscillation d'incidence d'un aéronef étant généralement de l'ordre de 0,2Hz à 0,4Hz) ;

- en variante ou de préférence en combinaison, traiter le signal de profil du vent de façon à déterminer si celui-ci ou une partie de celui-ci comporte au moins une fréquence proche d'un mode propre souple de l'aéronef et notamment de sa voilure, de son fuselage ou encore de ses empennages (vertical et horizontal). Par exemple, dans le cas d'un signal de profil du vent selon la direction verticale et pour un aéronef dont la voilure présente un mode propre d'oscillation en flexion de l'ordre de 0,6Hz à 0,7Hz, le traitement est avantageusement adapté pour permettre de déterminer si une partie du signal de profil du vent correspondant à la plage de distances [0 ; 400m] ou [0 ; 2s] comporte au moins une fréquence supérieure à 0,5Hz. Selon un autre exemple, pour un aéronef dont la voilure présente un mode propre d'oscillation en flexion de l'ordre de 1 ,1 Hz à 1 ,5Hz, le traitement est avantageusement adapté pour permettre de déterminer si une partie du signal de profil du vent selon la direction verticale correspondant à la plage de distances [0 ; 200m] ou [0 ; 1s] -ou éventuellement [200m ; 400m] ou [1s ; 2s]- comporte au moins une fréquence supérieure ou égale à 1 Hz. Selon autre exemple, et afin d'évaluer les risques encourus par le fuselage de l'aéronef, le traitement est avantageusement adapté pour permettre de déterminer si une partie du signal de profil du vent selon la direction verticale correspondant à la plage de distances [0 ; 200m] ou [0 ; 1s] - voire [0 ; 100m] ou [0 ; 0,5s] ou encore [100m ; 200m] ou [0,5s ; 1s]- comporte au moins une fréquence supérieure ou égale à 2,5Hz (voire supérieure ou égale à 3Hz selon l'aéronef).

La puissance d'un lidar détermine usuellement sa distance de visée. Le lidar du dispositif selon l'invention est donc de préférence choisi en fonction de la distance de mesure maximale souhaitée. Toutefois, si cette distance maximale est très grande, il est aussi possible d'utiliser un lidar de puissance inférieure à celle requise et apte à compenser son manque de puissance en délivrant des impulsions lumineuses incidentes groupées par paquet. On limite ainsi la puissance embarquée nécessaire au fonctionnement du dispositif selon l'invention.

Dans une version préférée, le dispositif selon l'invention est adapté pour mesurer des vitesses de vent en une pluralité de points de mesure situés sur une même direction de visée, à différentes distances de mesure, à partir d'une même impulsion lumineuse incidente ou d'un même paquet d'impulsions lumineuses incidentes groupées. A cette fin, son lidar comprend par exemple un télescope équipé d'un obturateur commandé de façon à pouvoir s'ouvrir successivement à des temps différents correspondant aux différentes distances de mesure après chaque impulsion lumineuse incidente ou chaque paquet délivré. Il est à noter, dans cette version préférée, que le dispositif selon l'invention peut être adapté pour acquérir, à partir d'une même impulsion lumineuse incidente ou d'un même paquet d'impulsions groupées, tous les points de mesure situés sur une même distance de visée ou seulement une partie de ces points de mesure. Dans ce deuxième cas, le dispositif est par ailleurs adapté pour délivrer plusieurs impulsions lumineuses incidentes ou plusieurs paquets d'impulsions groupées pour chaque direction de visée.

Cette version préférée n'exclut pas la possibilité de prévoir un dispositif de détection et de mesure de vent adapté pour délivrer une impulsion lumineuse incidente (ou le cas échéant un paquet d'impulsions groupées) pour chaque point de mesure. Dans ce cas, le dispositif présente de préférence une puissance variable et des moyens pour ajuster la puissance, à chaque impulsion lumineuse incidente délivrée, en fonction de la distance de mesure du point de mesure correspondant. Il est également possible d'utiliser un lidar de puissance fixe, de préférence choisie en fonction de la distance de mesure maximale, ce qui a pour avantage de diminuer l'erreur de mesure pour les petites distances de mesure - c'est-à-dire lorsqu'on se rapproche de l'aéronef-.

Avantageusement, le dispositif selon l'invention est adapté pour permettre de définir chaque distance de mesure non seulement en unité de longueur, par exemple en mètre ou en pied, mais aussi en unité de temps, de préférence en seconde. A cette fin, il comprend avantageusement des moyens de calcul aptes à calculer la distance (exprimée en unité de longueur) entre le lidar et chaque point de mesure, à partir de la distance de mesure exprimée en temps et de données représentatives de la vitesse de vol de l'aéronef, fournies en temps réel par une unité de traitement de l'aéronef. Ces moyens de calcul peuvent être intégrés dans ladite unité de traitement de l'aéronef ou dans une unité de traitement propre au lidar.

Avantageusement, le dispositif selon l'invention est adapté pour mesurer des vitesses de vent jusqu'à des distances de mesure atteignant 4 secondes ou 800 mètres, ou même 5 secondes ou 1000 mètres, voire éventuellement 7 secondes ou 1400 mètres. En pratique, la distance de mesure maximale du dispositif selon l'invention est choisie en fonction de la plus petite fréquence que l'on souhaite déceler.

Avantageusement, le dispositif selon l'invention est adapté pour mesurer des vitesses de vent en au moins six points de mesure à chaque distance de mesure, lesquels points forment -à chaque distance de mesure- trois couples, dits couples verticaux, de points de mesure alignés selon la direction verticale et au moins un couple, dit couple transversal, de points de mesure alignés selon la direction transversale. De préférence, à chaque distance de mesure ou à certaines d'entre elles seulement, le dispositif selon l'invention est adapté pour mesurer des vitesses de vent en au moins dix points de mesure formant cinq couples verticaux de points de mesure.

Avantageusement, le dispositif selon l'invention est adapté pour mesurer des vitesses de vent à au moins une distance de mesure proche de l'aéronef, par exemple inférieure à 250ms ou à 50m et de préférence inférieure à 150ms ou à 30m, afin d'offrir un dispositif alternatif à l'anémomètre de l'aéronef.

Avantageusement, le dispositif selon l'invention est adapté pour mesurer des vitesses de vent à des distances de mesure de plus en plus rapprochées les unes des autres en direction de l'aéronef, ou autrement dit de plus en plus éloignées les unes des autres au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'aéronef. En d'autres termes, si "x" désigne la distance de mesure et "Δx" désigne la distance entre deux distances de mesure successives, Δx croît avantageusement avec x. Par exemple, Δx croît de façon exponentielle. Avantageusement, le dispositif de détection et de mesure de vent selon l'invention est relié à une unité de traitement de l'aéronef elle-même reliée à des capteurs de l'aéronef choisis parmi : une centrale inertielle apte à mesurer la vitesse verticale Vz de l'aéronef par rapport au sol, l'angle Φ d'inclinaison des ailes de l'aéronef par rapport à l'horizontale, l'assiette θ de l'aéronef et sa vitesse de tangage q ; une sonde anémométrique, usuellement utilisée pour mesurer la vitesse Vtas de l'aéronef par rapport à la masse d'air dans laquelle évolue l'aéronef ; une sonde d'incidence, usuellement utilisée pour mesurer l'angle d'incidence α de l'aéronef ; une sonde de dérapage, usuellement utilisée pour mesurer l'angle de dérapage β de l'aéronef. Le dispositif selon l'invention et l'un ou plusieurs des capteurs précités peuvent alors avantageusement être utilisés pour réaliser une hybridation du signal en vue d'améliorer la précision de la mesure.

L'invention s'étend à un aéronef comprenant au moins un -et de préférence un unique- dispositif de détection et de mesure de vent selon l'invention. D'autres détails et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, qui se réfère aux dessins schématiques annexés et porte sur un mode de réalisation préférentiel, fourni à titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un aéronef et de l'environnement à l'avant de celui-ci, sur laquelle sont matérialisés des points de mesure visés par un dispositif selon l'invention,

- la figure 2 est un diagramme représentant un signal de profil du vent construit à l'aide d'un dispositif selon l'invention. L'aéronef illustré sur la figure 1 est équipé d'un dispositif de détection et de mesure de vent qui, selon l'invention, comprend un lidar et est adapté pour mesurer des vitesses de vent en une pluralité de couples de points de mesure situés à différentes distances, dites distances de mesure, du nez de l'aéronef. Avantageusement, ce dispositif comprend un unique lidar et présente donc un poids et un encombrement limités. De façon usuelle, ce lidar comprend un laser apte à émettre des impulsions lumineuses incidentes dirigées, séparées ou groupées par paquets, un télescope qui recueille l'onde rétrodiffusée par les particules rencontrées par le faisceau incident.

Le dispositif selon l'invention comprend par ailleurs des moyens de traitement informatiques (logiciels et matériels) à microprocesseur(s).

Le télescope et les moyens de traitement sont avantageusement adaptés pour recueillir, à chaque impulsion lumineuse incidente ou à chaque paquet d'impulsions groupées émis par le laser, l'onde rétrodiffusée à différents temps t _n à compter de l'émission de l'impulsion lumineuse incidente, chaque temps t _n correspondant à une distance de mesure X _n selon la relation t _n = 2x _n /c (où c désigne la vitesse de la lumière). De préférence, la distance Δx entre deux distances de mesure consécutives augmente avec x, par exemple de façon exponentielle. Le laser possède avantageusement une longueur d'ondes située dans l'ultraviolet, qui offre une bonne résolution. Il dispose par ailleurs d'une puissance adaptée pour permettre de mesurer des vitesses de vent à une distance de mesure maximale comprise entre 500m et 1500m, par exemple de l'ordre de 1000m ou 5s. Il peut toutefois disposer d'une puissance inférieure et délivrer dans ce cas des impulsions lumineuses incidentes groupées par paquets, afin de compenser une puissance a priori insuffisante (pour les grandes distances de mesure).

Le dispositif selon l'invention comprend de plus des moyens d'ajustement de la direction de visée de son lidar, permettant de modifier la direction de visée entre deux impulsions lumineuses incidentes émises (ou entre deux paquets). En l'exemple illustré, le dispositif est programmé de façon à émettre des impulsions lumineuses incidentes selon douze directions de visée. En d'autres termes, au moins pour certaines distances de mesure X _n , le dispositif est apte à mesurer des vitesses de vent en douze points de mesure 1 à 12.

Les points de mesure situés à la même distance de mesure appartiennent à une même sphère centrée sur le lidar dans le référentiel aéronef.

Par approximation, ils sont représentés sur la figure 1 comme appartenant à un même plan, dit plan de mesure, orthogonal à la direction longitudinale L de l'aéronef et situé à une distance du nez de l'aéronef égale à la distance de mesure. Par souci de clarté, seuls trois plans de mesure, situés aux distances de mesure x _p-2 , x _p -i et x _p , ont été représentés sur la figure 1 ; ils ont été de surcroît volontairement écartés les uns des autres pour une plus grande lisibilité.

Dans le plan de mesure illustré situé à la distance de mesure x _p :

- les points de mesure 1 et 11 forment un couple vertical de points de mesure fournissant, par différence vectorielle des vitesses mesurées en ces points, une évaluation de la composante verticale W _Z ^A de la vitesse du vent en un endroit de l'atmosphère situé en regard -selon la direction longitudinale- d'une portion centrale ou distale (c'est-à-dire proche du bout) de l'aile tribord de l'aéronef,

- les points de mesure 2 et 10 forment un couple vertical de points de mesure fournissant, par différence vectorielle, une évaluation de la composante verticale W _Z ^B de la vitesse du vent en un endroit de l'atmosphère situé en regard -selon la direction longitudinale- d'une portion proximale (c'est-à- dire proche de l'emplanture) ou centrale de l'aile tribord de l'aéronef,

- les points de mesure 3 et 9 forment un couple vertical de points de mesure fournissant, par différence vectorielle, une évaluation de la composante verticale W _z ^c de la vitesse du vent en un endroit de l'atmosphère situé sur un axe longitudinal central de l'aéronef, c'est-à-dire en regard -selon la direction longitudinale- du nez et du fuselage de l'aéronef,

- les points de mesure 4 et 8 forment un couple vertical de points de mesure fournissant, par différence vectorielle, une évaluation de la composante verticale W _Z ^D de la vitesse du vent en un endroit de l'atmosphère situé en regard -selon la direction longitudinale- d'une portion proximale (c'est-à- dire proche de l'emplanture) ou centrale de l'aile bâbord de l'aéronef, - les points de mesure 5 et 7 forment un couple vertical de points de mesure fournissant, par différence vectorielle, une évaluation de la composante verticale W _Z ^E de la vitesse du vent en un endroit de l'atmosphère situé en regard -selon la direction longitudinale- d'une portion centrale ou distale (c'est-à-dire proche du bout) de l'aile bâbord de l'aéronef, - les points de mesure 1 et 5, ou les points de mesure 2 et 4, forment un couple transversal de points de mesure fournissant, par différence vectorielle, une évaluation de la composante transversale W _t ^A de la vitesse du vent en un endroit de l'atmosphère situé dans un plan longitudinal vertical médian (plan de symétrie) de l'aéronef, au-dessus de l'axe longitudinal central de l'aéronef,

- les points de mesure 6 et 12 forment un couple transversal de points de mesure fournissant, par différence vectorielle, une évaluation de la composante transversale W _t ^B de la vitesse du vent en un endroit de l'atmosphère situé sur l'axe longitudinal central de l'aéronef, c'est-à-dire en regard du nez et du fuselage de l'aéronef,

- les points de mesure 11 et 7, ou les points de mesure 10 et 8, forment un couple transversal de points de mesure fournissant, par différence vectorielle, une évaluation de la composante transversale W _t ^c de la vitesse du vent en un endroit de l'atmosphère situé dans le plan longitudinal vertical médian de l'aéronef, au-dessous de l'axe longitudinal central de l'aéronef.

Les points de mesure 1 des différents plans de mesure sont alignés selon une première direction de visée du lidar ; ils forment une première série de points de mesure. De même, les points de mesure 2 des différents plans de mesure sont alignés selon une deuxième direction de visée du lidar et forment une deuxième série de points de mesure, et ainsi de suite. De préférence, chaque série de points de mesure comprend au moins quatre points de mesure répartis sur la plage de distances [0 ; 200m] ou [0 ; 1s] et au moins trois autres points de mesure répartis sur la plage de distances [200m ; 1000m] ou [1s ; 5s]. Le nombre de points de mesure par série et leur répartition peut varier d'une série à une autre. Par exemple, les séries de points de mesure 3 et 9, qui fournissent des évaluations de la composante verticale W ₂ ^C de la vitesse du vent en regard du fuselage de l'aéronef, comprennent avantageusement un nombre de points de mesure relativement élevé, dont au moins huit (et de préférence au moins 16) points de mesure répartis sur la plage de distances [0 ; 200m] ou [0 ; 1s] et au moins six (et de préférence au moins douze) autres points de mesure répartis sur la plage de distances [200m ; 1000m] ou [1s ; 5s]. En revanche, les séries de points de mesure 2, 10, 4 et 8 par exemple peuvent comprendre un nombre de points de mesure inférieur, notamment dans la plage de distances [200m ; 1000m] ou [1s ; 5s].

Le dispositif selon l'invention fonctionne de préférence comme suit. Une première impulsion lumineuse est émise selon la première direction de visée passant par les points de mesure 1 ; cette impulsion permet d'acquérir la fréquence de l'onde rétrodiffusée au point de mesure 1 pour chaque distance de mesure (de la série), et de mesurer ainsi la vitesse du vent selon la première direction de visée en chaque point de mesure 1. Les moyens d'ajustement sont ensuite actionnés pour modifier la direction de visée du lidar, de façon à ce que celui-ci pointe sur les points de mesure 2. Une deuxième impulsion lumineuse est alors émise selon la deuxième direction de visée (passant par les points de mesure 2) ; cette impulsion permet d'acquérir la fréquence de l'onde rétrodiffusée pour la série des points de mesure 2, et de mesurer ainsi la vitesse du vent selon la deuxième direction de visée pour chacun desdits points de mesure 2. Les moyens d'ajustement sont alors actionnés pour modifier la direction de visée du lidar, de façon à ce que celui-ci pointe sur les points de mesure 3, puis une troisième impulsion lumineuse est émise selon cette nouvelle -troisième- direction de visée, et ainsi de suite pour toutes les directions de visée.

L'acquisition de mesures pour les douze séries de points de mesure constitue un cycle de mesure, qui est répété indéfiniment de façon itérative. A titre d'exemple, le dispositif selon l'invention est avantageusement adapté pour réaliser un cycle de mesure complet en moins de 60ms.

Durant et pour chaque cycle de mesure, les moyens de traitement du dispositif de détection et de mesure de vent calculent, par différence vectorielle, la composante verticale W _Z ^A de la vitesse du vent dans chaque plan de mesure à partir des vitesses mesurées pour les points de mesure 1 et 11 dudit plan de mesure. Sont calculées de façon analogue la composante verticale W ₂ ^B de la vitesse du vent dans chaque plan de mesure à partir des vitesses mesurées pour les points de mesure 2 et 10 dudit plan de mesure, et ainsi de suite pour l'ensemble des composantes verticales W ₂ ⁰ à W _Z ^E . Les moyens de traitement calculent également, par différence vectorielle, la composante transversale W _t ^A de la vitesse du vent dans chaque plan de mesure à partir des vitesses mesurées pour les points de mesure 1 et 5 (ou 2 et 4) dudit plan de mesure, de même que la composante transversale W _t ^B -respectivement W _t ^c -de la vitesse du vent dans chaque plan de mesure à partir des vitesses mesurées pour les points de mesure 12 et 6 -respectivement 11 et 7 (ou 10 et 8)- dudit plan de mesure.

En variante ou en combinaison, les moyens de traitement du dispositif de détection et de mesure de vent peuvent éventuellement calculer des composantes de vitesse du vent à partir de vitesses mesurées pour des cycles de mesure différents (successifs ou non) et/ou pour des points de mesure situés à des distances de mesure différentes (consécutives ou non), et ce afin de tenir compte de la distance parcourue par l'aéronef dans le référentiel terrestre au cours d'un cycle de mesure. Par exemple, les moyens de traitement peuvent être programmés pour calculer la composante verticale W _Z ^A de la vitesse du vent à une distance Xj pour le cycle j à partir, d'une part de la vitesse mesurée pour le point de mesure 11 à la distance Xj pour le cycle j-1 , et d'autre part de la vitesse mesurée pour le point de mesure 1 à la distance Xj pour le cycle j (sous réserve que le sens de "rotation" du cycle de mesure soit celui décrit plus haut). Selon un autre exemple, notamment dans le cas où la vitesse de l'aéronef est importante et est par exemple supérieure à une valeur seuil prédéfinie, les moyens de traitement peuvent être programmés pour calculer la composante verticale W _z ^c de la vitesse du vent à une distance Xj pour le cycle j à partir, d'une part de la vitesse mesurée pour le point de mesure 3 à la distance Xj ₊ i pour le cycle j-1 , et d'autre part de la vitesse mesurée pour le point de mesure 9 à la distance Xj pour le cycle j.

Certaines ou la totalité des composantes verticales W _Z ^A à W _Z ^E et transversales W _t ^A à W _t ^c ainsi calculées sont utilisées, par les moyens de traitement, pour construire un ou plusieurs signaux de profil du vent. Chaque signal de profil du vent représente à un instant donné la composante selon une direction d'excitation (verticale ou transversale) de la vitesse du vent à l'avant de l'aéronef en fonction de la distance x. Par exemple, l'ensemble des composantes W _z ^c calculées pour les différentes distances de mesure et pour un même cycle de mesure est utilisé pour construire un signal de profil du vent selon la direction verticale dans le plan médian de l'aéronef. La figure 2 illustre ce signal qui, en l'exemple, est un signal continu (qui peut cependant être par paliers) obtenu par interpolation à partir des composantes W _z ^c calculées. Ce signal permet de prédire les excitations en tangage de l'aéronef.

De façon analogue, l'ensemble des composantes W _Z ^B calculées pour les différentes distances de mesure et pour un même cycle de mesure peut être utilisé pour construire un signal de profil du vent selon la direction verticale dans un plan tribord de l'aéronef. L'ensemble des composantes W _Z ^D calculées pour les différentes distances de mesure et pour un même cycle de mesure peut être utilisé pour construire un signal de profil du vent selon la direction verticale dans un plan bâbord de l'aéronef. Ces deux signaux sont utiles à la détermination des moments de roulis que va subir l'aéronef.

Enfin, l'ensemble des composantes W _t ^B calculées pour les différentes distances de mesure et pour un même cycle de mesure peut être utilisé pour construire un signal de profil du vent selon la direction transversale dans un plan horizontal de l'aéronef coupant son fuselage. Ce signal permet d'évaluer les risques de dérapage de l'aéronef.

Les autres composantes de vitesse calculées peuvent être utilisées de façon analogue pour construire d'autres signaux de profil du vent si nécessaire, ou pour affiner les précédents signaux dans certaines situations.

Chaque signal de profil du vent ainsi construit caractérise l'environnement atmosphérique de l'aéronef à un instant donné et est réactualisé en permanence au moins toutes les 60ms (durée d'un cycle de mesure).

Les moyens de traitement du dispositif selon l'invention sont de plus avantageusement adaptés pour traiter au moins un signal de profil du vent, et par exemple le signal de profil du vent W _z ^c , de façon à en déterminer un contenu fréquentiel. Il est à noter que les traitements appliqués pour déterminer ce contenu fréquentiel dépendent des fréquences recherchées et donc de la direction d'excitation concernée, c'est-à-dire du signal de profil du vent analysé. La description qui suit concerne le signal W _z ^c (direction d'excitation verticale, vent dans le plan médian de l'aéronef). Ce signal de profil du vent W _z ^c permet notamment de déceler si des phénomènes de tangage de l'aéronef (qui génèrent un grand inconfort pour les personnes) sont susceptibles de se produire. A cette fin, les moyens de traitement sont adaptés pour rechercher si le signal de profil du vent W _z ^c comporte au moins une fréquence proche de la fréquence d'oscillation d'incidence de l'aéronef. Une telle fréquence d'oscillation d'incidence est généralement de l'ordre de 0,3Hz. Pour pouvoir observer une telle fréquence, il convient de disposer d'un signal couvrant une période d'au moins 3,4s, et par exemple de l'ordre de 4s. C'est pourquoi d'une part le lidar présente de préférence une distance de visée maximale de quelques 5s ou 1000m, et d'autre part sont prévus au moins quatre -et de préférence au moins huit- points de mesure sur la plage de distances [0 ; 5s] ou [0 ; 1000m] ou, pour les raisons évoquées ci-après, sur la plage de distances [1s ; 5s] ou [200m ; 100Om]. Les phénomènes de tangage sont avantageusement contrés à l'aide d'une ou plusieurs surfaces mobiles de contrôle de la queue de l'aéronef. De telles surfaces mobiles ont un effet indirect sur les charges subies par le fuselage et la voilure de l'aéronef. Il est donc préférable de détecter les turbulences correspondantes le plus tôt possible, c'est-à-dire à grande distance du nez de l'aéronef. Par conséquent, on analyse de préférence la partie du signal de profil du vent correspondant à la plage de distances [1s ; 5s] ou [200m ; 100Om]. En pratique, les moyens de traitement traitent avantageusement la totalité du signal W _z ^c ou la partie de signal susmentionnée de façon à déterminer si celui-ci ou celle-ci comporte des fréquences inférieures à 0,5Hz.

Le signal de profil du vent W _z ^c permet aussi de détecter la présence de turbulences susceptibles de mettre en péril la structure de l'aéronef, et en particulier sa voilure. A cette fin, les moyens de traitement du dispositif selon l'invention sont avantageusement adaptés pour rechercher si le signal de profil du vent W _z ^c comporte au moins une fréquence proche d'un mode propre d'oscillation en flexion de la voilure. Le premier mode propre en flexion de la voilure d'un aéronef se situe en général entre 1 ,1 Hz et 1 ,5Hz. Pour observer une telle fréquence, il suffit d'analyser le signal de profil du vent sur une période de 0,67s à 1s. Par ailleurs, les effets d'une telle turbulence sont avantageusement contrés à l'aide d'une ou plusieurs surfaces mobiles de contrôle de la voilure. De telles surfaces mobiles ont des vitesses de braquage relativement importantes et, surtout, un effet direct et immédiat sur les charges subies par la voilure. Ii peut donc être prévu d'analyser le signal de profil du vent à proximité du nez de l'aéronef, zone où le signal obtenu est plus précis. En pratique, les moyens de traitement traitent donc de préférence la partie du signal de profil du vent W _z ^c correspondant à la plage de distances [0 ; 1s] ou [0 ; 200m] de façon à déterminer si celle-ci comporte des fréquences supérieures à 1 Hz.

Il est à noter que la voilure de certains aéronefs présente un mode propre en flexion compris entre 0,6 et 0,7Hz. Pour ces aéronefs, les moyens de traitement sont avantageusement adaptés pour traiter la partie du signal de profil du vent correspondant à la plage de distances [0 ; 2s] ou [0 ; 400m] de façon à déterminer si celle-ci comporte des fréquences supérieures à 0,5Hz.

Les traitements de signal précédemment décrits peuvent être réalisés de diverses façons.

Selon un premier mode de réalisation, les moyens de traitement comprennent au moins un filtre passe-bas et au moins un filtre passe-haut. Le filtre passe-bas permet d'atténuer voire éliminer les fréquences hautes et donc de déceler les fréquences basses ; le filtre passe-haut permet à l'inverse de déceler les fréquences hautes. Lesdits filtres sont choisis en fonction des plages de fréquences recherchées. En l'exemple, on utilise avantageusement, d'une part un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure (fréquence au-dessus de laquelle les fréquences sont atténuées ou éliminées) est sejisiblement égale à 0,5Hz, et d'autre part un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure (fréquence en dessous de laquelle les fréquences sont atténuées ou éliminées) est sensiblement égale à 0,5Hz ou à 1 Hz.

Selon un deuxième mode de réalisation, les moyens de traitement sont adaptés pour évaluer une période moyenne du signal de profil du vent sur la partie de signal à traiter (c'est-à-dire sur l'intervalle [0 ; 400m] ou [0 ; 2s], ou l'intervalle [0 ; 200m] ou [0 ; 1s], ou la totalité du signal, selon la plage de fréquences recherchée), en fonction du nombre de passages dudit signal par la valeur zéro sur cette partie. L'inverse de cette période moyenne ainsi évaluée fournit une fréquence moyenne du signal sur la partie traitée.

Selon un troisième mode de réalisation, les moyens de traitement sont adaptés pour estimer un écart type moyen du signal de profil du vent sur la partie de signal à traiter, à partir de l'amplitude maximale du signal sur cette partie et d'un coefficient constant prédéterminé de façon empirique et statistique, lequel coefficient représente le rapport moyen entre l'écart type et l'amplitude maximale d'un signal de profil du vent. Ils sont de plus adaptés pour comparer l'écart type ainsi estimé à une plage d'écarts types correspondant à la plage de fréquences recherchée, laquelle plage d'écarts types est préalablement déterminée par intégration d'une partie d'un spectre de Von Karman ou de Kolmogorov qui représente une densité d'énergie en fonction de la fréquence spatiale et est préétabli de façon empirique et statistique.

Les moyens de traitement peuvent être adaptés pour traiter de façon similaire d'autres signaux de profil du vent. L'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes par rapport au mode de réalisation illustré, dès lors que ces variantes entrent dans le cadre délimité par les revendications.