Pression du vent

Le vent et le bâtiment : rose des vents, vitesse qui croît avec la hauteur et baisse avec la rugosité (lac, forêt, ville), mistral, surpression face au vent et dépression à l'arrière des obstacles.

Plan-masse et topographie : rues dans l'axe des vents, bâtiments posés en diagonale, sommets et vallées ; une bonne implantation gagne 10 à 20 % de ventilation, une mauvaise en perd 30 à 70 %.

Profil du vent selon la hauteur et la rugosité, obstacles qui gênent jusqu'à 4 à 12 fois leur hauteur, implantation en quinconce, et zones de surpression et de dépression observées en soufflerie.

Forme de la toiture et ventilation : pente tournée vers le vent pour renforcer la dépression sous le vent, toits à deux ou quatre pans selon la variabilité des vents ; église Saint-Augustin de Kinshasa.

Vent en ville : au-delà de 5 m/s le piéton est gêné ; étudier les tours de plus de 40 m, décrochements dès le cinquième étage, porosité, balcons ; au moins 2 m/s en toiture pour disperser la pollution.

Échelle du plan masse : densité, hauteur moyenne, profil et orientation des masses bâties pilotent la pénétration du vent ; un front en dents de scie perturbe loin en aval, un profil convexe en forme de dune protège mieux.

Mécanisme de base : surpression croissante avec la hauteur sur la face au vent, dépression dans le sillage, et survitesses partout où l'on relie ces zones (coins, arcades, étranglements où le même débit passe par une section plus petite).

Ce que le vent fait au piéton : échelle de Beaufort traduite en sensations, force proportionnelle au carré de la vitesse, danger de chute vers 15 m/s, et gêne mesurée par la somme vitesse moyenne + turbulence rapportée au vent sans bâtiments.

Les tissus anciens denses ne laissent pas entrer le vent ; seuls les éléments qui émergent posent problème, comme une tour de 100 m qui crée une bande d'inconfort marqué d'environ 10 m à son pied.

Passages et pilotis sous immeuble : l'air file de la façade en surpression vers l'arrière en dépression dès 15 m de haut, et l'inconfort croît avec la hauteur (20 m et 50 m comparés) ; le jet se prolonge en aval. Conseils : orienter parallèlement au vent, végétaliser le pied, freiner le passage.

Survitesse aux angles des bâtiments et brusque saut de vitesse que le piéton franchit en tournant le coin (photo à Marseille). Remèdes dessinés : socle bas en ceinture, barres basses autour de la tour, hauteurs dégressives, angles arrondis, éléments poreux et végétation près des coins.

Zone tourbillonnaire derrière les bâtiments : elle s'étend sur environ quatre fois la hauteur pour des immeubles de 15 à 35 m et prend une forme de fer à cheval derrière les tours. Présenter au vent la plus petite face et planter pour casser les tourbillons.

Le vent rabattu le long d'une façade au vent forme un tourbillon au sol, surtout au-delà de 15 m, et il est aggravé quand un bâtiment bas de 10 à 15 m est placé devant une tour (effet Wise). Remèdes : auvent déflecteur, galerie couverte, environnement plus dense.

Longue barre basse frappée à 45° : l'écoulement vrille et retombe derrière le centre de la barre, sur environ deux hauteurs, quand la barre dépasse huit fois sa hauteur. Ouvertures critiques larges d'environ deux hauteurs ; conseils de découpage, de saillies et d'espacements.

Deux bras bâtis qui forment un entonnoir ouvert au vent accélèrent l'air à l'étranglement (conditions : plus de 15 m de haut, plus de 100 m de bras cumulés, col large de deux à trois hauteurs) ; un divergent en aval l'aggrave. Liste de parades : bras poreux, angle franc, bâtiments bas.

Bâtiments en quinconce face au vent : l'air passe en force par le couloir qui relie la surpression de l'un à la dépression de l'autre, surtout entre tours. Parades : chicanes, découpage en tronçons, couloirs très larges ou tours accolées.

Une rue-couloir ne gêne pas en soi mais transporte sur toute sa longueur une anomalie voisine (Venturi par exemple). Conditions de guidage (parois peu poreuses, largeur inférieure à deux hauteurs) et conseil d'orienter les rues entre 45° et 90° du vent dominant.

Effet favorable : une cour fermée ou presque par des bâtiments est survolée par le vent et devient abritée si sa surface reste petite au regard du carré de la hauteur et si l'ouverture reste sous le quart du périmètre ; cas de la maille sifflet, qui reste inconfortable.

Les ensembles en gradins dissipent l'énergie du vent dans toutes les directions et offrent un bon confort moyen ; restent critiques les angles d'ensemble et les balcons proches des crêtes, à traiter par des niveaux dégressifs et des loggias ouvertes sur une seule face.

Bilan des effets : peu de cas critiques réels dans un plan masse, mais attention à leur cumul ; il n'existe pas de plan masse idéal et l'on ne peut optimiser que pour un ou deux secteurs de vent dominant.

Exercice sur un quartier de barres existant (R+4 avec tours R+10 et R+15) : les effets repérés sur plan avec le guide sont comparés aux mesures en soufflerie, qui les confirment et montrent que le guide est plutôt pessimiste.

Annexe de M. Trinité sur les essais en maquette : similitudes à respecter (Reynolds d'au moins 10 000 à 15 000, profil de vitesse, turbulence et son échelle), canal hydraulique pour visualiser contre soufflerie pour mesurer, échelles de 1/500 à 1/100.

Caractéristiques du vent pour la ventilation : profils selon la rugosité du terrain (tableau), vent nocturne plus faible, brises de mer et de terre, sources de données météo.

Débit d'air entre deux ouvertures (formule d'Aynsley) et coefficients de pression sur les façades, réduits par les bâtiments voisins situés à moins de six hauteurs d'égout.

Les hautes portes pyramidales (gopuram) des temples indiens captent le vent en altitude et le forcent dans le passage au sol, créant une brise permanente à l'entrée.

Exposition au vent du site : haies et murs brise-vent en amont du bâtiment, tableau des pertes selon la position (sommet de colline jusqu'à +100 % de pertes dues au vent, site abrité −50 %).

Surpression sur la face au vent, dépression et « ombre de vent » à l'arrière (profondeur prise à six fois la largeur) ; un plan en quinconce et une orientation à 45° du vent améliorent la ventilation des bâtiments voisins.

Vocabulaire illustré, tiré d'essais en soufflerie, des écoulements autour des bâtiments : zones de pression, plans en L, alignements et quinconces, effet des obstacles bas ou hauts, bâtiments sur pilotis.

Tourbillon en fer à cheval au pied d'une tour précédée d'un bâtiment bas, avec les points de vent maximal au sol (d'après Penwarden et Wise, BRE).

Vitesse et direction du vent à hauteur d'habitation, et comment les lire pour une région donnée.

Haies brise-vent : zone protégée derrière une haie selon sa hauteur et sa densité ; économies de chauffage mesurées sur des maisons abritées (environ 23 %).

Zones de surpression et de dépression autour d'un bâtiment et trajets de l'air à l'intérieur, étudiés en soufflerie.