Bien dimensionner au vent les ouvrages de génie civil (ponts, tours, stades, bâtiments) est essentiel à leur sécurité et à leur pérennité. En phase de conception, le CSTB accompagne les professionnels dans l'étude du comportement aérodynamique des constructions pour garantir leur tenue au vent et le confort des espaces extérieurs. Il dispose pour cela, à Nantes, de deux souffleries à couche limite atmosphérique. Elles permettent d'analyser les phénomènes liés au vent par des approches expérimentales sur maquettes à échelle réduite.
Garantir la tenue et le confort au vent
Les deux souffleries atmosphériques du CSTB sont particulièrement adaptées à l'étude du dimensionnement au vent et du comportement aérodynamique des grands ouvrages.
Elles permettent aussi l'optimisation du confort au vent de ces grands ouvrages. Une étude essentielle pour offrir des espaces agréables aux piétons et aux usagers des terrasses, au sommet des grandes tours.
Enfin, dans les souffleries atmosphériques, il est possible d'analyser la dispersion des polluants issus de sources localisées, comme ceux qui sortent des tunnels routiers en environnement urbain.
Simulation physique des effets du vent
Les deux souffleries à couche limite atmosphérique simulent l'évolution de la vitesse moyenne du vent et sa turbulence, en fonction de l'altitude. En effet, la vitesse moyenne du vent est plus faible et sa turbulence plus forte à proximité du sol, car le vent interagit avec les obstacles (végétation, bâtiments, infrastructures, etc.). La taille des tourbillons, représentative de la répartition de l'énergie turbulente en fonction de la fréquence, est également représentée.
La soufflerie NSA est une soufflerie moderne à retour, qui dispose d'une veine principale de 20 mètres de long, de 4 mètres de large et d'une hauteur réglable entre 2 et 3 mètres. Il est possible d'ajuster la vitesse de l'écoulement de l'air de 0 à 30 m/s, à +/- 0,1 m/s. La température est maintenue stable au cours des études. La soufflerie NSA est l'installation dédiée à l'étude des grands ouvrages de génie civil (tours, stades, bâtiments) et des grands ponts, à des échelles du 1/50e au 1/500e.
La soufflerie NASA a des dimensions comparables à la soufflerie NSA. Sa vitesse est variable de 0 à 9 m/s. Elle est particulièrement bien adaptée aux études de stabilité des grues à tour. Ses parois poreuses permettent de travailler à des échelles de l'ordre du 1/100ème sans perturbation liée à l'effet de blocage.
Une métrologie adaptée
Pour caractériser le comportement au vent des ouvrages, le CSTB mesure les effets de pointe sur maquettes à échelle réduite, grâce à une métrologie adaptée. Il mesure :
- les efforts maximums exercés par le vent sur le bâtiment,
- les champs des pressions instantanées synchrones exercées par le vent sur le bâtiment,
- les déplacements et accélérations de la structure soumise au vent.
Parmi ses équipements de mesure, le CSTB dispose d'un scanner de pression capable d'acquérir 1 million d'informations par seconde (1000 voies synchrones à 1000 hertz). Il est ainsi possible d'identifier les charges locales de pointe exercées en un grand nombre de points des façades du bâtiment et de calculer les efforts globaux de pointe par intégration sur l'enveloppe des charges locales instantanées synchrones.
Si la simulation physique en soufflerie reste la référence en matière de dimensionnement au vent des structures, les outils numériques sont de plus en plus utilisés : pour des études de confort au vent et de dispersion de polluants, ou encore lors des phases de prédimensionnement au vent d'un projet, en attente d'une validation expérimentale.
