Impacts du vent sur les IGH : Tours Olympiades à Paris
Impacts du vent sur des IGH : étude CFD sur les Tours Olympiades à Paris
Dans le cadre d’un projet de rénovation, EOLIOS a été sollicité pour analyser l’impact du vent sur deux tours d’habitation classées IGH (immeubles de grande hauteur) situées dans le quartier des Olympiades, dans le 13ᵉ arrondissement de Paris. L’étude s’inscrit dans un contexte urbain dense, avec des enjeux à la fois structurels et opérationnels liés à la grande hauteur des bâtiments.
L’objectif principal de la mission consistait à caractériser les effets de site à travers une étude aérodynamique numérique. La simulation CFD a permis d’évaluer la distribution des vitesses et pressions du vent autour des bâtiments pour huit directions de vent.
L’analyse s’est concentrée sur plusieurs points critiques :
• Identification des zones de recirculation, de survitesses ou de protection induite par la configuration des tours et des bâtiments adjacents ;
• Évaluation de l’impact des effets de site sur l’utilisation des nacelles d’entretien, en particulier en fonction des vitesses de rafales atteintes à différentes altitudes ;
• Mesure des pressions exercées sur les façades, à la fois via la CFD et selon les méthodes de calcul issues de l’Eurocode, afin de vérifier les hypothèses de dimensionnement.
Impacts du vent sur les IGH : Tours Olympiades à Paris
Année
2025
Client
EIFFAGE
Localisation
France
Typologie
Air & Vent
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Caractérisation du vent en environnement urbain
Structure de la couche limite atmosphérique
L’analyse du vent en zone construite repose sur une bonne compréhension de la structure verticale de l’atmosphère et des effets liés à la topographie et à l’urbanisation. En simulation CFD, cette modélisation permet de reproduire fidèlement les profils de vitesse et les phénomènes d’interaction vent-bâtiment.
Le vent observé au niveau du sol est fortement influencé par les caractéristiques de la couche limite atmosphérique, qui se compose de trois sous-couches :
• La sous-couche rugueuse, proche du sol, où les obstacles créent une turbulence désorganisée.
• La couche de surface, entre 10 et 100 m de hauteur, où s’établit un gradient marqué de vitesse et de température.
• La couche extérieure ou sous-couche inertielle, plus élevée, faiblement perturbée, qui reflète le vent géostrophique.
Dans cette stratification, la vitesse du vent varie selon un profil logarithmique avec l’altitude, un phénomène appelé cisaillement vertical.
Influence de la rugosité du sol sur les profils de vent
La rugosité du sol ou du tissu urbain modifie fortement les profils de vent. Un environnement dense (bâtiments serrés, végétation) ralentit le vent au sol et accentue le gradient vertical. À l’inverse, un terrain ouvert (plaine, mer) laisse le vent se développer plus librement. Ces effets sont intégrés à la modélisation CFD via un coefficient de rugosité, dérivé des caractéristiques du terrain selon les recommandations de l’Eurocode.
Effets aérodynamiques en zone urbaine dense
Phénomènes locaux d’accélération
La présence de bâtiments hauts et d’un tissu urbain complexe génère de nombreuses perturbations du vent. Ces effets doivent être identifiés pour garantir la sécurité et le confort des usagers, en particulier dans le cas de travaux en hauteur.
Certaines configurations architecturales provoquent des accélérations localisées du vent :
• Effet Venturi : compression et accélération du flux entre deux bâtiments proches.
• Effet de canalisation : concentration du vent dans des rues orientées selon l’axe des vents dominants.
• Effet de coin : apparition de turbulences et de rafales aux angles vifs des bâtiments.
Ces phénomènes peuvent générer des vitesses de vent élevées, sources d’inconfort ou de risque.
Impact des IGH sur l’aéraulique urbaine
Les IGH (immeubles de grande hauteur) induisent des effets de descente de vent marqués : l’écoulement frappant la façade supérieure est redirigé vers le sol, augmentant les vitesses au pied du bâtiment. Cette configuration est souvent problématique autour des accès, terrasses ou zones piétonnes. En CFD, ces effets peuvent être quantifiés pour anticiper les survitesses et dimensionner des protections adaptées. Sur l’image ci-contre, les effets de coins sont bien identifiables.
Effet de site sur le vent autour d’un IGH
Pressions exercées sur les façades et effets structuraux
Distribution des pressions – Zones de vigilances
Les immeubles de grande hauteur sont soumis à des sollicitations aérodynamiques importantes. Ces pressions doivent être précisément évaluées pour assurer la robustesse de l’enveloppe.
Le vent exerce des pressions dynamiques sur les parois exposées et des dépressions sur les faces opposées. Ces efforts se concentrent notamment :
• Aux arêtes verticales, zones de stagnation et de décollement du flux ;
• Sur les surfaces exposées au vent dominant, où les amplitudes de charge sont maximales.
La forme de la tour, son orientation, et la rugosité du site sont des paramètres déterminants dans la distribution des charges.
Influence de la répartition de la pression en façade sur la conception
Les éléments de façade (murs-rideaux, vitrages, fixations) doivent être conçus pour résister aux pressions localisées sans déformation excessive. La modélisation CFD permet de localiser précisément les zones les plus sollicitées et de tester l’effet de variantes de conception avant exécution.
Intégration de la norme Eurocode par la simulation CFD
Paramètres d’entrée dans le modèle CFD
Pour garantir la validité des simulations et l’alignement avec les pratiques réglementaires de l’étude présentée ci-après, les modélisations CFD prennent en compte les prescriptions de l’EN 1991-1-4 (Eurocode Vent), ainsi que les résultats d’une étude météorologique poussée.
Les simulations utilisent :
• La vitesse de base du vent (
) déterminée selon la localisation et la topographie du site.
• Les coefficients de rugosité () et d’orographie (
), adaptés à la catégorie de terrain étudiée. Ces coefficients permettent respectivement de prendre en compte la structure du sol ou du milieu environnant, en particulier son influence sur le profil vertical de la vitesse du vent et les effets de la topographie (relief) sur les écoulements du vent.
• Un profil de vitesse vertical (Vm(z)) logarithmique, défini à partir de ces paramètres et ajusté selon les spécificités du site.
Ce cadre permet de simuler des vitesses de vent représentatives à différentes altitudes et de les confronter aux seuils de sécurité établis.
Utilisation d’un modèle CFD spécifique pour une analyse multidirectionnelle
Ainsi, le profil de vitesse de vent moyen standard en entrée de domaine calculé est le suivant :
Le modèle spécifique utilisé permet de simuler différentes directions de vent (ex. : 8 orientations principales). À partir d’un profil de référence, les effets de site sont analysés pour chaque orientation, mettant en évidence les accélérations locales, les zones de recirculation ou les effets de déviation.
Le profil de vitesse en entrée de domaine, correspondant à une vitesse de base uniforme et aux paramètres de rugosité liés à un terrain spécifique, est calculé conformément à l’Eurocode grâce à la formule suivante :
Sécurisation des travaux en hauteur – La CFD en appui à la sécurité
Normes de sécurité pour les nacelles
Dans le cadre d’interventions avec nacelle sur façade, la simulation CFD permet d’anticiper les risques liés au vent, en complément des recommandations de sécurité.
Selon la norme NF EN 280, les nacelles ne doivent pas être utilisées au-delà de 12,5 m/s. Dans un contexte urbain complexe, les effets de site peuvent localement amplifier cette vitesse, d’où la nécessité d’une évaluation fine par la simulation.
Avantages de l’analyse CFD – L’évaluation du respect des normes
Grâce à la CFD, les zones de survitesse pouvant impacter la stabilité de la nacelle sont identifiées. Les zones d’abri ou de faible turbulence sont également localisées pour définir des plages d’intervention sûres. Les résultats obtenus sont croisés avec les données météo pour formuler des recommandations exploitables sur le terrain.
Travail sur facade
L’utilisation de la CFD pour l’analyse des IGH
Configuration architecturale des tours d’Olympiades
Le site d’étude comprend deux tours d’habitation du quartier Olympiades, situées en milieu urbain dense. L’une des tours, nommée Tour Tokyo, présente une géométrie rectangulaire de 29 niveaux, avec une façade plane et des balcons filants. La seconde, la Tour Osaka, compte 35 niveaux et présente une façade alternant parties pleines et parties vitrées, avec également des balcons filants.
Les deux bâtiments sont implantés parallèlement et présentent une orientation similaire. Leur hauteur et leur positionnement génèrent un contexte aéraulique complexe, propice à des effets de site marqués tels que canalisation du vent, accélérations locales et tourbillons, d’autant plus que l’environnement est fortement contraint par la densité du bâti environnant.
Une analyse CFD multidirectionnelle
Plusieurs scénarios ont été analysés pour refléter la variabilité de l’orientation du vent :
- Vent nord
- Vent nord-est
- Vent est
- Vent sud-est
- Vent sud
- Vent sud-ouest
- Vent ouest
- Vent nord-ouest
Ces simulations ont permis d’observer la dynamique des flux d’air et d’évaluer la vitesse et la direction du flux aux alentours des deux tours.
Etude CFD des effets de site, rafales de vent et pressions sur les IGH – Tours Olympiades
Mise en évidence des effets de site par la simulation CFD
L’étude a permis d’identifier clairement les effets de site liés à l’implantation des bâtiments dans leur environnement urbain. En modélisant les huit directions principales de la rose des vents, la simulation numérique a mis en évidence des phénomènes spécifiques selon l’orientation du vent :
• Pour un vent de nord, la tour située au sud bénéficie d’une zone de recirculation générée par la tour nord, entraînant une atténuation significative des vitesses de vent sur sa façade.
• À l’inverse, par vent de sud-ouest, la tour nord est à son tour protégée par la tour sud.
• Pour les vents d’est et de sud-est, un effet Venturi marqué est observé entre les deux tours, avec une accélération importante des vitesses de vent dans l’interstice.
Dans toutes les configurations, les arrêtes exposées génèrent des vortex qui induisent localement de fortes vitesses, mais créent aussi des zones de calme relatif sur les parois elles-mêmes. Ces effets sont cruciaux pour anticiper l’usage en sécurité des dispositifs d’accès en façade.
Plans de vitesse à 80m pour les 8 directions d’étude
Augmentation de la vitesse aux arrêtes du bâtiment
Effet Venturi pour un vent d’Ouest
Evaluation CFD des vitesses de rafales et leurs impacts sur l’utilisation des nacelles en hauteur
Grâce aux résultats CFD, les vitesses de vent moyennes ont pu être converties en vitesses de rafales à différentes altitudes, en s’appuyant sur des formules standards intégrant l’intensité turbulente et la pression dynamique. Cela a permis de calculer un coefficient d’amplification des vitesses dû aux effets de site pour chaque direction de vent.
Par exemple, pour un vent de nord-ouest :
• À 20 m : amplification de +26 %,
• À 50 m : +48 %,
• À 80 m : +77 %.
En croisant ces données avec les relevés météorologiques, il a été possible d’estimer la durée d’indisponibilité des nacelles en raison de vitesses locales excédant la limite normée de 12,5 m/s. Cette durée est de 250 heures par an environ.
Ces données sont essentielles pour planifier les opérations de rénovation et garantir la sécurité des interventions en hauteur.
Pression du vent sur les façades : validation CFD pour le dimensionnement selon l’Eurocode
Les simulations ont également permis de déterminer les pressions exercées sur les façades selon les différentes orientations du vent. L’orientation la plus contraignante a été identifiée pour un vent d’est, avec des pressions maximales atteintes sur la façade ouest et sur le toit d’une tour.
Les zones les plus sollicitées sont les arêtes supérieures des faces directement exposées. Ces données ont ensuite été comparées aux valeurs issues de l’approche analytique Eurocode, avec un bon niveau de concordance.
Cette cohérence entre méthode numérique et méthode analytique valide la pertinence de la simulation CFD comme outil complémentaire de dimensionnement, notamment pour les petits éléments de fixation exposés aux charges les plus sévères.
Pression aux parois – Vent Est
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L’étude CFD menée sur les Tours des Olympiades a mis en évidence des effets de site significatifs, liés à la configuration urbaine dense et à l’interaction des vents avec les volumes bâtis environnants. Grâce à la simulation numérique, il a été possible de cartographier précisément les zones de survitesses, de recirculation et de protection en fonction des directions de vent, et d’en déduire des résultats pertinents pour le dimensionnement au vent.
Les résultats ont notamment permis d’identifier les hauteurs critiques et les directions de vent les plus contraignantes pour l’utilisation des nacelles d’entretien, en croisant les vitesses de rafale locales avec les données météorologiques. Cette approche a permis d’estimer avec précision le nombre d’heures annuelles durant lesquelles les conditions de vent dépassent les seuils de sécurité, apportant ainsi un éclairage précieux pour la planification des opérations de maintenance en hauteur.
Cette étude illustre l’importance de l’apport de la modélisation aéraulique en phase de conception ou de réhabilitation, en offrant une compréhension précise des interactions entre le vent et l’environnement bâti. Elle permet ainsi de sécuriser les interventions, d’optimiser les choix techniques et de renforcer la résilience des bâtiments de grande hauteur face aux sollicitations climatiques.
Etude de l'impact du vent à La Défense
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Synthèse vidéo de l'étude
Résumé de l'étude
Dans le cadre d’une rénovation, EOLIOS a réalisé une étude CFD sur les Tours Olympiades (IGH) à Paris pour analyser les effets du vent en milieu urbain dense. La simulation a permis d’identifier les zones de survitesse, de recirculation et de protection selon huit directions de vent. L’objectif était d’évaluer les impacts sur la sécurité des nacelles d’entretien, les pressions sur les façades et la conformité aux normes Eurocode.
Les résultats ont révélé des effets Venturi entre les tours, des amplifications locales des rafales, et des zones critiques pour l’intervention en hauteur. L’étude a également permis de cartographier les pressions statiques sur les façades, de repérer les zones soumises à de fortes sollicitations et d’identifier les secteurs en dépression pouvant influencer le comportement des ouvrants. Cette analyse a permis d’anticiper les risques, d’optimiser le dimensionnement des éléments de façade et d’adapter les solutions techniques au contexte aérodynamique local.
Synthèse vidéo de la mission
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