Étude CFD du confort au vent des espaces extérieurs et de circulation d'un collège en Île-de-France, dans le cadre d'un projet de rénovation.
Dans le cadre d'un projet de rénovation, EOLIOS a analysé l'impact du vent sur le confort piétonnier au sein d'un collège en Île-de-France. L'objectif : s'assurer que les modifications apportées lors des rénovations n'altèrent pas le confort des usagers, en toutes saisons.
Deux configurations ont été retenues après étude des conditions météorologiques, correspondant aux deux orientations de vent les plus fréquentes sur l'année. La simulation CFD a permis d'évaluer la distribution des vitesses autour des bâtiments pour ces deux directions.
L'analyse s'est concentrée sur l'identification des zones de survitesse liées à l'agencement des bâtiments, et sur les effets des matériaux employés à la construction.
L'essentiel. Étude CFD du confort au vent d'un collège en Île-de-France, dans le cadre d'une rénovation : deux directions de vent (sud-ouest dominant, nord-est secondaire, 3,3 à 5,5 m/s) et trois matériaux modélisés (béton, moucharabiehs, mailles métalliques) via leur taux de passage d'air. Résultat : cours globalement confortables, mais effet Venturi dans certains couloirs et balcons, corrigé en reconfigurant les cloisons ajourées, sans altérer l'architecture.
Le collège est constitué de deux parties distinctes, reliées par une galerie en spirale qui dessert tous les bâtiments. Ouverte au vent extérieur tout en protégeant de la pluie, elle connecte des bâtiments abritant salles de classe, espaces de pause et zones de restauration, sur deux étages dont certains à coursives ouvertes.
La caractérisation des matériaux et des structures est essentielle : rugosité, porosité et perméabilité influencent directement les pertes de charge et l'interaction du fluide avec les surfaces. Trois matériaux ont été modélisés : le béton (opaque à l'air), les moucharabiehs des balcons et des mailles métalliques sur certains couloirs, ces deux derniers via un taux de passage d'air spécifique.
Prendre en compte précisément ces caractéristiques est primordial, car elles influencent la distribution des vitesses d'air et le niveau de confort ressenti par les usagers.
Cloison ajourée (ici sur les balcons) qui laisse passer une partie de l'air selon un taux de porosité donné. Elle filtre le vent, mais en réduisant la section de passage elle peut aussi l'accélérer localement, d'où l'intérêt de la modéliser finement en CFD.
Lorsque le vent heurte un bâtiment, trois zones de perturbation apparaissent : un vortex turbulent à l'avant (écoulement descendant), une zone de turbulence en cavité de basse pression à l'arrière, et un sillage à forte turbulence. Ces phénomènes influencent le confort par l'augmentation locale des vitesses et leur imprévisibilité.
L'architecture du collège, aux multiples bâtiments reliés par des couloirs et galeries ouvertes, crée des conditions propices à l'effet Venturi : canalisé dans un passage étroit, le vent accélère localement. Les simulations CFD identifient précisément ces zones d'accélération afin d'en tenir compte dans les aménagements.
Lorsqu'un couloir ou un passage étroit réduit la section offerte au vent, l'air accélère pour conserver son débit. Dans un collège aux multiples circulations ouvertes, ce phénomène crée des courants d'air plus intenses, localisés mais gênants.
Les données anémométriques d'une station reconnue mettent en évidence un vent de sud-ouest dominant en toutes saisons, et un vent de nord-est secondaire (surtout au printemps et en été), avec des vitesses comprises entre 3,3 et 5,5 m/s. Deux cas distincts ont donc été étudiés.
Le niveau de vitesse et la turbulence sont déterminants pour le confort : les forces induites par le vent peuvent gêner la progression du piéton, et les effets convectifs modifier les échanges thermiques (sensations de froid). L'échelle de Beaufort fournit une caractérisation qualitative utile, à pondérer par l'activité et la saison.
L'attention a porté sur les couloirs, coursives et balcons, et cours. À l'échelle du site, au rez-de-chaussée comme au premier étage, la configuration du collège atténue globalement les vitesses d'air, créant des conditions favorables au confort.
Les couloirs orientés parallèlement au vent créent des zones de survitesse par effet Venturi. De même, les cloisons en moucharabieh des balcons réduisent la section de passage et accélèrent le flux, générant un inconfort local, tout en réduisant légèrement les vitesses en extrémité de balcon.
La grande cour présente un bon confort global. Deux phénomènes sont relevés : le passage de l'air des couloirs à travers la galerie, et la déviation vers le sol du vent bloqué par le bâtiment central, dont l'interaction crée une zone d'inconfort modérée. Dans la petite cour, des recirculations accentuent l'inconfort en hiver mais apportent une fraîcheur bienvenue en été.
Boucle d'air fermée (tourbillon) qui se forme lorsque l'écoulement décolle d'un obstacle et revient sur lui-même. En cour, elle piège l'air : gênante l'hiver, elle procure une fraîcheur appréciée l'été.
L'analyse a identifié des zones d'inconfort localisées, principalement dans les couloirs nord-est, liées à l'orientation des circulations par rapport au vent dominant. Les cours et la majorité de la galerie offrent un confort satisfaisant.
EOLIOS a proposé plusieurs pistes sans altérer la qualité architecturale : repositionner ou reconfigurer les moucharabiehs les plus exposés, optimiser la perméabilité des cloisons ajourées (taux de vide), et étudier l'ajout d'éléments brise-vent dans les passages sensibles.
À retenir. l'inconfort est très localisé (couloirs nord-est, quelques balcons) tandis que cours et galerie restent confortables. Les corrections proposées jouent sur la porosité des cloisons ajourées, sans toucher à la qualité architecturale du site.
Les simulations CFD ont identifié avec précision les zones d'inconfort liées à la configuration du site (accélérations locales dans certains passages étroits et galeries ouvertes), tandis que les espaces extérieurs principaux présentent des conditions favorables. Les structures ajourées et matériaux poreux influencent notablement la répartition des flux.
Des améliorations ont été proposées pour réduire l'effet Venturi et les survitesses. L'étude confirme la pertinence de la modélisation CFD pour évaluer le confort piétonnier et l'importance d'intégrer l'aéraulique dès la conception architecturale, pour une meilleure intégration climatique du bâti.
Confort au vent, moucharabiehs et effet Venturi dans les circulations d'un collège.
Une rénovation modifie les circulations et l'exposition au vent. La simulation vérifie que les changements n'introduisent pas de courants d'air gênants dans les couloirs, coursives et cours, en toutes saisons. Voir notre dossier quels sont les effets du vent en ville.
Ces cloisons ajourées filtrent l'air selon un taux de porosité. Elles réduisent légèrement les vitesses en extrémité de balcon, mais en rétrécissant le passage elles peuvent aussi accélérer le flux, d'où l'intérêt de les modéliser finement.
Un couloir orienté parallèlement au vent agit comme un conduit : la section se réduit, l'air accélère et crée une zone de survitesse. Ce sont ces secteurs, surtout au nord-est, que l'étude cible pour améliorer le confort.
Pas systématiquement : dans la petite cour, les tourbillons accentuent l'inconfort en hiver mais apportent une fraîcheur bienvenue en été. L'enjeu est de doser, pas de tout supprimer.
Anticiper les effets du vent évite des correctifs coûteux et préserve la cohérence architecturale. Pour comprendre la méthode, voir qu'est-ce que la simulation CFD.
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Étude CFD du confort aéraulique d'un collège : écoulements d'air, zones de survitesse et confort des espaces extérieurs.
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