Étude du confort aéraulique – Collège

Cette expertise a été mise à profit dans le domaine du confort aéraulique urbain, en s’appuyant sur une méthodologie rigoureuse et des modèles numériques de haute fidélité.
L’analyse a permis d’anticiper les phénomènes locaux pouvant affecter le ressenti des usagers tout en préservant la cohérence architecturale du site.
Grâce à ces simulations, EOLIOS a pu proposer des recommandations d’aménagement ciblées visant à réduire les accélérations locales du vent et à améliorer la qualité des espaces extérieurs.
Notre approche garantit une compréhension fine des interactions entre le vent et le bâti, essentielle pour concevoir des environnements confortables, résilients et durables.

EOLIOS est leader de la simulation CFD externe pour les Data Center. Nos études reposent sur un retour d'expérience de campagnes de mesure en conditions réelles et d'une centaine de sites simulés autour du monde.

Impacts du vent sur le confort piétonnier : étude CFD d’un collège en Île-de-France

Dans le cadre d’un projet de rénovation, EOLIOS a été sollicité pour analyser l’impact du vent sur le confort piétonnier au sein d’un collège en Île-de-France.

L’objectif principal de la mission consistait à caractériser les effets du vent afin d’assurer que les modifications apportées lors des rénovations n’impactent pas le confort piétonnier des usagers, et ceci en toutes saisons. Pour cela, deux configurations ont été prises en compte après étude des conditions météorologiques. Deux orientations de vents ont été sélectionnées en fonction de leur fréquence tout au long de l’année.

La simulation CFD a permis d’évaluer la distribution des vitesses autour des bâtiments pour ces deux directions de vent.

L’analyse s’est concentrée sur deux points critiques :

Identification des zones de survitesses impactant le confort piétonnier causées par l’agencement des différents bâtiments ;
Évaluation des effets propres à l’utilisation de différents matériaux utilisés à la construction des bâtiments ;

Comprendre le site avant l’étude CFD : un collège à la structure aérée et connectée

Géométrie et organisation architecturale du collège

Ce collège est constitué de deux parties distinctes. La galerie en spirale assure la liaison entre tous les bâtiments du site. Bien qu’elle protège les usagers de la pluie, elle reste ouverte au vent extérieur. Les bâtiments, quant à eux, sont connectés à cette galerie et remplissent différentes fonctions, notamment l’accueil des salles de classe, des espaces de pause et des zones de restauration. Le collège est composé de deux étages, certains avec des coursives ouvertes sur l’extérieur.

Les choix architecturaux au cœur de l’étude aéraulique

La caractérisation des matériaux et des structures employées dans une simulation CFD est essentielle. En effet, les propriétés de surface (rugosité, porosité ou perméabilité) peuvent influencer directement des phénomènes comme les pertes de charge. De plus, la géométrie du matériau joue un rôle crucial dans l’interaction du fluide avec la surface, qu’il s’agisse d’un mur plein, d’un grillage ou d’une autre configuration. Cette étape de caractérisation constitue donc un élément central de nos études.

Ici, trois matériaux ont été utilisés lors de cette simulation. La majorité du bâtiment est construite en béton, modélisé par un matériau opaque à l’air.

Les balcons sont protégés par des structures en moucharabieh, c’est-à-dire des parois impliquant un taux de passage d’air particulier, lié à la forme des cloisons. L’utilisation de tels matériaux passe par l’implémentation d’un taux de passage d’air spécifique dans la simulation.

Des mailles métalliques sont également utilisées au niveau de certains couloirs et passerelles. Ces mailles sont utilisées en tant que cloisons afin de séparer les différents espaces. De la même manière, l’utilisation de matéraux non opaques à l’air implique l’utilisation d’un taux de passage d’air spécifique dans les simulations.

Il es primordial de prendre en compte précisément tous les aspects de la structure, car ces caractéristiques influencent directement la distribution des vitesses d’air et le niveau de confort ressenti par les usagers.

Étude météorologique du site : rose des vents et caractérisation du confort

Trajectoire du vent autour d’un bâtiment

Usuellement, lorsque le vent vient heurter un bâtiment, trois zones principales de perturbation apparaissent. À l’avant, un vortex turbulent dû à l’écoulement descendant sur la face au vent. À l’arrière du bâtiment, une zone de turbulence s’étire dans la cavité de basse pression due à la séparation des écoulements au niveau des bords du bâtiment. Plus loin, le sillage du bâtiment est caractérisé par une turbulence élevée et des vitesses horizontales inférieures opposées à celles de l’écoulement non perturbé.

Ces phénomènes influencent le confort des usagers du collège, tant en raison de l’augmentation locale de la vitesse du vent que de l’imprévisibilité associée (turbulences et fluctuations). Ces phénomènes sont retrouvés tout au long de notre étude.

Effet Venturi : quand l’architecture accélère le vent

L’architecture du collège Saint-Exupéry, composée de multiples bâtiments reliés par des couloirs et galeries ouvertes, crée des conditions propices à ce que l’on appelle l’effet Venturi.

Ce phénomène se produit lorsque le vent est canalisé dans un passage étroit — comme un couloir ou un espace entre deux façades — provoquant une accélération locale du flux d’air.

Dans le cas du collège, certains couloirs parallèles au vent dominant ou reliant différentes zones du site agissent comme de véritables conduits naturels. Le vent y gagne en vitesse à mesure que la section de passage se réduit, générant parfois une sensation de courant d’air plus intense pour les piétons.

Ces effets, bien que localisés, influencent directement le confort des usagers dans les zones de circulation extérieures. Les simulations CFD réalisées par EOLIOS permettent d’identifier précisément ces zones d’accélération, afin d’en tenir compte dans les aménagements futurs.

Des exemples concrets de ces phénomènes sont présentés dans la suite de cette étude, illustrant comment la géométrie et la disposition des bâtiments peuvent transformer la dynamique du vent à l’échelle locale.

Étude des vents dominants et données météorologiques locales

Les données météorologiques ont été recueillies depuis une station météorologique reconnue. Seules les données anémométriques ont été relevées dans cette étude.

Les données météorologiques mettent en évidence un vent de sud-ouest sur site. Ce vent est dominant, quelle que soit la saison. Un vent de nord-est est également présent sur site ; cependant, il est secondaire, principalement au printemps et en été. Les données illustrent une vitesse de vent comprise entre 3,3 et 5,5 m/s en direction du sud-ouest et du nord-est.

Il est pertinent pour l’étude de prendre deux cas distincts : un avec un vent de sud-ouest et un second avec un vent de nord-est.

Schémas des différentes zones de turbulences autour d’un bâtiment

Étude des niveaux de confort

Les observations et expérimentations menées sur le terrain ou en laboratoire soulignent l’importance cruciale du niveau de vitesse et de la turbulence en ce qui concerne le confort. Les forces induites par le vent peuvent entraîner une sensation désagréable et entraver la progression du piéton. À titre d’exemple, l’échelle de Beaufort permet de détailler les manifestations mécaniques liées à différentes vitesses de vent, ainsi que les sensations ressenties. De plus, par leurs effets convectifs, les mouvements d’air autour d’une personne modifient les échanges entre le corps et l’ambiance : des sensations de froid peuvent alors être perçues.

Toutes ces notions sont cependant pondérées par l’état subjectif de l’individu, et sa sensation de confort ou d’inconfort dépend très largement de facteurs liés à son activité (niveau métabolique) ainsi qu’au climat ou à la saison (état thermique de l’ambiance). Malgré la subjectivité du ressenti, l’échelle de Beaufort fournit une caractérisation qualitative utile du confort et des effets perceptibles du vent sur les usagers.

Étude des effets du vent : accélérations locales et recirculations

Zones d’inconfort liées au vent dans les bâtiments

Pour cette étude une attention particulière a été apportée à l’inconfort dans les zones suivantes :

Les couloirs
Les coursives et balcons
Les cours

À l’échelle globale du site, au rez-de-chaussée ainsi qu’au premier étage, la configuration du collège contribue à atténuer la vitesse des écoulements d’air, créant ainsi des conditions favorables au confort des occupants.

Des phénomène spécifiques dans les couloirs

Les résultats des simulations mettent en évidence des phénomènes particuliers. Au rez-de-chaussée par exemple, les couloirs orientés parallèlement au vent créent des zones de survitesses. Ce phénomène est dû à la réduction de la section de passage l’air qui induit une accélération du flux : l’effet Venturi. Dans ces zones spécifiques, l’inconfort peut être plus marqué.

L’impact du cloisonnement sur le confort des usagers

De la même manière que précédemment, les cloisons en moucharabieh présentes sur les balcons (marquées en bleu), telles qu’elles sont positionnées, réduisent la section de passage de l’air qui entre sur le balcon, ce qui induit ici aussi une accélération du flux et donc un inconfort dans ces zones.

Par ailleurs, ces cloisons participent également à la réduction locale des vitesses d’air. En effet, ici la cloison réduit légèrement la vitesse du flux d’air à l’extrémité du balcon. Toutefois, cela ne permet pas de réduire significativement la zone d’inconfort dans la galerie.

Effets de recirculations dans les cours

Le rez-de-chaussée de la grande cour présente un bon confort global, bien que certains flux puissent influencer localement le confort.

Dans cette cour, deux phénomènes sont néanmoins à relever. Le premier est le passage de l’air depuis les couloirs à travers la galerie, qui ressort sous celle-ci dans la grande cour.

Le second résulte de la hauteur du bâtiment central, qui agit comme un obstacle en bloquant partiellement le vent. L’air, en frappant cette structure, est dévié vers le sol, où il rencontre le flux d’air issu du phénomène décrit précédemment. L’interaction entre ces deux courants entraîne leur remontée conjointe, créant une zone d’inconfort local modérée à cet endroit.

Dans la petite cour, des phénomènes de recirculations sont identifiés. Ces phénomènes peuvent participer à augmenter la sensation d’inconfort en hiver. Toutefois en été, ces courants d’air apporteront une fraîcheur bienvenue.

Analyse et proposition d’améliorations

Les besoins des usagers au cœur de la réflexion

L’analyse CFD a permis d’identifier plusieurs zones d’inconfort localisées, principalement au niveau des couloirs situés en partie nord-est du bâtiment. Ces zones sont directement liées à l’orientation des circulations par rapport au vent dominant, qui favorise l’apparition d’accélérations locales du flux d’air. Les effets de ces vents sont également perceptibles dans la galerie, notamment au niveau des intersections, où les usagers peuvent ressentir une gêne accrue lors de conditions météorologiques défavorables – typiquement au printemps, lorsque les vents de nord-est sont plus présents.

En revanche, les espaces extérieurs tels que les cours et la majorité de la galerie présentent un confort satisfaisant, avec des vitesses d’air globalement modérées et stables.

Sur la base de ces observations, EOLIOS a proposé plusieurs pistes d’amélioration destinées à renforcer le confort à l’usage du bâtiment, sans altérer la qualité architecturale du site :

Repositionner ou reconfigurer les moucharabiehs sur les couloirs les plus exposés, afin de réduire l’effet Venturi et les accélérations locales du vent ;
Optimiser la perméabilité des cloisons ajourées, en ajustant le taux de vide pour mieux équilibrer les flux d’air entre les espaces ;
Étudier, en complément, l’ajout d’éléments brise-vent ou de protections locales dans certaines zones de passage sensibles.

Ces ajustements permettent d’améliorer le confort des usagers au quotidien, tout en maintenant une bonne ventilation naturelle et une cohérence architecturale avec le projet initial.

EOLIOS vous accompagne – Anticipez les contraintes au vent pour tous vos projets

L’étude CFD menée sur ce collège a mis en évidence des zones d’inconfort localisées, notamment dans les couloirs et sur certains balcons, où l’effet Venturi entraîne une augmentation locale des vitesses de l’air et donc de l’inconfort. Les cours extérieures sont globalement bien abritées, bien qu’elles présentent des zones locales où l’écoulement est plus rapide. Cependant, ces phénomènes restent très localisés et n’affectent pas les autres espaces. De manière générale, la présence du collège contribue à réduire les vitesses d’air à l’échelle du site, ce qui favorise globalement le confort des occupants.

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.

Vous travaillez sur un projet où la prise en compte du vent est déterminante pour le confort des usagers ? Faites appel à notre expertise CFD pour sécuriser vos choix et optimiser vos interventions dès la phase d’étude.

En savoir plus sur ce sujet :

> Expertise : Mesure et simulation du confort piétionnier en milieu urbain

> Projet : Confort aéraulique d'un quartier de la Défense

> Projet : Confort aéraulique d'un rooftop parisien

Synthèse vidéo de l'étude

Résumé de l'étude

Les simulations CFD ont permis d’identifier avec précision les zones d’inconfort liées à la configuration du site. Des phénomènes d’accélération locale ont été observés dans certains passages étroits et galeries ouvertes. Les espaces extérieurs principaux présentent des conditions globalement favorables, avec des vitesses d’air modérées. Les structures ajourées et matériaux poreux influencent notablement la répartition des flux. Des améliorations possibles ont été proposées pour réduire l’effet Venturi et les zones de survitesses. Les résultats confirment la pertinence de la modélisation CFD pour l’évaluation du confort piétonnier. L’approche a permis de quantifier objectivement les niveaux de confort en fonction des orientations de vent dominantes. L’étude met en évidence l’importance de considérer l’aéraulique dès la conception architecturale. Les conclusions contribuent à une meilleure intégration climatique du bâti dans son environnement urbain. EOLIOS réaffirme son engagement à accompagner les maîtres d’œuvre dans la conception de projets confortables et performants.