Confort piétonnier — La Défense.

Les enjeux du confort au vent

Étude CFD du confort au vent en milieu urbain

Le confort au vent désigne la sensation de bien-être ressentie par les personnes exposées à des conditions venteuses. L'objectif est de trouver un équilibre entre une ventilation suffisante et des vitesses de vent excessives, afin de créer un environnement agréable et sûr. L'étude vise à comprendre les caractéristiques du vent — vitesse et direction — ainsi que l'impact des obstacles environnants sur les écoulements, pour concevoir des espaces extérieurs (ou intérieurs) optimaux.

L'étude du confort au vent est essentielle dans la conception des bâtiments, en particulier dans les zones urbaines denses comme La Défense, à Courbevoie. Construire dans de tels environnements impose de comprendre l'impact des obstacles (bâtiments voisins) sur les écoulements et sur le confort des personnes présentes sur le site.

Étude du potentiel éolien — La Défense

Évaluer le potentiel éolien d'un site et étudier le confort au vent sont deux aspects complémentaires. L'évaluation du potentiel éolien nécessite de comprendre les caractéristiques du vent : analyser la fréquence des différentes classes de vitesse et déterminer la disponibilité du vent permet d'évaluer la faisabilité d'un projet éolien.

L'étude du confort au vent, elle, évalue l'impact du vent sur le bien-être et la sécurité des personnes présentes. L'un des objectifs de l'étude EOLIOS était de comprendre les caractéristiques quotidiennes du vent sur la zone du projet. Les données d'une station météorologique représentative de la région ont permis de déterminer les vitesses moyennes annuelles, les directions dominantes, les périodes de rafales et les fréquences de vitesses et de directions.

Rugosité du terrain et effet Venturi

Définir les caractéristiques du vent

Pour les études numériques de confort au vent, il est essentiel de définir précisément les conditions aux limites : délimiter le domaine de simulation en tenant compte des caractéristiques géographiques et urbaines, spécifier la rugosité du sol, intégrer les données météorologiques, définir les propriétés des bâtiments et des obstacles, et préciser les zones de sortie d'air. La prise en compte de la variabilité météo et de détails précis permet des simulations réalistes et des résultats plus fiables.

La couche limite atmosphérique

Pour appliquer les bonnes conditions aux limites, il faut comprendre le profil de vitesse du vent près du sol. Le vent se décrit par la notion de couche limite atmosphérique, divisée en trois sous-couches. La couche externe (sous-couche inertielle) mesure environ un kilomètre d'épaisseur. En dessous, la couche limite de surface (10 à 100 m) présente un fort gradient de vitesse et de température. Enfin, la sous-couche rugueuse, de quelques mètres, est affectée par les obstacles de surface.

Au sol, le vent est ralenti par la rugosité et les obstacles. Au-dessus de la couche rugueuse, dans les couches d'air non perturbées du vent géostrophique, le vent n'est plus influencé par la surface terrestre. Entre les deux, la vitesse évolue avec l'altitude selon un profil logarithmique, appelé cisaillement vertical du vent.

Définir les paramètres de rugosité

La rugosité du terrain joue un rôle crucial dans l'étude du confort au vent. Elle est définie par l'ensemble des obstacles — bâtiments, arbres et autres éléments — qui affectent l'écoulement du vent à la surface. Plus la rugosité est élevée, plus le vent est ralenti. Elle influence la forme du profil vertical de vitesse, qui augmente avec la distance au sol. Il est donc important de la prendre en compte pour obtenir le profil de vent le plus réaliste possible.

L'annexe de l'« Eurocode Vent » propose des valeurs de rugosité selon la nature de l'environnement.

Identifier les effets Venturi à l'échelle urbaine

Dans les zones fortement urbanisées à forte concentration de bâtiments, l'effet Venturi joue un rôle important : la présence des bâtiments réduit la section de passage du vent, ce qui accélère son écoulement. Ces zones de survitesse doivent être prises en compte lorsqu'on évalue le confort et la sécurité des usagers.

Étude de la sécurité au vent des usagers

Les études de vent jouent un rôle crucial dans la sécurité des installations et des structures. Comprendre les caractéristiques du vent — vitesse, direction et impact sur les obstacles environnants — permet d'évaluer les risques liés aux conditions venteuses. En identifiant les zones exposées à de fortes vitesses, des mesures de sécurité adaptées peuvent être mises en place pour protéger les personnes et les biens.

Les études de vent permettent également de concevoir des structures résistantes aux charges de vent, réduisant les risques de dommages ou de défaillance. Une analyse approfondie dès la phase de conception garantit la sécurité des occupants et fixe des standards de construction adaptés. Dans le cadre de ce projet, garantir la sécurité des occupants, en particulier des enfants, est primordial.

Simulation numérique du confort au vent

Simulation CFD autour du modèle 3D du projet et du quartier

EOLIOS Ingénierie a modélisé les écoulements de vent aux abords du projet à l'aide d'un modèle de mécanique des fluides numérique (CFD). Ce modèle a permis de résoudre les équations fondamentales de la dynamique des fluides et d'obtenir une simulation précise des flux d'air, afin d'étudier le confort au vent.

En reproduisant fidèlement la géométrie 3D du quartier — bâtiments existants et bâtiments du projet — EOLIOS a obtenu des résultats détaillés sur le confort au vent. Cela a permis de quantifier l'impact du projet et d'identifier les zones les plus exposées. Les résultats ont montré que certaines zones étaient fortement affectées par les vents de sud-ouest.

À l'inverse, les terrasses se sont révélées relativement protégées du vent dominant, et la zone nord du site bénéficie également d'une certaine protection grâce aux bâtiments du projet.

Solutions proposées pour améliorer le confort

Des simulations avec solutions pour améliorer le confort des usagers

Pour les zones les plus exposées aux vents de sud-ouest, EOLIOS a recommandé des protections complémentaires. Sous forme de brise-vent ou d'aménagements paysagers, elles réduisent la vitesse du vent et créent des zones plus confortables. En modifiant les écoulements et en minimisant les turbulences, ces solutions rendent les activités extérieures plus sûres et agréables.

Pour les terrasses et espaces extérieurs exposés au vent, EOLIOS Ingénierie a recommandé une conception adaptée : utilisation de murs pour créer des zones protégées et d'espaces végétalisés formant une barrière naturelle. Ces aménagements créent des environnements propices aux activités extérieures, même par vent soutenu.

Ces solutions améliorent le confort des usagers tout en optimisant l'usage des espaces extérieurs aux abords du projet — des lieux plus conviviaux et attractifs. En tenant compte de l'exposition au vent et de la rugosité du sol, et en proposant des protections complémentaires, EOLIOS garantit des espaces agréables et sûrs, conformes aux exigences du CCTP.