Prototype — Cheminée de ventilation naturelle.

Étude climatique

Une analyse climatique du site précède les simulations : le vent souffle principalement du Sud-Ouest, avec un second vent dominant de Nord-Est. Après identification des vents dominants, on mesure leur intensité (vitesse moyenne, mini et maxi) pour étudier les cas extrêmes. Les résultats présentés correspondent à un vent de Sud-Ouest à 6 m/s, le plus fréquent.

Modèle 3D et masques aérauliques

Il est crucial de prendre en compte les bâtiments voisins, qui jouent le rôle de masques aérauliques : ils créent des zones de pression variée et des turbulences influençant direction et vitesse du vent. Leur modélisation précise permet de déterminer zones d'ombre du vent (flux réduit) et canaux de vent (flux accéléré), et d'identifier les meilleures positions d'ouvertures de ventilation.

Dimensionnement

Le dimensionnement des conduits est essentiel à une ventilation efficace. La CFD permet de vérifier ce dimensionnement et de tester plusieurs systèmes et configurations — bien plus simple en phase de simulation qu'une fois les conduits installés.

Essai de 4 types de cheminées en CFD

Quatre cheminées de 4 m de hauteur ont été comparées (surfaces de captation et tailles de conduits équivalentes, pour ne comparer que l'efficacité de tirage) : un conduit rectangulaire à capot plat, deux conduits cylindriques (capot demi-sphérique fixe et rotatif), et une cheminée de façade à 2 orientations.

La cheminée à capot rotatif crée le plus de tirage : un débit de sortie environ deux fois supérieur aux capots fixes, indépendamment de la direction du vent — le capot s'orientant toujours dans les conditions optimales. La cheminée de façade, très dépendante de l'orientation du vent, peut fonctionner en entrée ou en sortie d'air.

Simulations et résultats

Pour un vent de Sud-Ouest à 6 m/s, les surfaces rouges indiquent les cheminées les plus impactées (les autres, en aval, le sont moins). Les vitesses dans les conduits mobiles sont plus élevées que dans les conduits fixes. Pour les cheminées fixes, le conduit le plus long (1er étage) ne délivre que 0,7 Vol/h — bien en deçà des 5 Vol/h attendus —, seul le plus court (5e étage) s'en approche.

Au global, la ventilation par cheminées fixes fonctionne deux fois moins bien que par cheminée mobile, et le 1er étage n'est quasiment pas ventilé en fixe. Avec la coiffe mobile, les conduits correctement dimensionnés atteignent l'objectif de 5 Vol/h.

Simulation de la décharge nocturne

La décharge nocturne est un refroidissement passif exploitant la baisse des températures extérieures la nuit pour évacuer la chaleur accumulée en journée. Pour un scénario réaliste, une différence de 10 °C a été simulée (intérieur 28 °C, extérieur 18 °C), créant un gradient thermique propice à la circulation de l'air via les cheminées et ouvertures.

Les résultats identifient les zones correctement ventilées (températures proches de l'extérieur, refroidissement efficace) et les zones faiblement brassées (températures résiduelles ~28 °C). La décharge nocturne s'avère efficace sur la majeure partie du bâtiment ; EOLIOS a établi des bonnes pratiques (gestion des ouvertures, ajustement des débits) pour maximiser le rafraîchissement passif.