LE VENT ET SON ORIGINE

I.1. Le vent à l’échelle atmosphérique :Origine du vent

C’est un déplacement d’air horizontal généré par des différences de pression entre des masses d’air : l’air s’écoule des zones de hautes pressions (anticyclone) vers les zones

de basses pressions (dépression). L’écoulement n’est pas rectiligne mais il prend une forme de « S »1, à cause de la force de Coriolis2. Cette force provoque une déviation qui entraîne l’air de l’hémisphère nord d’un mouvement horaire autour des anticyclones vers un mouvement antihoraire autour des dépressions et dans le sens inverse dans l’hémisphère sud

Anticyclones (A) et Dépressions (D) et mouvements de l’air

Le vent dans la couche limite atmosphérique:

On appelle couche limite atmosphérique (C.L.A) la zone de l'atmosphère entre la surface (terre ou mer), où la friction ralentit le déplacement de l'air, et l'atmosphère libre où cette dernière devient négligeable.

Représentation schématique de la couche limite atmosphérique

Elle est définie comme la partie de l'atmosphère où la présence du sol perturbe le champ de vitesse du vent1. En résumé, son épaisseur, varie de quelques centaines de mètres à plusieurs kilomètres en fonction de la vitesse du vent, de la rugosité des sols, de l'ensoleillement variable suivant les lieux et l'heure de la journée.

Types de ventIl existe trois (03) grandes familles des

vents : les vents dominants, les vents saisonniers et les vents locaux.

Vents dominants Les vents dominants sont des phénomènes

observables sur plusieurs centaines de kilomètres et ils fluctuent sur des périodes de l’ordre de la journée. Ils sont considérés comme des phénomènes climatiques de grande échelle.

Vents saisonniers

Les vents saisonniers sont des vents qui soufflent par saison. Les masses d'air qui se trouvent au-dessus des continents sont plus chaudes l'été et plus froides l'hiver que les masses d'air situées au-dessus des océans voisins. En été, les continents deviennent des zones

de basses pressions, avec des vents provenant des océans plus froids. En hiver, les continents deviennent des zones de hautes pressions, avec des vents dirigés vers les océans plus chauds.

Vents locaux Ce type de vents agissent sur de petites

étendues et sont le résultat de la géographie particulière à une région; on les nomme alors les vents locaux comme des brises de terre/mer ou de montagne/vallée

Les brises de terre et de mer : Ce sont des vents locaux spécifiques qui se

produisent à proximité des littoraux. Ils sont engendrés par la différence de température entre la surface de la terre et la surface de la mer

La brise de mer

La brise de terre La nuit, le sable se refroidit très rapidement.

Par contre, la mer qui a accumulé beaucoup d'énergie perd lentement de la chaleur durant la nuit. La surface de la mer devient donc légèrement plus chaude que la terre. Les niveaux de pression au-dessus de celle-ci

descendent, car l'air se contracte en se refroidissant. Suivant le même mécanisme, une circulation inverse à celle de la brise de mer, mais plus faible, s'installe : c'est la brise de terre.

La brise de terre

La formation de la turbulence d’obstacle

La turbulence de cisaillement

DéfinitionLe vent est définit comme "un déplacement

de l’air s’effectuant surtout horizontalement de la haute vers la basse pression. Plus la haute pression est proche de la basse pression, plus le vent est fort.

Le vent peut être mesurer en m/s ou en km/h, il est variable et instable , il présente plusieurs direction et peut être schématisé sur ce qu’on appelle ROSE DES VENT

Exemple d’une rose des vents

Ecoulement laminaire, turbulent et tourbillonnaire

Concentration du vent au sommet de la colline et entre deux collines.

Effet de rétrécissement

Effet de canalisation

Effet de pente

LE VENTEN MILIEU URBAIN

Structure de l’écoulement autour d’un cube

On peut ainsi distinguer: Une zone en amont du bâtiment : le vent suit un

écoulement laminaire ou tous les filets fluides sont quasiment parallèles ;

Une zone de détournement de l’écoulement moyen, de part et d’autre

du bâtiment : le vent prend de la vitesse mais reste en régime laminaire;

Une zone tourbillonnaire dans laquelle le vent devient turbulent : les filets fluides perdent leur parallélisme et prennent des directions différentes ;

Une zone de cisaillement liée aux phénomènes visqueux le long des murs ;

Une zone décollée avec recirculation due aux écoulements complexes le long des parois et qui dépend des aspérités le long des murs ;

Des décollements au niveau des angles vifs du bâtiment

Image d’un essai en soufflerie pour un ensemble de bâtiments

Potentiel de ventilation d’un bâtiment en fonction de l’éloignement d’un obstacle aéraulique

Obstacles bas:Un obstacle est dit bas lorsque sa hauteur ne

dépasse pas 15 m. Quand le vent rencontre cet obstacle, il a tendance à passer par-dessus.

On remarque que les filets d’air vue de dessus sont peu perturbés.

Trajectoire de l’écoulement du vent autour de deux bâtiments haut et bas

Distances à respecter pour favoriser la ventilation naturelle d’un ensemble de bâtiments.

Effet des obstacles ayant des profils variant

Effet de rouleau tourbillonnaire

Effet des obstacles combinés

La valeur du facteur ψ en milieu urbain selon le type de construction

Effet de trous et pilotis sous immeuble

La zone partiellement exposée s’étendsur une aire de H x 2 de chaque coté de la forme.

Effet de coin Effet de sillage

15m ≤ H ≤ 35m.

Ce phénomène pourra exister dans le cas de la hauteur H < 25 m,et la longueur minimum de la barre L > 8H

Effet de barre.

Effet de Venturi Effet de liaison

Dans ce phénomène, l'ouverture face au vent et la disposition en angle des constructions ayant une hauteur moyenne H > 15 m et une longueur minimale des deux bras (L1 + L2 > 100 m), forment une sorte de canal collecteur de vents. Cet angle est la zone la plus critique vis-à-vis du confort aéraulique car la vitesse de l'air y est considérable.

Effet de liaison de zones de pressions différentes Il s’agit d’une disposition décalée de deux

constructionsparallèles, (H=15m, d ≤ H) créant un couloir

de liaison entre eux lié au champ de pression existant entre la façade sous le vent du bâtiment amont et la façade au vent du bâtiment en aval. La zone de chevauchement ayant une pression négative liera le flux arrivant des zones positives. Un écoulement entre les zones se crée.

Effet de canalisation

Impact du tracé des rues et de l’implantation des bâtiments sur leur ventilation

Effet d’entonnoirs à vent La plantation des arbres peut permettre de canaliser le vent,

et même d’augmenter sa vitesse, afin de favoriser la ventilation naturelle du bâtiment. Cependant, nous pouvons noter que des arbres isolés peuvent engendrer une augmentation locale de la vitesse du vent.

En effet, au lieu de réduire la vitesse du vent, on constate une augmentation des courants d’air à la base des arbres (au niveau du tronc)

Entonnoir à vent, et accélération de la vitesse par la végétation

Utilisation de la végétation pour protéger la construction

Ventilation naturelleLa ventilation naturelle est le moyen de ventiler le

plus élémentaire. Celle-ci est basée sur le simple fait que l’air chaud monte pour être évacué automatiquement par des ouvertures disposées à des endroits stratégiques. Ce principe ne nécessite alors aucune  source d’énergie et s’effectue sans aucune nuisance sonore.

La ventilation naturelle consiste à créer des courants d'air dans le logement en utilisant des mécanismes simples tels que le vent ou le tirage thermique.

La ventilation naturelle convient parfaitement  dans l’industrie, les centres commerciaux, les centrales thermiques, les bâtiments d’exposition, les entrepôts, les hôpitaux, les maisons de repos, et bien sur aussi pour  les maisons individuelles.

Le phénomène de convectionLa ventilation naturelle repose alors sur ce phénomène unique, le phénomène de convection qui améliore le confort d’un bâtiment en créant des courants d’air, c’est à dire en mettant l’air en mouvement sans force mécanique

Les différents types de ventilation naturelle

Ouverture des fenêtres : c'est le procédé d'aération le plus simple. C'était d'ailleurs le seul principe de ventilation pendant longtemps, l'étanchéité des logements laissant en outre à désirer

Ventilation traversante : des entrées d'air sont placées face au vent dominant (les sorties à l'opposé). L'organisation des pièces se doit d'être adaptée en situant les pièces de vie côté vent dominant.

Une efficacité de ventilation en fonction du terrain et de la forme de la toiture

Tirage thermique : le principe est que l'air chaud monte car il est plus léger que l'air froid. Ce dernier se réchauffe à son tour et ainsi de suite. Des entrées d'air sont placées en bas des murs. Des bouches et un conduit vertical évacuent l'air par le toit. Ce mécanisme se retrouve dans les maisons équipées d'une cheminée dont le conduit est ouvert.

Vent et tirage thermique associés : l'effet de tirage du conduit vertical est renforcé par un extracteur qui crée une dépression supplémentaire en tournant sous l'impact du vent. C'est un système de ventilation naturelle très répandu.

D'autres techniques visent à créer une dépression localisée, sous l'effet du soleil notamment. C'est le cas dans le principe du mur Trombe (ou Trombe-Michel).

ventilation en piston. Il correspond à un déplacement de l’air vicié par l’air frais. De l’air un peu plus frais que l’air ambiant est amené dans la pièce par des bouches en partie basse. L’air frais se répartit sur le plancher sur toute la surface de la pièce. la chaleur dégagée par les occupants et les autres sources de chaleur,  entraine l’air vers le haut. La chaleur et les polluants sont alors évacués. Si le plafond est assez haut, l’air frais arrive à hauteur du visage des occupants. L’inconvénient d’un tel système est un ressenti possible d’une trop grande différence de température entre les pieds et la tête.

la ventilation en mode «mélange», elle permet d’obtenir une homogénéité parfaite dans la pièce. Ce système dépend alors de la vitesse à laquelle l’air est soufflé dans la pièce. L’air doit être ainsi arrivé à une vitesse relativement élevée par des grilles ou des diffuseurs, ce qui permet sa diffusion dans l’ensemble du volume de la pièce.Il faut éviter sur les courts-circuits qui peuvent se produire. Les courts circuits correspondent au fait de laisser des zones non ventilées, des zones dites « mortes ».  Ce phénomène s’explique la plupart du temps par des bouches d’entrées et de sorties trop proches les unes de les autres.

PISTONMELANGE COURTS CIRCUITS

On se sert d’une ventilation mécanique dans les grands espaces

UN GROUPEMENT DE MAISON CONCU POUR REPONDRE AU EXIGENCES DES VENTS ET DE LA VENTILATION NATURELLE

La ventilation : pourquoi ?Renouveler l'air que nous respirons dans la

maison est indispensable pour plusieurs raisons :Apporter de l'air neuf, nécessaire à notre

respirationÉliminer l'excès d'humidité lié à la respiration

humaine, au fonctionnement des équipements et appareils électroménagers (sèche-linge, etc.), ou à d'autres facteurs comme des infiltrations ou remontées depuis le sol. Un excès d'humidité provoque des moisissures et augmente le risque d'allergie.

Évacuer les odeurs et les polluants qui peuvent s'accumuler. Parmi eux :

le tabac, les composés organiques volatils, le monoxyde de carbone (CO) : gaz incolore et inodore

potentiellement mortel. Cet « ennemi invisible » peut provenir d'appareils de chauffage défectueux ou d'un défaut d'évacuation des gaz brûlés,

le radon : gaz radioactif naturel surtout présent en Bretagne ou dans les régions montagneuses. Il peut s'accumuler dans l'habitat en remontant via des fissures ou des canalisations.

Fournir aux appareils à combustion l'oxygène nécessaire à leur fonctionnement sans danger pour leurs utilisateurs.

La chaleur et le vent• L’air chaud est plus léger que l’air froid. Il monte et, ce faisant, aspire l’air froid qui le remplace, se réchauffe à son tour, etc. C’est le « tirage thermique ».• Le vent provoque une pression qui vous bouscule les jours de tempête lorsque vous lui faites face. Derrière vous, se crée une dépression, pour tenter d’équilibrer la « perturbation » que votre corps constitue. Dans un bâtiment, le vent crée une pression contre la façade exposée et une dépression de l’autre côté.

Les avantagesLa ventilation naturelle ne consomme pas d’électricité. Son fonctionnement est silencieux. L’entretien est pratiquement inexistant. La réalisation de l’installation est économique. Et cela ne coûte rien à l’usage.

Ventilation naturelle en utilisant une tour à vent

Le puits canadien / provençal