LA DÉFENSE – PARIS
Tour Hekla
Maîtrise d’ouvrage : Hines
Architecte : Ateliers Jean Nouvel
Description de la mission d’étude CFD
Le projet se situe en zone urbaine et possède de nombreux masques aérauliques proches. On relève un ensemble urbain dense avec des bâtiments de grande hauteur et de grande longueur à proximité.
Les études ont été menées afin de déterminer les conditions de confort au niveau du parvis et afin d’étudier le positionnement des éléments de reprise et de soufflage des systèmes CVC ainsi que pour la conception de mini CTA
Etude du vent autour d’un IGH
La construction d’immeubles de grande hauteur implique non seulement l’émergence de problèmes techniques et d’ingénierie directement liés à la construction et à l’exploitation, mais aussi un changement radical de la situation environnementale dans les territoires adjacents, notamment une modification de la situation microclimatique aux pieds du bâtiment.
Les simulations numériques de la dynamique des fluides (CFD) sont maintenant largement utilisées pour la prévision et l’évaluation des environnements de confort du vent pour piétons et de l’aérodynamique des immeubles de grande hauteur. Il existe différents types d’analyses de vent pouvant être effectuées à l’aide de CFD.
Les résultats de la simulation de vent CFD sont maintenant considérés comme des sources fiables de données quantitatives et qualitatives et sont fréquemment utilisés pour prendre des décisions de conception importantes. Cependant, pour avoir pleinement confiance dans ces décisions, une vérification et une validation approfondies des résultats du CFD sont nécessaires.
Le cas suivant est une géométrie simplifiée d’un complexe de bâtiments. Le modèle de zone urbaine traité ici était un bloc urbain réel dans la ville de La Défense, avec des bloc bâtiment encastrées les un à côté des autres et un immeuble cible de 220 m de hauteur.
Les écoulements autour d’un bâtiment résultent des interactions entre le vent et la structure bâtie. Par sa forme et sa disposition, le bâtiment modifie la distribution des différentes zones de pression et de vitesse comme illustré sur la figure suivante.
En termes généraux, la répartition des flux d’air autour du bâtiment (vent) est la suivante. En approchant du bâtiment, le vent ralentit, créant une pression positive (zone d’admission d’air). Dans le même temps, les courants d’air circulant autour de la partie haute et par les côtés sont accélérés. La séparation verticale de l’écoulement se produit à environ 2/3 de la hauteur du bâtiment, du côté sous le vent dont se forme, comme on le sait d’après les cours de physique scolaire, une zone approximativement triangulaire. Des tourbillons d’air se forment dans cette zone; le mouvement de l’air est turbulent. La différence de pression entre les côtés au vent et sous le vent crée une charge horizontale supplémentaire sur les structures de support.
Simulation CFD – Zone de dépression – bulle de sillage
Différentes zones perturbées peuvent être distinguées : sur les façades face au vent une zone de recirculation frontale en surpression, sur les côtés et la partie supérieure un décollement et une couche limite turbulente, sur les façades sous le vent une zone morte de dépression turbulente (bulle de sillage) suivie par une zone de sillage perturbée qui reprend peu à peu les caractéristiques de l’écoulement d’origine.
La turbulence se produit lorsque l’écoulement laminaire se sépare de l’obstacle (zone de séparation). On peut s’attendre à ce qu’il se produise, non seulement du côté sous le vent, mais aussi dans les coins et sur le toit. Plus le bâtiment est élevé, plus les masses d’air qui l’entourent sont volumineuses et, par conséquent, plus la vitesse du flux est élevée. En conséquence, ce régime de vent se forme autour des immeubles de grande hauteur qui diffère de ceux qui existait auparavant. La taille de ces zones dépend, comme mentionné précédemment, de la taille du bâtiment, de la vitesse du vent atmosphérique naturel (« gradient ») et des caractéristiques de rugosité de la surface sous-jacente (forêt, plaine, ville…), qui déterminent le changement (décalage) de la vitesse du vent en fonction de la hauteur.
Les bâtiments des zones urbaines ont des formes complexes et sont répartis de manière irrégulière, ce qui rend les tests physiques difficiles et coûteux. La précision des codes CFD augmentant régulièrement, la simulation est maintenant devenue un substitut viable.