{"id":1962,"date":"2017-09-28T22:04:46","date_gmt":"2017-09-28T22:04:46","guid":{"rendered":"http:\/\/www.benoitchauvin.com\/?p=1962"},"modified":"2017-09-28T22:13:34","modified_gmt":"2017-09-28T22:13:34","slug":"vent-cyclonique-et-impact-sur-les-toitures","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.benoitchauvin.fr\/wordpress\/vent-cyclonique-et-impact-sur-les-toitures\/","title":{"rendered":"Vent cyclonique et impact sur les toitures"},"content":{"rendered":"

Le passage des cyclones Irma et Maria a d\u00e9vast\u00e9 une grande partie du b\u00e2ti des \u00eeles qu\u2019ils ont touch\u00e9es. Il est int\u00e9ressant d\u2019examiner les d\u00e9g\u00e2ts occasionn\u00e9s et de les comparer \u00e0 la th\u00e9orie sur l\u2019\u00e9coulement des fluides, afin d\u2019en tirer des enseignements pour limiter l\u2019impact des prochains cyclones.<\/p>\n

Tout d\u2019abord, rappelons que ces deux cyclones, de force 5, \u00e9taient tr\u00e8s puissants, avec des vents soutenus de 297 km\/h dans le mur et des rafales de 360 km\/h (pour Irma). La pression moyenne exerc\u00e9e sur un objet situ\u00e9 dans un tel champ de vitesse est \u00e9norme. Le th\u00e9or\u00e8me de Bernoulli permet d\u2019approximer le surcro\u00eet de pression moyenne exerc\u00e9e par un tel vent \u00e0 \u00a0\u00bd \u1d68\u1d652, o\u00f9 \u1d68 mesure la densit\u00e9 de l\u2019air et \u1d65 la vitesse du vent. Par rapport \u00e0 un cyclone de cat\u00e9gorie 1-2, avec un vent soutenu de 150 km\/h, la puissance moyenne des vents est donc multipli\u00e9e par 4\u00a0!<\/strong>\u00a0 Le calcul donne une estimation de pr\u00e8s de 6000 Pascals, soit 600 kg\/m2.<\/p>\n

Ces chiffres expliquent globalement l\u2019ampleur des d\u00e9g\u00e2ts observ\u00e9s, le fait qu’un certain nombre de b\u00e2tis se sont effondr\u00e9s sous l\u2019effet de la pression, et que de nombreux toits ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9coll\u00e9s, totalement ou partiellement.<\/p>\n

L\u2019existence de tornades\u00a0localis\u00e9es a aussi \u00e9t\u00e9 \u00e9voqu\u00e9e. Dans de tels \u00e9coulements, la d\u00e9pression est accrue, la vitesse des vents aussi, et les d\u00e9g\u00e2ts sont consid\u00e9rables. Cela pourrait expliquer que certains b\u00e2timents aient \u00e9t\u00e9 totalement d\u00e9truits alors que d\u2019autres tr\u00e8s proches et \u00e0 la construction similaire sont rest\u00e9s dans \u00a0un \u00e9tat correct.<\/p>\n

Je mets de c\u00f4t\u00e9 l\u2019analyse de ces ph\u00e9nom\u00e8nes plus complexes et me concentre pour la suite sur les effets des \u00e9coulements laminaires.<\/p>\n

Quand un vent fait face \u00e0 un \u00e9l\u00e9ment, un mur par exemple, il se comporte de la sorte\u00a0:<\/p>\n

\"\"
\nLe tourbillon \u00e0 l\u2019avant du mur cr\u00e9e une forte pression positive (avec les effets observ\u00e9s sur les volets et baies vitr\u00e9es). Et \u00e0 l\u2019arri\u00e8re de l\u2019obstacle on observe une pression moindre que la moyenne du milieu environnant.
\nSi maintenant l\u2019\u00e9coulement laminaire arrive sur un toit\u00a0:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

On observe que pour les toits \u00e0 forte pente, l\u2019\u00e9coulement se traduit par une pression positive sur la face expos\u00e9e du toit, et une l\u00e9g\u00e8re d\u00e9pression \u00e0 l\u2019arri\u00e8re. Les toits sont faits pour r\u00e9sister \u00e0 des pressions positives, qui contribuent \u00e0 plaquer la t\u00f4le ou le rev\u00eatement sur la charpente. Donc il n\u2019y a pas de probl\u00e8me d\u2019effondrement, la charpente \u00e9tant g\u00e9n\u00e9ralement con\u00e7ue pour \u00eatre r\u00e9sistante.<\/p>\n

Pour les toits moins pentus, l\u2019\u00e9coulement laminaire exerce un effet de succion sur le toit, sur le m\u00eame principe que la portance d\u2019une aile d\u2019avion. Et \u00e0 l\u2019extr\u00eame, pour les toits plats, la d\u00e9pression se m\u00e9lange avec la zone de pression n\u00e9gative exerc\u00e9e sur l\u2019ensemble du b\u00e2timent.<\/p>\n

Autrement dit, la th\u00e9orie nous explique que plus un toit est pentu, moins il y a de force d’aspiration qui s\u2019exerce<\/strong>.<\/p>\n

Si on se base sur les abaques, le coefficient de pression relative est nul pour un angle de toiture de 45\u00b0. Pour un angle de 30\u00b0, une force d\u2019aspiration \u00e9quivalente \u00e0 20% \u00e0 50% de la pression moyenne s\u2019exerce sur le toit\u00a0: 20% dans la partie haute du toit, 50% dans la partie basse, donc plus sollicit\u00e9e.
\nPour une inclinaison de toiture 15\u00b0, la force de d\u00e9collement est \u00e9quivalente \u00e0 la pression moyenne ext\u00e9rieure en partie basse, 30% en partie haute.
\nCes calculs s\u2019appliquent \u00e0 des vents orient\u00e9s perpendiculairement \u00e0 la toiture (cas d\u2019une toiture \u00e0 2 pans).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Toits \u00e0 faible pente, expos\u00e9s face au vent<\/em><\/p>\n

La construction en 4 pans avec une forte pente permet donc de limiter les effets de d\u00e9collement du toit, quelle que soit la direction du vent.<\/strong><\/p>\n

Pour les vents obliques, par exemple venant \u00e0 45\u00b0, les effets sont mixtes\u00a0:
\n\"\"
\nOn observe une d\u00e9pression tr\u00e8s forte sur l\u2019angle d\u2019attaque du vent. Et la traduction r\u00e9elle du graphique ci-dessus :<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Toit expos\u00e9 d\u2019abord \u00e0 des vents venant \u00e0 45\u00b0, qui ont ab\u00eem\u00e9 la partie basse et plate conform\u00e9ment au graphique ci-dessus,
\n<\/em>puis, apr\u00e8s l\u2019\u0153il, par des vents de Sud qui ont mis \u00e0 mal la partie plus pentue, directement expos\u00e9e et d\u00e9j\u00e0 ab\u00eem\u00e9e.
\n<\/em><\/p>\n


\nToutes ces consid\u00e9rations th\u00e9oriques sont confort\u00e9es par les observations sur le terrain\u00a0:
\n<\/strong>– plus les toits sont pentus mieux ils ont r\u00e9sist\u00e9, si on ne tient pas compte des impacts d\u2019objets volants. Les casquettes ont le plus souvent c\u00e9d\u00e9.
\n– les anciennes cases en bois respectent ces r\u00e8gles de construction et d\u00e8s lors que leur structure globale \u00e9tait solide, elles ont relativement bien r\u00e9sist\u00e9. De m\u00eame pour les habitations inspir\u00e9es de l\u2019architecture des cases \u00e0 vent\u00a0: des ch\u00e9neaux qui \u00ab\u00a0prot\u00e8gent\u00a0\u00bb un toit lui-m\u00eame pentu.
\n– pour les toits qui se sont partiellement envol\u00e9s, les parties du toit qui se sont d\u00e9coll\u00e9es se situent g\u00e9n\u00e9ralement en partie basse du toit et sur les angles.
\n– les toits \u00ab\u00a0petits\u00a0\u00bb semblent avoir mieux r\u00e9sist\u00e9 que les toits d\u2019une plus grande surface.<\/p>\n

La nouvelle carte d\u2019urbanisme rappelle la n\u00e9cessit\u00e9 du toit 4 pentes, avec une pente de toit comprise entre 30 et 45\u00b0. Elle pr\u00e9conise aussi la construction des habitations en plusieurs modules.
\nAu-del\u00e0 du respect de la tradition, de l\u2019esth\u00e9tique globale des quartiers et de l\u2019int\u00e9gration du b\u00e2ti dans le paysage, on v\u00e9rifie que ces r\u00e8gles \u00ab\u00a0de bon sens\u00a0\u00bb contribuent \u00e0 limiter les risques de d\u00e9g\u00e2ts occasionn\u00e9s par les vents forts.<\/strong><\/p>\n


\n<\/strong>Cette r\u00e9flexion rapide sur l\u2019impact des vents cycloniques sur les toitures permet d\u00e9j\u00e0 de tirer des enseignements instructifs et des pistes de r\u00e9flexion suppl\u00e9mentaires. Elle m\u00e9riterait d\u2019\u00eatre approfondie par des calculs plus pr\u00e9cis, \u00e9tendue aux b\u00e2timents industriels, argument\u00e9e par un inventaire plus exhaustif des d\u00e9g\u00e2ts occasionn\u00e9s sur le b\u00e2ti du territoire.
\nLes observations pourraient alors \u00eatre corr\u00e9l\u00e9es avec le positionnement g\u00e9ographique et l\u2019environnement des constructions. On pourrait ainsi param\u00e9trer les effets de site et y moduler la vitesse du vent, par exemple en distinguant les zones abrit\u00e9es de celles soumises \u00e0 effet Venturi. Typiquement, une construction en cr\u00eate de morne ou dans une coul\u00e9e orient\u00e9e dans le sens du vent sera soumise \u00e0 un vent plus violent, et donc avec des risques \u00e0 l\u2019avenant (du carr\u00e9 de la vitesse).<\/p>\n

Cette r\u00e9flexion m\u00e9riterait aussi d\u2019\u00eatre compl\u00e9t\u00e9e par une \u00e9tude des cons\u00e9quences du vent sur les fa\u00e7ades (murs, baies vitr\u00e9es, huisseries, etc\u2026), qui ont \u00e9t\u00e9 l\u2019autre point de fragilit\u00e9 le plus souvent observ\u00e9.<\/p>\n

Pour aller plus loin\u00a0:
\nPressions du vent et ph\u00e9nom\u00e8nes d’aspiration sur les toits<\/a>
\nActions du vent sur les structures<\/a>
\nEfforts climatiques, effets du vent<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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