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Effets de l’air extérieur sur le bâti

Par Roger CADIERGUES – Consultant et Ancien directeur général du COSTIC

Cette chronique fait un point théorique et pratique sur les effets de l'air extérieur sur le bâti. Ces dispositions sont souvent importantes pour étudier les installations aérauliques intérieures. Le PDF suivant en libre téléchargement examine également les propriétés de l'air ainsi que les types de réseaux aérauliques



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L'air et l'aéraulique



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La perméabilité à l'air

Pression extérieure et pression intérieure Bien que dans tous les calculs aérauliques la pression de l'air soit toujours prise égale à la pression atmosphérique normale (fonction de l'altitude) il peut exister entre différentes ambiances des écarts de pression de quelques pascals, sinon de quelques dizaines de pascals. C'est une donnée généralement importante, en particulier lorsqu'il s'agit d'évaluer la différence de pression existant entre l'extérieur et l'intérieur. Dans ce cas trois paramètres jouent un rôle fondamental :
. la différence de pression («tirage») due à la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur,
. la différence de pression due à l'effet du vent sur les parois,
. la plus ou moins grande perméabilité à l'air des parois extérieures (voir ci-dessous).

La perméabilité aéraulique
La manière la plus productive d'exprimer cette perméabilité des parois extérieures est d'utiliser un diagramme tel que celui figurant ci-dessous, reprenant statistiquement les données recueillies par J. Mouret et par l'auteur sur des constructions classiques

Signification des symboles du schéma ci-dessus :
1. fenêtre moyenne classe A0 (ancienne norme)
2. fenêtre moyenne classe A1 (ancienne norme)
3. fenêtre moyenne classe A2 (ancienne norme)
4. paroi en bois assez peu étanche
5. fenêtre moyenne classe A3 (ancienne norme)

Observations pratiques
D'une manière générale ce sont les fenêtres, les portes défaillantes, et surtout les coffres de rideaux mal surveillés qui sont à la source des inétanchéités les plus marquantes. D'une manière générale, la mauvaise étanchéité est due :
. soit à des parois mal conçues ou mal réalisées,
. soit à des parois ayant mal vieilli.

L'action du tirage

Le phénomène de tirage
Les différences de pression entre l'intérieur et l'extérieur peuvent provenir, au moins en partie, des différences de densité dues aux différences de température. C'est cette situation qui crée le phénomène de tirage, aboutissant aux situations suivantes.

1. Dans le cas d'un local chauffé l'air extérieur s'évacue par les orifices supérieurs, ce qui entraîne un appel d'air vers l'intérieur par les orifices inférieurs (voir schéma ci-dessous). Ce phénomène qui dépend des hauteurs en cause (voir plus loin) est particulièrement important :
. dans les locaux de grande hauteur,
. dans les cages d'escalier des immeubles un peu hauts.
N.B. Dans certains cas, très particuliers, le même phénomène d'écart de densité peut exister entre deux faces d'un même bâtiment, mais cette situation est souvent négligée par suite de sa faible importance.

L'évaluation du tirage

Les effets du tirage
Sur le plan pratique, pour déterminer les pressions dues au tirage vous pouvez utiliser : . soit les valeurs types de la table ci-dessous, la valeur indiquée correspondant à la différence globale de pression (bas+haut), en valeur moyenne,
. soit les formules de l'encadré A01.N

Si vous voulez utiliser directement les formules, par exemple à la calculette adoptez celles fournies à l'encadré A01.N de la page suivante, mais en faisant attention à l'a procédure d'évaluation des masses volumiques (mVol [kg/m3]) :
. soit en air sec (encadré A01.H, téléchargez le PDF en haut de page)
. soit en air réel (encadré A01.J, téléchargez le PDF en haut de page)
. soit en air moyen (encadré A01.K, téléchargez le PDF en haut de page)

Prenez la même procédure pour l'intérieur et l'extérieur.

La structure du vent

La vitesse du vent
D'une manière générale la vitesse du vent croit au fur et à mesure qu'on s'éloigne du sol, mais le profil dépend du relief et des obstacles rencontrés. En rase campagne le profil se présente comme suit.

Afin d'éviter les confusions, par définition la vitesse du vent est celle qui règne à 10 [m] au-dessus du sol. Les valeurs types de cette vitesse, mesurées en site météorologique, sont indiquées à la table suivante.

L'action du vent

Les pressions dues au vent
Dans le cas d'un corps de bâtiment relativement isolé, situé en plaine, l'écoulement global de l'air (voir le schéma en haut de page suivante) est fortement affecté, mais crée généralement : . une surpression sur la façade place au vent, . des dépressions sur les autres faces. Mais ceci n'est qu'une remarque générale, les pressions étant distribuées de façon souvent très complexe, de sorte qu'il est très difficile d'en faire une évaluation valable. Si vous devez néanmoins évaluer les effets (de façon un peu approximative) vous pouvez utiliser, en première approche, le raisonnements, lle schéma et la page ssuivane.

Les démarches proposées

A. La vitesse du vent

Comme indiqué précédemment la vitesse du vent est celle prise à 10 [m] au-dessus du sol. Nous la nommons ici : wW. Elle est mesurée en mètre par seconde [m/s].

B. Les surpressions et dépressions
1. Les façades situées face au vent subissent une surpression partout sensiblement égale à : 0,6 wW²

2. Les façades sous le vent connaissent une dépression assez variable, valant : de 0,2 wW² à 0,4 wW²
avec une valeur moyenne égale à 0,3 wW².

Pour des vitesses de vent assez fréquentes de 5 m/s (= 18 km/h) la surpression est de l'ordre de 15 [Pa], la dépression moyenne sous le vent étant de l'ordre de 5 à 10 [Pa].

C. Le choix des valeurs de référence Pour choisir la valeur de référence nous vous proposons deux solutions :
1. Ou bien adopter une valeur type, comme celle indiquée dans la table ci-dessous, fournissant directement la pression due au vent en fonction du site et de la hauteur du bâtiment, toutes régions confondues ;
2. Ou bien utiliser les formules (surpression et dépressions) fournies en B, avec une vitesse de vent (moyenne climatique) dépendant de la région tout autant que de l'exposition, selon les indications du paragraphe 3.6.

Les aspects climatiques

1. La formule de base : l'influence du site et de la hauteur
La vitesse «météorologique» wmet [m/s] étant celle mesurée à 10 [m] au-dessus du sol (fournie page suivante), vous pourrez en déduire la vitesse w [m/s] à une hauteur z [m] au-dessus du sol grâce à la formule : w = b (z/d)a . wmet

les paramètres b, d, a étant fixés à la page suivante.
N.B. Cette formule permet, en particulier, de calculer la vitesse au niveau du toit ou de la terrasse.

Les paramètres b, d, a peuvent, en première approche, être évalués au moyen de la table suivante.

2. L'évaluation de la vitesse météorologique
La table ci-dessous permettent d'évaluer les vitesses météorologiques types : wmet [m/s].

Roger CADIERGUES – Ancien directeur général du COSTIC
Polytechnicien de formation, et consultant international, Roger Cadiergues présente un parcours incomparable dans le génie climatique (vocable dont il est l'inventeur) par les responsabilités tenues et des avancées tant techniques qu'informatiques qui lui sont dûes. Auteur de nombreux ouvrages, il anime entre autre la lettre hebdo d'XPAIR www.xpair.com

→ POUR ALLER PLUS LOIN

  • L'éclairage naturel (Juillet 2012)
  • Chroniques réglementation de R.Cadiergues

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