Calcul des pressions en façade par la mécanique des fluides numériques (CFD)
Calcul des pressions en façade pour la ventilation naturelle dans les espaces semi-ouverts

Avec la réduction des consommations d’énergie des bâtiments et le recours croissant à la ventilation naturelle comme moyen de rafraîchissement, une attention particulière doit être portée à l’estimation des pressions sur l’enveloppe, qui permettent d’estimer le renouvellement d’air lié au vent au travers des ouvrants ou par infiltration.

La difficulté représentée par le calcul de celles-ci a conduit au développement de règles empiriques largement utilisées qui permettent de les obtenir à partir de corrélations simples.

Caractériser le comportement thermique d’un bâtiment par la simulation requiert de tenir compte du couplage entre les phénomènes thermiques et aérauliques. Celui-ci nécessite une connaissance des pressions en façade et sur les ouvrants. Ainsi, pour chaque angle d’incidence du vent, on introduit la notion de coefficient de pression (C _p), fraction de la pression dynamique dans l’écoulement non perturbé par le bâtiment. Le C _p permet de s’affranchir d’un calcul systématique de la pression de stagnation sur les ouvrants pour toutes les amplitudes de vent incident et d’obtenir les différentiels de pression entre façades.

Dans les logiciels actuels de Simulation Thermique Dynamique (STD), les coefficients de pression sont généralement donnés par des corrélations en fonction de l’angle d’incidence et de la forme du bâtiment . Ces relations sont valides pour des bâtiments isolés, de faible hauteur et de formes régulières. Il existe des tables correctives pour des environnements urbains réguliers , mais celles-ci se limitent à des environnements réguliers, alignés ou décalés, pour deux configurations :

• deux fois plus petit que le bâtiment étudié ;

• de la même hauteur que le bâtiment étudié.

Il existe en complément d’autres facteurs correctifs empiriques, appliqués directement aux débits de ventilation naturelle si des effets de masques importants sont à prendre en compte, variant de 0,33 à 0,99. Des corrections complémentaires existent pour la géométrie, lorsque le bâtiment d’intérêt a une forme géométrique simple : bâtiment en « L », ou encore en cours ouverte (forme de « U »).

Si les estimations faites sur la base de mesures sont fiables dans des cas particuliers, ces corrélations s’avèrent inadaptées à la plupart des situations réelles. La méthodologie présentée ici s’appuie sur une démonstration de l’intérêt d’une estimation fine, via la simulation numérique, des coefficients de pressions pour la thermique du bâtiment.

Ainsi, une première partie traitera des aspects théoriques régissant le calcul des débits de ventilation naturelle en simulation thermique dynamique. On présentera ensuite les outils récents de simulation numérique appliqués à la dynamique des fluides en vue de l’obtention de pressions en façades. Enfin, un exemple d’application sera développé dans la dernière partie pour illustrer les considérations évoquées dans cet article.