Quelques études réalisées

Etude de vent pour un grand ouvrage d’art : le Viaduc de Verrières

Maquette de la vallée de Verrières dans la veine hydraulique du CNRM, avec le modèle du viaduc en construction

Le projet du contournement de Millau par l’autoroute A75 nécessite la construction d’un viaduc pour traverser un affluent du Tarn au niveau du village de Verrières. L’ouvrage d’art, d’une longueur de 720 m, surplombera une vallée encaissée d’une hauteur de 150 m. La mise en place de ce viaduc et son exploitation nécessitent la connaissance des conditions de vent sur le site et notamment l’angle d’incidence du vent par rapport au tablier pour appréhender des risques d’instabilité de la structure. A la demande de l’Arrondissement Interdépartemental des Ouvrages d’Art (organisme sous tutelle du Ministère des transports), le CNRM a été chargé de réaliser une simulation des écoulements suivant deux directions critiques du vent. La simulation a été entreprise dans la grande veine hydraulique sur une maquette à l’échelle 1/1000. Les composantes moyennes et turbulentes du vent et son angle d’incidence ont été mesurés par vélocimétrie laser tout le long du tablier et aux abords du chantier. De plus, des visualisations par tomographie laser et micro-girouettes, analysées par des logiciels de traitements d’image, ont permis de révéler la structure des écoulements.

Les résultats montrent que pour une direction de vent, l’écoulement est modelé par une importante colline située 4 km en amont et par le confluent de deux rivières à proximité du village de Verrières. Le viaduc subit alors un vent turbulent présentant des cisaillements très importants, qui occasionnent des basculements rapides de l’angle d’incidence. Heureusement ces phénomènes sont associés à un vent faible qui diminue leur impact sur la structure du viaduc. Pour la seconde direction, l’écoulement est canalisé dans la vallée et le viaduc est soumis à un vent régulier légèrement accéléré qui ne présente pas d’angle d’incidence critique.

Distorsion du vent autour des navires océanographiques

Maquettes des navires océanographiques Suroît, Thalassa et Atalante dans la veine hydraulique de Météo-France.

Depuis plusieurs années Météo-France arme des navires océanographiques de l’Ifremer (Atalante, Suroît et Thalassa) pour réaliser des campagnes de mesures sur les échanges océan-atmosphère. La mesure des paramètres météorologiques au milieu des océans est une opération délicate qui dépend fortement de l’installation des capteurs sur les navires. L’analyse des campagnes, Fetch en 1998 et Equalant en 1999, a montré que les vents enregistrés au sommet d’un pylône de 11 m de hauteur, situé sur le pont avant, présentaient un déficit de 10% sur le module de la vitesse et une augmentation de la composante verticale.

Afin de déterminer l’origine de cette perturbation et de calculer les coefficients correcteurs nécessaires à la restitution du vent réel, une étude systématique a été réalisée en simulation hydraulique dans la grande veine du CNRM sur les maquettes des trois navires à l’échelle 1/60. L’étude a exploré différents azimuts du vent de –30° à +30° par rapport à l’axe du navire et différentes attitudes du navire : tangage de –15° à +15° et roulis jusqu’à 20°. Ces simulations mettent en évidence les contributions de l’enveloppe aérodynamique du navire et de la présence du pylône sur la distorsion globale du vent. La perturbation due au pylône est maximale à son sommet et est indépendante de l’attitude du navire. L’enveloppe aérodynamique contribue pour 50% à la distorsion globale et dépend fortement de l’attitude du navire.

Cette étude montre que les coefficients correcteurs sont dépendants du type de navire et de la position du capteur sur le navire. Ceci entraîne que toute implantation d’un capteur sur un navire doit être considérée comme un cas unique et doit s’accompagner d’une étude spécifique.

Vent traversier sur le TGV

Avant même de débuter la construction de la future ligne TGV Nord-Est, la SNCF s’est préoccupée de déterminer les conditions de vent que pouvaient rencontrer des convois circulant à 320 km/h. La vitesse du vent, mais aussi l’accélération locale et son caractère turbulent suite aux interactions de l’air avec le train et les ouvrages d’art ont fait l’objet d’un expertise de Météo-France pour laquelle le CNRM a mis en œuvre ses moyens de simulation en veine hydraulique.

Des mesures par vélocimétrie laser Doppler et des visualisations de trajectoires par tomographie laser ont été effectuées sur une maquette au 1/50è de remblais de 6m et 12,50m de haut surmontée ou non d’un TGV, pour des angles de dérapage de 90°, 60° et 30°. Elles permettront aux ingénieurs de la SNCF d’alimenter leurs modèles de comportement d’un train à grande vitesse et ainsi de calculer les seuils à partir desquels il existe un risque de renversement des rames. Au final, cette étude devrait avoir un impact direct sur les consignes d’exploitation des trains en fonction des mesures de vent réalisées tout au long de la voie.

Généralités sur les études de sites

Les études appliquées se rapportent principalement à des problèmes de sécurité attachés aux conditions de vent dans les basses couches de l’atmosphère.

  • Aérologie d’un site
    • vents forts, secteurs turbulents
    • vents sur reliefs complexes
  • Pollution atmosphérique
    • Etudes d’impact, réseau de surveillance et d’alerte
    • Pollution de la circulation urbaine
    • Aménagement de nouvelles unités industrielles
    • Positionnement et hauteur de cheminée
    • Accidents, fuites industrielles...
  • Vent et turbulence au-dessus d’un aérodrome
    • Taux de rafales
  • Propagation de feux de forêts ...