Dans le domaine de l’ingénierie du vent pour la construction, l’évaluation des charges au vent sur les Grands Ouvrages tels que les Immeubles de Grande Hauteur ou les stades sont d’une importance majeure pour leur dimensionnement. La donnée d’entrée de ce dimensionnement est le coefficient de pression exercé par le vent sur les façades. Il peut être obtenu soit par une expérience en Soufflerie à Couche Limite Atmosphérique soit par Simulation Numérique en Mécanique des Fluides (CFD Computational Fluid Dynamics).
Le vent est par nature turbulent, et il est essentiel de pouvoir reproduire son instationnarité afin de mesurer au mieux les pressions de pointes exercées sur les façades des Grands Ouvrages. Cette caractéristique peut rapidement devenir un facteur limitant pour l’approche numérique. En effet, la description instationnaire de l’écoulement du vent autour de ces ouvrages nécessite la mise en œuvre de simulations spécifiques qui deviennent alors très rapidement couteuses en temps CPU. La soufflerie reste alors le moyen le plus fiable d’estimer ces efforts de pointes. La simulation numérique demeure cependant très intéressante pour apporter des informations complémentaires quant à la structure de l’écoulement et son lien aux champs de pression en surface.
Le CSTB plébiscite alors des approches couplées numérique/expérimentale qui permettent d’obtenir une bonne précision des charges au vent combinée à une compréhension fine de la structure de l’écoulement. Ceci étant, ce couplage est « faible », s’entend limité à de simples comparaisons entre les champs de pression ou de vitesse mesurés, au mieux à un recalage des calculs via une optimisation des conditions aux limites d’entrée des simulations à partir des mesures en soufflerie. Afin d’obtenir un couplage plus « fort », il est envisagé dans le cadre de ces travaux d’utiliser les méthodes de contrôle optimal, plus communément appelées méthodes « adjointes ».
Objectif
La finalité des travaux de cette thèse est alors de vérifier si un calcul RANS, optimisé par des méthodes adjointes à partir de mesures en soufflerie, apporte des informations tout aussi pertinentes que celles issues d’une simulation aux grandes échelles. Ainsi la « rentabilité » d’une simulation RANS associée à des mesures en soufflerie serait au moins aussi intéressante que celle d’un calcul LES, à la fois tant en terme de fiabilité de résultats que de représentation et analyse de l’écoulement. Le calcul permettrait alors d’extrapoler les valeurs mesurées de pression sur l’ensemble de l’enveloppe (et non simplement où se trouvent les prises de pression) et d’apporter une interprétation pertinente des variations du champ de pression par rapport à la structure de l’écoulement.
La méthodologie serait appliquée au cas d’une toiture de stade pour laquelle le CSTB dispose d’ores et déjà d’une base de données expérimentale conséquente. Cette configuration fera par ailleurs l’objet de travaux de thèse complémentaires étudiant l’impact de la modélisation de la turbulence sur la réponse structurelle de la toiture.