Pour évaluer l'effet du rapport d'aspect « w/h
» des street-canyon sur l'écoulement moyen et par
conséquent sur la dispersion des polluants dans une rue, on a
effectué cinq simulations avec les rapports d'aspects suivants : 0.3,
0.5, 0.7, 1 et 2. Le cas « w/h=1 » est choisi comme le cas
référence pour repérer le comportement des vortex
par rapport aux autres valeurs de rapport d'aspect. Les
figures 46 et 47 montrent les champs et les contours de vitesses
ainsi que les lignes de courant pour les rapports d'aspect « w/h » :
2, 1, 0.7, 0.5, 0.3.
Dans le cas référence, l'écoulement dans
le street-canyon est dominé par un seul vortex
tournant en même sens de vent, il occupe pratiquement tout le volume de
la cavité et dont le centre qui coïncide avec le centre du
street-canyon. Les vitesses caractérisant le vortex
s'étendent entre -0.75 à 0.6 (m/s).
En ce qui concerne, le rapport d'aspect « w/h=2 »,
l'écoulement se caractérise par un vortex principal dont
le centre se déplace vers le mur wind-ward, et dans le sens
inverse tourne un petit vortex secondaire à côté
du mur lee-ward près du sol. Les vitesses sont de l'ordre de
-1.08 à 1.08 (m/s) et de -0.1 à 0.1 (m/s) pour le vortex
principal et le vortex secondaire respectivement.
Pour le rapport d'aspect « w/h=0.7 », on remarque
la présence d'un vortex étreint qui occupe la
totalité de la cavité, et son centre se déplace vers le
haut du street-canyon. Les vitesses sont comprises entre -0.25 et 0.5
(m/s).
Le rapport d'aspect « w/h=0.5 », avec deux
vortex superposés, dont un près du sol avec un
allongement transversal à des vitesses s'étendant entre -0.01 et
0.01 (m/s), et un autre qui se développe longitudinalement occupant
environ les 2/3 du volume de la cavité avec des vitesses comprises entre
-0.35 et 0.35 (m/s).
Dans le cas d'un rapport d'aspect « w/h=0.3 », on a
le développement de deux vortex superposé avec la
même taille mais avec un sens de rotation opposé. Le premier
vortex près du sol a des vitesses qui varient entre -0.01 et
0.01 (m/s), et entre -0.1 et 0.1 pour le deuxième vortex en
haut de la cavité.
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POLLUTION DU TRAFIC AUTOMOBILE
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Figure 46 : Variation des champs et des contours des vitesses
avec le rapport
d'aspect « w/h ».
Figure 47 : Variation des lignes de courant avec le rapport
d'aspect « w/h ».
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POLLUTION DU TRAFIC AUTOMOBILE
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La figure 48 présente les profils des vitesses pour les
trois positions, une au centre et deux prés des murs lee-ward
et wind-ward du street-canyon.
Dans les deux cas « w/h=2» et « w/h=1»
une grande variation des vitesses du centre sera de l'ordre de -1 à 1.08
(m/s) et de -0.75 à 0.8 (m/s) respectivement. On peut dire que la
distribution des vitesses est symétrique en quelque sorte par rapport au
point z=0.058m.
Pour les rapports d'aspect « w/h=0.7» et «
w/h=0.5» une diminution de cette variation de vitesse de -0.25 à
0.5 pour les deux cas, avec des perturbations dans la distribution des vitesses
par rapport a la hauteur du street-canyon.
Dans le cas du « w/h=0.3» la variation des vitesses
au centre est très étroite de -0.12 à 0.35 (m/s). Pour le
cas « w/h=0.3», on remarque que les trois profils de vitesse
lee-ward, centre et wind-ward se coïncident. Ce qui
indique la faible vitesse de circulation de l'air dans les
street-canyon étroits.
En général, pour les cinq cas abordés,
on distingue une relation entre la variation du rapport d'aspect du
street-canyon et la présence de vortex en nombre,
volume et forme c'est à dire avec des rapports d'aspect larges dans les
simulations présentées, pour « w/h=2 » la
présence des deux vortex au niveau de la largeur du
street-canyon. Pour un rapport d'aspect « w/h=1 », seulement
un vortex occupe la cavité complètement et pour des
rapports d'aspects décroissants (0.7, 0.5 et 0.3). Le vortex
tente à se déplacer vers le haut de la cavité
jusqu'à la création des nouveaux vortex diffusés
suivant la hauteur du street-canyon.
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POLLUTION DU TRAFIC AUTOMOBILE
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D'après (Oke 1987), on peut classer les rues de type
canyon suivant un rapport d'aspect W / H (largeur par hauteur) par
rapport à un vent transversal à l'axe de la rue (pour des grands
nombres de Reynolds), trois types d'écoulement définis pour une
ville, rasant, à interférence de sillage et à
rugosité isolée, peuvent être aussi identifiés
(Figure 49).
Pour des rues de type canyon de hauteur H et de
largeur W, le rapport d'aspect « W / H > traduit la rugosité du
site et permet de prévoir ces différents écoulements dans
le cas d'un vent transversal à la rue (Oke 1987). Des rapports d'aspect
« W / H > moyens de l'ordre de 0,6 ont été relevé
pour des centres urbains en Allemagne (Theurer, 1999), et de l'ordre de 2 pour
les autres zones urbaines.
Dans nôtre cas et selon la classification de Oke, il y'a
deux types
d'écoulement :
- Ecoulement rasant pour les rapports d'aspect « w/h >
1, 0.7, 0.5 et 0.3. - Ecoulement à interférence de sillage pour
le rapport d'aspect « w/h=2 >
Lorsque le vent dominant s'écoule autour des
bâtiments, perpendiculairement à une des façades,
différentes zones perturbées peuvent être
distinguées (figure 50): sur la façade du vent une zone de
surpression, sur les côtés et la partie supérieure un
décollement et une couche limite turbulente, sur la façade sous
le vent une zone de dépression turbulente.
À partir d'une description empirique de ces zones
d'écoulement (Hosker 1984), des méthodes de prédiction du
champ de vitesse moyen ont été développé par Rockle
en 1990 et repris par d'autres équipes (Kaplan et Dinar 1996; Brown et
Streit 1998). La démarche consiste à définir les zones
perturbées pour un obstacle, puis à les combiner pour un ensemble
d'obstacle.
Suite à nos applications, nous allons comparer nos
résultats avec les résultats expérimentaux (en soufflerie)
et numériques (code CHENSI) obtenus par le groupe TRAPOS pendant le
projet,
L'application de la même loi de la paroi, pour la
prédiction des valeurs de la vitesse de l'écoulement très
proches des murs et du sol dans le modèle CHENSI (figure 15b) et CFX
11.0, donne des résultats similaires concernant les champs moyens des
vitesses et les lignes de courants (figure 15a).
L'examination des valeurs de la vitesse moyenne avec les
valeurs expérimentales (figure 15a) induisent à des écarts
dans les régions près des murs lee-ward,
wind-ward et près du sol, en raison de l'application du
modèle standard kå, qui sous estime ces valeurs à des
endroits de faible écoulement de l'air, et c'est parmi les
fonctionnalités de ce modèle. Dans le reste de la cavité,
correspondant à des endroits de fort écoulement, les valeurs
obtenues suite se concordent avec celles obtenus par les modèles
numériques.
