3. Site expérimental Nantes '99
La campagne du champ expérimental a été
menée au cours du mois de Juin et le début du mois de Juillet
1999 dans un street-canyon dans la ville de Nantes, en France. La rue de
Strasbourg (figure 18) est une des trois voies à un seul sens
situé dans le centre de Nantes et une des rues les plus
encombrées de la ville. L'orientation de l'axe de la rue est d'environ
Nord au Sud. Il s'agit d'un street-canyon asymétriques avec son
côté Ouest légèrement plus faible (hw = 19.4m) que
son côté Est (he = 22,8 M). Le rapport d'aspect est la largeur de
la rue, W = 14.85m, sur la hauteur moyenne des bâtiments, H = 21m, est
égal à W / H = 0.7 ce qui implique qu'un vortex
principal se développe dans la rue quand le vent ambiant est
perpendiculaire à son axe (Oke, 1987).
Figure 18: Représentation schématique du site de
mesure et instruments concernés
(Vachon et al, 2000).
3.1 Résultats principales du centre
L'analyse de l'air et des températures des murs a
montré la présence d'un fort gradient de température dans
les premiers cm des murs. Une baisse de température plus grande que
18°C a été observée à 1,5 m du mur du
bâtiment chauffé directement par le soleil. Cela a
entraîné une forte convection très proche du mur soumis au
rayonnement solaire direct, affectant le transport des polluants provenant de
la couche ascendante du canyon. La figure 19 illustre bien les variations
diurnes de la température du mur en Juin. L'Institut Nord-Sud à
l'orientation de l'axe de la rue des résultats dans le chauffage solaire
de son côté Quest le matin et progressivement son
côté Est dans l'après-midi. Comme le montre la Figure 19,
la température maximale de la paroi est des approches de 35 ° C le
matin et dépasse 45 ° C dans l'après-midi.
La figure 20 montre la variation typique de la différence
de température (ÄT) entre l'air sur les différentes
distances x provenant des murs (Tx) et la surface des bâtiments adjacents
(Ts), le 22 du mois de Juin à 10H00 (heure locale). La plus importante
caractéristique de ce graphique est le développement d'un fort
gradient
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de température horizontal très proche du mur.
Déjà à 2 cm du mur, la pente est extrêmement
élevée (10,7 ° C/2cm 535 ° C / m) et elle est toujours
raide dans le premier 20 cm de la paroi (2.7 ° C/20cm 13,5 ° C / m),
impliquant l'existence d'une mince couche thermique dûe au chauffage
solaire direct de la paroi. A des distances plus éloignée que
20cm de la paroi, ?T est réduite à environ 1,5 C/130cm ° (
1,2 ° C / m). Par conséquence, la profondeur de la couche limite
thermique est d'environ 1,3% de la largeur des rues.
Figure 19: Variations typiques des températures diurnes
sur les murs lee-ward et
win-ward (Louka et al,
2009).
Figure 20: Plan horizontal du gradient de température
sur les murs
(Louka et al, 2009).
Comme les gradients horizontaux ont été
observé pour être raides au sein de 20cm du mur, il est
suggéré que les effets thermiques sur la dynamique des
street-canyon et, par conséquent, sur la dispersion des
polluants des véhicules, ont une petite étendue spatiale et
pourraient être importantes localement, à proximité des
murs.
Une étude de la visualisation des écoulements a
été réalisée en utilisant des ballons
gonflés à l'Hélium d'environ 50 cm de diamètre.
Pour les directions du vent perpendiculaire à l'axe de la rue, il a
été constaté qu'un lâcher des ballons à un
niveau de 2m avait tendance à demeurer au sein de 5 mètres du
sol, provoquant un va-et-vient des voitures qui passent. Toutefois, ces ballons
qui se sont approchés très près de la paroi
chauffée, de sorte qu'ils se touchent presque à la surface,
augmente de façon constante vers le haut le long de ce mur et dans les
niveaux supérieurs du street-canyon (Vachon, 2001).
L'examen quantitatif du champ d'écoulement en utilisant
les mesures disponibles a été faite avec une projection
bidimensionnelle des vecteurs de vitesse (figure 21). Un vortex
principal a été suggéré par les mesures, qui
étaient présent
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durant toute la journée pour le vent perpendiculaire
à la rue. Toutefois, la mesure de la vitesse du vent ont
été emmenés plus loin des murs que les mesures de
température et donc la mesure d'écoulement disponible ne peut
être utilisé pour tirer des conclusions définitives sur les
effets thermiques sur le mouvement de l'air à moins de 1,5 m sur les
parois.
Une recirculation accompagnée par un vortex
secondaire par rapport au coin inférieur du côté
wind-ward du street-canyon a été obtenu pour le
cas isotherme en utilisant une application 2-D du code CFD CHENSI. Le chauffage
variable de la paroi ouest, l'écoulement et les champs de
température ont ensuite été simulée en utilisant
les mesures disponibles de température des murs. La simulation a
montré que le chauffage de mur wind-ward crée un effet
distinctif sur l'écoulement principal, qui se caractérise par
deux principaux vortex en rotation et d'un vortex secondaire
plus petit sur le côté lee-ward au bas de la rue. La
remise en circulation dans le cas isotherme a été
supprimée au sommet du canyon, alors qu'un fort courant d'air ascendant
étroit sur la paroi chauffée aboutit à un transfert d'air
à partir du sol jusqu'au niveau du toit.
La simulation numérique du cas thermique a
montré que le code CFD CHENSI surestime l'influence des
côtés wind-ward chauffés. La raison possible de
cette surestimation est l'application d'une fonction de température de
la paroi basée sur des gradients de température normale à
la paroi, en liaison avec la taille des cellules de la grille à
proximité des murs. En raison des restrictions de la résolution
de la grille les conditions aux limites mur sont utilisées en dehors de
la couche limite thermique mince observée. Par conséquent, il
peut être conclu que la loi de la paroi solide standard ne peut pas
être utilisée dans le cadre d'un obstacle, la résolution de
modèle de l'atmosphère urbaine, car les couches limites
thermiques qui se développent sur les surfaces verticales sont trop
minces pour être résolues.
Une condition plus appropriée pour la
modélisation de ces écoulements serait la reformulation des
conditions de température de la paroi en termes d'écoulement
thermique basée sur l'équilibre thermique des murs. Pour cette
raison, une autre expérience à Nantes en 2000, a
été engagée à entreprendre des recherches sur
l'écoulement et à proximité du champ thermique dans la
région proche du mur.
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L'analyse de ces données devrait donner un aperçu
plus tard loin des effets thermiques sur l'écoulement d'air des murs
étroits (Louka et al, 2000).
La simulation a montré que le chauffage des murs
wind-ward crée un effet distinctif sur l'écoulement
principal, qui se caractérise immédiatement par deux
vortex principaux en rotation et d'un vortex secondaire plus
petit sur le côté lee-ward au bas de la rue. En raison de
limitations de résolution de la grille l'état mur est
utilisé en dehors de la mince couche limite thermique
observée.
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