Le vent #1 – Principe physique et mesure de son intensité

Qu’est-ce que le vent ?

Le vent correspond au déplacement d’une masse d’air d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression.

D’une légère brise à une forte tempête, la vitesse et l’amplitude géographique des vents peuvent être très variables dans l’espace et dans le temps.

Cet écoulement général interagit avec les rugosités de la surface du sol : mer, rase campagne ou bocage, banlieue, forêt ou centre-ville. Les rugosités, qui sont des obstacles pour l’écoulement du vent, l’influencent fortement.

Ces rugosités génèrent une couche limite au sein de laquelle, la vitesse du vent varie en fonction de la hauteur : les particules d’air en contact avec ces rugosités étant ralenties tandis que celles se trouvant en altitude le sont nettement moins, voire pas du tout. Cette variation en fonction de la hauteur est appelée le «gradient de vitesse ».

Principe de formation du vent

Deux paramètres principaux gouvernent le mouvement des masses d’air et contribuent ainsi à la formation du vent à la surface de la Terre : la température et la rotation de la Terre. Ainsi, lorsqu’une masse d’air se réchauffe, elle s’élève en altitude au-dessus des couches plus froides, ce qui génère une diminution de la pression. Pour combler le vide, la masse d’air voisine va s’engouffrer dans l’espace laissé vacant : ce mouvement crée le vent.

La rotation de la Terre sur elle-même contribue également à la formation des vents, à leur localisation et à leur orientation, par la force de Coriolis. À cela, il faut également rajouter la topographie des continents qui peut favoriser les rencontres entre les masses d’air.

Comment se mesure le vent ?

La vitesse du vent se mesure à l’aide d’un anémomètre. Les météorologues mesurent le vent « instantané » sur une période de 3 secondes et le vent « moyen » sur une période de 10 minutes à 10 m de hauteur au-dessus du sol. Ce dernier sert de point d’entrée dans les Eurocodes pour caractériser les actions du vent exercées sur les ouvrages.

Une rafale est caractérisée par une brusque augmentation du vent instantané par rapport à sa vitesse moyenne supérieure à 5 m/s.

De nombreuses échelles ont été établies afin d’estimer l’intensité des vents notamment l’échelle de Beaufort :

• Elle s’étale de 0 à 12 et repose sur la vitesse moyenne des vents, utilisée en association avec l’état de la mer qui en découle. Au niveau 0, le vent est nul, tandis qu’au niveau 12, les vents d’un ouragan soufflent à plus de 118 km/h, générant une mer déchaînée. Un vent violent en météorologie est un vent de force 10 à 12 sur l’échelle de Beaufort.

Le terme de tempête n’est défini exactement que dans les domaines de la météorologie marine et de la météorologie tropicale. Néanmoins, l’usage veut que les météorologues nomment «tempêtes» les rafales de vent approchant les 100 km/h (force 10 sur l’échelle de Beaufort) dans l’intérieur des terres et 120 km/h sur les côtes. Ce terme désigne donc à la fois une zone étendue de vents violents et la dépression qui les génèrent. 

Pour caractériser la sévérité d’une tempête, on prend donc en compte les valeurs de rafales de vent maximales enregistrées mais aussi la durée et la surface de la zone affectée.

Effets du vent sur les bâtiments

Les effets du vent se manifestent sur les bâtiments au travers des surpressions et dépressions créées sur l’enveloppe du bâtiment. Pour un bâtiment rectangulaire, la face « au vent » est en suppression et les faces « sous le vent sont en « dépression ». En général, il y a plus de zones de dépression (forces d’arrachement) qu’en surpression (enfoncement) sur un obstacle.

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Laëtitia Molina, ingénieur de recherche – CTICM