Pression du vent


Ca nous parait évident de nos jours, mais à la fin du XIXe siècle nous ne disposions pas d'appareils de mesure précis pour calculer la pression qu'exerce le vent sur un bâtiment. La tour Eiffel, de par sa taille, se prêtait tout naturellement à des expériences à ce sujet. C'est donc à son sommet que fut installé un appareil d'un genre nouveau et qui arriva à une conclusion étonnante, à savoir que la résistance du vent était depuis très longtemps largement surévaluée !


D'après l'opinion de nombreux météorologistes du XIXe siècle, il n'existait pas encore de bons appareils pour la mesure directe de la pression, parce qu'ils sont très difficiles à orienter dès qu'ils ont un peu de masse, et qu'ils n'obéissent pas assez vite aux variations; les frottements sont importants et ne restent pas constants. En second lieu, on arrive à des résultats très différents suivant les dimensions de la plaque essayée et son épaisseur, en raison des remous importants qui se forment en arrière de celle-ci. Aussi préfère-t-on généralement mesurer la vitesse et en déduire la pression par mètre carré, par la formule connue P = 0,125 V2. Mais d'autre part les ingénieurs qui ont étudié la stabilité des constructions sous l'effet du vent ont souvent reconnu que si les chiffres donnés pour la pression du vent avaient été atteints, un grand nombre d'édifices, et notamment certaines hautes cheminées, auraient été renversés. Il y a donc une certaine présomption que la formule ci-dessus donne des résultats exagérés.

Pour s'en assurer et déterminer au moins un maximum, la Société de la Tour, sur la proposition de Mr Kœchlin, son ingénieur, fit installer des appareils imaginés par lui, sur les extrémités des grandes poutres en croix du sommet.

Ces appareils, au nombre de 6 (Voir fig. 222, ci-contre), sont disposés de manière à se présenter normalement au vent pour huit directions différentes, c'est-à-dire qu'un appareil fait avec le suivant un angle de 45°. Chaque appareil se compose de 5 parallélipipèdes en fonte dont les dimensions et la stabilité sont calculées de manière qu'ils soient renversés par un vent d'une intensité déterminée. Ces blocs, faits avec grand soin comme exactitude des dimensions et netteté des arêtes, sont placés l'un à côté de l'autre ; ils sont établis pour être renversés, l'un sous un effort de 50 kg par mètre carré, les autres sous des efforts croissants de 100, 150, 200 et 250 kg. A cet effet, leurs dimensions sont de 0,20 x 0,20 en surface et les épaisseurs sont de 97,4, 52,8, 64,7, 75 et 83,5 mm. Ils sont disposés sur un châssis léger formant une tablette surélevée de 0,25 m portée par des pieds entre lesquels le vent passe librement. Les résultats obtenus par les appareils qui donnent à 50 kg près l'effort maximum cherché, fournissent des indications exactes au moins en ce qui concerne l'effort qui a produit le renversement, puisque l'on met en jeu un moment de stabilité connu qui ne peut être détruit que par un effort déterminé. Une chaînette en fer empêche que les blocs ne soient projetés au loin.

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Or, sous la grande tempête de 1894, les anémomètres ont enregistré une vitesse de 45 m par seconde qui représente par mètre carré un effort de 253 kg, si on adopte le coefficient K = 0,125. Si ce coefficient était exact, tous les blocs eussent dus être culbutés. Au contraire, avec le coefficient de 0,07 déterminé par les expériences de MM. Cailletet et Colardeau (voir les expériences sur la Résistance des objets à l'air), l'effort maximum ne correspond qu'à 141,75 kg par mètre carré, de sorte que deux blocs seulement devaient être renversés. C'est précisément ce dernier cas qui s'est présenté : les blocs de 50 et de 100 kg ont seuls été renversés, et les autres sont restés debout. La pression du vent est donc restée inférieure à 150 Kg au lieu des 255 kg que l'on pouvait prévoir.

Ces conclusions sont, au point de vue pratique, très satisfaisantes et donnent toute tranquillité au sujet des pressions adoptées dans les calculs de constructions métalliques en général et de la Tour en particulier; elles montrent que ces pressions sont exagérées. Nous devons ajouter que c'est la seule fois, le 12 novembre 1894, que le bloc de 100 kg soit tombé. Celui de 50 kg, au contraire, a été fréquemment culbuté pour des vitesses moyennes de 16 à 25 m données par les enregistreurs ; ce qui montre que les vitesses maxima non enregistrées ont pu être notablement plus élevées. Avec le coefficient de 0,070, les vitesses correspondantes aux pressions sont les suivantes :

  • P = 50 Kg V = 26,7 m
  • P = 100 Kg V = 37,7 m
  • P = 150 Kg V = 46,0 m
  • P = 200 Kg V = 53,4 m
  • P = 250 Kg V = 59,6 m

Ces dernières vitesses n'étant jamais atteintes, il y aurait avantage à supprimer les blocs de 200 et de 250 Kg et à intercaler de nouveaux blocs pour 25, 75 et 125 Kg, de manière à obtenir des résultats plus rapprochés. C'est probablement ce que nous réaliserons dans une prochaine installation, où nous nous proposons de surélever davantage encore les blocs au-dessus des obstacles inférieurs, en essayant de les orienter suivant la direction exacte du vent.

Quant aux remous qui se produisent sur la face opposée au vent et qui ont une tendance à diminuer l'effort de renversement, en créant en arrière une sorte de vide, il sera probablement facile de trouver des dispositions pour les supprimer. Il faut remarquer cependant qu'ils se produisent dans les cas les plus fréquents de la pratique, au moins en ce qui concerne les constructions métalliques où le vent rencontre surtout des surfaces ayant une faible épaisseur.



Voir aussi :

. Applications scientifiques de la tour Eiffel

. Tous les phénomènes naturels sur la tour Eiffel


La tour Eiffel

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