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Climat urbainBases |
Exercices 3: Expérience sur le vent dans la ville
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1. Le vent en villeDans une ville l'air se réchauffe plus vite, notamment en été. La pression de l'air est alors plus faible. Les zones rurales qui entourent la ville se réchauffent plus lentement, et ont donc des pressions plus hautes. Une différence de pression s'installe alors. Au niveau du sol, l'air a tendance à aller des hautes vers les basses pressions, et donc de la banlieue vers la ville. Le vent suit les routes qui mènent à la ville comme dans des corridors et sa vitesse se ralentit, parfois jusqu'à la moitiué de sa vitesse initiale. Une fois dans le ville, sa vitesse peut augmenter à nouveau dans les coins de rue, les place, les carrefours, jusqu'à 20%. Le vent fait alors de petits tourbillons locaux. Au centre de la ville, l'air peut se réchauffer considérablement, il monte alors le long des murs des maisons et des immeubles, monte dans les couches plus élevées de l'atmosphère, et retourne vers les banlieues environnantes. En hauteur il se refroidit et a tendance à plonger (puisqu'il est plus froid, il est donc plus lourd). L'air va ainsi retourner vers le centre et le cycle de brise urbaine se perpétue. On peut comparer ce phénomène avec la circulation de l'air dans les régions tropicales, ou avec la circulation océanique. Demandez à votre professeur de géographie ou de sciences, il saura vous en dire plus!
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2. ExpérienceGrâce à cette expérience, vous allez pouvoir comprendre comment le vent génère des tourbillons. 2.1 Attention!!- Ne faites ces expériences qu'en présence de votre professeur, dans le laboratoire de chimie ou dehors, dans un bac à sable! Ce dont vous avez besoin pour l'expérience :
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Matériel nécessaire pour l'expérience (photo prise par Gert Bauer) |
Matériel:1. Plaque servant de support, ou paillasse de laboratoire 2.2 Mettez en place l'expérience
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Mise en place de l'expérience (photo prise par Gert Bauer) |
2.3 Commencer l'expérience :1. Comme base, utilisez une paillasse en carrelage ou une feuille plastique sur laquelle vous aurez mis du sable. |
Expérience 1On va d'abord regarder la façon dont le vent circule autour d'un bâtiment à plusieurs étages. Soufflez la fumée sur le premier bâtiment. Dirigez d'abord le flux vers l'arête supérieur de la brique, à 30 -50 cm (aidez-vous du tube avec le poster pour diriger la fumée). La fumée doit passer par dessus le bâtiment uniquement. Vous pouvez varier la distance entre la brique et la "machine à fumée" pour trouver la position idéale. Variez ensuite l'angle entre la brique et le flux d'air pour visualiser comment se comporte le vent lorsqu'il arrive devant un bâtiment. |
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Attention: |
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Flux d'air contre un bâtiment (photo prise par Gert Bauer)
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Clique sur l'icône pour voir une vidéo de l'expérience (réalisée par G. Bauer et B. Wohlhöfer) |
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Expérience 2On va maintenant regarder comment le vent se comporte à l'arrière des maisons et comment il tourbillonne entre elles. Pour cela, le vent doit être perpendiculaire aux faces des bâtiments. La source de fumée doit être placée devant la première façade. L'ouverture de votre "machine à fumée" doit se trouver à 30 - 50 cm, pour qu'une partie du vent passe par dessus les bâtiments. Ainsi, le vent passe par dessus les immeubles, les contourne ou tourbillone devant les façades arrières.
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Flux d'air (simplifié) face à une rangée de bâtiments (photo prise par Gert Bauer) |
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Cliquez sur l'icône ci-contre pour voir une vidéo de l'expérience (réalisée par G. Bauer et B. Wohlhöfer) |
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Expérience 3Dans cette expérience nous allons simuler le quartier d'une ville. Ici il faut que les immeubles du fond (vers le tableau noir) soit 3 fois plus hauts que les bâtiments de devant. Au centre des briques, laissez un petit espace pour simuler un square ou un grand carrefour. Cette expérience doit montrer comment le vent circule dans une ville, aux coins des rues, dans les parcs, et que sa vitesse peut augmenter de 20%. Le vent souffle de la gauche dans la rue entre les immeubles. En réalisant cette expérience, nous avons constaté que les tourbillons sont plus forts lorsque le flux de vent et la fumée soufflaient dans la rue avec un angle de 45°.
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Flux d'air au milieu des bâtiments (photo prise par Gert Bauer) |
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Cliquez sur l'icône ci-contre pour voir une vidéo de l'expérience (réalisée par G. Bauer et B. Wohlhöfer) |
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Lorsque vous aurez fini votre expérience, vous pourrez la comparer aux vidéos. Parlez de ces expériences avec votre professeur de sciences!
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3. Importance du vent dans les villes3.1 Tests en tunnel à ventAvant de construire de nouveaux quartiers dans une ville, il arrive qu'on teste dans des "tunnels à vent" la façon dont le vent va y souffler et si on peut éviter la formation de bourrasques de vent aux coins des rues. L'image ci-dessous montre une maquette servant à tester dans un tunnel à vent la nouvelle Potsdamer Platz à Berlin.
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Photo prise par E. Uherek à l'exposition sur le climat du musée allemand de Munich
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Les paramètres qui ont le plus d'influence sur les effets du vent dans la ville sont la direction du vent et la rugosité du sol (la ville est-elle plus ou moins "lisse"?). Ces paramètres sont simulés dans le tunnel à vent. On peut ainsi regarder en détail ce qui peut se passer autour d'un bâtiment, dans un quartier ou dans une ville entière.
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Autres liens : www.ruscheweyh.de/bauwesen.php 3.2. Force du vent sur un bâtimentLorsqu'il souffle, le vent exerce une force contre les bâtiments, qui est variable. Il appuie directement sur les faces des bâtiments qui sont exposées au vent, et indirectement en s'engouffrant dans les espaces entre les immeubles; ceci est fonction de la direction principale du vent et de sa vitesse. C'est très important lorsqu'on construit un gratte-ciel, car les étages supérieurs subissent énormément les assauts du vent.
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Force du vent sur un bâtiment, auteur: Gesellschaft für Aerophysik mbH, Munich, source de l'animation : www.gfa.de/de/Windlasten/windlast.html |
Autres iens sur les gratte-ciels dans le monde (en anglais):
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A propos de cette page:- Auteurs: G. Bauer, B. Wohlhöfer- University of Nürnberg - Allemagne
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