📝1. Introduction
Les structures en bois sont de plus en plus utilisées pour les bâtiments modernes et les projets d’infrastructure en raison de leur durabilité, de leur légèreté et de leur flexibilité architecturale. Cependant, ces mêmes caractéristiques rendent les structures en bois particulièrement sensibles aux actions du vent. Une considération précise des charges de vent est donc essentielle pour garantir la sécurité structurelle, la fonctionnalité et la performance à long terme. Cet article fournit un aperçu de l’influence des charges de vent sur les structures en bois, des principales considérations de conception et les méthodes d’analyse conformément à l’EN 1991-1-4 (Eurocode 1) et aux annexes nationales correspondantes.
🌪️ 2. Caractéristiques de la charge de vent
Les charges de vent sur les structures sont régies par une combinaison de l’action moyenne du vent et des composantes fluctuantes (turbulentes). Les structures en bois, en particulier les systèmes légers et flexibles, réagissent davantage aux effets dynamiques comparés aux structures massives en béton armé ou en acier.
2.1. Composantes principales
- Pression externe du vent : agit sur les voiles, toitures et autres surfaces.
- Pression interne du vent : générée par des ouvertures ou des fuites, pertinente pour les bâtiments légers en bois avec de grandes surfaces vitrées.
- Pression nette du vent : différence entre les pressions externes et internes, déterminant les effets réels des charges sur les éléments structurels.
- Effets de turbulence : peuvent entraîner des fluctuations significatives des charges, notamment sur les éléments en bois élancés ou hauts.
2.2. Actions type du vent sur les structures en bois
Tableau 1 : Actions type du vent et considérations structurelles pour les structures en bois
| Élément structurel | Action typique du vent | Considérations spéciales |
|---|---|---|
| Panneaux de toiture & pannes | Aspiration de soulèvement au vent et sous le vent | Vérifier les fixations & l’action du diaphragme |
| Montants & portiques | Pression horizontale + aspiration | Contreventement requis contre le vrillage |
| Poteaux et montants | Flexion due aux charges latérales | Considérer le flambement dans les deux axes |
| Voiles de cisaillement en lamellé-collé/CLT | Charges de renversement et de vrillage | Nécessite des ancrages ductiles et connecteurs de diaphragme |
| Bardage de façade | Aspiration locale aux bords/angles | Nécessite une résistance élevée à l’arrachement des fixations |
🏗️ 3. Considérations de conception
3.1. Transfert des charges et système structurel
Les structures en bois reposent sur des systèmes de contreventement, des voiles de cisaillement et des diaphragmes pour transférer les charges de vent vers les fondations. Les systèmes porteurs courants comprennent :
- Systèmes de voiles de cisaillement CLT
- Structures à ossature bois avec contreventement diagonal
- Systèmes hybrides avec noyaux acier ou béton
3.2. Détails des connecteurs
Les connecteurs sont souvent les composants critiques sous les charges de vent :
- Les connecteurs doivent résister aux forces de soulèvement sur les éléments de toiture.
- La ductilité et la redistribution des charges sont cruciales pour éviter la rupture fragile.
- Attention particulière aux distances de rive, à l’arrachement des pointes/vis et à la portance locale, conformément à l’EN 1995-1-1.
3.3. Réponse dynamique
En raison de leur faible masse, les bâtiments en bois peuvent présenter des accélérations plus importantes sous les charges de vent fluctuantes :
- Les critères de confort (EN 1991-1-4 Annexe B) régissent souvent la conception des bâtiments en bois de hauteur moyenne.
- Les états limites de service (par exemple, flèche, vibration) peuvent être plus critiques que les états limites ultimes.
📌Remarque : la mise en œuvre de l’instabilité aérodynamique et de l’analyse de vibration induite par le vortex (VIV) dans RWIND est prévue comme une amélioration future clé. Ce développement vise à étendre les capacités du logiciel vers des études complètes d’interaction vent-structure dynamique, permettant une prédiction et une évaluation plus précises des réponses induites par le vent sur les structures flexibles et élancées.
🌬️ 4. Simulation des flux vent basée sur la CFD
Pour les structures en bois complexes, les outils CFD tels que RWIND offrent plusieurs avantages :
- Distribution réaliste des pressions sur les toitures et façades irrégulières
- Prise en compte du terrain, de la topographie et de la turbulence
- Applicable aux bâtiments en bois de grande hauteur, atriums ou géométries libres
- Génération de charges de surface distribuées transférables à RFEM pour le calcul de structure
Les simulations CFD sont particulièrement utiles dans les cas suivants :
- La structure est située dans un terrain complexe (par exemple, lisières de forêts, collines)
- La forme du bâtiment dévie significativement des cas définis par les normes
- Les effets dynamiques (réponse aux rafales, détachement tourbillonnaire) sont pertinents
🪵 5. Défis particuliers pour les structures en bois
| Défi | Description | Mesures typiques |
|---|---|---|
| Soulèvement sur toitures légères | Aspiration élevée sur les bords au vent/sous le vent | Ancrage solide, blocage des pannes, continuité du diaphragme |
| Contreventement latéral | Faible rigidité dans le plan des cadres en bois | Utilisation de voiles de cisaillement CLT, contreventement diagonal, ou noyaux hybrides |
| Connecteurs sous charge cyclique | Les connecteurs bois peuvent perdre de la capacité après des chargements répétés | Vérification à la fatigue, utilisation de connecteurs en acier ductile, espacement adéquat |
| Humidité & vent | Pluie entraînée par le vent et différentiels de pression impactant la durabilité | Détails adéquats, membranes, chemins de drainage |
| Vibrations dans le bois haut | Léger → accélérations plus élevées sous les rafales | Masses de réglage, systèmes d’amortissement, diaphragmes plus rigides |
💡 6. Conseils pratiques pour les ingénieurs
- Toujours vérifier attentivement les forces de soulèvement, elles sont souvent déterminantes pour la conception des connecteurs
- Considérer les critères ELS dès le début de la conception pour éviter les réaménagements coûteux
- Utiliser les simulations CFD pour les géométries irrégulières ou les structures de grande hauteur pour capturer des schémas de pression réalistes
- Assurer un chemin de charge continu bardage → ossature → contreventement → fondation
- Documenter clairement toutes les hypothèses de charge de vent, catégories de terrain et coefficients pour l'approbation structurelle
🧠 7. Résumé
Les charges de vent jouent un rôle décisif dans la conception des structures en bois. Leur nature légère et flexible exige une attention particulière au soulèvement, au contreventement, aux détails des connexions et aux effets dynamiques. Combiner des méthodes basées sur les codes pour les structures régulières avec des simulations CFD pour des géométries complexes permet aux ingénieurs de parvenir à la fois à la sécurité et à l’efficacité dans l’architecture moderne en bois.
