Pression interne pulsatoire — bâtiments à grande ouverture

Classification des bâtiments selon EC1-1-4 §7.2.9.

① Bâtiment sans face dominante : ouvertures < 10 % de A_face. C_pi = +0,2 ou −0,3 (le plus défavorable).
② Face dominante — A_op = 2·A_autres : C_pi = 0,75·C_pe (face concernée).
③ Face dominante — A_op ≥ 3·A_autres : C_pi = 0,90·C_pe (face concernée).
④ Bâtiment ouvert (A_op >> A_autres) : traité comme auvent (canopy), §7.3.

Entre les ratios 2 et 3 : interpolation linéaire. Le coefficient C_pe de la face avec ouverture vaut généralement +0,7 à +0,8 (face au vent) → C_pi = +0,5 à +0,7 en cas d'ouverture frontale dominante.

ASCE 7-22 §26.13. Classification en 3 catégories :

① Enclosed : GC_pi = ±0,18
② Partially enclosed : GC_pi = ±0,55
③ Open : GC_pi = 0 (toiture seule sollicitée par pression nette)

Le facteur 0,55 d'ASCE traduit 3 fois la pression interne classique du bâtiment fermé.

Helmholtz buffeting — mécanisme physique (Holmes 2007 §6.4). Un volume V_int connecté à l'extérieur par une ouverture A_op est un résonateur acoustique :

f_H = (c₀ / 2π) · √(A_op / (V_int · L_eff))
avec c₀ = 340 m/s (vitesse du son), L_eff ≈ 0,85·√A_op (longueur effective du col)
Ordre de grandeur typique : f_H = 1 à 10 Hz pour hangars industriels

Si f_H tombe dans la bande énergétique du spectre de turbulence (0,1-1 Hz typiquement, cf. Module 1 Kaimal/Davenport), il y a amplification dynamique de la pression interne. Sharma & Richards (1997) ont montré des facteurs d'amplification de 1,5 à 2,5 par rapport à la valeur quasi-statique. Effet négligeable pour grand volume et petite ouverture (f_H très bas) ou ouverture quasi-fermée (f_H très haut hors spectre).

Soulèvement net de toiture.

q_net,roof = q_réf · (C_pe,toit − C_pi)
F_uplift = q_net,roof · A_toit = q_réf · L·B · (C_pe,toit − C_pi)

Pour un bâtiment fermé : C_pi = +0,2 → C_net = (−0,7) − (+0,2) = −0,9 → soulèvement modéré. Pour un bâtiment avec ouverture frontale dominante : C_pi = +0,63 → C_net = (−0,7) − (+0,63) = −1,33 → soulèvement multiplié par 1,5. Combiné avec un facteur de pointe (rafale) sur q_réf, la toiture peut subir 2 à 3 fois plus d'arrachement.

Cas réels d'arrachement — retours d'expérience.

① Hangar agricole — porte coulissante ouverte sous tempête (FR 1999, Lothar-Martin) : toiture bac acier arrachée par effet GC_pi.
② Aérogare — portes coulissantes automatiques ouvertes pendant cyclone : pression interne +0,7 → toit en charpente bois envolé.
③ Bâtiments industriels Cat 5 USA (Andrew 1992, Charley 2004, Ian 2022) : 60-70 % des sinistres impliquent une défaillance par GC_pi non maîtrisé.
④ Église de bois antillaise (Saint-Martin, Irma 2017) : ouvrants détruits en début de cyclone → pressurisation interne → toiture catapultée.

Mesures de protection.

① Volets anti-cyclone (cat 4-5) sur toutes les ouvertures : ramène le bâtiment en classement « enclosed ».
② Surdimensionnement systématique de la toiture au C_net = −1,3 (équivalent « partially enclosed »).
③ Ancrages renforcés chevrons/pannes sur murs (sangles métalliques continues, équerres).
④ Ouvertures équivalentes basses dans murs sous-vent pour ventiler la surpression interne (méthode néerlandaise des serres).
⑤ Toit en pente raide (≥ 35°) : C_pe devient positif au vent et négatif sous-vent, réduit le ΔC_net.

Limites du modèle. Approximations : volume V_int unique connexe ; ouverture rectangulaire idéalisée ; pas de fuite distribuée par menuiseries (en réalité ε = 0,1-0,5 % de A_façade) ; vent dirigé normal à la face. Le couplage Helmholtz est modélisé par un facteur d'amplification empirique. Pour cas critique : essais en soufflerie sur maquette à pression mesurée (CSTB, BLWTL), ou modèles couplés CFD-FEM (Fluent + Abaqus).