La journaliste de Québec Science en plein tourbillon. Photos: Adrian Costache/WindEEE Research Facility
À London, en Ontario, une gigantesque soufflerie simule tornades, rafales et ouragans pour concevoir des ponts, des gratte-ciel et d’autres infrastructures capables de résister aux vents.
Seule au centre d’une haute pièce hexagonale, je fais face à un mur composé de 60 ventilateurs industriels. Six autres sont cachés dans le plafond. J’ai en main un anémomètre, qu’on m’a dit de tenir un peu au-dessus du sol. Les ventilateurs démarrent, puis accélèrent – produisant un son de plus en plus haut. Avec un mélange de crainte et d’excitation, j’anticipe le moment où la tempête s’abattra sur moi.
Soudain, la trappe du plafond s’ouvre avec fracas et l’air s’engouffre dans la pièce. Ce sont 318 mètres cubes par seconde qui s’abattent sur le sol et rebondissent en tourbillonnant ; je prends le vent en plein visage ! L’effet est saisissant – je ne perds pas pied, mais je peine à surveiller les chiffres qui défilent sur mon instrument. Puis, tout s’arrête. Ouf !
Je viens d’expérimenter une rafale descendante – un type de vent destructeur associé aux cellules orageuses. La soufflerie où je me trouve, le WindEEE Dome, est située à London, à deux heures de route de Toronto. Contrairement à celles utilisées par les industries automobile ou aéronautique, qui produisent un vent linéaire, cette installation génère des vents complexes en trois dimensions : tornades, ouragans, etc.
Inauguré en 2014, l’équipement appartient à l’Université Western et a coûté 30 millions de dollars. C’est la plus grosse soufflerie en trois dimensions au monde ! Des équipes de recherche de partout viennent ici avec leurs maquettes pour comprendre comment les vents extrêmes affectent bâtiments et structures.
L’équipe peut contrôler en temps réel la vitesse des ventilateurs, orienter leur jet et placer des paravents pour concentrer l’écoulement. Le plancher de la chambre peut tourner sur lui-même pour simuler l’effet de vents en rotation. Il cache aussi une panoplie de blocs rétractables – ce qui permet de simuler des environnements densément bâtis, comme les centres-villes, où la turbulence est accrue.
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- Un générateur de brouillard aide à visualiser les mouvements d’air. Photo: Adrian Costache/WindEEE Research Facility
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- Les maquettes sont équipées de tubes de plastique. Ils relient chaque point de mesure à un capteur électronique. Photo: Adrian Costache/WindEEE Research Facility
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- Le directeur Girma Bitsuamlak (à droite) dans la chambre d’expérimentation. Au fond, le mur de ventilateurs. Photo: Adrian Costache/WindEEE Research Facility
Des modèles réduits
Le jour de ma visite, une équipe de scientifiques croates et espagnols était justement sur place pour tester diverses configurations d’un parc de panneaux solaires (espacement des rangées, hauteur et inclinaison des panneaux). Penchés sur leurs modèles réduits, ils y branchaient un à un des dizaines de tubes de plastique souple, pas plus larges qu’un spaghettini. Chaque tube doit être inséré dans un des petits trous percés à la surface de la maquette. L’autre extrémité est ensuite connectée individuellement à un capteur électronique. Lors des tests, l’air s’engouffrera dans les tubes, créant une pression que mesure le capteur.
Une fois les maquettes instrumentées, on les installe dans la salle d’expérimentation, leurs « cheveux de plastique » dissimulés dans le plancher pour que seule la surface de la maquette soit exposée au vent.
Et les ventilateurs n’ont pas besoin de souffler à 250 km/h pour générer des données utiles : durant mon test, le vent atteignait « seulement » 70 km/h. « On cherche surtout à voir comment la forme des constructions, leur hauteur et leur agencement au sol influent sur la “signature de pression”, soit la force exercée par le vent sur différents points de la structure », explique Girma Bitsuamlak, directeur du WindEEE Research Institute.
« Pendant des jours, on va tester différents scénarios de tempêtes pour générer des données, précise celui qui est également professeur au Département de génie civil de l’Université Western. Les lois de l’aérodynamique permettent ensuite de calculer les forces pour n’importe quelle vitesse de vent. »
Le but ultime ? Mettre à jour le Code du bâtiment, qui ne tient pas compte, actuellement, des vents violents comme les rafales descendantes. Pourtant, ces rafales sont responsables de 60 % des dommages causés par le vent dans les zones continentales de l’Amérique du Nord, a calculé l’équipe de Djordje Romanic, professeur à l’Université McGill. « Les gens connaissent l’existence de ces vents depuis des siècles, mais nous n’avions que très peu de mesures quantitatives à leur sujet. Quelles vitesses peuvent-ils atteindre ? Quel est leur profil vertical ? Leur durée ? Comment interagissent-ils avec les bâtiments ? Tout cela était un mystère. » Difficile, dans ces conditions, d’établir des normes… C’est pourquoi il a réalisé plusieurs expériences au WindEEE Dome.
Mais ne pourrait-on pas mener les mêmes simulations sur ordinateur ? « Non, à cause de la turbulence, dit Girma Bitsuamlak. Elle est extrêmement complexe à modéliser et requiert une puissance de calcul énorme. Alors ça coûte moins cher de mener l’expérience directement ! » Autre avantage du WindEEE Dome : « nous n’avons pas à simplifier la réalité, en prétendant par exemple qu’une tornade se comporte comme un vent linéaire. Nous pouvons générer la tornade », conclut-il avec enthousiasme. 
