Le confort

Projet 3
La météo des gares
Rail & Recherche n°34 - janvier/février/mars 2005

Pour faire face aux variations climatiques dans les gares, l’usage recommandait jusqu’à présent une température de 12° l’hiver et un écart de – 5° par rapport à l’extérieur l’été mais ces spécifications n’avaient jamais été confrontées à la perception que peuvent en avoir nos clients. Comment offrir un “confort climatique” plus adapté à leur ressenti ? Un projet croisant simulations numériques, campagnes de mesures et enquêtes in situ est en cours pour résoudre cette difficile équation.

Comparées aux autres lieux publics, les gares constituent un cas à part. Nécessairement semi-ouvertes et faites de très grands volumes, elles sont soumises à des flux d’air constants. Les phénomènes en jeu — à la fois aérauliques et thermiques — sont multiples et complexes et la maîtrise des mouvements d’air et des transferts de chaleur s’avère extrêmement difficile. Pragmatique, le projet de recherche vise à évaluer la capacité de modèles originaux de simulation numérique à appréhender le comportement climatique d’une gare dans toute sa complexité. Dans une seconde étape, des enquêtes sur le terrain doivent permettre de mettre en relation les résultats avec le ressenti des clients pour voir si les indicateurs de confort climatique existants sont pertinents pour les gares.

Deux campagnes de mesures in situ

Le projet s’appuie sur deux sites tests : une gare de conception ancienne, celle de Reims, qui va faire l’objet d’une rénovation dans le cadre du projet TGV Est, et une gare récente, Avignon-TGV, réalisée avec des spécifications précises de qualité du confort climatique. Des équipes du Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) sous la houlette de Corinne Talotte, spécialiste de la mécanique des fluides à la SNCF, ont passé quelques jours dans ces gares pour “cartographier” leur situation climatique, l’une en conditions estivales et l’autre en hiver, dans un contexte météo stable et représentatif de conditions contrastées : 0° à Reims, et +30° à Avignon. Sur les dix points de relevés principaux — sept à l’intérieur de la gare et trois à l’extérieur —, toute une série de valeurs ont été relevées : température et humidité de l’air, échanges thermiques par rayonnement des parois, vitesse de l’air, sa direction et sa turbulence. “À la demande de la SNCF, nous avons installé des capteurs à des niveaux différents, afin de restituer ce qui se passe à hauteur d’homme : 10 cm (pieds), 1,10 m (milieu du corps), 1,70 m (tête)”, explique Emmanuel Fleury, ingénieur du CSTB. En plus de ces mesures en continu, des relevés ponctuels ont été effectués pour calculer le débit de l’air lors des ouvertures de portes. Au total 50 à 60 acquisitions différentes ont été obtenues, sous forme de courbes et de tableaux. “Sur cette base, nous avons analysé les variations et les pics en les mettant en relation avec les événements concomitants (flux de voyageurs, coups de vent, ensoleillement passager…) et identifié avec la SNCF les séquences qui peuvent être comparées avec les calculs numériques, ou corrélées avec les enquêtes”, complète Bernard Collignan, qui a piloté l’étude au sein du CSTB.

Une méthode de simulation numérique

Parallèlement, deux bureaux d’études ont été mis en compétition pour élaborer une méthode de modélisation capable de simuler le comportement climatique d’une gare en fonction de multiples paramètres : météo extérieure des derniers jours, géométrie de la gare, aménagements, matériaux utilisés, système de climatisation et de ventilation, flux des passagers, fréquences d’ouvertures des portes, etc. Les mêmes conditions extérieures (vent, température) que celles mesurées par le CSTB ayant été prises en compte dans les calculs, les résultats de la modélisation ont été comparés aux relevés de terrain. La première phase d’essais comparatifs sur Reims a permis de choisir la méthodologie proposée par Optiflow, société spécialisée dans la simulation numérique des écoulements des fluides. “La véritable difficulté consiste à élaborer, à partir d’un ensemble d’outils existants, un enchaînement de calculs et de simulations adapté à la problématique de chaque gare, commente Éric Delboulbé, gérant de la société. Nous avons proposé une méthodologie qui permet de maîtriser de façon très fine chacune des étapes de paramétrage des données et de dimensionner les outils par rapport aux différents phénomènes physiques traités.” La démarche principale est fondée sur la résolution numérique couplée des équations de la mécanique des fluides et de la thermique. Elle est accompagnée d’une série de logiciels permettant d’affiner les conditions dans lesquelles sont réalisés les calculs finaux : inertie des matériaux, apport de l’ensoleillement, etc. Des simulations de la gare de Reims, intégrant des solutions pour améliorer le confort climatique, sont en cours et devraient permettre de juger de l’aptitude de la méthode à modéliser des dispositifs particuliers (rideaux d’air chaud, plafonds rayonnants…). Les simulations numériques de la gare d’Avignon vont démarrer, quant à elles , début 2005 avec une méthodologie adaptée pour les conditions estivales.

Des enquêtes qualitatives pour le ressenti des clients

La démarche a été complétée par des enquêtes qualitatives menées auprès des voyageurs. Les résultats de celles qui ont été réalisées cet été à Avignon sont en cours d’étude. Ces résultats, rapprochés des mesures physiques et complétés par ceux qui seront obtenus à partir des enquêtes en gare de Reims début 2005, permettront d’identifier les éléments de confort et/ou d’inconfort climatique exprimés par les usagers de ces deux gares, et ce pour des conditions climatiques estivales et hivernales. On examinera également les indicateurs de confort climatique existants, déterminés pour des bâtiments fermés, pour vérifier s’ils sont pertinents dans le cas des gares. Une analyse de l’ensemble des travaux devrait conduire à la préconisation, mi-2005, d’une méthode capable d’évaluer la performance climatique des futurs projets de construction ou de rénovation des gares en s’assurant de leur bonne adéquation à la spécification du confort climatique attendu.