De loin, une touche en descente peut ressembler à un torrent de fortes pluies. Mais au niveau du sol, son comportement peut être beaucoup plus destructeur.
Lorsque les vents d'un descente ont touché le sol, il tire horizontalement dans toutes les directions, parfois avec suffisamment de force pour briser les fenêtres et renverser les véhicules.
Ces vents se comportent de manière compliquée, en particulier dans les villes, comme le montre nos dernières recherches. Les vents descendants peuvent détourner les grands bâtiments, augmentant la pression sur les fenêtres et les murs des bâtiments voisins. Le résultat peut époustoufler la façade et la façade. Même les bâtiments conçus pour survivre aux ouragans peuvent subir des dommages majeurs lors d'un coup de passe.
En tant qu'ingénieurs, nous étudions les ralentissements dans le but de concevoir des bâtiments, des composants tels que des panneaux solaires et des fenêtres et des infrastructures telles que des lignes électriques qui peuvent résister à cette force puissante. Pour ce faire, informé par les mesures sur le terrain, nous créons nos propres ralentissements puissants à l'aide d'un simulateur d'ouragan connu sous le nom de Wall of Wind à la Florida International University.
Qu'est-ce qu'un coup de passe?
Les rafales peuvent être aussi destructrices que les tornades, mais leurs vents se développent d'une manière très différente.
Un coup de baisse se forme lorsqu'un orage tire plus frais et plus lourd de plus haut dans l'atmosphère. Alors que cet air refroidi par la pluie se précipite vers le bas, il gagne en vitesse. Une fois qu'il claque dans le sol, il n'a nulle part où aller mais vers l'extérieur, envoyant des vents forts dans toutes les directions horizontales.
La vitesse du vent en descente peut atteindre plus de 150 miles par heure. C'est la force d'un ouragan de catégorie 4 et suffisamment fort pour abattre les arbres et les lignes électriques, endommager les bâtiments et les véhicules de retournement.
Ces vents tournent également, mais pas de la même manière que les tornades le font. Les vents descendants sont généralement considérés comme des vents en ligne droite, mais ils tournent autour d'un axe horizontal alors que le vent se recroqueville après avoir frappé le sol. Les tornades, en revanche, tournent autour d'un axe vertical.
De puissants systèmes de tempête connus sous le nom de Derechos sont souvent constitués de multiples grappes de ralentissement, chacune contenant de nombreuses rafales plus petites, parfois appelées microburstes.
Recréer les coups de pouce de Houston dans un entrepôt
Le 16 mai 2024, un Derecho a frappé Houston avec un coup de pouce qui était si fort qu'il a fait exploser des fenêtres dans plusieurs immeubles de grande hauteur qui avaient été construits pour survivre aux ouragans de la catégorie 4. Les vents ont également tiré des morceaux de façades des bâtiments.
Deux mois plus tard, l'ouragan Beryl a frappé Houston avec des vitesses de vent similaires, mais elle a laissé un minimum de dégâts aux bâtiments du centre-ville.
Pour comprendre comment un coup d'œil comme celui-ci peut être tellement plus destructeur – et ce que les villes et les concepteurs du bâtiment peuvent faire à ce sujet – nous avons simulé les vents de Houston en descente et les vents de l'ouragan Beryl dans le mur du vent.
L'installation d'essai est équipée d'une douzaine de fans de jet, chacun presque aussi grand que les travailleurs qui les dirigent et assez puissants pour simuler un ouragan de catégorie 5. Notre équipe a utilisé ces fans pour recréer de puissants vents de descente qui frappent horizontalement avec les vitesses de vent maximales près du niveau du sol. Ensuite, nous avons mis plusieurs modèles de bâtiments à l'épreuve pour voir comment les toits, les fenêtres, les façades et les structures des lignes électriques ont réagi sous cette force.
Dans le Houston Derecho, un coup de pouce a frappé au centre-ville avec des vents de 100 mph. Il a craqué certaines fenêtres inférieures, probablement avec des débris soufflantes, mais cela a également causé des dégâts inattendus à mi-chemin de certains bâtiments.
L'auditorium du bâtiment Chevron a en fait subi le plus de dégâts d'un côté qui n'était pas directement dans la ligne de la tempête mais faisait face à un autre grand bâtiment. Cela a laissé des questions intrigantes. Il a suggéré que la façon dont les bâtiments canalisent le vent ont peut-être créé une forte aspiration qui a fait sauter les fenêtres au milieu de la tour. Une autre question brûlante est de savoir si les codes de conception des bâtiments sont dépassés en ce qui concerne la façon dont leur revêtement peut résister à ces vents localisés.
En utilisant le mur du vent, nous avons pu tester ces pressions sur les modèles des bâtiments de Houston et voir comment les vents descendants ont augmenté la pression sur un modèle de bâtiment grand avec des forces excessives près du niveau du sol.
La capacité de simuler ces vents est importante pour améliorer la compréhension des ingénieurs des différences dans la façon dont les ruptures et les autres événements de vent exercent une force sur les bâtiments. Les résultats éclairent finalement les normes de construction pour aider à créer des communautés plus résilientes et mieux protégées.
Construire de meilleures lignes électriques
Les grandes tempêtes, comme les ruptures, peuvent également éliminer les lignes électriques.
Les lignes électriques s'étendent sur des centaines de kilomètres entre les villes et les États, les rendant plus sensibles à un coup d'une tempête sévère localisée, comme un coup de pouce. Si l'une des tours tombe, cela peut provoquer une réaction en chaîne, comme les dominos en tombant les uns après les autres. Cela peut éliminer le pouvoir pour un grand nombre de personnes.
Avec des collègues, nous avons testé des tours de transmission et des systèmes de ligne électrique multisan sous les vents des ralentissements et les vents d'ouragan pour comprendre comment ces structures réagissent, dans le but de développer de meilleures techniques de construction. Ce travail a aidé à mettre à jour le manuel américain pour la conception de lignes électriques, que les ingénieurs utilisent pour concevoir des tours de transmission plus sûres et plus résilientes aux tempêtes.
Quelle est la prochaine étape
Les bâtiments de faible hauteur et moyenne sont également vulnérables aux coups de compte, mais les effets sont moins bien compris. Les vents de la descente sont les plus intenses entre 10 et 300 pieds au-dessus du sol, ce qui signifie que les toits et les murs de certaines graines bas peuvent être touchées avec un vent horizontal intense.
Les codes du bâtiment récent ont offert des directives de conception pour s'assurer que ces bâtiments peuvent résister aux tornades. Cependant, la façon dont les rafales tournent en peu de temps autour d'un bâtiment ou d'une communauté de bâtiments met la pression sur les murs et le toit de différentes manières. Semblable aux vents en ligne droite, nous nous attendons à une aspiration élevée sur le toit. En raison de leur courte durée, de leur direction du vent variable et de leur vitesse de vent intense, les ruptures peuvent également provoquer des vibrations excessives et une distribution de pression variable sur les composants du toit.
Nous testons désormais des dommages aux ralentissements aux bâtiments de basse et de milieu de hauteur pour mieux comprendre les risques et aider à mettre en évidence les changements qui peuvent rendre les bâtiments plus résilients.
À mesure que les populations grandissent, les villes ajoutent plus de bâtiments. Dans le même temps, les tempêtes puissantes deviennent plus fréquentes et plus intenses. Comprendre les effets de différents types de tempêtes aidera les ingénieurs à construire des gratte-ciel, de faibles troncs et des lignes électriques qui sont mieux à même de résister à des conditions météorologiques extrêmes.
