Le point en recherche de la Colombie-Britannique Introduction

Le point en recherche de la Colombie-Britannique Introduction
Le point en recherche
Juin 2007
Série technique 07-114
Rapport entre le vent et la pluie dans le sud-ouest
de la Colombie-Britannique
Introduction
L’attention soutenue dont a fait l’objet la défaillance des enveloppes
de bâtiments dans le sud-ouest de la Colombie-Britannique a mis
en lumière la forte incidence de la pluie poussée par le vent sur
l’enveloppe des bâtiments.
Il n’existe toutefois aucun outil de conception spécifique permettant
de déterminer l’exposition à la pluie poussée par le vent quant aux
emplacements ou aux orientations particuliers dans la région. Les
données de conception les plus apparentées sont les valeurs de
pression de la pluie poussée par le vent (PPPV) que l’on trouve dans
la norme CSA-A440, mais celles-ci sont non directionnelles.
L’étude dont il est question ici examine le rapport entre le vent et la pluie
au cours des quatre saisons de l’année. Les données sur le vent et la pluie
ont été recueillies dans 12 stations météorologiques situées sur l’île de
Vancouver et dans la vallée du Bas-Fraser de la Colombie-Britannique.
Méthode
Ces 12 stations ont donné un échantillon statistiquement valable des
éléments ci-dessous :
1. La vitesse et la direction du vent à 10 m (33 pi) au-dessus du
niveau du sol, toutes les heures.
2. Les taux de précipitations horaires en mm/h.
Les cinq stations d’Environnement Canada (EC) ont enregistré la
vitesse et la direction moyennes des vents pendant deux minutes en
début d’heure toutes les heures. La direction du vent est donnée en
dizaines de degrés. Les valeurs horaires moyennes de la vitesse et
de la direction du vent ont été calculées pour les sept stations
météorologiques du district régional du Grand Vancouver (GVRD).
Bien qu'il puisse y avoir des différences entre les données en début
d’heure et les moyennes horaires, cette étude établit des tendances,
malgré cette différence.
À l’aide de ces données météorologiques horaires, des statistiques
comme la moyenne, l’écart type et les valeurs maximales et minimales
Douze stations météorologiques ont été jugées convenables pour
l’analyse : quatre sur l’île de Vancouver (cf. la figure 1) et huit dans la
vallée du Bas-Fraser (cf. la figure 2).
F i g u re 2 Stations météorologiques dans la vallée
du Bas-Fraser (Lower Mainland)
F i g u re 1 Stations météorologiques sur l’île de Vancouver
AU CŒUR DE L’HABITATION
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Rappo r t entre l e ve nt e t la p lu ie da n s le su d- o u e st de l a C o l o m b i e - Br i t a n n i q u e
ont été calculés, puis différents sous-ensembles de données ont été
tracés sur graphique. Les pressions dues au vent ont été calculées à
l’aide de la formule classique :
En règle générale, on observe un gradient uniforme de précipitations
annuelles, avec des valeurs qui augmentent du sud au nord (que ce
soit sur l’île de Vancouver ou dans la région continentale), et d’ouest
en est en ce qui a trait aux stations dans la vallée du Bas-Fraser.
P = 0,04991 x (vitesse du vent)2,
Dans la vallée du bas-Fraser, les valeurs élevées de précipitations
annuelles aux stations de Burnaby Mountain et de Port Moody
sont probablement attribuables au fait que ces stations se trouvent
en terrain montagneux.
où P est en pascals (Pa) et la vitesse du vent est en km/h. Dans cette
équation, on suppose que la température de l’air est à 0 °C (32 °F) à
une pression atmosphérique de 101,325 kPa (14,6 lb/po2).
La pression de la pluie poussée par le vent (PPPV) a été calculée pour
des périodes de récurrence de 5 et 10 ans au moyen de la pression du
vent, P, calculée pour les heures durant lesquelles les précipitations
étaient supérieures au seuil de 1,8 mm/h (0,07 po/h).
Les valeurs de la PPPV données dans la norme CSA-A440 visant les
fenêtres sont fondées sur des périodes de récurrence de 5 et 10 ans à
utiliser avec les fenêtres visées par la norme CSA-A440. Parce que
l’ensemble des données employées pour l’étude couvrait une période
de moins de 10 ans, les valeurs extrêmes de la période de récurrence
de 5 et 10 ans n’ont pu être produites. Les pressions dues au vent ont
plutôt été calculées pour toutes les plages horaires dont le seuil de
1,8 mm/h de pluie a été atteint.
Toutes les stations ont enregistré les précipitations les plus importantes
en hiver, de décembre à février, sauf pour l’aéroport de Port Hardy,
où cela s’est produit à l’automne, de septembre à novembre. Les mois
d’automne et d’hiver combinés représentent entre 64 et 72 % des
précipitations annuelles aux 12 stations.
Les études antérieures de pluie poussée par le vent menées au Canada
ont ignoré les mois d’hiver, compte tenu du fait que les précipitations
en hiver dans la plupart des régions du Canada tombent sous forme
de neige. De plus, ces études privilégiaient Victoria pour représenter la
Colombie-Britannique, mais, comme le montre la présente étude,
cette hypothèse est erronée.
D’autres données statistiques analysées dans le rapport comprennent
la fréquence des précipitations, la distribution saisonnière des plages
horaires de pluie, la corrélation entre les précipitations et la vitesse du
vent, ainsi qu’entre les précipitations et la direction du vent, et la
variabilité locale de la PPPV.
Analyse des données
Le Tableau 1 montre les précipitations moyennes annuelles totales
dans les 12 stations, de même qu’une ventilation des précipitations
par saison de l’année. Comme le montre le tableau, à l’aéroport
international de Victoria, on a mesuré la plus faible quantité de
précipitation, soit 861 mm (33,8 po), près de 1 m (3,2 pi) de moins
que la plus haute valeur de précipitations annuelles enregistrées
(1 858 mm [73,1 po]) à la station de Burnaby Mountain.
La présente étude des précipitations et de direction du vent fournit des
résultats intéressants sous forme des roses des vents pour les 12 stations.
La figure 3 en est un exemple en ce qui a trait à l’aéroport de Nanaimo.
Tableau 1 Précipitations moyennes saisonnières dans les 12 stations
Précipitations moyennes saisonnières en mm (po)
Station*
Printemps
Automne
Hiver
Aéroport de Port Hardy
290 (11,4)
212 (8,35)
691 (27,20)
614 (24,17)
1 807 (71,14)
Aéroport de Comox
204 (8)
125 (4,92)
340 (13,39)
421 (16,57)
1 089 (42,87)
Aéroport de Nanaimo
205 (8)
107 (4,21)
304 (11,97)
421 (16,57)
1 037 (40,83)
Aéroport international de Victoria
159 (6,26)
88 (3,46)
275 (10,83)
340 (13,39)
861 (33,90)
Aéroport international de Vancouver
242 (9,53)
146 (5,75)
349 (13,74)
412 (16,22)
1 150 (45,28)
Kitsilano
277 (10,91)
140 (5,51)
366 (14,41)
510 (20,08)
1 293 (50,91)
Burnaby Mountain
420 (16,54)
241 (9,49)
511 (20,12)
685 (26,97)
1 858 (73,15)
North Delta
271 (10,67)
164 (6,46)
407 (16,02)
499 (19,65)
1 342 (52,83)
Port Moody
397 (15,63)
182 (7,17)
522 (20,55)
667 (26,26)
1 767 (69,57)
Surrey East
284 (11,18)
146 (5,75)
341 (13,43)
494 (19,45)
1 265 (49,80)
Maple Ridge
337 (13,27)
186 (7,32)
468 (18,43)
476 (18,74)
1 466 (57,72)
Langley Central
269 (10,59)
119 (4,69)
347 (13,66)
585 (23,03)
1 320 (51,97)
* En ordre géographique d’ouest en est
2
Été
Précipitations
moyennes annuelles
en mm (po)
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R a p p o r t e n t re l e ve n t e t l a p l u i e d a n s l e s u d - o u e s t d e l a C o l o mbi e- Bri t anni que
La rose des vents du haut dans la figure 3 indique la direction et
l’intensité du vent à l’aéroport, exprimé sous forme de fréquence en
pourcentage de L’ENSEMBLE des heures pour lesquelles des données ont
été enregistrées. La rose des vents au bas de la figure 3 donne le même
résultat, sauf que la fréquence est exprimée en pourcentage des
périodes de PRÉCIPITATIONS (c'est-à-dire, lorsqu’il est tombé plus de
1,8 mm [0,07 po] de précipitations).
Le Greater Vancouver Regional District affiche une variation supérieure
des roses des vents pour l’ensemble des plages horaires, de même
que pour les heures de précipitations en fonction de l’emplacement,
et les données relativement à l’aéroport de Vancouver ne sont pas
représentatives de toutes les localités dans le GVRD. Ainsi, les
décisions de conception fondées sur les données recueillies à l’aéroport
de Vancouver seraient tout à fait erronées dans nombre de localités.
Deux différences deviennent immédiatement évidentes
N
D’abord, la direction du vent change lorsqu’il pleut. La direction
du vent pour L’ENSEMBLE des valeurs horaires est distribuée presque
uniformément depuis les quatre points cardinaux, avec certains vents
en provenance du sud-ouest.
Durant les périodes de précipitations, le vent provient surtout de
l’est-sud-est, du sud-est, et du sud-sud-est. Selon ces données, on prévoit
très peu de pluie poussée par le vent provenant du nord ou du sud-ouest
à Nanaimo. Cela semble indiquer que la façade sud-est d’un bâtiment
situé à Nanaimo serait davantage vulnérable au phénomène de la pluie
poussée par le vent. Ce qui ne veut pas dire qu’il faille concevoir le mur
de cette façade différemment des autres (par exemple, un mur à écran
pare-pluie pour la façade orientée sud-est et un mur en stucco à étanchéité
de façade partout ailleurs), mais cela sert néanmoins d’indication
quant à l’emplacement de détails vulnérables. Dans le cas présent, les
portes d’entrée à seuil de porte à profil bas pour l’accès sans obstacle
ne devraient pas être orientées au sud-est à Nanaimo, puisqu’il sera
difficile d’empêcher la pénétration de la pluie poussée par le vent
provenant de cette direction.
NO
15 %
NE
10 %
5%
O
E
5%
10 %
SO
15 %
S
Cal me (<= 0,5 m /s) =
Le rapport comprend des roses des vents pour les 12 emplacements,
tant pour les périodes de précipitations, que l’ensemble des plages
horaires et les données saisonnières. Dans tous les cas, les roses
des vents pour les plages horaires de précipitations visant chaque
saison indiquent que c’est durant l’hiver que la direction du vent
varie le moins, et durant l’été qu’elle varie le plus. En outre, la
fréquence des vents puissants (plus de 12 m/s [39,37 pi/s]) est
plus élevée en hiver.
52 ,9 %
N
15 %
NO
Enfin, l’importance de la vitesse des vents varie considérablement
lorsque l’on considère les périodes de précipitations par rapport à
l’ensemble des plages horaires. Le vent est calme durant presque
52 % de l’ensemble des plages horaires, mais seulement pour environ
25 % du temps lors des périodes de précipitations, et la vitesse du
vent se situe le plus souvent dans une fourchette de 6 à 9 m/s
(19,69 à 29,53 pi/s) (22 à 32 km/h [13,67 à 19,88 mi/h]) en
période de précipitations, comparativement à 4 à 6 m/s (13,12 à
19,69 pi/s) (14 à 22 km/h [8,70 à 19,88 mi/h) pour l’ensemble
des plages horaires.
SE
NE
10 %
5%
O
E
5%
10 %
SO
15%
S
>12 m/s
9 à 12 m/s
6 à 9 m/s
SE
Cal m e (<= 0,5 m /s) = 24 ,7 %
4 à 6 m/s
2 à 4 m/s
0.5 à 2 m/s
F i g u re 3 Rose des vents pour Nanaimo pour l’ensemble
des plages horaires (haut) et pour les périodes
de précipitations (bas)
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3
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Le rapport présente également des roses des vents saisonnières pour les
périodes de précipitations seulement pour chacune des stations. En
règle générale, la variabilité de direction du vent durant les périodes de
précipitations augmente au cours des saisons : la variabilité est
minimale en automne et en hiver, et maximale au cours de l’été et du
printemps. C’est ainsi que la fréquence la plus élevée d’une direction
du vent donnée durant les périodes de précipitations se produira
vraisemblablement en hiver.
La direction des vents dominants en période de précipitations durant
l’hiver aura tendance à être la même pendant toutes les autres saisons;
toutefois, la fréquence de ces directions des vents diminuera à mesure
que la variabilité directionnelle augmente. Les vents fréquents les plus
puissants se produisent en hiver à toutes les stations et sont associés à
la direction des vents dominants. La vitesse des vents varie selon les
saisons, les valeurs maximales étant enregistrées l’automne et l’hiver,
et les valeurs minimales le printemps et l’été.
En somme, l’étude dont il question ici a simplement servi d’étude
statistique de la coïncidence du vent et de la pluie par rapport aux
données disponibles pour l’île de Vancouver et la vallée du Bas-Fraser
de la Colombie-Britannique. Une analyse de la distribution temporelle
des précipitations serait utile, puisqu’elle indiquerait si c’est le
mouillage ou l’assèchement qui prédomine dans un endroit donné.
Si les périodes de précipitations se produisent dans un court laps de
temps, le reste de l’année sert de période de séchage; dans le pire des
cas, les périodes de précipitations se répartissent également dans
l’année, ce qui fait que les bâtiments ne peuvent jamais s’assécher
entièrement avant la prochaine pluie. Bien qu’il eût été possible
d’analyser les données pour y déceler ces tendances, une telle analyse
ne faisait pas partie de la portée de l’étude.
Conséquence pour le secteur
du logement
La topographie et l’influence de l’océan ont une incidence considérable
sur les conditions météorologiques locales dans la vallée du Bas-Fraser
et sur l’île de Vancouver, et c’est pourquoi les décisions ayant trait à la
conception des bâtiments fondée sur les données météorologiques
provenant d’une seule localité comme l’aéroport de Vancouver
pourraient ne pas convenir à l’emplacement d’un bâtiment envisagé.
Les données indiquent que les renseignements météorologiques
recueillis à l’aéroport de Vancouver ne sont pas représentatifs des
conditions de vent et de pluie relevées aux quatre coins de la vallée du
Bas-Fraser. La provenance des vents dominants lors de précipitations
de pluie, de même que la vitesse maximale des vents, varie d’un lieu
à l’autre. Par conséquent, la PPPV change à chaque endroit.
4
Société canadienne d’hypothèques et de logement
En ce qui à trait à l’enveloppe des bâtiments, les résultats révèlent
que le fait d’utiliser, par exemple, les valeurs de PPPV de la
norme CSA-A440 fondées sur les données obtenues à l’aéroport
de Vancouver pourrait entraîner une sous-estimation des
conditions propres à des endroits autour de Burnaby Mountain
et une surestimation des conditions dans bien d’autres régions,
comme Kitsilano.
Pour ceux qui doivent remettre en état l’enveloppe d’un bâtiment,
cela pourrait signifier, au chapitre des coûts, qu’un mur perçu
comme le plus vulnérable relativement à la pluie poussée par le
vent recevrait plus d’attention que les autres murs. Or, si la
direction du vent pendant les périodes de précipitations à
l’endroit en question diffère considérablement de celle de l’aéroport
de Vancouver, c’est le mauvais mur qui pourrait avoir été protégé
en conséquence.
Ces résultats ont également des répercussions sur la conception des
nouveaux ouvrages. Le fait de connaître la direction prédominante
de la pluie poussée par le vent à un endroit donné peut servir de
guide dans le choix de la façade qui convient le mieux pour les
portes d’entrée et les portes-fenêtres coulissantes, lesquelles, il est
bien connu, résistent mal à la pluie poussée par le vent. Les roses
des vents du type montré dans la figure 3 peuvent également
fournir des pistes quant à la nécessité de prévoir des débords de
toit plus larges sur une façade donnée. Par ailleurs, si une porte
d’entrée doit nécessairement être située dans une façade très exposée
à la pluie poussée par le vent (en raison d’un agencement intérieur
inévitable), le concepteur peut prévoir un auvent ou un profond
retrait, de manière à réduire la vulnérabilité du bâtiment à
l’infiltration d’eau.
L’analyse montre que toutes les stations météorologiques affichent
une différence marquée pour ce qui est de la direction du vent et
de la fréquence des vitesses de vents supérieures quant aux périodes
de précipitations par rapport à l’ensemble des plages horaires. De plus,
les variations saisonnières du vent sont telles que les vents puissants
sont les plus fréquents en hiver, et ce, pour toutes les stations, et ce
sont les vents dominants qui sont les plus forts. Une étude antérieure
(Surry et coll., 1995) avait examiné les relations entre le vent et la
pluie dans plusieurs stations d’un bout à l’autre du Canada durant les
mois d’avril à septembre. L’étude dont il est ici question montre que,
pour la région sud-ouest de la C.-B., la pluie poussée par le vent est
tout aussi importante durant les mois d’hiver lorsque les chutes de
pluie sont plus fréquentes et que la vitesse des vents est généralement
supérieure.
Le Point en recherche
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Les conclusions de l’étude antérieure de Surry et coll. (1995) sont
valides pour la présente étude :
Les valeurs de PPPV recueillies pour un large éventail de
directions pourraient offrir d’utiles renseignements afin de
perfectionner les méthodes de conception. Étant donné que
certaines surfaces de bâtiment, selon leur orientation, recevront
moins de pluie poussée par le vent que d’autres, il pourrait être
possible de concevoir ces façades moins exposées de manière
plus économique que pour les façades exposées aux vents
dominants et donc soumises à la pluie poussée par le vent.
La présente étude ajoute aussi à ces conclusions en soulignant que,
dans les régions où la topographie et d’autres facteurs comme
l’incidence de l’océan, à petite échelle, influent sur le climat régional,
il importe de prendre en considération les variations locales de la pluie
poussée par le vent et la direction des vents. Il serait par conséquent
envisageable de modifier le nomogramme des catégories d'exposition
que l'on trouve dans le Guide des règles de l'art : Enveloppe de bâtiments
à ossature de bois dans le climat littoral de la Colombie-Britannique
(SCHL, 2001) afin de tenir compte de la différence dans les catégories
d'exposition pour diverses directions. Par exemple, la figure 3 indique
que les murs donnant sur le sud-est sont les plus exposés à la pluie
poussée par le vent, mais elle révèle aussi que les murs donnant au
nord ne sont exposés à la pluie poussée par le vent que durant environ
1 % du temps au cours de l’année.
Dans nombre d’endroits, la vitesse moyenne du vent augmente à
mesure que la fréquence des précipitations augmente. Il est préférable
que la vitesse du vent soit plus élevée lors des périodes sans
précipitations, ce qui favoriserait le séchage de l’enveloppe du
bâtiment, mais il semble que ce ne soit pas le cas. Les concepteurs
de bâtiments doivent réaliser que cela met en lumière la nécessité
d’empêcher les murs de se mouiller lors de précipitations de pluie,
et de promouvoir le séchage des murs lors des périodes sans
précipitations. Tout indice de conception utilisé pour servir de
guide dans ce domaine devrait mettre en lumière cette
importante constatation.
Société canadienne d’hypothèques et de logement
5
Le Point en recherche
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Directeur de projet pour la SCHL : Silvio Plescia
Consultants : Levelton Engineering Limited
Recherche sur le logement à la SCHL
Aux termes de la partie IX de la Loi nationale sur l'habitation,
le gouvernement du Canada verse des fonds à la SCHL afin de lui permettre
de faire de la recherche sur les aspects socio-économiques et techniques du
logement et des domaines connexes, et d'en publier et d’en diffuser les résultats.
Le présent feuillet documentaire fait partie d’une série visant à vous informer
sur la nature et la portée du programme de recherche de la SCHL.
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Imprimé au Canada
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25-06-07
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