L'objectif, en concevant une cheminée ou un rejet, est que le gaz relâché n'atteigne pas les récepteurs (prises d'air neuf, bâtiments voisins, zones piétonnes) au-dessus d'une concentration acceptable.
La zone de recirculation derrière un bâtiment
Derrière une construction se forme un sillage en dépression avec recirculation. Tout rejet qui pénètre dans cette zone est entraîné vers le bas et ramené au niveau de la toiture ou du sol.
La question critique n'est donc pas de combien de mètres est la cheminée, mais si le rejet reste au-dessus de cette zone. La hauteur de la zone dépend de la largeur et de la hauteur du bâtiment ; une construction large et basse laisse un sillage plus grand qu'une construction étroite et haute.
La surélévation du panache doit être prise en compte
Un rejet chaud et rapide continue de monter après sa sortie de cheminée, sous l'effet de la quantité de mouvement et de la flottabilité. Cela augmente la hauteur efficace de cheminée.
Mais l'inverse se produit aussi : si la vitesse d'éjection est faible, le vent au-dessus de la cheminée rabat le panache (rabattement de cheminée). Le rapport entre la vitesse d'éjection et la vitesse locale du vent est donc un critère de conception, tenu de rester au-dessus d'une certaine valeur.
Courte distance, problème difficile
Pour la dispersion à longue distance, les modèles gaussiens sont adéquats et rapides. Pour la dispersion à courte distance autour des bâtiments, c'est la géométrie qui domine : tourbillons, accélérations d'angle, zones de décollement en toiture. Un modèle gaussien ne les voit pas ; une solution de champ est nécessaire. Voir la note sur le vent et le confort piéton.
Notes de modélisation
Plusieurs directions de vent. Le cas le plus défavorable n'est généralement pas la direction dominante mais celle qui place le récepteur dans le sillage.
Rejet avec flottabilité. Dans un gaz chaud, c'est l'écart de masse volumique qui fixe le transport ; un modèle isotherme manque entièrement la surélévation du panache. Voir la note sur la convection naturelle.
Concentration instationnaire. Le critère d'acceptation est en général un pic de concentration de courte durée, non une moyenne. Une moyenne stationnaire donne des pics instantanés nettement plus faibles qu'ils ne le sont.
Références
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6
- Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806