Tempêtes

En Suisse, une tempête peut survenir partout et développer des forces considérables. Lors de rafales, la force du vent est localement démultipliée, par ex. sur les toits et les façades. Quand les forces de pression et d’aspiration sont cumulées, elles se renforcent mutuellement, par exemple au niveau des avant-toits ou si le bâtiment n’est pas étanche à l’air. Les normes suisses de construction exigent une bonne résistance aux tempêtes.

Bases

Objectif de protection

La norme SIA 261 définit un événement d’une périodicité de 50 ans comme objectifs de protection contre le vent pour les bâtiments résidentiels et commerciaux standard. Les bâtiments, les parois extérieures et le toit doivent résister aux charges importantes qui en découlent et aucun élément de construction ne doit être arraché, p. ex. les éléments de façade ou éléments en saillie tels que les antennes ou les installations solaires. Lorsque l’ensemble des coefficients de sécurité est pris en compte, l’objectif de protection s’avère sensiblement plus élevé (vent d’une périodicité d’env. 150 ans).

Types de tempêtes

Les tempêtes hivernales peuvent causer des pointes de rafales de 140 à 200 km/h dans toute la Suisse. Dans les Alpes, elles peuvent même dépasser les 250 km/h. Ce phénomène est celui qui cause les dommages les plus onéreux par événement en Suisse.

Les tempêtes les plus fréquentes en Suisse se produisent souvent avec des orages, surtout en été.

Le fœhn – un vent descendant souvent tempétueux – peut atteindre la force d’un ouragan, avec des pointes de rafales à 130-160 km/h (voire plus de 250 km/h sur les crêtes).

Des tornades peuvent aussi se produire en Suisse, souvent dans des cellules orageuses avec de la grêle. Elles sont souvent très localisées. En Suisse, elles apparaissent surtout dans le Jura et le nord du pays, mais pas dans les Alpes.

Termes techniques

La vitesse du vent vw dépend du régime local des vents, de la topographie du site (crête, berge de lac), des conditions d’urbanisation (pleine nature, agglomération) et de la hauteur de la mesure (au-dessus du sol).

La direction des vents dominants désigne le point cardinal à partir duquel le vent souffle le plus souvent. Elle peut varier fortement entre les régions et localement : le foehn vient en général du nord (versant sud des Alpes) ou du sud (versant nord des Alpes), la bise vient du nord / nord-est / est et les tempêtes d’hiver, du nord-ouest / sud-ouest.

Rafales : Les rafales de quelques secondes soumettent les ouvrages à de fortes contraintes. Elles peuvent causer des oscillations et des sollicitations cycliques.

Non exposé au vent : Le versant se trouvant sous le vent (p. ex. d’une crête montagneuse).

Exposé au vent : Le versant orienté face au vent.

 

Le danger de tempête en Suisse : Pointes de rafales tous les 50, 100 et 300 ans

Légende
Legende

Remarque : les cartes indiquent le risque régional de pointes de rafales lors de tempêtes d’hiver. Elles ne prennent toutefois pas en compte les effets localisés ainsi que les tempêtes d’été et les rafales d’orage. Les valeurs pour les pointes de rafales ne doivent donc pas être interprétées comme des valeurs précises et exactes et ne remplacent pas une expertise du site. Les pointes de rafales dans les régions exposées des hautes Alpes sont notamment sous-évaluées. Pour les activités de construction, la norme SIA 261 et sa carte Pression dynamique de référence conformément à l’annexe E sont déterminantes.

Échelles de mesure du vent tempétueux : force du vent et dommages potentiels

Les valeurs des échelles de mesure du vent tempétueux sont des vitesses de vent moyennes (sur 10 minutes) et non des pointes de rafales. L’échelle de Beaufort est subdivisée en 13 degrés. À partir de 75 km/h, un vent est considéré comme tempétueux. Des objets de taille moyenne peuvent alors être déplacés ou des tuiles soulevées du toit. Les vents de vitesse supérieure à 118 km/h sont assignés au degré le plus élevé de l’échelle, les « ouragans », qui peuvent entraîner des ravages désastreux.

Echelle de Beaufort (vitesses moyennes sur dix minutes)
Relation : vitesse moyenne - pointes de rafales

Les rafales peuvent atteindre des vitesses supérieures à 150 km/h sur le Plateau et dans les Préalpes. Sur les crêtes alpines, elles peuvent dépasser même les 250 km/h. C’est la raison pour laquelle il existe l’échelle Torro applicable aux tempêtes d’Europe centrale, qui décrit les dommages possibles dans une plage de 75 à 500 km/h :

Échelle Torro (rafales tempétueuses en Europe centrale, Dotzek et al. 2000)
Comparaison des niveaux d'alerte MeteoSuisse et Alarme-Météo

Dimensionnement pour la protection contre le vent

L'action du vent est déterminée selon les normes SIA (en particulier SIA 261). Pour cela, il faut disposer de données concernant la pression dynamique de référence, la direction des vents dominants et les conditions de vent locales. S'y ajoutent des valeurs comme le lieu, la hauteur et la forme du bâtiment et des facteurs de sécurité. Ces valeurs doivent être déterminées par un spécialiste.

Les projeteurs ont tout intérêt à exiger de leurs partenaires de construction la preuve du respect des normes SIA. De nombreux sinistres sont imputables à l'insuffisance voire l'absence de preuves ou à des liaisons sous-dimensionnées. Il est donc important que le maillon le plus faible – « la dernière vis » – corresponde à ces normes.

Situations de danger

Les effets du vent sur le bâtiment

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Situation de danger 1 : Bâtiment étanche (pas de pression interne)

Les façades et toits subissent des forces de pression et de succion en fonction de la direction du vent et de sa vitesse.

Représentation schématique de la pression et de la succion du vent au cas d'un bâtiment étanche au vent en plan et en élévation

Situation de danger 2 : Bâtiment non étanche (pression interne et succion interne)

Un bâtiment est considéré comme ouvert lorsque la proportion d’ouvertures sur l'une des faces du bâtiment est supérieure à 5 % de la surface en question. Sont considérés ici comme ouvertures les orifices d’aération, fentes de ventilation, portes et fenêtres (ouvertes), bandes vitrées et similaires.

Une fenêtre ou une porte ouverte occasionne soit une pression interne, soit une succion interne. Quand une pression et une succion se forment dans la même direction, leur effet conjoint est particulièrement fort.

Représentation schématique de la pression et de la succion du vent au cas d'un bâtiment non étanche au vent en plan et en élévation

Situation de danger 3 : Toit en saillie

Sur un toit raide en saillie, des forces de pression depuis le bas et des forces de succion depuis le haut se superposent sur le côté non exposé au vent. Sur un toit plat en saillie, ce phénomène se produit des deux côtés.

Situations de danger de vent : pression et succion sur les toits en saillie (différentes inclinaisons du toit)

Situation de danger 4 : Impact de débris

Si des débris percutent l'enveloppe du bâtiment, ils peuvent le mettre en danger. Les personnes encourent davantage de danger dans un bâtiment qui a perdu son étanchéité. L’énergie de l’impact dépend de la masse des débris et de leur vitesse.

Situation de danger 5 : impact d’un arbre

Le toit et les balcons sont les premiers touchés par la chute d’un arbre. Dans sa chute, un arbre peut aussi pénétrer à l’intérieur du bâtiment. L’énergie de l’impact dépend de la hauteur de chute et de la masse de l'arbre.

Lors d'une forte tempête, un arbre tombe sur le toit d'une maison et un trampoline s'envole

Types et causes de dommages

Rupture de l’enveloppe du bâtiment

Les liaisons entre le toit et la façade sont particulièrement affectées par les forces de succion. Cela peut engendrer de nombreux dommages aux bâtiments.

Dommages au toit et à la façade dus à la tempête et aux stores à lamelles pliées, débris gisant dans la rue

Rupture de l’ensemble du toit

La rupture de l’ensemble du toit est souvent due à des conditions de vent particulières, par ex. à un endroit exposé sur une vaste plaine. Pour les nouveaux bâtiments, ce type de dommages est très souvent imputable à des défauts de construction.

Les dommages observés à la toiture des nouvelles constructions et des transformations sont le plus souvent dus à un manque de transmission des charges dans la construction porteuse , notamment en raison de :

  • Fixation insuffisante ou fixation mécanique déficiente de la couverture sur la construction porteuse, spécialement aux angles et aux bords, mais aussi au milieu du toit
  • Collage déficient entre la couverture et l’isolation thermique ou entre celle-ci et la construction porteuse
  • Raccords ou fermetures de bords insuffisants ou inadaptés
  • Omission de la pression régnant dans le bâtiment et de l’ancrage des éléments sur les bords

L’utilisation de clous lisses au lieu de vis ou, à défaut, de clous rainurés ou torsadés s’est soldée par un dommage total de ce toit en tôle profilée.

Utilisation de clous lisses

Il arrive fréquemment que les liaisons entre la couverture et le voligeage, entre le voligeage et le contre-lattage, ainsi qu'entre le contre-lattage et les chevrons ne soient pas vérifiées numériquement. Le maître de l'ouvrage ou son représentant est tenu d'exiger explicitement cette vérification du chef de projet ou du spécialiste qui en est chargé.

Liaisons entre la couverture et le voligeage

Ce toit d'une nouvelle construction, dont les fixations entre le contre-lattage et les chevrons étaient insuffisantes. Il a été soulevé et projeté sur la place de parc (danger pour les personnes!).

Fixations insuffisantes entre le contre-lattage et les chevrons

Les avant-toits dépourvus de sous-toiture sont inaptes à résister aux efforts de pression et de succion générés par le vent, même de faible vitesse.

Avant-toits dépourvus de sous-toiture

Soulèvement du bâtiment

Le soulèvement de tout le bâtiment ou de parties de celui-ci affecte principalement les constructions légères.

Rupture de l'ensemble de la structure porteuse

La rupture de l’ensemble de la structure porteuse est exceptionnelle en Suisse. Ce phénomène peut se produire quand la construction n’est pas ou trop peu résistante au vent.

La construction ouverte en bois de la photo n’a pas résisté aux charges occasionnées par l’ouragan Lothar. La superposition de pression interne et de forces de succion a provoqué l’effondrement de la structure porteuse. On peut partir du principe que la construction n’a pas été correctement dimensionnée en tenant compte du vent.

Pression interne

Les dommages dus à la pression régnant à l’intérieur de bâtiments sont rares en Suisse.

Une fenêtre n’a pas résisté à la charge occasionnée par la pression du vent de la tornade. Il en a résulté une importante pression interne, qui a arraché les portes de leurs ancrages dans cet espace intérieur.

Entretien insuffisant

La négligence dans l’entretien des toits, façades, portes, volets, stores et fenêtres peut être à l’origine de l’apparition de points faibles. Les défauts les plus fréquents revêtent la forme de tuiles manquantes ou défectueuses, crochets tempête manquants, toit perméable, planches de rive ou de virevent pourries, chapeaux de cheminées abîmés ou façades défectueuses. Ces petits dommages peuvent être la cause de dommages subséquents plus graves.

 

 

Transformation inappropriée

L’équilibre statique peut être compromis en cas de modification des parois ou des colonnes porteuses. Il n’est pas rare que des composants importants du contreventement du bâtiment soient affaiblis ou retirés sans rétablir l’équilibre des forces. Les éléments restants subissent alors des charges additionnelles qui n’avaient pas été prises en compte lors du dimensionnement initial.

Une conversion incorrecte comporte de grands risques, comme le montrent ici les poutres coupées à cause d'un tuyau.
Mesures de protection

Le respect rigoureux des normes de construction permet d’assurer une protection suffisante contre les tempêtes pour le système porteur et l’enveloppe du bâtiment (cf. objectifs de protection). Pour procéder au dimensionnement selon la norme SIA 261, il convient de fournir toutes les preuves (p.ex. par l’intermédiaire d’un ingénieur civil) et d’appliquer les normes de constructions en conséquence. Demandez à vos partenaires de construction de vous fournir les preuves correspondantes. De nombreux dommages sont dus à des vérifications insuffisantes ou inexistantes ou à un manque de communication.

Propositions de concepts et de mesures de protection pour les différentes parties du bâtiment : Check-up des dangers naturels

Littérature
Littérature générale

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Tempêtes

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