LE VENT

Grâce aux laboratoires de recherche scientifique, la connaissance de l’arbre progresse. Cette rubrique est destinée à éclairer quelques points de connaissance essentiels pour le professionnel de l’arbre.

Introduction

Parler d’arbre, c’est parler de vent. Les deux forment un couple indissociable. Dans ce couple, le vent décide et l’arbre s’adapte grâce à ses formidables propriétés biomécaniques, qui lui donnent la capacité de s’accorder aux conditions de vent propres de son environnement climatique. Dans les régions du globe peu ventées comme les régions équatoriales, les arbres forment de vastes peuplements qui dépassent 50 m de hauteur et sont pourtant bien faiblement ancrés dans le sol. Dans les régions plus extrêmes comme le sud de la Patagonie, les arbres sont rares, de petites hauteur et vont jusqu’à adopter des formes très aérodynamiques, comme sculptées par le vent. Les recherches récentes montrent que l’arbre possède la faculté de mesurer en permanence les effets du vent et garderait même le souvenir des épisodes venteux les plus violents, pour mieux se préparer aux prochains.

Plus concrètement, tout professionnel de l’arbre ou de la forêt connaît et redoute les dangers du vent fort pour l’arbre, principale cause de rupture et de chablis. Si l’on constate régulièrement d’étonnantes ruptures par temps calme, ces cas restent anecdotiques devant l’impact parfois catastrophique des tempêtes hivernales, des orages et des tornades.

La modélisation

Phénomène spacio-temporel complexe, le vent dépend de nombreux facteurs d’échelles variables, caractérisant par exemple la région climatique ou l’environnement proche de l’arbre. Pour mieux comprendre et intégrer le vent dans une étude appliquée, il est nécessaire d’avoir recours à des outils de  calcul puissants, des modèles. Dans le cas des arbres il existe aujourd’hui plusieurs modèles, construits avec des degrés de sophistication différents. Dans ces modèles, la charge du vent sur l’arbre est calculée d’après une vitesse de référence, fixe dans les modèles les plus simples (33 m/s le plus souvent), ou modulable en fonction de paramètres régionaux et locaux, selon la procédure Eurocode 1 , comme dans le modèle Arbostat. Ce dernier se distingue également de ses concurrents par une prise en compte des effets dynamiques du vent sur la structure de l’arbre.

Les effets dynamiques du vent
Le vent et l’arbre peuvent se décrire à travers des paramètres structuraux caractéristiques, vitesse de déplacement, fréquence, et dimensions des rafales pour le vent, fréquence de vibration, coefficient de traînée et taux amortissement pour l’arbre. Le vent se traduit par des séquences de chargement, auxquelles l’arbre répond par des séquences d’oscillations dont l’amplitude dépend directement des rapports entre tous ses paramètres structuraux. Les effets dynamiques sont particulièrement importants au niveau des branches, dont les oscillations peuvent prendre de grandes amplitudes, mais aussi dans le cas des arbres de forme très élancée (grande hauteur et faible diamètre de tronc).

Effets du chargement du vent sur l’arbre
La force du vent sur l’arbre, que l’on appelle « force de trainée », dépend des caractéristiques dimensionnelles qui vont déterminer la « prise au vent », hauteur, surface et forme de houppier, aérodynamisme et reconfiguration du houppier dans le vent. En termes mécaniques, la charge résultant est dite « moment fléchissant », et s’exprime en newton.mètre (N.m).

La charge du vent génère au niveau du tronc en ensemble de déformations qui se combinent. Ce sont des déformations en flexion, en torsion et en cisaillement.
Les modèles d’évaluation de la sécurité de l’arbre s’intéressent essentiellement aux déformations dues à la flexion :

• Compression du côté sous le vent
• Tension du côté au vent.

 Ces déformations sont mesurables en microns. Elles sont maximales en périphérie de l’axe et diminue jusqu’à s’annuler au centre. Cette zone où les déformations sont nulles est appelée l« fibre neutre ».