Tirage thermique

L’effet de cheminée est expliqué par la poussée d’Archimède qui fait monter dans la cheminée l’air chaud, dont la densité (et la pression) est plus petite que celle de l’air froid. Le tirage de la cheminée (l’appel d’air) est d’autant plus fort que la différence thermique est élevée.

Le tirage thermique, ou effet cheminée, est le mouvement de l'air (dans les bâtiments, cheminées, conduites...) sous l'effet de la poussée d'Archimède.

Description

Le tirage thermique a lieu lorsqu'une différence de température engendre une différence de densité de l'air entre l'entrée et la sortie du conduit. Cet effet est accentué par une plus grande hauteur de cheminée.

Le tirage thermique est assez largement connu du grand public sous la formule « l'air chaud monte ».

Modélisation

Force motrice

La différence de pression ΔP entre l'air au sommet et à la base peut être exprimé par l'équation suivante[1],[2] :

où:  
ΔP = différence de pression, en Pa
C = 0.0342
p = pression atmosphérique, en Pa
h = hauteur ou distance, en m
To = température extérieure, en K
Ti = température intérieure, en K

Pour les bâtiments à un ou deux niveaux, h est la hauteur du bâtiment. Pour les bâtiments de grande hauteur à plusieurs niveaux, h est la distance des ouvertures situées au niveau de pression neutre (neutral pressure level, NPL) à une extrémité (soit le sommet, soit la base)[1].

Flux déplacé

Le débit d'air déplacé par tirage thermique s'exprime par l'équation suivante[1],[2],[3] :

où:  
Q = débit d'air déplacé par tirage thermique, /s
S = surface du flux,
C = coefficient de décharge (ordinairement de 0,65 à 0,70)
g = accélération de la pesanteur, 9,81 m/s2
h = hauteur ou distance, m
To = température extérieure, en K
Ti = température intérieure, en K

Implications

Dans le bâtiment

Les bâtiments n'étant jamais totalement étanches, le tirage thermique est toujours à l'origine d'infiltrations d'air.

Durant la saison de chauffe, l'air intérieur, plus chaud, s'élève dans le bâtiment et s'échappe en hauteur, par des fenêtres, des bouches de ventilation ou autre. En s'élevant, l'air crée une dépression au bas du bâtiment, ce qui fait pénétrer de l'air froid (appel d'air).

Durant la saison estivale, l'effet cheminée est inversé, mais généralement plus faible en raison de la plus faible différence de température entre l'intérieur et l'extérieur.

Dans les immeubles de grande hauteur modernes, qui possède une enveloppe relativement hermétique, la différence de pression entre le sommet et la base peut entraîner un effet cheminée significatif, qui doit être pris en considération au niveau de la conception. Les cages d'escalier ou d'ascenseurs tendent à accentuer le phénomène, alors que les cloisons intérieures, les planchers et les séparations incendie l'atténuent. En particulier, le tirage thermique peut accélérer la propagation des fumées en cas d'incendie.

Voir aussi

Sources