La population mondiale et l'urbanisation ont explosé au cours des dernières décennies. Avec eux sont venus des dizaines de nouveaux immeubles de grande hauteur, drones, des systèmes de ventilation plus économes en énergie, et les taxis aériens prévus par Uber et d'autres sociétés. Mais ces avancées technologiques doivent faire face à un phénomène physique naturel :le vent.

Les scientifiques ont présenté les dernières découvertes sur la modélisation et la prévision des flux d'air urbains, dans l'espoir de construire de meilleurs bâtiments, villes, et transport—à la 73e réunion annuelle de la division de la dynamique des fluides de l'American Physical Society.

Les cieux urbains du futur pourraient regorger d'avions autonomes :taxis aériens, drones, et d'autres systèmes d'auto-vol. Une équipe de l'Oklahoma State University a développé des techniques pour modéliser les risques environnementaux que ces véhicules pourraient rencontrer afin qu'ils puissent naviguer en toute sécurité dans les villes.

« Les environnements urbains présentent d'énormes défis pour les drones et les plateformes de mobilité aérienne urbaine, " a déclaré le chercheur Jamey Jacob, qui dirigeait l'équipe. « En plus des défis de congestion et d'obstacles de la circulation, des lacunes technologiques critiques existent dans la modélisation, détection, et s'adapter aux champs de vent locaux dynamiques en milieu urbain ainsi qu'à la navigation de précision dans des conditions météorologiques incertaines. »

Les chercheurs ont attaché des capteurs à des avions robotisés pour prendre des mesures plus cohérentes des sillages des bâtiments, ou le flux d'air perturbé autour des bâtiments. Ils ont combiné ces données avec des prédictions numériques pour obtenir une meilleure image des modèles de vent complexes trouvés dans les environnements urbains.

Les travaux pourraient contribuer à améliorer les prévisions éoliennes et météorologiques, non seulement pour les avions sans pilote mais aussi pour les avions conventionnels.

"Le potentiel d'équiper chaque drone et taxi aérien urbain, ainsi que d'autres aéronefs, avec des capteurs offre une opportunité qui change la donne dans notre capacité à surveiller, prédire, et signaler les événements météorologiques dangereux, " dit Jacob.

Un autre groupe, basé à l'Université de Surrey a également étudié les sillages de construction. En vue d'améliorer la qualité de l'air dans les villes, ils ont recherché des différences de sillage entre un seul grand bâtiment et un groupe de grands bâtiments.

« Comprendre comment modéliser le sillage des immeubles de grande hauteur est la première étape pour permettre aux urbanistes de réduire l'effet d'îlot de chaleur et d'améliorer la qualité de l'air urbain, " a déclaré Joshua Anthony Minien, chercheur en génie mécanique.

L'équipe a réalisé des expériences en soufflerie, varier le regroupement, ratio d'aspect, et l'espacement des immeubles de grande hauteur. Ils ont été encouragés de voir que lorsqu'ils sont mesurés assez loin en aval, un groupe de bâtiments et un bâtiment isolé ont des caractéristiques de sillage similaires. Les changements de direction du vent semblent également affecter de manière significative le sillage des groupes de bâtiments.

Tous les bâtiments, grand ou pas, doit être ventilé.

"La capacité de prédire les débits de ventilation, les temps de purge et les schémas d'écoulement sont importants pour le confort et la santé humains, comme le souligne la nécessité de prévenir la propagation aérienne du coronavirus, ", a déclaré Nicholas Wise, chercheur à l'Université de Cambridge.

Avec le professeur d'ingénierie Gary Hunt, Wise a trouvé un problème dans les modèles actuels de systèmes de ventilation naturelle passive. Ceux-ci utilisent souvent un flux de déplacement - où l'air nocturne plus frais pénètre dans un bâtiment par une ouverture et l'air plus chaud accumulé pendant la journée sort par une autre ouverture.

Leur modélisation mathématique a révélé que le flux de déplacement ne se poursuit pas pendant la purge d'air chaud, comme on le croyait. Au lieu, la pièce subit un "flux d'échange déséquilibré" qui peut ralentir le processus de purge.

"Chaque flux de déplacement passe à un flux d'échange déséquilibré, " dit Sage.

Les chercheurs ont été surpris de voir à quel point l'ajout d'une petite ouverture à bas niveau accélère le refroidissement de la pièce, par rapport à une pièce avec seulement une ouverture de haut niveau. Leur modèle sera utile aux concepteurs de systèmes de ventilation naturelle.