Cartographie des températures – Après optimisation du système de ventilation
Les équipes de GANTHA ont eu le privilège de participer aux études de réhabilitation de ce bâtiment emblématique.
L’Opéra-Théâtre de Metz, construit sous le règne de Louis XV en 1732, est l’une des salles de spectacle les plus anciennes de France. L’Opéra-Théâtre de Metz est un pilier de la vie culturelle, proposant opéras, ballets et théâtres. Son architecture mêle les styles rococos et néo-classique.
L’Opéra-Théâtre de Metz, le plus ancien opéra encore en activité en France, fermera ses portes pour deux ans à partir de l’été 2025 en raison de travaux de rénovation. La rénovation vise à préserver et à restaurer l’opéra, lui redonnant ainsi son éclat d’antan.
C’est dans ce contexte que les ingénieurs de GANTHA ont été chargés de revoir le système de ventilation devenu obsolète.
Voici la question des spécialistes en CVC.
1. Comment maintenir des températures confortables pour le public tout en maîtrisant les coûts énergétiques ?
Les spectateurs et les artistes se plaignent souvent de l’inconfort thermique pendant les représentations dans la salle de spectacles. Nous avons imaginé interroger des spectateurs en sortie de représentation :
« Le spectacle était sublime, qu’est-ce qu’on étouffe ! » ou encore « Magnifique opéra, dommage qu’on ait attrapé froid à cause de la ventilation ».
Cette insatisfaction risquerait d’entacher la renommée de l’équipe en charge du projet, sans parler du prestige de ce lieu emblématique.
Nous avons également considéré le confort des personnes travaillant dans le théâtre, en particulier celui des artistes :
« Jouer dans ces conditions, c’est compliqué ! Difficile tenir le rôle, on peine à reprendre notre respiration ! Cela affecte non seulement notre concentration, mais aussi notre capacité à offrir un beau spectacle. Nous espérons sincèrement que des mesures seront prises pour remédier à cette situation ».
À partir de là, nous avons décomposé le problème en trois étapes :
- Quelles sont les critères qui font qu’une salle est thermiquement agréable ? Ces critères varient-ils dans le temps, au fil de la représentation ?
- Quel degré de confort offre la salle dans son état actuel ?
- Sur quels paramètres pouvons-nous jouer pour améliorer cette situation ?
Dans ce cas de figure, la modélisation par CFD (Computational Fluid Dynamics) s’avère être un outil puissant pour évaluer et optimiser les performances des systèmes de ventilation dans des environnements complexes. Même en l’absence de données hygrométriques mesurées sur place, cette méthode permet de prédire avec précision l’ambiance thermique en prenant en compte divers facteurs tels que la présence des spectateurs, des artistes, des luminaires et les échanges thermiques l’extérieur.
Cartographie des températures – Etat initial
2. Une aide à la décision
En utilisant des simulations avancées en CFD, nous avons examiné les schémas de circulation d’air, la répartition de la température et la qualité de l’air dans chaque zone de l’espace.
Les résultats ont révélé des zones d’inefficacité dans le système de ventilation actuel, telles que des courants d’air inconfortables ou des zones de concentration d’air chaud et des zones froides. En identifiant clairement ces problèmes, nous les avons exposés objectivement à toute l’équipe du projet. C’est la première étape pour chercher ensemble des solutions pour améliorer la performance globale du système.
Nous avons ensuite travaillé en étroite collaboration avec l’équipe en charge du dimensionnement des équipements de chauffage et de ventilation (CVC). Nous leur avons proposé des adaptations permettant d’améliorer sensiblement le confort thermique dans les espaces les moins confortables, tout en respectant les contraintes esthétiques, acoustiques et d’encombrement des machines.
Notre approche a permis d’optimiser la distribution de l’air, d’éliminer les points de stagnation et de garantir une température uniforme et confortable dans toute la salle de spectacles. De plus, nous avons mis en évidence les avantages supplémentaires, tels qu’une meilleure qualité de l’air intérieur (gaz et particules) ainsi qu’une réduction significative de la consommation d’énergie.
L’avantage de la CFD est que chaque itération ne coûte que peu de ressource, comparé à une expérimentation à taille réelle. En procédant par itération, la visualisation des résultats permet de rassurer le Maître d’Ouvrage, le Maître Œuvre, l’exploitant de la salle ou encore la direction artistique.
Cartographie des températures – Après optimisation du système de ventilation
Sur l’Opéra-Théâtre de Metz, les résultats parlent d’eux même :
- Diminution de la température de l’ordre de 2,5 °C en moyenne,
- Une surchauffe sur les gradins les plus hauts évitée (-4 °C),
- Une diminution des consommations énergétiques de 5%.
3. Réhabilitation et CFD
La méthodologie CFD permet de répondre à des enjeux précis, en particulier sur l’amélioration du confort thermique dans l’existant. En procédant en plusieurs étapes, l’ingénieur peut accompagner son équipe dans le dimensionnement des systèmes de ventilation.
3.1. Étape initiale : analyse de l’existant
La première étape consiste à analyser la situation existante au moyen de simulations CFD. Ces modèles peuvent être fiabilisés à l’aide de relevés température et humidité mais également des capteurs de la qualité de l’air. Cette analyse de l’état existant permet d’étudier les flux d’air, les gradients de température et d’identifier les zones problématiques, comme celles présentant des problèmes de ventilation.
Les observations sont ensuite transmises au maître d’ouvrage et aux équipes de conception sous forme de cartographies et de coupes. GANTHA peut également fournir un modèle immersif 3D, où l’on peut se promener comme dans un jeu vidéo.
Ces modèles permettent à l’équipe en charge du projet de réhabilitation de formuler des recommandations pour améliorer l’ambiance thermique.
Grâce à la modélisation 3D de la salle de spectacles, prenant en compte la présence des spectateurs, des artistes, des luminaires et les échanges thermiques avec les parois, il est possible d’identifier les zones où la ventilation est insuffisante ou mal répartie. Les simulations CFD permettent également de visualiser les flux d’air et les gradients de température, offrant ainsi une visualisation 3D et une meilleure compréhension des phénomènes en jeu.
3.2. Phase d’optimisation : intégration d’ajustements aux systèmes de ventilation et aux échanges thermiques
Une fois l’analyse initiale réalisée, la phase d’optimisation permet d’intégrer dans le modèle des ajustements. On agit essentiellement sur les systèmes de ventilation (position des grilles de soufflage et de reprise, débits, etc.) et aux échanges thermiques (spectateurs, couverture ensoleillée, végétation, etc.). Les résultats de cette optimisation sont ensuite comparés à la situation initiale pour évaluer les améliorations en termes de confort thermique.
Cette analyse en dynamique des fluides permet d’affiner les recommandations pour garantir une ambiance optimale dans la salle de spectacles. Les travaux peuvent ainsi démarrer sereinement !
4. Conclusion
Pour garantir des conditions de confort thermique intérieur, les simulations en dynamique des fluides offrent une approche précise et efficace. L’ingénieur CFD propose des améliorations sur les systèmes de ventilation, particulièrement complexes dans des grands volumes tels que les salles de spectacles, les arénas et les halls vitrés.
Ces modélisations permettent d’optimiser les performances des systèmes de ventilation, d’améliorer le confort thermique et la qualité de l’air intérieur, contribuant ainsi à la réussite des projets de construction et de rénovation.
Grâce à des améliorations concrètes et mesurables, nous espérons que cet établissement historique continuera à rayonner dans le paysage culturel français pour les années à venir.
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