Au laboratoire d'aérodynamique et mécanique des fluides de l’HEPIA, les ingénieur·e·s étudient la force et les mouvements du vent, alors que des entreprises y testent l’aérodynamisme de leurs produits. Reportage.
Sous le pont-Butin, au bout d’un sentier de graviers qui s’avance dans la forêt, se cache un laboratoire de pointe: la soufflerie de la Haute école du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève (HEPIA). Patrick Haas, professeur HES ordinaire au sein du groupe de recherche Mécanique des fluides et aérodynamisme et responsable du laboratoire, nous accueille aux grilles d’entrée.
«Le tunnel du pont-Butin est une conduite initialement prévue pour le passage du chemin de fer. Quand l’entreprise qui l’occupait est partie, l'État de Genève a récupéré ces locaux pour les mettre à disposition de l’HEPIA. Une aubaine saisie à l’époque par le professeur Michel Perraudin, qui l’a aménagé en soufflerie professionnelle dès 1989.» Patrick Haas était alors son assistant de recherche.
Entrée du laboratoire d'aérodynamique et mécanique des fluides © HEPIA
Vue sous le pont Butin © HEPIA
Avec ses 50 mètres de long, la soufflerie peut atteindre une vitesse maximum de 300 km/h. L’air circule en boucle: quatre ventilateurs de 80 kW chacun génèrent un débit total de 240 m³/s. L’air longe les parois, fait demi-tour à l’extrémité du tunnel puis revient à pleine vitesse vers les ventilateurs. L’objet testé est placé au centre, face au flux d’air.
Les ventilateurs © HEPIA
Le groupe de compétences en Mécanique des fluides et aérodynamique utilise le laboratoire pour mener des recherches académiques, pour dispenser des cours, mais surtout pour effectuer des tests sous mandats d’entreprises privées. «Peu d’écoles possèdent une soufflerie de cette envergure, souligne le professeur de l’institut d’ingénierie industrielle et informatique (inTECH). Pour cette raison, nous travaillons énormément avec le monde économique. Les possibilités d’expérimentation sont immenses.» Construit sous terre, le laboratoire bénéficie par ailleurs d’un environnement stable, aux températures égales quelles que soient les saisons.
Système de retour de l’air à l’extrémité de la soufflerie © HEPIA
Un large panel de visiteurs a recours à la soufflerie. Des industriels par exemple, vérifient la solidité de leurs produits. «Les panneaux solaires notamment, font l’objet de tests, puisqu’ils ne sont pas fixés mais lestés sur les toits, pour des raisons d’étanchéité. Il faut donc vérifier précisément à quelle force de vent ils devront résister.»
Les administrations publiques font également appel au laboratoire pour reproduire des conditions extérieures variables sur des projets de structures. Les chercheurs intègrent alors la météo, le bâti environnant, ainsi que les directions possibles du vent.
«Nous avons par exemple créé une nouvelle buse pour le jet d’eau de Genève, plus efficace et plus économe en termes d’énergie. Nos équipes ont aussi testé l’architecture du quartier Praille-Acacias-Vernets (PAV), pour observer la force du vent en bas des immeubles.» Les mesures permettent d’évaluer la solidité mais aussi le confort d’un projet immobilier. «Un mauvais agencement peut faire du bruit, siffler comme dans les cordages des bateaux», explique Patrick Haas.
Tunnel de la soufflerie © HEPIA
Centre de contrôle © HEPIA
Le monde du sport représente cependant la principale catégorie d’utilisateurs. La Fédération française de ski, les motos KTM, et le cyclisme avec Mavic, Lapierre et Look Cycle, sont des exemples de partenaires historiques de l’école. Ils améliorent notamment leur matériel et travaillent la position des athlètes pour gagner en aérodynamisme.
Outils théoriques © HEPIA
Bureau de la recherche © HEPIA
Ce jour-là, trois collaborateurs de l’entreprise Mavic s’affairent dans la soufflerie. «Nous venons tester des roues et des équipements textiles», explique Jean-Pierre Mercat, responsable de la recherche chez Mavic.
L’entreprise Mavic, spécialisée dans la production d’équipements cyclistes de pointe, collabore depuis 18 ans avec l’HEPIA. Ensemble, ils ont testé des roues et des vélos complets, tout en améliorant conjointement les caractéristiques techniques du laboratoire. Basée à Chavanod, près d’Annecy, la PME française créée en 1889 compte aujourd’hui près de 90 employé·e·s.
«J’ai visité plusieurs souffleries à travers le monde mais aucune n’est aussi précise que celle de l’HEPIA», ajoute le passionné Jean-Pierre Mercat, détenteur de nombreux brevets en ingénierie cycliste.
Jean-Pierre Mercat, Louis Nolle et Vincent Collombet (de gauche à droite) préparent le vélo qu’ils s’apprêtent à tester © HEPIA
L’équipementier cherche à améliorer la performance de ses roues, des pneumatiques, des casques, mais aussi des tenues, notamment via la rugosité des textiles. Objectif général: diminuer les grammes pour gagner des watts, «parce que gagner quelques watts, c’est gagner quelques secondes sur des compétitions où le chronomètre fait foi».
«Nous pouvons tester nos roues en ligne droite facilement, mais les conditions de vents latérales, et leurs effets sur les vélos, ne sont analysables qu’en soufflerie», indique Jean-Pierre Mercat. Le laboratoire dispose d’un dispositif tournant, qui permet de faire pivoter l’objet sur lui-même et de l’incliner, comme dans les virages pris à pleine vitesse.
Pour Vincent Collombet, chef de projet innovation et simulation numérique, les essais en soufflerie permettent également de valider scientifiquement les efforts de recherche et développement. «Nous étudions notamment les coefficients de roulement pour améliorer la conception mécanique de nos roues.»
Tests de vélos menés par l’entreprise Mavic © HEPIA
Louis Nolle, responsable évaluation de produits chez Mavic, a développé un logiciel d’analyse et de prédiction de la vitesse potentielle d’un·e cycliste. «En fonction du type de vélo, de ses roues, de la position du sportif, et des prévisions météorologiques locales, nous pouvons établir des prédictions pour un parcours donné et indiquer au coureur la configuration la plus performante.»
Les tests se déroulent à des vitesses de vent avoisinant les 50 km/h. Louis Nolle, lui-même cycliste, s’est déjà prêté à l’exercice dans la soufflerie. «Il y fait très froid, confie-t-il. La puissance de l’air, de face, est saisissante, d’autant qu’il faut maintenir une position aérodynamique tout en restant statique sur le vélo.»
Tests de vélos menés par l’entreprise Mavic © HEPIA
Les équipes de recherche proposent également des simulations informatiques. Ils calculent les forces d’air avant de tester leurs réflexions en laboratoire. Parfois, ils travaillent de concert avec les entreprises. «Nous avons par exemple développé une moto GP inédite avec l’entreprise KTM, pour les compétitions de Moto3», dit le professeur Patrick Haas.
Christian Piñas Salles, assistant HES, a quant à lui développé un casque de vélo aérodynamique en partenariat avec l’entreprise Mavic pour sa thèse. Le modèle innovant sera commercialisé cette année.
Grâce à leurs outils de modélisation, comme des imprimantes 3D, les chercheurs peuvent concevoir des maquettes et des modèles réduits. «Les objets testés peuvent être réduits jusqu’à une taille critique, au-delà de laquelle ils perdre leurs propriétés d’extrapolation, précise Patrick Haas. Les maquettes à petite échelle sont efficaces pour reproduire des bâtiments, tandis que les formes plus arrondies, comme les carénages de motos par exemple, tolèrent une réduction maximale d’un tiers.»
Maquette à l’échelle 1:2 d’une Moto2 © HEPIA
Les athlètes venus s’entraîner à la soufflerie dédicacent le mur © HEPIA
La dernière amélioration en date pour la soufflerie: des tuyaux de refroidissement. «À force, les frottements d’air dégagent une chaleur, précise Christian Piñas Salles. Les jours d’essais sur les motos, nous débutions à 18 degrés pour atteindre plus de 30 degrés en fin de journée.»
Photo vignette: Un cycliste en plein essai dans la soufflerie © HEPIA
