Effet piston

Lorsqu'un véhicule se déplace en plein air, il met en mouvement de l'air dans n'importe quelle direction, sauf vers le sol. À l'intérieur d'un tunnel, l'air est confiné par les parois, et se déplace le long du tunnel. Derrière le véhicule en mouvement, l'air est aspiré et pénètre dans le tunnel. De plus, en raison de sa viscosité, le fluide est entraîné par la surface du véhicule. Ce mouvement de l'air causé par le véhicule est analogue au fonctionnement d'un piston mécanique, d'où le nom d'« effet de piston ».

L'effet piston est particulièrement prononcé dans les tunnels ferroviaires, car dans de nombreux cas la face avant du train est presque aussi grande que la section transversale du tunnel. Le vent ressenti par les passagers sur les quais du métro lorsqu'un train approche est l'écoulement de l'air créé par l'effet piston. L'effet est moins prononcé dans les tunnels de véhicules routiers, car la section transversale du véhicule est petite comparée celle du tunnel. Les tunnels à sens unique maximisent l'effet piston. Sa puissance dépend de la distance entre le véhicule et le tunnel, ainsi que de la forme du front du véhicule^[3].

Le flux d'air provoqué par effet piston peut soumettre les installations intérieures au tunnel à des efforts importants. Ces installations doivent donc être conçues et installées en prenant en compte cet effet.

Les ingénieurs en travaux publics doivent prendre en compte l'effet piston dans le cadre de l'écoulement de fumée dans les cages d'ascenseur^[4]. Un ascenseur en mouvement déplace l’air qui se trouve autour de lui. Par conséquent, en cas d'incendie, un ascenseur en mouvement peut pousser la fumée dans les étages inférieurs^[4].

L'effet piston est pris en compte dans la ventilation des tunnels. Dans les tunnels ferroviaires, là où l'effet est le plus marqué, le train expulse l'air qui le précède vers le puits de ventilation le plus proche, et aspire l'air depuis le dernier puits. L'effet piston influence également la ventilation dans les tunnels routiers.

Dans certains tunnels de métro, l'effet piston est assez marqué pour que la ventilation mécanique ne soit pas nécessaire. Dans une certaine mesure, cela permet de réaliser des économies d’énergie^[5].