cours s2 6

CONFORT ET MAITRISE DES AMBIANCES

Dr Azeddine BELAKEHAL, Maître de Conférences

Département d’architecture, Université Mohamed KHIDER

2ème année architecture LMDModule: Théorie du projet

Qu’est-ce que le confort ?

Le confort est une notion étroitement liée à la sensation de

bien-être et qui ne possède pas de définition absolue. A

l’époque médiévale, le terme latin Confortare signifiait le

renforcement et la fortification. Au XVIII siècle, le terme

confort signifiait aux anglais un bien-être matériel. Le

terme ne fut introduit en France qu’au XIX et était très lié

aux classes sociales de l’époque (noblesse, bourgeoisie,

ouvrière).

Malgré qu’on puisse affirmer que le premier confort atteint

par l’humanité a été certainement la possibilité de disposer

d’un endroit clos et couvert (un vrai abri), la notion de

confort demeure plus vaste et ne peut se limiter aux

seules conditions physiques qui déterminent le confort de

type hygrothermique (température, humidité…etc.),

sonore ou olfactif. Cette notion comprend aussi les

paramètres esthétiques et psychologiques (qualité de la

lumière, les espaces verts, le paysage, la sécurité, le

prestige…etc.).

Également les conditions de confort ne sont pas figées

dans le temps et dans l’espace. Bien au contraire, elles

varient socialement (selon le niveau de vie et les

classes), géographiquement (selon les régions) et

historiquement (selon les périodes). Donc, loin d’être une

valeur immanente le confort est une construction

culturelle qui s’élabore et se transforme selon les

mythes et les valeurs dominantes de la culture dans

laquelle il se déploie.

K. Slater (1985) indique que ‘le confort est un terme si

nébuleux à définir, et si subjectif, qu’un consensus universel

sur son sens est presque impossible à obtenir’. Toutefois, il

en précise les dimensions en le définissant comme étant ‘un

état agréable d’harmonie physiologique, psychologique et

physique entre un être humain et l’environnement’. Cet état

agréable d’harmonie, comme le précise la définition du

dictionnaire pour le terme confort, est l’état d’une personne

qui exprime un sentiment de bien-être que l’on pourrait

aussi ‘partiellement’ interpréter comme absence de gêne.

Pourquoi s’intéresse-t-on au confort ?

A travers les régions et les ères, l’architecture

traditionnelle a essayé de fournir aux humains un abri où

ils se sentent à leur aise et qui les protègent des nuisances

et des dangers de l’environnement extérieur. Les

bouleversements historiques et les développements acquis

tout au long de l’histoire a fait changer les raisons d’intérêt

et parfois même le souci du confort.

La crise pétrolière des années soixante-dix a été un

événement qui a remis en cause les produits de

l’architecture moderne où le confort était essentiellement

assuré par des moyens mécaniques coûteux. Une

nouvelle forme d’intérêt au confort de l’usager est

apparue associée à un souci d’économie d’énergie.

L’architecture solaire, issue de cette tendance, est

caractérisée par l’emploi de nouvelles technologies

(capteurs solaires) et d’un héliotropisme exagéré.

Ensuite et jusqu’à nos jours, d’autres tendances sont

apparues dont l’architecture bioclimatique, durable, à

haute qualité environnementale…etc. En plus d’une

utilisation rationnelle de l’énergie et le confort de

l’occupant, les nouvelles évolutions tentent de préserver

au maximum l’environnement terrestre par une pollution

minime.

De quel confort peut-il s’agir en architecture ?

En architecture, le confort physiologique est étroitement lié

aux exigences thermiques, de lumière (éclairage), sonore,

olfactives…etc. Celui psychologique renvoie à l’état

psychique de l’usager en conséquence aux effets de

l’environnement dans lequel il se trouve. Il est généralement

approché sous le point de vue de la perception de l’espace,

l’intimité, la privacité, le contact avec l’extérieur. Le confort

physique relève essentiellement des aspects ergonomiques

liés au déroulement des activités et leurs effets

dépendamment des conditions offertes par l’environnement.

Confort

Thermique

Aéraulique

Lumineux

Sonore

Olfactif

Confort thermique

Isolation / Inertie

thermique

Contrôle solaire

Confort Thermique (Contrôle Solaire)

NOTIONS ELEMENTAIRES :

La terre tourne autour du soleil en décrivant une ellipse aplatie. Au cours de cette ronde annuelle la terre accomplit, pendant 24 heures, un tour sur elle-même. L’axe de rotation est incliné et relie les deux pôles nord et sud.

Cette inclinaison, constante tout au long de l’année, est responsable des variations saisonnières.

Angles solaires :On suppose que la terre est immobile et que c’est le soleil qui tourne autour. L’élément de référence, se trouvant sur notre planète, par rapport auquel on situe la déclinaison du soleil est la ligne contournant le diamètre de la terre (l’équateur).

Pour comprendre et évaluer l’influence du soleil sur un site ou une construction, il est nécessaire de connaître la position du soleil dans le ciel. Deux angles « solaires » nous donnent cette information. Il s’agit de l’azimut et de la hauteur solaire.

La projection de ces différentes données sur un plan permet la construction du diagramme solaire.

CONTRÔLE SOLAIRE

1. L’étude de l’effet des masques dus àl’environnement immédiat.

2. L’étude de l’effet des masques de l’enveloppe de la construction.

Les besoins de cette construction en termes de contrôle solaire

Périodes estivales chaudes

Rafraîchissement

Protection (Ombrage)

Périodes hivernales froides

Chauffage

Captage

Abaques

Détermination des besoins de la construction en termes de contrôle solaire

Étude des masques dus à l’environnement

L’environnement extérieur peut fournir certains masques (obstacles)

qui empêcheront les rayons solaires d’arriver à la construction en

question.

Ces masques sont considérés comme avantages lorsqu’ils satisfont

les besoins d’ombrage ou comme inconvénients lorsque le besoin

est un captage de rayons solaires pour le chauffage.

Dans le deuxième cas, une intervention est incontournable. Celle-ci

ne peut s’effectuer sur l’environnement et ses masques mais plutôt

sur la construction et sa conception. Elle pourra concerner autant la

forme de l’enveloppe que sa composition structurelle et constructive

(matériaux de construction). L’intervention pourra même porter sur

l’organisation interne des différentes activités.

L’étude des effets des masques dus à l’environnement s’élabore par une simulation de l’ombrage sur un modèle réduit (maquette) de la construction et de son environnement immédiat. Dans le cas où un élément naturel assez proche fait partie de cet environnement immédiat, il serait indispensable de le considérer dans cette simulation.

Le modèle réduit de la construction concernée par l’étude doit contenir tous les éléments de l’enveloppe pouvant y influencer le comportement de l’ombre (éléments saillants ou creux, position des ouvertures, qualité surfacique de l’enveloppe rugueuse ou lisse, présence de végétation, couverture légère…)

Fig. 7 : Principe de construction d’un instrument de simulation par maquette d’une construction (sans environnement immédiat)

Diagramme des ombres

Modèle réduit de la construction étudiée

Elément naturel : Arbre

Support

En plus du modèle réduit, le support de la maquette doit contenir le diagramme des ombres de la période concernée par la simulation. Ce diagramme des ombres permet de simuler l’ombrage à une heure précise de la journée d’une période (mois) donnée et à une latitude déterminée

Il est impératif que la maquette de la construction et de son

environnement soit disposée, sur son support, dans la même

orientation que le diagramme des ombres (c'est-à-dire que

les orientations soient parallèles et de même direction). La

simulation se fera pour un nombre d’heures permettant

d’évaluer suffisamment l’impact des masques dus à

l’environnement immédiat. Il s’agira en particulier des

périodes d’exposition à l’ensoleillement durant la journée.

Un rendu graphique de la simulation à chaque heure est nécessaire.

Ce graphique doit être issu d’une prise de vue photographique du

même instant de simulation. Il consiste en un dessin de la façade

qui distingue les parties ombragées de la façade de celles non-

ombragées. A cet effet, il serait conseillé d’avoir recours au papier

quadrillé pour l’édification du volume de la construction étudiée. Les

mailles orthogonales de ce papier permettront un comptage aisé des

surfaces ombragées et non-ombragées.

A la fin de cette simulation, un bilan rendra compte de l’impact des

masques dus à l’environnement sur le contrôle solaire au niveau

de l’enveloppe de la construction étudiée. Il permettra aussi de

décider, de manière préliminaire, sur les options à mettre en œuvre

lors de l’intervention sur cette enveloppe.

Contrôle solaire au niveau de l’enveloppe

Au niveau de l’enveloppe, l’étude du contrôle solaire portera

essentiellement sur la pénétration des rayons solaires à l’intérieur de

la construction qui passent à travers les différents percements qui y

existent (fenêtres ou autres). Il s’agit donc d’étudier, en premier, la

pénétration et le parcours de la tâche solaire formée par l’ouverture

en question au niveau des espaces intérieurs.

1. Tâche solaire

Une méthode graphique permet de rendre compte de ce parcours. Il

est, toutefois, très utile de prendre en compte les résultats de

l’étude des masques dus à l’environnement immédiat. Car, il serait

insensé de considérer, lors de l’étude de la tâche solaire à

l’intérieur des espaces concernés, des périodes où les rayons

solaires sont bloqués par des éléments de l’environnement

immédiat.

Méthode graphique :

Afin de pouvoir étudier le parcours de la tâche solaire, formée par la portion de rayons solaires pénétrant à travers une fenêtre, àl’intérieur d’un espace il serait indispensable de définir au préalable les données suivantes :

1. La latitude du lieu où se trouve l’espace concerné par l’étude : le diagramme solaire relatif à la latitude du lieu permet de connaître le parcours du soleil pour une journée représentative de chaque mois de l’année.

2. L’orientation de l’ouverture : elle permet de déterminer l’azimut, pour chaque heure, sur le diagramme solaire.

3. L’heure choisie pour la simulation : elle permet de déterminer la hauteur solaire, pour chaque heure, sur le diagramme solaire.

4. Les données géométriques de l’espace et l’ouverture (plan, coupe, façade…).

Les étapes à suivre pour

tracer l’empreinte de la

tâche solaire au sein de

l’espace étudié sont

comme suit :

1. Définir l’heure de

pénétration solaire à

étudier et donc les deux

angles solaires (Azimut et

Hauteur solaire).

2. Sur la vue en plan de l’espace étudié, tracer la direction de l’azimut

passant par l’axe du milieu de la fenêtre.

3. Tracer deux lignes parallèles à celle précédente (direction de l’azimut)

et passant par les bords gauche et droit de la fenêtre.

4. Sur la coupe de l’espace étudié, tracer la direction de la hauteur solaire

passant par le bord inférieur de la fenêtre.

5. Tracer une ligne parallèle à celle précédente passant par le bord

supérieur de la fenêtre.

Cas 1

Cas 2

Contrôle solaire au niveau de l’enveloppe

2. Protections solaires

Les protections solaires sont des dispositifs appartenant à

l’enveloppe même de l’édifice et dont le rôle consiste en une

obstruction empêchant le rayon solaire d’arriver sur le plan de

l’enveloppe (mur ou toiture) ou de passer à travers ses

ouvertures. La protection solaire peut être fixe ou mobile

Le besoin d’une protection solaire est indiqué par la méthode de Novell (cas de l’ombrage). La protection procure donc un ombrage aux surfaces (opaques ou vitrées) de l’enveloppe de la construction. L’enveloppe en elle-même peut constituer un dispositif d’ombrage

Eléments de la façade

Creux Saillies

Epaisseur uniforme de la façade

Epaisseur variée de la façade et toiture

Epaisseur uniforme de la façade et toiture

Les éléments du diagramme solaire :

Le diagramme solaire contient des éléments importants pour la conception des protections solaires. Il s’agit notamment de la trajectoire du soleil pour chaque mois de l’année, les heures de la journée où le soleil est apparent, la hauteur solaire et l’azimut

Trajectoire du soleil

Heure

Hauteur solaire

Azimut

Conception de la protection solaire :

La conception d’une protection solaire se fait en un certain nombre d’étapes successives. Certaines étapes ont déjà été élaborées dans le cadre de la méthode de Novell (8 à 12). Une fois les heures où l’ombrage est nécessaire sont reportées sur le diagramme solaire et les périodes oùles types de protections solaires (fixes et mobiles) sont définies, il serait temps de définir les angles de la protection solaire. Pour cela il serait nécessaire d’avoir recours au diagramme des masques

Direction de l’orientation de l’ouverture

Le diagramme des masques (copié sur du papier transparent) sera superposé au diagramme solaire (à la latitude du lieu de la construction étudiée et où ont été définies les périodes d’ombrage et les protections solaires fixes et mobiles)

A partir des angles repérés sur les diagramme des masques et répondant aux besoins définis par le diagramme solaire (en respect des résultats de la méthode de Novell) on définit les saillies de la protection solaire (Fig. 16) et ceci pour un ombrage total (100 %) ou partiel (50%)

Il est possible de vérifier l’efficacité de la protection solaire nouvellement conçue. Il faudra suivre les étapes suivantes :

1. Reporter sur une copie transparente du diagramme des masques les angles de la protection solaire et définir avec un gros trait les lignes d’ombres procurées par la protection,

2. Hachurer la zone protégée de la surface étudiée (dont les valeurs sont supérieures aux angles de la ligne d’ombre précédemment définis),

3. Superposer ce diagramme des masques (transparent),

4. Vérifier si les parcours solaires, relatifs à la tâche de surchauffe obtenus par la méthode de Novell, sont suffisamment obstrués.

A B

A B

A B

A B

Méthode de l’abaque de Novell :

1. Reporter sur le tableau les températures maximales, minimales et moyennes dans les cases qui leurs sont réservées.

2. Multiplier la température moyenne par la valeur S correspondante àchaque deux heures.

3. Ajouter à ce produit la valeur de la température minimale du mois correspondant.

4. Arrondir cette température au plus proche degré et l'inscrire au coin supérieur de la case réservée.

ANNEXE

5. Lorsque toutes les valeurs seront déterminées et les cases respectives sont remplies, on pourra identifier les périodes pour lesquelles on a besoin d'ombrage, de chauffage ou de rafraîchissement.

6. Concernant l'ombrage, il faudra repérer par un trait continu les cases du tableau où les températures sont supérieures à 21,1° C.

7. Afin de connaître en % la période nécessaire pour cette stratégie, au cours de l'année entière, il faudra calculer le nombre de cases relatives à l’ombrage et le diviser par 1,44.

8. Sur un diagramme solaire de la latitude choisie, reporter avec un trait discontinu les heures de chaque mois où l'ombrage est nécessaire, et qui sont repérées sur le tableau précédent (Au niveau du tableau, on peut obtenir un besoin d'ombrage même nocturne, Évidemment l'ombrage ne peut être réalisé que sous les rayons du soleil).

9. Choisir le dispositif d'ombrage approprié (fixe ou mobile): Il faudra d'abord déterminer les périodes des trajectoires où on a un double trait discontinu. C'est à dire là où on a besoin d'ombrage pour deux mois distincts mais dont la trajectoire solaire est la même. Ceci correspondra aux dispositifs fixes. Les périodes de trajectoire accompagnées par un seul trait correspondent aux dispositifs mobiles.

10. Repérer les points du début et de la fin de la première catégorie des trajectoires.

11. Relier ces points par une courbe continue.

12. Faire de même pour la deuxième catégorie et relier les divers points par une courbe discontinue.