la climatisation naturelle: modelisation … · iii résumé des résultats dans certaines régions...

THESE DE DOCTORAT

spécialité: ENERGETIQUE

"LA CLIMATISATION NATURELLE: MODELISATION DES OBJETS

ARCHITECTURAUX, AIDE A LA CONCEPTION EN CLIMAT

TROPICAL"

présentée par

Cláudia BARROSO-KRAUSE

pour obtenir le titre de Docteur

de l'Ecole des Mines de Paris,

le 9 Novembre 1995

devant le jury composé de:

Messieurs Dominique MARCHIO Président

Oscar CORBELLA Rapporteur

Eduardo DE OLIVEIRA FERNANDES Rapporteur

Pierre LAVIGNE Rapporteur

Paul BREJON Examinateur

Jérôme ADNOT Examinateur

ii

Remerciements

Ce travail a été réalisé dans le cadre du programme de coopération franco-brésilien

CAPES-COFECUB. Sa réussite n'aurait pas y lieu sans le soutien actif de l'ADEME et du

Centre d'Energétique de l'Ecole des Mines de Paris.

De nombreuses personnes m'ont aidé, en France et au Brésil, chacune à sa manière, à

mener ce travail à bien.

Merci à Jérôme Adnot, pour ce que je peux résumer, comme un soutien amical, et

incessant à la bonne réalisation de cette thèse; je souhaiterais que tous les doctorants puissent

jouir d'un tel rapport avec leur responsable scientifique;

Merci à Denis Clodic, pour sa patience dans la gestion d'une situation administrative

délicate, qui a permis le bon déroulement de cette recherche;

Merci à Messieurs Eduardo de Oliveira Fernandes, Oscar Corbella et Pierre Lavigne

pour l'intérêt qu'ils m'ont démontré en acceptant de participer au jury; à Dominique Marchio,

pour m'avoir si bien reçu à la salle de l'Or, et aussi pour avoir accepté d'assurer la fonction de

président du jury;

Merci à Paul Brejon pour l'appui important à la bonne réalisation des travaux et pour la

participation au jury;

Merci à Philippe Calvet, pour son aide patiente à cette architecte impatiente avec les

ordinateurs;

Merci aussi à aux collègues du centre, surtout à Mme Caron, Lionel Cauret, Marc

Cherrey, Ruxandra Dumitru, José Kaelher, Kevin Murphy, Bernd Polster, Anne Marie Pougin,

Claire Rochas, et Sorin Stan, pour l'accueil chaleureux et le partage des heures difficiles;

Merci à Pierre Fernandez, qui, avec Pierre Lavigne et Paul Brejon, m'a invité à venir en

France pour effectuer les travaux qui ont aboutit à cette thèse et m'a amicalement toujours

soutenu;

Merci, encore en France, à la famille Poppe, pour m'avoir adopté, son soutien a été

capital pour que cette thèse soit aujourd'hui bouclée;

Merci, au Brésil, à l'équipe de mestrado de la FAU-UFRJ, surtout à Liana de Ranieri

Pereira et Aldo Gonçalves Moura pour l'aide et la stimulation apportés tout au long de mon

entreprise;

Merci à Anna Lucia Romano Fragoso Pires; à Pedro Campello, aux membres du GEE

Rita de Cássia pour l'appui solide au cours de cette dernière année;

et très particulièrement,

Merci à Helena, à Carlos, à Gilson, à Philipe et à Luisa, mes compagnons dans

l'entreprise qui a abouti à la présentation de cette thèse, pour l'encouragement et l'amour

constamment présents.

iii

Résumé des résultats

Dans certaines régions où le climat ne met pas en cause l'intégrité physique de

l'individu, même s'il est responsable de son inconfort, il devient très difficile, dans l'état actuel

des choses, d'intégrer les méthodes d'analyse thermique des bâtiments au processus millénaire

de conception architecturale. Et s'il est vrai que l'agression thermique en zone tropicale humide

est très importante, dépassant souvent les limites des conditions de confort jour et nuit...il est

d'autant plus vrai qu'un projet architectural, même s'il est adapté au climat dans lequel il

s'insère, peut être techniquement mauvais, s'il ne prend pas en compte les autres objectifs à

atteindre

Pour éviter cela, la recherche s'est orientée vers la représentation des modèles

thermiques concernés par la climatisation naturelle dans le langage architectural en phase

initiale de conception. Elle comporte une enquête sur les principes de la conception

architecturale d'une part, du confort d'été d'autre part. On propose comme résultat de ces

recherches un concept de "tableau de bord" repérant les objets architecturaux par rapport à

l'objectif de confort final attendu. Il rassemble les choix les plus fréquents dans une certaine

culture et les relie à des modèles réduits de performance thermique. Il permet l'inclusion de

nouveaux objets. On offre ainsi un rapport entre les choix architecturaux en phase d'esquisse et

la plage des conséquences thermiques et aérauliques.

La présentation retenue offre, à coté de chaque icône représentant un choix

architectural, un chiffre correspondant à son apport quantitatif sur le confort global attendu. En

suivant chronologiquement la conception architecturale sur ce "tableau de bord" thermique,

l'utilisateur obtiendra aussi souvent qu'il le voudra une note totale, somme de celles découlant

de chaque choix effectué, qui correspondra à une prévision de la qualité thermique de son

bâtiment.

La vérification faite avec le tableau de bord permet aussi d'éviter des modifications

importantes dans le projet après passage éventuel par des logiciels de simulation. Ceci allégera

également le rapport entre les domaines concernés (sol et drainage, éclairagisme, acoustique,

structure, plomberie, circulation, etc.)

La méthode d'analyse utilisée dans le tableau de bord permet à chaque ensemble de

procédures de climatisation passive d'être représenté en phase d'esquisse, par des objets

architecturaux. On étudie les phénomènes physiques, on retient ceux qui sont importants pour

les décisions prises, et ensuite on établit les modèles correspondants. Il s'agit, en réalité, de

réunir et d'interpréter des plages de performances non par groupe physique, mais par choix

architectural. Pour la comparaison des résultats des icônes présentés dans le tableau de bord,

une échelle d'évaluation de leurs influences spécifiques a été créée, basée sur une

décomposition des degrés-heures de surchauffe.

La maquette présentée se rapporte à un climat, le climat tropical humide, à une saison,

l'été, à un type d'occupation, nocturne et à une option, la non-climatisation. Mais la méthode

peut aussi aider à la création de tableaux pour des ambiances climatisées (l'echelle s'exprime

alors en kWh de consommation) et bien évidemment à d'autres profils d'occupation, saison et

climat, tout comme à des approfondissements d'un aspect constructif du bâti(ex. les toitures).

Une étude détaillée a été menée sur un composant mal connu: le végétal intégré à l'enveloppe

du bâtiment.

iv

Executive summary

There are regions where the environment and climatic conditions do not threat physical

integrity of individuous. Nevertheless, they may affect their comfort. Despite of that, it is not

easy a task of changing behaviour to take into account building thermal response analyses, in

millenary process of architectural conception. The situation may became still more relevant

when tropical humid region are concerned. An architectural design comprising local cultural

aspects and construction techniques would no longer suffice.

This is the framework upon which this research were oriented for, aimed at

representing thermal models related to natural ventilation conditions at the first steps of the

architectural design. The chosen methodology has to face either architectural principles and

summer comfort. The results are shown through a "tableau de bord" (control display)

establishing relationships between architectural objects and comfort related objective functions.

Building elements are compared following their thermal behaviour. Creation or inclusion of

new elements are allowed. So are the creation of hierarchies that should guide the conception

phase.

Several icons were thus created defining architectural elements (say architectural

choices), each of them being associated to indexes representing their thermal influence.

Summing up different elements, different choices locally available, the project can be attributed

a comfort grade, which represents the quality of the design on a thermal comfort stand point.

By using the "tableau de bord", it would be possible to some extent to avoid or at least

better use thermal simulation software. Future research may add the " tableau de bord" to

those softwares. By the same token, the relationships with others areas (lighting, acoustics,

civil works,...) are thereby made easier.

The analytical methods used at the construction of the "tableau de bord" allow each set

of relevant physical phenomena to be represented. One is to study the phenomena involved,

split them all into objects (or sets of objects) representative of the architectural choices, by this

way establishing hierarchies. Ranges of thermal performance are then put together as a

function of the different architectural choices. With the aim of comparing different choices,

each icon is associated to an evaluation scale based on a decomposition of the heating grade-

hour.

The research works resulted in a prototype, so far representing a tropical humid region,

summer time, a night occupation typology with no mechanical climatisation.

However, other "tableau de bord" may be adapted, for instance including mechanical

climatisation (in such case, the evaluation scale could be presented in terms of energy

consummation - kWh). Deeper analyses of specific building elements would be possible as

well. At this regard, the research works have performed the analysis of an almost unknown

building element, i.e. the vegetation as a shelter cover. On icon was created to represent the

vegetation and its behaviour evaluated as a passive element.

v

La Climatisation Naturelle: Modélisation des Objets Architecturaux, Aide à

la Conception en Climat Tropical

SOMMAIRE

Page

Avant-propos 10

Chapitre 1: La conception architecturale, le confort d'été et les bases de la

méthode du tableau de bord.

1.1 Les phases de la conception architecturale: les connaissances, les exigences et les

contraintes

13

1.1.1 Le pronostic et le diagnostic. 14

1.1.2 La phase l'esquisse 15

1.2 Nature des problèmes de confort d'été. 16

1.2.1 Evaluation du confort d'éte: le concept de dégrés-heures naturels: 16

1.2.2 Les outils d'aide thermique: les atouts et les contraintes pour

l'architecture climatique d'été.

21

1.2.3 Un modèle de référence: notre choix pour l'étude - Casamo-Clim 23

1.3 Les bases et les attendus de la méthode du tableau de bord. 26

1.3.1 Les choix de base. 26

1.3.2 La notation utilisée: le degré-heure d'inconfort. 29

1.3.3 Le coût d'un degré-heure d'inconfort. 32

1.3.4 L'échelle du tableau de bord. 34

1.3.5 La forme générique du tableau de bord 35

1.3.6 Du tableau de bord générique au tableau de bord utilisable. 37

Chapitre 2: La mise en oeuvre de la méthode du tableau de bord.

2.1 Elaboration d'une méthode pour la décomposition des objets en icônes du

"tableau de bord".

40

2.1.1 Notre choix. 42

2.1.2 Principes de la décomposition retenus. 43

vi

2.1.3 Définition d'une note de confort. 44

2. 2 Discussion des parties fixes du "tableau de bord": le scénario géographique et

culturel."

46

2.2.1 Le scénario socio-culturel. 46

2.2.2 le scénario géographique. 47

2.2.2.1 Phénomènes physiques à prendre en compte. 49

2.2.2.2 Les autres modifications. 51

2.3 Le traitement des éléments de l'enveloppe. 53

2.3.1 La morphologie extérieure et le volume. 54

2.3.2 La couverture. 56

2.3.3 Le groupe des murs. 59

2.3.3.1 L'ombre portée. 59

2.3.3.2 La couleur du revêtement extérieur. 60

2.3.3.3 Le rôle de l'inertie. 61

2.3.4 Le groupe du vitrage ou l'enveloppe transparente. 62

2.3.5 Le groupe de la perméabilité ou les ouvertures. 65

2.4 Inclusion d'un nouvel objet - le composant végétal 67

2.4.1 Pourquoi étudier l'objet "composant végétal"? 67

2.4.2 Démarche générale de la modélisation - le végétal comme écran. 70

2.4.2.1 La modélisation simplifiée. 71

2.4.2.2 Deux cas limites. 73

2.4.2.3 Cas général. 74

2.4.2.4 Extension de la méthode au cas de locaux non-climatisés. 76

2.4.2.5 Conclusion générale de la modélisation. 77

2.4.2.6 Le test de la méthode. 77

2.5 La présentation du tableau de bord: la version papier et l'extension informatisée. 80

2.6 La notice de fabrication. 83

2.6.1 Règles pour la création de tableaux de bord. 83

2.6.2 La création de tableurs de gestion. 85

Chapitre 3: Applications: un tableau de bord dans le contexte d'une ville

ouvrière pour un milieu urbain dense tropical..

3.1 Choix d'un cas réprésentatif: la "Vila" Kennedy. 87

3.11 L'inventaire: l'origine de la Cité Kennedy. 87

3.1.2 La philosophie constructive, les projets initiaux, l'exécution. 88

vii

3.1.3 Les modifications apportées au projet originel. 90

3.2 La création du profil typique. 92

3.2.1 Le climat. 92

3.2.2 L'occupation 93

3.2.3 La validation de la démarche - le confort d'été constaté sur le

terrain.

93

3.3 Le cas de référence ou le prototype de base de l'étude 97

3.3.1 Valeurs admises pour les zones fixes du tableau de bord: le jour-

typique, l'occupation,...

97

3.3.2 Détermination de la valeur du seuil de confort retenu. 98

3.4 Les limites de l'application de la méthode pour la cité Kennedy. 99

3.5 Application de la méthode: définition des zones initiales du tableau. 100

3.6 Etude des groupes. 102

3.6.1. Etude des objets du groupe principal, la couverture. 102

3.6.1.1 Cas considérés. 102

3.6.1.2 Résultats bruts initiaux. 103

3.6.1.3 Essai de simplification de choix. 104

3.6.1.4 Choix final. 105

3.6.1.5 Les icônes du groupe couverture. 108

3.6.2 Etude des objets "murs extérieurs": le rôle de la couleur du

revêtement, de l'ombre portée, et celui de l'inertie.

109

3.6.3. Le sous-groupe du vitrage 113

3.6.4. Le sous-groupe de la ventilation de l'ambiance 113

3.6.4.1 Résultats standards( effets purement thermiques des

débits d'air)

114

3.6.4.2 Correction pour la vitesse de l'air (effets des débits d'air

sur le métabolisme)

115

3.7.L'inclusion de la végétation 117

3.7.1 Utilisation dans le logiciel Casamo-Clim 117

3.7.2 Résultats de la simulation 119

3.8. Les effets résiduels: la morphologie extérieure (y compris le volume) et le

microclimat

121

3.9 Présentation du produit final 122

Conclusion 124

Références biblioghaphiques 126

viii

Annexes

Annexe 1 - A propos de la reconstitution des journées-types d'après les données

extrêmes disponibles - la température de l'air et l'humidité relative (Ch.2)

131

Annexe 2 - Tableur de calcul de degrés-heures d'inconfort (Ch.2.4.2) 139

Annexe 3 - En remontant le passé: L'homme, ses rapports; l'architecture et le

confort...(Ch. 3.3.1)

141

Annexe 4 - Tableurs de gestion du tableau de bord (Ch. 2.6.2) 162

Annexe 5 - Caractéristiques du projet architectural simulé (Ch. 3.1) 167

Annexe 6 - Variation de l'irradiation solaire reçue par les façades et toitures selon

diverses orientations (Ch. 3.6.2)

172

Annexe 7 - Valeurs de coefficients utilisés dans le calcul du débit d'air (Ch.3.6.4) 173

Annexe 8 - Le calcul des coefficients d'échange thermique par convection pour la

climatisation naturelle (Ch. 2.4.2.1)

174

Annexe 9 - La linéarisation des équations à la puissance 4 pour les climats chauds

étudiés. (Ch. 2.4.2.1)

175

Annexe 10 - Exemple de tableau pour le calcul du rôle du végétal comme composant

de l'enveloppe -cas sans comble.(Ch 2.4)

177

Annexe 11 - Analyse simplifiée des phénomènes physiques et bibliographie à propos

de la végétation dans le cadre de la climatisation passive .(Ch.2.5)

179

Annexe 12 - Vol d'oiseau sur le confort d'été et sur quelques outils d'évaluation

architecturale. (Ch. 1.2.2)

189

Annexe 13 - Résultats de l'étude de sensibilité des paramètres de la couverture.

(conf. Chapitre 3.6.1.3)

212

ix

Un Architecte est un homme qui sait très peu de choses sur un très grand nombre de sujets et

qui, progressivement, en sait de moins en moins sur un nombre toujours plus grand de choses,

jusqu'à ce qu'il ne sache pratiquement plus rien sur à peu près tout...

Au contraire, un Ingénieur est un homme qui sait beaucoup de choses dans de domaines très limités et

qui, au cours de sa vie professionnelle, en sait de plus en plus sur des sujets de plus en plus limités,

jusqu'à ce qu'il sache pratiquement tout sur à peu près rien.

Un Entrepreneur commence à savoir tout sur tout mais finit par ne plus rien savoir sur rien et

ceci est dû en ce qui le concerne à la fréquentation des Architectes et des Ingénieurs.

Mohamed MOKZOUNI, entrepreneur Irakien

Logique arabe

d'un débris de papier rétrouvé par terre, dans un coin de la salle de l'or,au cenerg.

Avant-propos

10

Avant-propos

"D'abord l'homme construit sa demeure,

ensuite,

sa demeure le bâtit1"

La recherche en Thermique du Bâtiment manifeste une nouvelle attitude face à

l'architecture. Elle cherche à définir une approche de la construction qui dépend étroitement du

site, du paysage, du climat et des habitudes locales de construction. Elle souhaite préserver le

choix de conception, mais l'associe à la responsabilité thermique. On vient de se rendre compte

qu'on a peut être été trop loin en faisant trop confiance à cette croyance erronée en une énergie

fossile pour apporter le confort thermique à l'intérieur des bâtiments.

L'architecture du vingtième siècle se caractérisera (au moins du coté historique) par une

importance exagérée accordée à la technologie, à l'exclusion de toute autre valeur. De là cette

dépendance actuelle envers le contrôle mécanique de l'ambiance intérieure2, au détriment d'une

exploitation des phénomènes climatiques et des autres phénomènes naturels pour la satisfaction

de nos exigences de confort.

L'accès à l'information, la compréhension et l'assimilation de celle-ci sont un grand

problème de notre époque dans tous les domaines, y compris celui du bâtiment. Au fur et à

mesure que les phénomènes à prendre en compte deviennent plus complexes et que la gamme

des matériaux, des composants et des techniques possibles pour un projet s'enrichit, on se

heurte, dans la pratique, à la difficulté d'accès au savoir.

Une fois de plus, il faut se rendre compte que tous les milieux professionnels sont des

microcosmes, qu'ils ont leur vocabulaire, leurs habitudes, leurs manies, et qu'on devra s'adapter

à celui des architectes, comme à tant d'autres. S'agissant d'un milieu comme les autres,

homogène, avec ses conventions et ses rites, celui qui les ignore est immédiatement identifié, et

rejeté comme un corps étranger.

Pour être pratique et utilisable, une information doit conduire au degré de précision

strictement nécessaire à chaque stade d'avancement du projet. Ce degré de précision va

s'améliorer d'étape en étape, depuis l'esquisse jusqu'aux documents d'exécution, en passant par

les plans de détail et la maquette. Cela n'aurait aucun sens de calculer avec force détails les

déperditions ou les gains d'un bâtiment au début d'une étude, puisque le projet sera modifié de

nombreuses fois avant sa formulation définitive.

Ainsi, en général, les architectes, les entrepreneurs et surtout les auto-constructeurs

négligent les informations disponibles parce qu'elles se présentent sous une forme trop

technique, complexe ou fastidieuse. D'où des erreurs de conception ou en tout cas des prises

de risques inconsidérées dans la conception. Et d'où, finalement, des résultats qui ne sont pas

conformes à ce qui était attendu.

Aujourd'hui encore, par la faute de l'aspect international de cette architecture, on prête

peu attention à la diversité et au caractère particulier des climats et des solutions de conception

1d'après Wiston Churchill : "First man builds a house, afterwards the house builds him" 2contrôle, d'ailleurs qui n'a pas réussi à apporter la satisfaction voulue.

Avant-propos

11

régionales. Et pourtant c'est la construction elle-même et ses éléments constructifs qui

composent l'installation "thermique" à coté ou non des machines frigorifiques, et il faut bien

renseigner le concepteur, si l'on veut qu'il fasse un choix de qualité.....

Or on peut constater l'importance des premières décisions prises lors de la conception

d'un projet d'architecture sur l'oeuvre achevée du point de vue énergétique.

On sait que la conception architecturale, si on la considère sous l'angle de la

climatisation naturelle, se résume à la connaissance et à la maîtrise des liens entre les

principaux acteurs concernés l'homme-usager et le lieu géographique.

Et que le choix d'un indice pour l'évaluation des conditions thermiques d'une ambiance

doit être en rapport avec les conditions climatiques prépondérantes à un certain endroit, et

avec l'activité développée par l'individu-cible.

Mais on sait davantage: qu'en général, il y a certaines combinaisons typiques des objets

architecturaux, caractéristiques des styles courants pratiqués. Ces combinaisons ayant une

performance thermique sur une ambiance occupée, nous permettent une évaluation statistique.

Compte tenu du cadre ainsi décrit, on se propose d'influencer le début de la conception

architecturale, avec une méthode d'évaluation thermique pertinente au stade en question et

conforme aux habitudes du métier.

Le fruit de notre recherche, le tableau de bord, couvre une gamme étendue de concepts

et d'informations passives. La structure de la méthode est assez souple pour accueillir autant

des nouvelles techniques que les procédures vernaculaires régionales.

Il offre un choix de présentation: un "outil-carton", que l'architecte met sur sa table à

dessin et des versions informatisées. Dans les deux cas, comme le but est de rendre

l'information technique accessible au grand public concerné, on évite volontairement (et dans la

mesure du possible) de faire usage des symboles graphiques abstraits utilisés dans l'univers des

agences d'architecture.

L'important est de fournir, dans un langage accessible, une évaluation du rapport entre

des choix disponibles au concepteur en début de conception et les compromis thermiques qu'il

établit et le résultat final.

La maquette présentée se rapporte à un climat, le climat tropical humide, à une saison,

l'été, à un type d'occupation, nocturne et à une option, la non-climatisation. Mais la méthode

permet aussi la création de tableaux pour des ambiances climatisés (l'échelle s'exprime alors en

kWh de consommation) et bien évidemment à d'autres profils d'occupation, saison et climat,

toute comme à des approfondissements d'un aspect constructif (ex. les toitures) du bâti.

On espère contribuer à une architecture plus consciente de l'homme qui vivra à

l'intérieur, et aussi consolider cette liaison aujourd'hui un peu fragile, malgré son importance,

entre le concepteur architecte et l'ingénieur-thermicien.

-*-

La conception architecturale 12

Chapitre 1: La conception architecturale, le confort d'été et les

bases de la méthode du tableau de bord.

"Concevoir est la seule activité

où la théorie, la pratique et l'enseignement

sont pratiqués parallèlement et sans aucune

séparation temporelle, spatiale ou intellectuelle1.

"Le confort est un enjeu.

Moins un enjeu de convoitise

pour ceux qui aspirent au confort,

qu'un enjeu dans une société prise

entre une civilisation de l'être

et une civilisation de l'avoir."2

Le sujet de la conception est vaste...De nombreuses oeuvres essayent d'expliquer (et de

mettre en oeuvre) ce processus de l'esprit humain3 qui permet de créer à partir d'une vision

progressive quelque chose d'achevé. Si on a l'habitude de commencer par comprendre en

faisant appel aux définitions des dictionnaires standards, bien obligés d'être explicites, on ne va

pas très loin. Le Petit Robert nous offre pour conception, "Formation d'un concept, d'une idée

générale dans l'esprit humain", concept étant par la suite présenté comme "du lat. conceptus,

de concipere (recevoir), représentation mentale générale et abstraite d'un objet."4.

Des chercheurs du domaine nous proposent déjà quelques définitions plus

approfondies, dont certaines, recueillies par Adolphe[LA91], sont reprises ici. Ainsi, on

s'aperçoit qu'il faudrait répartir le concept initial en deux, pour servir à l'Art et à la Science. En

tant qu'art "la conception est l'action de l'esprit humain qui consiste en l'élaboration d'un

concept ou d'une idée, à partir de son expérience ou de son intuition, par opposition à la

fabrication qui est un assemblage de parties préexistantes - concevoir est créer". En tant que

science, "la conception s'apparente à l'exploitation simultanée de plusieurs alternatives, à des

sauts de niveaux d'abstraction ou de description distincts, au cours desquels les exigences sont

remises en question - concevoir est contraindre."

Le fait de restreindre le champ à un domaine - l'architecture - qui reste à mi-chemin

entre les deux définitions, art et science, ne facilite pas la tâche. Ainsi, la conception

architecturale devient "un acte complexe qui exige la transformation d'un corps initial

d'information insuffisant, en un corps final qui permettra de communiquer formes et dimensions

1de Khaldoun ZREIK dans l'Editorial de la revue Sciences et techniques de la conception, vol.1,n°1, 1992; Ed.

HERMES, Paris. 2 d'après Jacques Dreyfus, 30 ans après avoir écrit "Le confort dans l'Habitat", dans son livre "La société du

confort, quel enjeu, quelles illusions?" 3On se demande si cette limite est valide, quand on s'aperçoit de la façon dont certaines bêtes (le castor ou le

"joão de barro") construisent leur habitat. 4personnellement, la 1ère définition de "conception" dans le petit Robert me semble plus claire, malgré son

apparente différence avec notre sujet: "Formation d'un nouvel être dans l'utérus maternel à la suite de la

réunion d'un spermatozoïde et d'un ovule". La suite de ce chapitre le démontrera.


de l'édifice à un chantier"[JL89]in[LA91]. Somme toute, c'est l'acte de transformer un

brouillard consistant d'intuitions, d'acquis et de désirs en une forme concrète à bâtir.

1.1 Les phases de la conception architecturale: les connaissances, les

exigences et les contraintes.

Encore objet de nombreuses études, le processus de conception en architecture

représente la façon dont l'architecte5 synthétise toutes les données issues d'une part du

"pronostic" du potentiel du site (concept ci-après), et d'autre part du cahier des charges,

synthèse effectuée selon son expérience6 et son style personnel.

En résumé cependant, on peut dire que ce processus est découpé dans un but de

contractualisation, en diverses phases (esquisse, APS, APD, projet,...), caractérisées surtout

par le niveau de détail atteint:

THERMIQUE ARCHITECTURE CONTRAINTES

PRATIQUE

DU GENIE

CLIMATIQUE(procédures:ventiler,...)

REGLEMENTATION

PHENOMENES

PHYSIQUES

ELEMENTAIRES

( λ, τ, α, E, ... )

secteur commercial+ client

Client

Disciplines de l'ingénierie concernées:

equip.speciaux

impact envir.

climatisation

plomberie

structure

s

sol, drainage

CHANTIER

FOURNISSEURS

dossierd'appel

APS

APDAPD 1/n

APD 2/nAPD 3/n

APD n/n

PROJETPROJET 1/n

PROJET 2/nPROJET 3/n

PROJET n/n

PROJET 4/n

programmation

d'offre

Figure 1. 1 Le développement de la conception architecturale, ses rapports avec l'usage

standard de la thermique et les autres sciences du bâtiment.

5pour être réaliste, le mot "architecte" ici, et désormais, désigne quiconque conçoit pour bâtir et pas seulement

celui qui y est légalement habilité. 6d'ailleurs, il y a des approches différentes notamment par le "poids" attribué par chaque concepteur aux divers

critères disponibles, ce qui rend difficile la modélisation des processus de conception [PF92].


On remarque qu'en même temps, chacune de ces phases correspond à un certain niveau

de contraintes prises en compte et donc à une liberté de choix "inversement" proportionnelle à

l’avancement.

On identifie pourtant la phase d'esquisse comme celle où à la fois il y a la moindre

intervention des autres domaines de la construction et le plus de liberté de choix, c'est à dire la

phase idéale pour l'introduction d'une évaluation préalable de l'efficacité thermique des prises

de décision architecturales.

Esquisse Avantprojet Projet

Liberté

de choix

contraintes

l'idée

initiale

L'oeuvre

achevée

Figure 1. 2 Schéma séquentiel dans la conception pour l'état de documentation du projet

Ainsi, on s'intéresse ici à la phase d'esquisse. Cependant, pour avoir une vision globale,

on abordera d'abord une phase précédente: celle qu'on décide d'appeler de pronostic et

diagnostic.

1.1.1 Le pronostic et le diagnostic

A partir de l'étude d'un climat, d'un site et d'un cahier des charges, le pronostic général se

propose d'établir et de hiérarchiser les meilleurs axes de conception à suivre, les stratégies les

plus réussies, en tenant compte plutôt de l'idée d'un profil d'occupation (type et période) à

respecter que de la connaissance d'un projet particulier.

habitudes et désirs

le budget

les particularités

Figure 1. 3 - Les éléments de conception à prendre en compte du coté de l'usager

Le pronostic thermique permet un dépistage des phénomènes de base pouvant

intervenir dans le choix des stratégies à suivre et la détermination de l'ordre de grandeur des

performances thermiques du bâtiment. Ainsi on se donne des scénarios de climat, d'occupation,

de densité urbaine, d'intensité des vents, de relief (altitude, proximité de la côte, etc..), de bruit

et de pollution, d'orientation du terrain (si il y en a une qui est déterminante pour le projet), de

contiguïté, etc...


Le terrain

ses environs

son potentiel

Figure 1. 4- La représentation geo-climatique nécessaire pour le pronostic thermique

Le relevé de ces éléments extérieurs qui interviendront dans le projet se fait par un

processus en alternance dans une phase interdépendante qu'on appelle de diagnostic

thermique7. Les éléments repérés seront considérés comme des contraintes ou atouts dans le

processus de conception. C'est l'établissement d'un ensemble de valeurs propre à chaque projet,

qui l'identifiera et déterminera des prises de décisions spécifiques.

1.1.2 La phase d'esquisse

Ensuite, l'architecte commence à organiser cette masse d'informations selon son style et

en utilisant des images mentales retenues dans le cadre de ses choix culturels, budgétaires, etc.

C'est la phase d'esquisse, où sont établis les axes principaux du projet. L'architecte est alors

en train de minimiser les inconvénients rencontrés (voire de les annuler), et d'utiliser les atouts.

Pour cette composition optimale, il a besoin d'un va et vient continu avec la phase de

diagnostic.

Dans une analyse méthodologique générale de la conception architecturale, les

principales caractéristiques de la phase d'esquisse, qui la distinguent des autres phases sont

l'absence presque totale de données concernant le bâtiment à venir et une énorme liberté de

choix architecturale pour la conception de sa forme.

C'est le moment précis du début de la conception, où l'on traduit par des images (ou

des traits) le brouillon (ou brouillard) d'idées venu de la phase de pronostic général (et non

seulement thermique). Cette phase se caractérise par la manipulation d'objets architecturaux

complexes à partir de prises de décisions. A ce stade là, l'architecte reste "flou" en ce qui

concerne la description physique de ces formes et éléments.

Exemple: "Mets-je un comble ou pas? Ventilé, peut-être?". Où comble est un objet

composé d'une toiture (avec différentes possibilités pour la géométrie et la composition), d'un

espace (à déterminer ) et d'un plafond (si on en décide ainsi, lui aussi sera composé). La

composition porte sur le domaine architectural, comme expliqué ci-dessus, mais aussi sur celui

de la thermique, et de la lumière, parmi d'autres.

7partie intégrante d'un diagnostic global, qui n'est pas complètement achevée quand on passe à l'esquisse.


Figure 1. 5 - Le processus mental d'organisation des informations en phase d'esquisse

On va donc chercher à démontrer que, du point de vue thermique et dans la phase

d'esquisse, on peut trouver des objets (voir l'exemple ci-dessus) qui traduisent des styles

architecturaux divers, puisqu'il s'agit de représenter des solutions constructives générales

d'assemblage des éléments du bâtiment, c'est à dire des formes de base.


1.2 Nature des problèmes de confort d'été.

La conception architecturale, si on la considère sous l'angle de la climatisation naturelle,

se résume à la connaissance et à la maîtrise des liens entre les principaux acteurs concernés

l'homme-usager et le lieu géographique. En fait les habitats anciens, qui ne pouvaient faire

appel qu'à la climatisation naturelle, constituent déjà pour certains[XB89], par les dispositifs

adoptés, des exemples de compréhension véritable des effets du climat sur la sensation du

confort.

Mais, que savons-nous de ce confort? A la fois beaucoup et bien peu: beaucoup quand

on considère le volume des rapports, articles,..sur le sujet. Bien peu quand on examine la

possibilité de sa prise en compte dans un projet.

Mais, en l'absence d'un modèle de pleine compréhension et de globalisation des

"conforts" et compte tenu de l'objectif de cette recherche, on s'en tiendra ici au confort

hygrothermique dans son état de l'art, appelé dorénavant tout simplement confort. Afin de

pouvoir l'étudier et découvrir les atouts disponibles pour l'architecte en climat chaud-humide,

on détaillera certains des phénomènes à partir de la bibliographie rencontrée (voir Annexe 12).

Ce chapitre propose d'abord de discuter les principaux enjeux dans l'optique thermique

d'évaluation d'un projet quelconque:

A)- les possibilités climatiques du lieu

B)- le confort minimal attendu

C)- le rôle de la performance du projet de

l'enveloppe face à l'un et à l'autre, c'est à dire

l'établissement d'un indice de qualité thermique.

Ensuite, on vérifiera le rôle réel de la thermique des bâtiments dans la conception

architecturale actuelle en milieu tropical.

1.2.1 Evaluation du confort d'éte: le concept de dégrés-heures naturels.

Si l'on réfléchit aux possibilités climatiques d'un lieu, où les phénomènes peuvent être

décrits à partir des données des stations météorologiques (parfois, des seules valeurs de

température sèche et d'humidité), on peut dire qu'elles constituent "l'identité énergétique" du

terrain, permettant de prévoir ce que l'on éprouve, sous certaines conditions climatiques:

B

CA


Figure 1.6 - Les variations climatiques

De plus, ces données fournissent le potentiel "frigorifique" et la charge "calorifique"

naturels. On y retrouve donc les limites des ressources climatiques du lieu. Et bien évidement,

en climatisation passive, on ne pourra pas obtenir plus que ce qui est disponible naturellement.

Pour quantifier cette identité, on propose ici l'idée des dhnat (degrés-heures naturels)

d'un lieu. Ils représentent, pour un type de climat à étudier, son potentiel frigorifique et la

charge calorifique préliminaire à laquelle on doit s'attendre. Les dhnaturel,,définis comme la

valeur des dégrés-heures8 de la température de l'air en dehors d'une certaine limite se

partagent, entre des dhnat de confort et des dh

nat d'inconfort. Le graphique ci-dessous illustre cette

approche:

Figure 1. 7 - Evolution de la température extérieure et les limites de confort

Dans un but pédagogique on traduira d'abord la notion de confort (ou l'inconfort) par

des écarts de températures, même si l'on reconnaît l'importance de l'influence de l'humidité.

Ainsi, les surfaces correspondant aux dhnat de dépassement de la limite supérieure9,

peuvent être interprétées comme une mesure de l'inconfort, les dhnat d'inconfort, représentant à

un facteur près la charge frigorifique et celles au-dessous de la limite correspondent, bien

évidement, à une situation inverse: il s'agit de dhnat de confort (ou au même facteur près, à une

ressource frigorifique).

8il faudrait faire la différence entre le degré-heure décrit et celui généralement fourni par les stations

météorologiques. Celui-ci fait rapport à la quantité de chaleur perdue par un édifice durant cette saison et la

base de référence est toujours (ou presque) 18°C[PL92] 9ou à l'extérieur des deux limites, selon le cas


On peut aussi, faire référence à une température sol-air10 et aboutir à d'autres dhnat,

mais il semble raisonnable de choisir comme référence pour les climats tropicaux humides un

endroit soumis à un vent moyen et à l'ombre.

On peut vérifier la sensibilité des dhnat aux variations géographiques en réfléchissant à

la carte, au tableau et au graphique de températures et d'humidité ci-dessous. Ils représentent

les environs de la ville de Rio de Janeiro, au Brésil.

Océan Atlantique

JAC

GOV

TER

N

Figure 1. 8 - Carte de Rio de Janeiro(partial), Brésil

Trois stations ont été retenues, dans un rayon de 100 km, soumises à des configurations

géographiques différentes:

- Governador (GOV) se situe sur une plaine au niveau de la mer, à l'intérieur de

la baie de Guanabara. Banlieue très urbanisée, est une région d'industries atteinte par l'îlot

thermique situé un peu à ouest, à Bonsucesso[CB89]. Ses valeurs moyennes annuelles de

température et humidité relative sont 24,9°C et 74%.

- Jacarépaguá (JAC) est une plaine océanique (l'Océan Atlantique), coupée par

de nombreux lacs et marais et beaucoup moins urbanisée; La température varie pendant l'année

autour de 24,2°C avec une humidité relative de 77,9%.

- En ce qui concerne Teresópolis (TER), il s'agit d'un petit village de vacances,

dans une vallée à 870 m d'altitude, en plein milieu d'une réserve de la forêt atlantique

brésilienne et dont le climat est considéré comme tropical d'altitude[IB89], ayant une moyenne

annuelle de température de 17,7°C et 84% d'humidité relative.

Les valeurs retenues pour l'étude sont celles du mois de février (valeurs moyennes sur 5

ans), en saison d'été [BK90]. En ne disposant que des valeurs extrêmes et leurs heures

d'occurrence, une reconstitution préalable des données météorologiques pour une journée-

typique a été réalisée selon les algorithmes utilisés par le logiciel CASAMO-CLIM (voir

Annexe 1).

10Tsol-air=Tair +(α/he).φ; où α l'albédo du terrain, he le coeff. d'échanges convectifs; φ la radiation incidente.


Station

lat

S

long

O

alt (m)

vent

jour

vent

nuit

T

min

T

max

H

min

H

max

dhnat d'inconfort

journalier

(m/s) (m/s) (°C) (°C) (%) (%) ∑∑∑∑ chaud froid

Governador 22°49 43°15 10 5,1 2,6 25,1 34,7 53 92 77 77 0

Jacarépaguá 22°59 43°22 10 3,5 3,1 23,4 31,4 63 91 35 35 0

Teresópolis 22°27 42°58 870 3,0 0,1 18,2 26,6 56 87 9 7 2

Tableau 1. 1 - données geo-climatiques typiques d'été (Février) pour 3 stations à Rio de

Janeiro -1985-1890.

On remarque qu'à l'intérieur d'un même climat général, et pour les mêmes températures

de seuil de confort (19°C et 27°C), on obtient des dhnat très différents.

On observe aussi l'occurrence de dhnat d'inconfort liés non plus à la surchauffe, mais à la

sous-chauffe. Si les dhnat de confort et d'inconfort sont du même ordre de grandeur, on peut

espérer par une stratégie de déphasage arriver à un certain confort moyen.

Journées typiques d'été (22°S)

°C

15

20

25

30

35

heures

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Teresópolis

Governador

Jacarépaguá

confort (T max admise)

confort (Tmin admise)

froid

chaud

Figure 1. 9 - Evolution de température pour 3 stations (Février) à Rio de Janeiro, Brésil

La situation de Teresópolis illustre le cas d'un lieu où le résultat des conditions de

confort d'été conduirait à l'étude de l'inconfort plutôt pour d'autres saisons, notamment l'hiver.

Ce serait vraisemblablement le cas pour toutes les régions tropicales d'altitude11 et

certaines régions méditerranéennes.

En outre, une analyse heure par heure des valeurs des dh (voir tableau suivant) permet

d'envisager des stratégies à adopter.

11Selon Dreyfus[JD60], en pays tropical, le climat d'altitude ne s'observe que pour une altitude égale ou

supérieure à 400m, quand le climat est comparable à celui des régions voisines d'altitude plus faible, mais les

minima de température tendent à être trop marqués en hiver pour qu'il y ait confort vrai.


Calcul des dh naturels d'inconfort pour les trois stations à Rio (Brésil)

(référence: Tconf max = 27°C; Tconf min = 19°C)

Rio Teresópolis Rio Governador Rio Jacarépaguá

h T air HR dh d'inc T air HR dh d'inc T air HR dh d'inc

1 20,48 81 confort 27,17 62 0,17 24,78 85 confort

2 19,62 84 confort 26,31 66 confort 24,26 87 confort

3 18,94 85 -0,06 25,65 68 confort 23,84 89 confort

4 18,47 87 -0,53 25,24 70 confort 23,56 90 confort

5 18,23 87 -0,77 25,1 71 confort 23,4 91 confort

6 18,27 86 -0,73 25,29 75 confort 23,49 91 confort

7 18,83 84 -0,17 25,86 82 confort 24,16 90 confort

8 19,88 81 confort 26,76 80 confort 25,4 86 confort

9 21,31 76 confort 27,91 75 0,91 26,98 80 confort

10 22,97 72 confort 29,22 68 2,22 28,64 74 1,64

11 24,68 67 confort 30,58 62 3,58 30,08 68 3,08

12 26,24 62 confort 31,89 55 4,89 31,05 64 4,05

13 27,5 59 0,50 33,04 50 6,04 31,4 63 4,4

14 28,32 57 1,32 33,94 48 6,94 31,33 64 4,33

15 28,6 56 1,60 34,51 45 7,51 31,11 68 4,11

16 28,48 56 1,48 34,7 46 7,7 30,77 65 3,77

17 28,12 58 1,12 34,56 48 7,56 30,29 67 3,29

18 27,54 59 0,54 34,15 50 7,15 29,72 69 2,72

19 26,77 62 confort 33,49 51 6,49 29,06 71 2,06

20 25,84 65 confort 32,63 53 5,63 28,34 73 1,34

21 24,79 68 confort 31,6 54 4,6 27,59 76 0,59

22 23,68 72 confort 30,48 56 3,48 26,83 78 confort

23 22,56 75 confort 29,32 58 2,32 26,09 81 confort

24 21,48 78 confort 28,20 60 1,17 25,40 83 confort

total jour froid (-) -2,26 0 0

total jour chaud 6,56 77,19 35,38

total journalier d'inconfort 8,82 77,19 35,38

Tableau 1. 2 - Etude horaire des dhnat d'inconfort pour les 3 stations

Si on compare les écarts rencontrés avec ceux des marges permises sous certaines

conditions (comme décrites en ISO 7243[IS82]et 7730[AS93] avec des valeurs de clo et met

attendues), on peut finir par les négliger à certaines heures, ce qui dirigerait les choix de

conception.


1.2.2 Les outils d'aide thermique: les atouts et les contraintes pour

l'architecture climatique d'été

L'architecture dite climatique maintient par nature, plus qu'une autre, des liens forts

entre l'environnement extérieur, le climat et l'intérieur. La complexité qui en découle incite les

concepteurs à utiliser des outils d'aide à la décision.

Les besoins de chaque phase du projet impliquent l'utilisation de différents types d'outils

d'aide à la décision. On trouve une classification intéressante en [PB88] à ce propos. Brejon y

classe les outils d'analyse thermique en quatre groupes:

- ceux destinés à la thermique d'avant-projet, à l'usage de l'architecte et du

thermicien;

- ceux appelé de la thermique du projet, à l'usage du concepteur, du contrôleur

et de l'installateur;

- ceux dont le but principal est la gestion technique, et dont le public est

l'exploitant et le gestionnaire;

- ceux créés pour l'audit à l'usage de l'exploitant et du gestionnaire.

Dans le cas du début de conception en architecture climatique, les outils devraient

idéalement agir sur:

- la maîtrise des interactions thermiques et aérauliques entre les différents

espaces intérieurs et extérieurs;

- l'exploitation des ressources naturelles (soleil, vent, sol, nappe);

- l'optimisation du confort obtenu au moindre coût.

Un relevé des outils disponibles (voir Annexe 12) montre qu'il en existe sous forme

"papier", et sous forme "informatisée"12.

Au début de la conception, les outils servent surtout à l'analyse des solutions

disponibles; ce sont des morceaux d'images dans la mémoire de l'architecte13. Il faut donc

rassembler ces morceaux plus ou moins indépendants, représentant des stratégies et des

habitudes et fournir des indications de performance. Essentiellement qualitatifs, en général, les

outils se traduisent par des conseils qui ne donnent lieu à aucun calcul significatif (voir annexe

12).

Une fois les grands axes tracés, une phase très importante d'approfondissement du

projet démarre, et les outils de simulation y ont un rôle primordial. Ils doivent être capables de

reconstituer le scénario global attendu et d'en donner les réponses physiques (température

intérieure, humidité, éclairage, etc..).

12selon l'usage, le produit informatique logiciel reçoit le nom de didacticiel - pour la formation et de progiciel,

quand il est commercialisé. D'une façon générale, dans tout le contexte de l'énergétique du bâtiment, on trouve

plus d'une centaine de produits en France, rassemblés chez une dizaine d'éditeurs. 13et on ne rentre pas ici dans le monde de la méthode personnelle de classement.


Puisque chaque outil est destiné à une étape précise du projet pour un besoin propre,

on risque gros en les utilisant au mauvais moment. Par exemple, on ne peut utiliser les outils de

simulation dans la phase initiale qu'en leur attribuant certaines entrées "au hasard". Cela

empêche l'évaluation de l'importance des décisions réellement prises. En revanche, une bonne

utilisation d'un outil adapté aux besoins du début de conception, doit empêcher des

modifications capitales et tardives du projet, dont l'importance dans le coût global sont faciles à

imaginer.

Quelques points sont importants à remarquer pour l'usage de tous ces outils:

- les limites des zones décrites dans les diagrammes de confort ne doivent, en principe,

être considérées que comme indicatives, car des erreurs surviennent du fait des écarts des

conditions climatiques locales par rapport à celles qui ont servi de base à l'établissement

(amplitudes de températures, vitesse de vent). En définitive, l'efficacité des méthodes

constructives suggérées dépend aussi de la conception et de la construction du bâtiment.

- ils "cachent" les hypothèses sur le milieu étudié, et il faut donc toujours se repporter à

la bibliographie d'origine pour vérifier la pertinence du projet (climat + cahier de charges) avec

les limites d'utilisation des outils14.;

- ils traitent toujours de prévisions, c'est à dire, qu'ils donnent des indications

qualitatives, des statistiques sur un résultat final probable et non une évaluation précise d'un cas

particulier.

- la plupart ne répondent qu'à une seule préoccupation technique, contrairement à la

situation que connaissent la majorité de leurs utilisateurs, qui doivent traiter tous les aspects en

même temps (voir schéma de la figure 1.1);

- pour les deux deux classes d'applications les plus importantes - l'aide à la décision et

l'aide au diagnostic - ils présentent le défaut d'exiger des utilisateurs la connaissance précise et

la saisie d'un grand nombre de données;

- certains domaines, comme la conception d'installations "climatiques" non standards, la

ventilation des bâtiments ou encore la thermique des bâtiments "passifs", sont peu ou

insuffisamment traités.

14Le climat tropical ne présente guère d'atouts pour l'établissement d'un bilan neutre (quand l'énergie non-

utilisée produite à l'intérieur de l'organisme est dégagée facilement par le corps) pour l'individu (voir annexe

12). Ainsi, dans le cas d'un projet d'atelier de travaux pratiques de lycée technique par exemple, cas non-traité

dans cette thèse [JA93], où l'homme arrive à produire par son activité, non les 80W prévus par la plupart des

diagrammes, mais environs 200W - une énergie dont il profite parfois à 20% pour son travail - une option

consciente pour un bon projet s'avère fondamentale pour qu'il puisse dissiper ces 80% et maintenir la

température d'équilibre vers les 36,7°C nécessaires.


En fait, un banc d'essai comparatif de progiciels[JB92] confirme que si certains

programmes ne permettent pas une liberté minimale d'architecture (orientation, inclinaison),

d'autres sont très fermés en ce qui concerne l'usage attendu du bâtiment, c'est à dire les apports

et leurs variations horaires dûs à l'occupation. L'existence de deux groupes de méthodes de

traitement des échanges, dynamiques et statiques15, demande la connaissance préalable par

l'architecte de l'influence de l'inertie dans son projet. En plus, il reste la question: quel pourrait

être le "bon" logiciel. Compte tenu du besoin de réduction des équations pour alléger la

manipulation de l'outil, réduction faite selon des hypothèses qui varient d'une équipe de

recherche à l'autre, on reste toujours, comme dit [JB92], "sur sa faim" à la lecture des

résultats...

Enfin, nos dernières remarques concernant la manipulation des outils informatisés:

- un outil n'est pas "créateur". Le plus développé des "systèmes experts" rêvés

ne fera qu'obéir à une série pré-conçue d'instructions.

- il est important de connaître l'objectif et l'optique dans lequel a été créé le

logiciel, ce qui détermine en grande partie ses caractéristiques et la méthode de travail

induite16;

- la plupart d'entre eux n'exposent pas d'une façon claire leurs limites

d'utilisation ou leurs hypothèses simplificatrices, ce qui amène souvent à des résultats

altérés17...

1.2.3 Un modèle de référence: notre choix pour l'étude - CASAMO-CLIM.

Pour la meilleure adaptation aux objectifs de cette recherche, il nous a semblé approprié

le choix d'un logiciel ayant, entre autres, les caractéristiques suivantes:

- avoir été conçu pour l'étude de la climatisation naturelle et être déjà validé;

- avoir une littérature scientifique d'appui disponible;

15dans les méthodes statiques, tous les échanges thermiques à l'intérieur du bâtiment et hors de lui sont

supposés se faire à chaque instant en régime permanent, ce qui revient à négliger tous les effets de l'inertie

thermique; l'ajout forfaitaire de classes d'inertie amène aux méthodes "quasi statiques". Les méthodes

dynamiques opèrent au contraire en régime sans cesse variable et permettent de définir divers aspects de

l'inertie thermique. La méthode harmonique part du principe que si un système linéaire est soumis à une

sollicitation sinusoïdale, sa réponse en sortie est elle-même sinusoïdale et de même fréquence, étant le signal

initial amorti et déphasé. 16Ainsi, comme exemple, SIMULA offre la possibilité de simuler aisément des serres accolées à un bâtiment.

Le transfert entre zones du rayonnement solaire n'étant pas possible pour CASAMO-CLIM, cette manipulation

y requiert des astuces et n'offre que des résultats précaires. L'humidité relative, facteur d'importance pour

l'étude du confort en pays chauds, est traitée dans CASAMO-CLIM pour le calcul de la température apparente

de la voûte celeste (température du ciel) et pour les simulations; elle est négligée - puisque de moindre

importance dans les climats tempérés - par SIMULA. 17Ceci est d'ailleurs très bien visualisé par l'étude menée à l'Ecole d'Architecture de Toulouse en 1992 par Jean

SOUM à la suite d'un banc d'essai effectué avec le SITERPA de UFSC, Brésil, où des saisies incorrectes ont

provoqué un jugement erroné à propos de la performance du logiciel Casamo-Clim.


- permettre la prise en compte de l'effet de l'humidité, par ses effets sur le confort d'été

(voir le chapitre suivant);

- avoir des sorties sous forme de données de température et d'humidité relative;

- prévoir la prise en compte des effets de masques sur les parois opaques et surfaces

vitrées;

- autoriser la prise en compte des phénomènes de microclimat;

Une analyse des logiciels disponibles et validés nous a conduit à CASAMO-CLIM

[CE85][DC86]; qui en plus d'être très répandu, répondait bien à nos besoins et ne présentait

pas l'effet "boîte noire" (ce logiciel est documenté, suivi en continu par l'ADEME et Airab

Consultant et est l'objet de concours internationaux récents [MA93a], [MA93b]).

Tout d'abord, le module initial permet une première définition des plans géométriques

du bâtiment et du site, ce qui fait connaître la valeur de la contrainte thermique et des

potentialités des masques solaires, lointains ou intégrés au bâtiment. Le deuxième module, une

fois les grands axes définis, décrit le projet, par l'introduction des matériaux18, apports internes

et dimensions spécifiques à la géométrie de l'enveloppe du bâtiment. Les résultats de ce module

peuvent amener l'architecte à modifier les surfaces d'ouvertures, la composition de certaines

parois ou même à introduire des masques. Ces modules s'enchaînent de manière logique depuis

l'introduction des données du projet jusqu'aux calculs finaux de température résultante et

d'humidité relative intérieure. Le logiciel permet ensuite d'étudier plusieurs variantes d'un

même projet de façon à obtenir des conditions d'ambiance aussi confortables que possibles en

période chaude.

Ainsi, CASAMO-CLIM a pour principale fonction de calculer à chaque demi-heure les

caractéristiques de l'ambiance intérieure d'un bâtiment, soumis à des conditions climatiques (la

température extérieure, l'hygrométrie, un régime de ventilation, la nébulosité du ciel, l'albedo

du sol,...). Les phénomènes physiques sont modélisés à l'aide d'hypothèses simplificatrices et

d'algorithmes inspirés de modèles détaillés comme MINERVE[MF86], ce qui lui permet d'être

acessible sur un micro-ordinateur avec un temps de calcul très accepptable.

Les sorties du logiciel ont été conçues pour faciliter la conception thermique de

l'envelopppe:

- représentation graphique de l'irradiation solaire et des effets des masques,

- valeurs horaires de caractéristiques de l'ambiance, avec possibilité d'une température

résultante pour la période d'occupation,

- répresentation graphique de l'évolution quotidienne sur le diagramme bioclimatique de

Givoni, permettant situer les résultats par rapport à une zone de confort.

18Le logiciel possède des bibliothèques renouvelables de matériaux, parois et apports internes (valeur et profil).


(1) (2)

(3) (4)

Figure 1. 10 - quelques sorties graphiques du logiciel CASAMO-CLIM[CE85]:

1) flux journalier par plan de travail,

2) diagramme solaire d'une surface masquée,

3) évolution quotidienne de l'ambiance,

4) situation dans un graphique bioclimatique

Par rapport à d'autres logiciels disponibles, on a vérifié un bilan avantageux de la part

de CASAMO-CLIM. Ses principaux atouts, cependant, ont été le traitement de l'humidité, la

transparence de ses hypothèses et, pourquoi pas, l'expérience déjà acquise dans sa

manipulation; il faut pas négliger, très souvent le meilleur logiciel est celui qu'on connaît le

mieux...


1.3 Les bases et les attendus de la méthode du tableau de bord.

On recherche une représentation des phénomènes thermiques intervenants dans la

climatisation naturelle dans un langage architectural comparable avec la phase initiale de

conception .

Mais jusqu'où aller dans la description des objets par l'architecte lors de la conception

de son projet? Le but d'un outil d'aide à la conception architecturale en phase d'esquisse est

d'orienter le concepteur sur certaines voies, non d'évaluer ce qu'il a déjà décidé. Il est donc

important qu'on ne lui surcharge pas la réflexion et, qu'on ne lui pose pas de questions trop en

"aval" de la phase de conception en cours.

Or, on sait que la maîtrise de la thermique de bâtiment se résume finalement à contrôler

autant que possible les flux de chaleur échangés et stockés dans le bâtiment. Tout comme le

climat, les impératifs sociaux, culturels et économiques apportent un lot important de

contraintes à la conception architecturale.

Mais on sait davantage: qu'en général il y a certaines combinaisons typiques d'objets

architecturaux, caractéristiques des styles courants pratiqués.

On propose ici un concept de "tableau de bord" qui rassemble les choix les plus

fréquents dans une certaine culture reliés à des modèles réduits de performance thermique19.

Ces choix sont réunis selon la systématique architecturale locale ou la hiérarchie thermique

pour le confort d'été. La base créée permet aussi l'inclusion de nouveaux objets, dans un but

didactique20.

La vérification de la performance du projet idéalisé avec le tableau de bord permet

d'éviter des modifications importantes, qui n'apparaissent qu'après le passage par des logiciels

de simulation. Ceci allége le rapport entre le développement architectural et celui des autres

domaines concernés (sol et drainage, structure, plomberie, circulation, etc.).

1.3.1 Les choix de base.

Pour créer une méthode, on pose des prémisses pour la construction du tableau, réquis

nécessaires pour son usage par les architectes en début de conception, à savoir:

- la simplicité et la représentativité des choix dans le tableau;

- la propriété d'additivité des notes;

- la stabilité de la notation lors de l'introduction de nouveaux composants et procédés.

L'ensemble offre un outil d'avant-projet de consultation facile, permettant à la fois des

changements d'orientation, la compensation d'un mauvais choix du à une contrainte non-

thermique par un autre.

19 qui renseigne sur la plage des conséquences thermiques et aérauliques (voire lumineuses et acoustiques) sur

un résultat final probable. 20 si les explications à propos de la performance des systèmes passifs sont parfois difficiles à assimiler, les

concepts et les formes s'intègrent facilement dans le vocabulaire quotidien de l'architecte.


Pour ce faire, il propose un rapport entre les choix architecturaux disponibles pendant

la phase d'esquisse et la plage des conséquences thermiques et aérauliques (voire lumineuses et

acoustiques) constituant le résultat final probable. Ces choix sont réunis selon la hiérarchie

architecturale locale et la hiérarchie thermique pour le confort d'été. La transposition de

l'influence de tous les objets architecturaux du tableau de bord est faite à la même échelle, sous

forme linéaire. Des icônes représentent les principaux objets de la conception architecturale

comptant pour la performance thermique d'un bâtiment. La méthode du tableau de bord

décompose des éléments considérés comme inséparables, par le biais d'un artifice: l'évaluation

de leurs influences spécifiques par simulation.

Figure 1. 11 - Position d'un "tableau de bord" dans le processus de conception.

La méthode du tableau de bord peut se décliner à différentes échelles:

- l'échelle du bâtiment:, intégration architecturale dans son site; on rassemble les acquis

de la bonne architecture extérieure;

- l'échelle d'un quartier, sa description, sa densification: on rassemble les acquis d'une

bonne conception urbaine;

- l'échelle d'une ville:on rassemble dans le territoire, des systèmes de maille, de liaison,

d'espaces intermédiaires, c'est à dire on propose la qualité en vue du potentiel "thermique"

disponible.


Dans cette thèse, on travaille sur la première échelle: celle du bâtiment, son enveloppe,

son environnement proche. Parallèlement au pronostic thermique, traité dans la thèse, la

méthode permettrait d'autres évaluations: l'acoustique, l'éclairage, le bilan environnemental, le

coût d'installation et d'entretien, la consommation équivalente de climatisation..., pourraient

être ajoutés.

Globalement, comme on verra au chapitre 2, le processus de création d'un tableau de

bord à cette échelle est le suivant: après un tri parmi les phénomènes les plus importants du

point de vue de l'apport thermique dans la typologie architecturale ordinaire on décompose un

"bâtiment-type" en des "objets architecturaux"21,, cohérents avec le lieu et l'occupation, Ces

objets, et leurs variantes, sont analysés et notés selon une évaluation de la qualité thermique

apportée.

21Certaines associations de procédés et matériaux sont considérées comme standard, selon la région: ainsi, pour

les couvertures, on retient l'inclinaison horizontale d'une dalle, celle d'environ 15° pour les plaques de

fibrociment et 25° pour les tuiles en terre cuite. De même pour le paramètre couleur extérieure, elle est sombre

pour les dalles , gris pour les plaques en fibrociment et entre rouge et crème pour la tuile en terre cuite.


1.3.2 La notation utilisée: le degré-heure d'inconfort.

La conception architecturale, vue sous l'angle thermique, vise à harmoniser l'homme-

usager et le lieu géographique/climatique. Pour l'évaluation de la qualité d'un projet, il s'agit

donc de comprendre les effets du climat et du bâtiment sur la sensation du confort.

Chauffer et refroidir ne sont pas équivalents. Toute la modélisation du confort acquise

pour la thermique d'hiver n'est pas aisément récupérable pour les conditions d'été[NB93]. Pour

les climats chauds-humides, objet de ce travail, le confort attendu doit être évalué en tenant

compte de l'humidité. De plus, le confort thermique de l'être humain n'est pas seulement lié à la

situation instantanée locale, mais aussi aux situations passées récentes et à celles

environnantes22[XB89]. C'est pourquoi l'impression de fraîcheur trop grande est quelque fois

ressentie à l'entrée de certains immeubles23. La procédure de mise en confort devrait tenir

compte du désagrément engendré par certaines ruptures.

Pour la quantifier, une méthode d'évaluation a été créée, à partir de Casamo [CE85] et

de la notion de degrés-heures naturels déjà utilisée. Il s'agit d'un indice qu'on appelle degrés-

heures d'inconfort.

L'indice des degrés-heures d'inconfort produits par une certaine variante du projet de

base est donc défini24 comme suit:

[ ]dh T T dtinconf res cc

t

t

oc oc oc

oc

oc

= −∑ ∫+

1

2

Equation 1. 1 - Indice utilisé dans le tableau de bord

où Tresoc est la température résultante en occupation, et

Tccocest la température de l'air de seuil de confort, corrigée par l'humidité selon

l'étude IPT et par l'éventuel effet de la vitesse d'air selon notre interprétation de l'étude du

CSTB décrite dans l'annexe 12.

22ce que les dispositifs de climatisation artificielle ne prennent pas en compte. 23 ou comme remarque M.Berger[XB89], à la sortie d'un sauna 24en fait, un raffinement de la notion des dhnaturel , obtenu grâce à la connaissance des rapports entre la

température, l'humidité et l'activité humaine - métabolisme et période d'occupation - concernée.


L'inconfort (écart entre Tres ocet Tccoc

) est comptabilisé durant la période d'occupation

soit de t à t1oc 2oc , seulement quand il est positif. Ce calcul est effectué par le biais d'un tableur

(voir Annexe 2).

Il mesure donc les écarts de température à la température maximal générés dans une

variante du projet. La valeur de référence pour le confort demeure 27°C (avec les corrections

décrites ensuite) et peut être modifiée selon l'activité et la région considérées.

La limite précédente est soumise à modification par l'étude IPT (voir tableau ci-

dessous) et ensuite à nouvelle correction pour l'éventuel effet de la vitesse d'air.

Le travail développé par l'IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo)

[IP81] dans les années 80, visait aboutir à des recommandations pour la satisfaction des

exigences hygrométriques de l'usager brésilien.

Pour cette définition la méthodologie employée a surtout pris en compte:

- des caractéristiques climatiques régionales pour l'établissement des seuils de

confort en la température de l'air à l'intérieur des constructions;

- des paramètres de confort en usage dans d'autres pays, en tenant compte de ce

que l'habitat au Brésil n'utilise pas de la climatisation artificielle pendant toute l'année.

Le résultat est des données pour l'établissement de la température de confort d'été pour

un homme standard. Il fournit, parmi d'autres recommandations, un tableau de seuil de confort

pour la température de l'air à l'intérieur des ambiances, en fonction des conditions extérieures:

Te/HR* <45% 45%-60% >60%

> 30°C 29°C 27°C 27°C * - pour le mois le plus chaud:

30° >Te >28°C _ 27°C 27°C Te - température extérieure moyenne des

maximales journalières.

< 28°C _ 26°C 26°C HR- l'humidité relative extérieure moyenne des

minimales journalières.

Tableau 1. 3- Seuil de température de l'air en fonction de l'humidité, proposé par l'IPT

[IP81]


La correction pour l'effet de la vitesse d'air obéit à la formule suivante, ajustée par nous

sur les courbes de performance du diagramme de l'étude CSTB (ch.2.3.3 et [CS92]), (pour une

humidité absolue de 17g/kg d'air sec, soit 32°C et HR=57% ):

Tseuil conf=To - 6*exp(-vair/0.91)

Equation 1. 2 - Formule de correction de la température de seuil de confort pour l'effet

du vent

où:

Tseuil conf. - Température de référence de confort, corrigée de l'effet de la vitesse de l'air,

en °C

To - Température de référence pour le confort, corrigée par l'IPT, en °C

vair - vitesse de l'air rencontrée (ou attendue), en m/s

Le tableau suivant décrit l'application de la correction aux seuils de températures de l'air

proposés par l'IPT:

T IPT Température de seuil de confort (Tseuil conf)

To 0 m/s

0 m/s

0.06

m/s

0.13 m/s

0.50 m/s

0.80 m/s

1.00 m/s

1.50 m/s

2.00 m/s

3.00 m/s

26 26 26,4 26,8 28,5 29,5 30,0 30,8 31,3 31,8

27 27 27,4 27,8 29,5 30,5 31,0 31,8 32,3 32,8

28 28 28,4 28,8 30,5 31,5 32,0 32,8 33,3 33,8

29 29 29,4 29,8 31,5 32,5 33,0 33,8 34,3 34,8

Tableau 1.4 Des valeurs de la correction pour la vitesse d'air de la température de seuil

de confort de l'IPT, en degrés Celsius.

25,0

26,0

27,0

28,0

29,0

30,0

31,0

32,0

33,0

34,0

35,0

T

CSTB

(0m/s)

0,06 0,13 0,50 0,80 1,00 1,50 2,00 3,00

m/s

°C

Figure 1. 12 - Graphique de la variation de la température de seuil de confort type IPT

selon la ventilation, après l'interprétation des études CSTB[CS92]


1.3.3 - Le coût d'un degré-heure d'inconfort

On a créé un indice d'évaluation qui permet la comparaison entre variantes d'un projet.

Plus la note globale de la variante du projet est élevée, plus - au niveau thermique - le projet

réel deviendra inconfortable. On défini le dh d'inconfort comme l'intégrale de surchauffe du

projet sur la période d'occupation, ce qui a un sens physique.

Mais pour qu'une décision soit prise, le concepteur doit pouvoir aussi évaluer le surcoût

financier d'une option par rapport à une autre. Ceci lui permet une meilleure évaluation face au

prix d'installation (ou d'exécution) et de l'entretien de chaque option. Il nous faudrait donc une

évaluation du coût "financier" de l'inconfort thermique25.

Le dessin ci-après donne l’ordre de grandeur des apports existants dans un bâtiment,

dans le contexte tropical.

Figure 1. 13 - Les apports génériques sur un bâtiment moyen en climat tropical.

La température intérieure obtenue, et par conséquent les charges de climatisation ou les

degrés-heures d’inconfort, sont le résultat d’une interaction de plusieurs contraintes:

- celles du lieu (saisonnières et géographiques)

- celles liées à la forme et au choix des composants

- celles qu’apportent les utilisateurs (profil d’occupation et d'utilisation des

équipements)

Pour l'obtention de la sensation dite de confort minimale, la plupart de ces apports doit

être rejetée (ou non reçue) par le bâtiment. Ce résultat peut être atteint soit grâce à un

équipement de climatisation + l'enveloppe constructive, soit par l'enveloppe constructive seule.

25 A l'architecte le soin de comparer ce coût thermique, autre qu'au budget de l'oeuvre, à ceux des autres

domaines de son métier: l'acoustique, l'éclairage, l'ergométrie, l'esthétique, etc.


On obtient ainsi deux cas différents pour l'analyse financière des procédés constructifs:

- le cas climatisé: la température d’air intérieur est considérée constante (et confortable

par défaut26), et il y a variation du flux entrant dans le bâtiment. Dans ce cas, on évalue les

variantes en comparant leur prix d'exécution au prix de la consommation du système de

climatisation.

- le cas sans climatisation, objet principal de notre recherche: l'usager sent la

température résultante évoluer heure par heure et totalise des degrés-heures d’inconfort.

Le problème qui se pose donc ici, est d'avoir un calcul capable de "monétariser" les

degrés-heures, de façon à permettre une évaluation économique des variantes. Les ordres de

grandeurs de certains phénomènes peuvent être faibles, et l'architecte peut alors se demander

s'il faut en tenir compte.

On admet que s'il se présente une situation, ensemble de températures au-dessus de

l'ensemble de la Tseuil conf., l'usager essayera, si son budget le lui permet, d'installer un système de

climatisation.

Notons que le contexte énergétique actuel préoccupe véritablement les producteurs

d'électricité. Les kWh coûtent cher "en pointe" partout. Notons aussi que travailler sur

l'enveloppe constructive c’est prendre le problème à la base et réduire la probabilité et les

conséquences de choix inconnus, comme l'emploi sauvage de climatiseur-fenêtre pour des

pièces non isolées thermiquement.

On raisonne sur ce que paye l’usager - l’inconfort ou la climatisation et ce que l’on

cherche à travers l’optimisation des procédés c’est à lui éviter d’avoir à installer une

climatisation. Si on réfléchit au fait qu’un climatiseur bien installé peut réduire de 5K la

température résultante d’une ambiance standard [AD91], alors réussir à obtenir un degré

d’écart (1K) à cause d’un changement (par exemple 24DH/jour) , correspondra à 20% de la

consommation de ce climatiseur, ce qui n’est pas négligeable.

En outre, très souvent on se trouve face à une situation d'ambiance non préalablement

prévue pour le conditionnement d'air. A ce moment, trois possibilités se présentent:

1) Evaluer économiquement les degrés-heures par l'expression:

Coût de l'isolation de la pièce + coût de l'équipement de climatisation + consommation

(kWh) nécessaire pour "extraire" les degrés au-dessus de 27°C ( notre limite de confort) au

long de la journée typique.

2) Evaluer économiquement les degrés-heures par la méthode précédente mais en

utilisant une valeur inferieure à 27°C, puisque celle-ci est un seuil et que l'utilisateur pourra lui

donner une valeur plus basse;

3) Utiliser une version simplifiée des deux cas précédents, en retenant seulement la

valeur de la consommation dans le calcul du coût.

Avec une des ces trois méthodes on peut donc "raccorder" les critères portant sur les

cas climatisé et non climatisé.

26la température ressentie résultante peut-être momentanément trop élevée dans certains cas, même si le total

journalier est correcte;


1.3.4 L'echelle du tableau de bord.

Pour avoir une évaluation relative du résultat des variantes et savoir si les variations

observées sont significatives, on se propose de déterminer une échelle de référence qui se situe

à l'extérieur des cas étudiés et représente ce qu'on pourrait faire de mieux pour un certain profil

d'occupation dans un certain climat. On a déjà les dh d'inconfort résultant des choix de

l'architecte, ceux résultant des conditions extérieures, les dhnaturels (chapitre 1.3.1). Il nous

manque seulement un repère sur ce qu'on pourrait faire de mieux dans le climat considéré.

Ainsi, on crée la température de référence d'un bâtiment idéal, égale à la température de

l'air extérieur (Text) débarrassée de toute surchauffe - le rayonnement solaire - et abaissée

encore par l'effet des vents et par des pertes vers la voûte céleste (voir annexe 3).

Tid= (Text*0,96)-4°

Equation 1. 3 - La température de référence idéale pour le tableau de bord

où

(Text*0,96) équivaut à la température équivalente du ciel moyenne pour certains mois,

en régions tropicales humides27

, en °C.

Pour le calcul de l'effet de la ventilation sur la températurede référence, il y a une

difficulté: la vitesse de l'air varie en niveau pendant toute la journée (et toute l'année). On a fait

appel aux résultats des expériences du CSTB sur le potentiel de la ventilation naturelle aux

Antilles[CS92]. Une valeur de 4°C représente donc le gain moyen en température effective

pour la zone de confort avec une vitesse d'air de 1 m/s.

La température de référence idéale est une température fictive, cela va de soi, mais qui

permet de garder une cohérence avec la température de calcul du tableau de bord. Elle permet

de déceler les éventuels dh d'inconfort de base, crées par le lieu pour la période d'occupation,

de rendre bien compte de la valeur d'un projet local performant et offre donc à l'architecte un

point de repère dans l'échelle de performance des projets (avec lequel apprécier son propre

choix).

En plus, en prévoyant l'arrivée des nouveaux procédés et matériaux de plus en plus

performants, elle représente un repère inaccessible, mais cohérent pour les comparaisons.

Ainsi les eventuels dh d'inconfort de la température idéale s'écrivent:

[ ]dh T T dtinconf id cc

t

t

id oc oc

oc

oc

= −∑ ∫+

1

2

Equation 1. 4 - le calcul des dh d'inconfort pour un bâtiment idéal.

27les auteurs écrivent souvent la température du ciel de la façon suivante: Tc= Text*εc0,25; εc étant l'émissivité

équivalente du ciel, une fonction empirique de la température de rosée, selon Berger in Molle[NM84]; on a

retenu ici, par analogie, celle du mois de mars pour les Antilles (Guadeloupe), εc=0,85.


Ils répresentent ce qu'on pourra faire de mieux pour chaque climat étudié. Cette

notation permet de déceler les éventuels dh d'inconfort de base, créés par le lieu pour la

période d'occupation, de rendre bien compte de la valeur d'un projet local performant et offre

donc à l'architecte un point de repère dans l'échelle de performance des projets (avec lequel

apprécier son propre choix).

1.3.5 La forme générique du tableau de bord

L'association proposée pour les choix se présente sous la forme d'un tableau de bord

applicable dans un cadre climat-scénario d'occupation. Des colonnes d'icônes représentent les

principaux objets de la conception architecturale comptant pour la performance thermique d'un

bâtiment. L'utilisateur pourra ainsi vérifier aisément la hiérarchie de ses choix dans un même

domaine.

La présentation des icônes doit permettre aussi bien l'analyse générale d'un bâtiment,

que celle d'une zone suffisamment importante, selon l'utilisateur, pour mériter d'être analysée à

cette phase-là.

La première section du tableau de bord se réfère, si elle existe (voir chapitre 2.3 plus

loin), aux influences du site, tel que nous l'avons défini: des groupes de phénomènes

particuliers à un terrain, pouvant augmenter ou affaiblir les valeurs prises par défaut dans le

tableau. C'est la section du pronostic thermique.

Elle permet un dépistage des phénomènes de base pouvant intervenir dans le choix des

stratégies à suivre et l'ordre de grandeur des performances thermiques du bâtiment. Ainsi,

peuvent y être présentés des scénarios de densité urbaine, d'intensité des vents, de relief

(altitude, proximité de la côte, etc..), de bruit et de pollution, d'orientation du terrain (s'il y en a

une déterminante pour le projet), de contiguïté, etc. C'est ici qu'on peut retrouver les

contraintes dues à la densité urbaine, ou dégager une situation géographique optimale.

La zone de l'enveloppe, dans le tableau de bord, décompose un bâtiment en objets de

base (pas forcément élémentaires), en choix principaux. Il s'agit ici de décomposer ce bâtiment

en "morceaux" reconnaissables par l'architecte comme des options indépendantes dans la

conception, mais reconnaissables aussi par le thermicien comme des modèles indépendants ou

semi-indépendants.

Ainsi, à coté des influences dues à l'implantation - décrites dans la section pronostic -

on retrouve une section où sont notés les trois grands groupes de l'enveloppe constructive

responsables du confort d'été: la forme (et le volume), l'enveloppe elle-même (divisée en

toiture, surfaces opaques et translucides) et le débit d'air selon le type de projet (les ouvertures

effectives pour le renouvellement d'air).


Site

Toit

Cadre A Climat:Chaud-Humide n°1 Scenario d'occupation : Bureau

Densité Bruit

pronostic

Forme/volume/hauteur Enveloppe:

Opaque Translucide Overtures

zone de l'enveloppe

N

N

N

1

14

6,5

n=

N =

0

+3 -2

+2

2

6

8

10

12

n=

n=n=n=

i

Comble

45°

45°

+3

-2

Protection solaire

N min idéal=84

45°

?

?

?

5

-8

-12

l

h

h

l

hl

h

lh

h

h

1

N

S

E=O

N

S

E=O

N

S

E=O

N

S

E=O

?

??

???

+6

0+10

+1

0

+12

+6

0

+10

8,00m<h

4,50m<h<8,00

2,50m<h<4,50

?? ?

Figure 1. 14 - L'apparence souhaitée pour le tableau de bord.


La difficulté d'une telle démarche, quelque soit son utilité, vient de la constatation que

certains objets élémentaires constructifs sont très dépendants les uns des autres au niveau de

leurs performances. Mais, heureusement, l'observation nous conduit quand même à la

constatation qu'il y a une ressemblance de choix dans chaque style architectural, du moins dans

ce qu'on appelle l'architecture courante28. Et on fait appel à cette homogénéité de solutions

constructives pour rassembler les performances vis-à-vis du confort.

1.3.6 Du tableau de bord générique au tableau de bord utilisable.

L'idée du tableau de bord se divise en deux: celle d'un tableau de bord "source" et des

tableaux de bord "exécutables", utilisables régionalement. Le schéma de la Figure 3.2 place les

tableaux de bord dans le processus de conception.

On crée d'abord un tableau de bord générique, non-exécutable, pour constituer une

source de modèles. Il contient tous les modèles et hypothèses. On doit y retrouver chaque

nouvel "objet" régional afin de préserver la cohérence des hypothèses et maintenir la linéarité

des notations. A partir de celui-ci, des tableaux de bord particuliers, exécutables cette fois, sont

créés au fur et à mesure des besoins; des tableaux de bord spécifiques, régionaux, visant un

contexte socioculturel particulier, en enlevant certains icônes non-représentatifs de l'endroit

considéré29. Ainsi pourront coexister avec une certaine harmonie, des modèles conçus pour

l'évaluation des ambiances climatisées ou non à coté d'autres où la performance relative d'un

groupe d'objets (disons les matériaux de toiture) est l'objet principal du tableau.

Ensuite, on veut créer un groupe d'icônes qui représente un modèle physique (équations

et variantes) indépendant d'un côté et un ensemble de matériaux constructifs rassemblés d'une

certaine manière d'un autre. Ils seront créés à partir de l'étude des recommandations de la

littérature en climatisation naturelle (ou artificielle, dans le cas spécifique des cas climatisés),

établies à partir de la bibliographie actuellement disponible, pour certaines combinaisons de

climat avec des scénarios d'occupation standards (bureau, école "matin", maison, usine, usine

24h/24h, etc..).

Ils doivent apporter une réponse de qualité au projet et ceci, non seulement dans notre

approche (la thermique dans la conception), mais aussi dans les autres domaines du confort des

ambiances et de la qualité du bâtiment (mise en oeuvre et entretien). C'est pourquoi on

cherchera à identifier les éléments répandus en architecture dans la plupart des cultures et en

même temps pour la climatisation passive, à préciser leur formulation et leur action, et à les

présenter accompagnés d'une note représentative de leur influence spécifique vers le confort

attendu. Ainsi, à chaque chiffre, placé à coté d'un objet de conception (ou d'un choix),

correspond en fait une méthode rassemblant les cas, leur interprétation physique et leurs

conséquences sur le projet final.

28l'architecture traditionnelle, ou celle qui correspond à environs 80% du bâti, où les proportions internes et les

choix de matériaux obéissent plutôt à un cahier des charges traditionnel qu'à une intention de créer un

monument... 29On pense surtout sur des cas où les coefficients sont faibles, comme par exemple, l'usage de l'inertie pour le

climat amazonien ou le rôle du microclimat pour des zones urbanisés;


L'ensemble des hypothèses aboutit à des encadrements de projets, nommés cadres

"climat-scénario".30

La méthode pour l'établissement des tableaux de bord régionaux est relativement

simple. Elle a pour but de permettre à chaque groupe représentatif d'architectes, d'établir des

scénarios pour des tableaux de bord pour sa région climatique et culturelle.

D'abord, on en détermine le domaine d'application (la région, les types d'occupation,...).

Ensuite, on prélève les données climatiques correspondant à cette région et ses particularités

(voir chapitre microclimat). Troisièmement, on repère les choix architecturaux usuels du milieu

et ceux recommandés en climatisation naturelle31. Ceci fait, il suffit alors d'en retirer les choix

non compatibles avec la réalité étudiée et d'y ajouter les autres.

Au cas où un choix n'a pas de modèle physique déjà décrit, il faut alors l'introduire dans

les tableurs de gestion du tableau de bord générique. Cette phase est illustrée au chapitre 2.4:

Inclusion d'un nouvel objet - le composant végétal.

30 grâce à cela, on créera comme exemple, le Cadre "ville ouvrière-habitation", décrit par un ensemble des

données météorologiques représentatives de l'été dans les banlieues de haute densité de population dans le sud-

est brésilien, plus un scénario d'heures d'occupation, issu des habitudes locales. 31 une partie de la bibliographie s'y rapportant est décrite dans ce travail, et les centres de recherches y font très

souvent des ajouts.

La mise en oeuvre de la méthode du tableau de bord. 39

Chapitre 2:La mise en oeuvre de la méthode du tableau de bord.

"Logic, Logic,...

Logic is just the beginning

of the wisdom, not the end"1

Les hommes de chez toi, dit le petit prince,

cultivent cinq mille roses dans un même jardin....

et ils n'y trouvent pas ce qu'ils cherchent.2

Pour la construction du tableau de bord générique et des tableaux régionaux, on le

répète, on part d'une hypothèse: pour une bonne acceptation, chaque tableau de bord doit être

un outil à la fois simple à consulter et représentatif. Par là, on comprend l'obligation qu'il ne

présente que les principaux choix architecturaux (du point de vue de l'influence thermique) et

que ceux-ci soient passibles d'une évaluation des performances sans trop de calculs

compliqués.

Pour préparer un tableau, on aura donc besoin d'identifier et de hiérarchiser les sources

de chaleur, dans le projet d'architecture. Avant d'être réunies sous forme d'icônes thématiques,

ce sources le seront par domaine. Ces domaines devront représenter les étapes parcourues par

l'architecte soit dans la chronologie de ses prises de décision, soit au même moment, pour

chaque axe conceptuel.

Grosso modo, les climats et les interventions de l'architecte "se donnent rendez-vous"

sur l'enveloppe de la construction et aux environs proches. Ce dernier aspect influe en fait sur

la qualité des phénomènes qui atteignent le premier (la vitesse du vent, la température

extérieure de l'air, le rayonnement incident). Ainsi, la première petite hypothèse du tableau

consistera-t-elle à révéler les limites du microclimat du milieu et ses influences sur les prises de

décision, et la deuxième concernera l'évaluation de la cible3 ou du confort attendu selon les

choix effectués.

La difficulté d'une telle démarche, quelle que soit son utilité, vient de la constatation

que certains objets élémentaires constructifs sont très dépendants les uns des autres au niveau

de leurs performances. Mais, heureusement, l'observation nous conduit quand même à la

constatation qu'il y a une ressemblance de choix dans chaque style architectural, du moins dans

ce qu'on appelle l'architecture courante4. Et on fait appel à cette homogénéité de solutions

constructives pour rassembler les performances vis-à-vis du confort.

1La logique, la logique... La logique n'est que le début de la sagesse, et non sa fin. (Captain Spock, personnage

du film Star Trek VI - the undiscovered country)

2Antoine de Saint-Exupéry, dans "Le Petit Prince", Editions Galimard, Paris, 1946. 3 On remarque déjà dans cette définition de la cible deux notions différentes: celle de l'attente d'un résultat (et

non une prévision d'un résultat, comme dans les simulateurs), et celle du besoin de caractériser le confort

thermique. La première notion nous amène au chapitre 1.1 précédent; la deuxième, à la définition d'une "note

de confort", comme décrite dans le chapitre 1.2

4l'architecture traditionnelle, ou celle qui correspond à environ 80% du bâti, où les proportions internes et les

choix de matériaux obéissent plutôt à un cahier des charges traditionnel qu'à une intention de créer un

monument...


2.1 Elaboration d'une méthode pour la décomposition des objets en icônes du

"tableau de bord".

Dans tous les cas présentés ci-dessous, l'étude porte sur des "zones architecturales

d'intérêt thermique", importantes à ce stade de connaissance. Après un tri parmi les

phénomènes les plus importants de notre point de vue (l'apport thermique), on dégage des

"objets architecturaux" cohérents avec le lieu et l'occupation et logiques du point de vue de la

conception architecturale. En outre, ils doivent correspondre à des modèles thermiques

indépendants.

Figure 2. 1 - Décomposition possible d'un bâtiment suivant l'approche thermique.

Cette décomposition peut se faire selon plusieurs méthodes. Nous avons comparé cinq

possibilités:

1ere

méthode envisageable: l'analyse thermique simplifiée

- on découpe l'univers des constructions en entités indépendantes et importantes du

point de vue thermique (surtout à cette phase-là) et logiques du point de vue de la conception

architecturale (même remarque),


- on évalue les paramètres de transfert de chaleur et ce sont ces valeurs, disons - KS

pour les parois; ks et τ pour les vitrages, ρcD pour le débit d'air, W pour les apports internes -

qui exprimeront les performances,

- on regroupe ces entités en groupes d'icônes architecturaux dans la logique des choix

de conception.

Avantages et inconvénients:

- inclusion de nouveaux matériaux sans modification des notes déjà disponibles,

- pas de performance relative par rapport aux conditions thermiques offertes (en base)

par un lieu naturel.

2eme

méthode envisageable: la stratégie "projet réaliste" et des variantes

- on étudie un univers socioculturel. On y relève un "bâtiment-type", représentatif (et

donc on fixe certains repères comme volume et activité - valeur et profil, etc.),

- on découpe maintenant ce bâtiment-type en entités importantes du point de vue

thermique et logiques du point de vue de la conception architecturale,

- on fait évoluer le bâtiment de référence selon des variantes et les résultats obtenus par

simulation sont exprimés en termes de dh d'inconfort apportés (ou pas) par la variante étudiée,

- on regroupe les variantes en groupes d'icônes architecturales dans la logique des choix

de conception.

Avantages et inconvénients:

- possibilité d'inclusion de nouveaux matériaux sans modification des notes déjà

disponibles (la référence est le dh naturel du lieu),

- performances relatives aux conditions thermiques offertes par un certain milieu

naturel,

- restriction au module pris comme "bâtiment type".

3eme

possibilité, la stratégie "statistique": plusieurs milieux, plusieurs projets,

codés et analysés par variante employée.

Dans cette approche on n'a plus de milieu physique déterminé ni de bâtiment-type

établi. Pour une activité et une plage climatique déterminées, on identifie les modèles de ces

"zones architecturales d'intérêt thermiques" rencontrées dans les bâtiments de l'univers

constructif.

Un traitement statistique corrélera les variantes rencontrées et les valeurs de confort

obtenues à l'intérieur de chaque ambiance principale (reproduite par simulation). On obtiendra

ainsi la valeur relative de la variante parmi toutes celles disponibles dans le scénario.


Avantages et Inconvénients:

- des réponses plus cohérentes à l'univers du bâti,

- les notes se modifient à l'inclusion de chaque nouvel objet (perte de l'acquis

précédent).

4eme

méthode envisageable: évaluation et correction des notes obtenues par la

stratégie n° 1, par simulation (réunion des critères)

- on découpe l'univers des constructions en entités indépendantes et importantes du

point de vue thermique (surtout à cette phase-là) et logiques du point de vue de la conception

architecturale,

- on évalue leurs transferts de chaleur et on les note en dh ( en relation à un climat de

base) qui exprimeront leurs performances spécifiques,

- maintenant, sur un univers déterminé, on "raffine" la valeur retrouvée, par le biais de

la simulation des bâtiments entiers.

5eme

méthode envisageable: stratégie de la conception progressive (où l'on suit

une démarche unique de conception)

On suit un l'évolution de la conception architecturale. On part de l'étude du terrain et

on obtient ses dh naturels. Ensuite, on ajoute des contraintes de projet (des choix), dans le sens

de l'extérieur (l'implantation, choix de volume, de la forme et de l'orientation principale), de

l'enveloppe (choix de toiture - orientation, surface relative, constitution) à l'intérieur (apports

attendus, débit d'air etc.). Chaque note des variantes offertes réfléchit son apport à l'ensemble

déjà choisi. A la fin, on obtient une réponse représentative des choix faits.

Avantages et Inconvénients:

- les dépendances des résultats sont ainsi un peu affaiblies ( voire annulées)

- on oblige l'architecte à une linéarité de prise de décision. Les changements de "route"

après le dépassement d'un certain choix, obligent à un "re-parcours" à partir du point de

détour.

Les variantes constructives ne sont plus des entités de réponse indépendantes.

2.1.1 Notre choix.

On a préféré la réunion des stratégies 2 et 4 pour la stabilité des notes déjà déterminées.

Mais on a modifié la référence. Celle-ci devient la température de projet fournie par le besoin

de l'usager (c'est à dire celle issue de son occupation) et corrigée par la valeur de l'humidité

rencontrée dans l'ambiance - voir chapitre 1).

On pense ainsi réunir les avantages jugés prioritaires au moindre coût. Au risque de

limiter le champ d'application de chaque tableau conçu, on garantit l'acquis de l'architecte -

qu'on interprète ici comme la mémorisation des notes déjà établies - que des futures mises à


jour du tableau ne changeront pas. On garantit aussi une lecture égale parmi des utilisateurs de

versions différentes.

2.1.2 Principes de la décomposition retenus

Pour mettre en oeuvre la méthode retenue dans le chapitre 2.1.1 précédent, la

procédure de définition du cas de référence (bâtiment-type + scénario d'occupation + scénario

geo-climatique) (repère (1) sur la figure 2.2), est la suivante:

(3)

(1)

(2)

Figure 2. 2 - Une décomposition théorique d'un scénario bâti pour un cas de référence.

1e) on se place dans un univers socioculturel. On y fait un inventaire - l'homme et ses

besoins, son entourage constructif, géographique et climatique. On vérifie quelle est la station

météorologique la plus appropriée à l'étude. On remarque ici que, en fonction du relief local, ce

n'est pas forcément la station la plus proche qui est la plus convenable.

2e) on relève dans cet univers un bâtiment-type représentatif (où une ambiance

représentative), et on prend certains repères comme son volume, l'enveloppe usuelle, le

pourcentage et la disposition des fenêtres, l'existence et le type de comble, l'ombre portée, les

reliefs particuliers, etc.

3e) on fixe le scénario de référence pour un tableau de bord, donc certains repères

comme le bâtiment-type, un descriptif du profil d'occupation standard - pour des apports

internes divers - et la détermination d'un climat de base.

4e) on effectue une étude de détermination des problèmes d'inconfort (suivant la

méthode décrite en 1.1) et on crée un climat de référence; pour fournir un repère externe au

projet, on définit des degrés-heures rencontrés à l'extérieur (voir la méthode au chapitre 1 et


l'annexe 2); ceci pour la période la plus inconfortable - ici la saison chaude, à moins que des

contraintes d'usage5 s'imposent.

5e) maintenant on est capable d'effectuer une première analyse du cas de référence dans

l'optique du confort (confort d'été, dans notre cas). Pour cela, on modélise le bâtiment de

référence, et on l'optimise au niveau de l'implantation (pour le placer au mieux, soleil et vent,

sur le terrain), suivant ce que préconise l'annexe 12.

6e) on partage maintenant ce bâtiment de référence en entités indépendantes et

importantes du point de vue de l'intérêt thermique en début de conception et logiques du point

de vue de la conception architecturale (repère (2) de la Figure 2. 2). On isole tout ce qui a trait

au relief et au microclimat (repère (3) de la Figure 2. 2).

7e) on recherche dans la bibliographie sur la climatisation naturelle, des variantes

recommandées ( et à éviter) pour les éléments retenus dans l'item précèdent et aussi celles qui

sont les plus représentatives de l'inventaire effectué au début de la méthode;

8e) on simule ce bâtiment de référence en commençant par les variantes portant sur la

zone considérée source principale des apports, pour cerner ce qui deviendra le groupe

principal. Les résultats comprendront des influences négatives minimales du relief et du

microclimat.

9e) on fait évoluer le bâtiment de référence selon des variantes rencontrées dans les

autres groupes créés, à partir des résultats retenus pour le groupe principal, et les températures

calculées par simulation sur les variantes sont exprimés sous forme de dh d'inconfort apportés à

ceux du groupe principal.

10e) après une analyse des résultats, on regroupe les variantes qui méritent de figurer

dans le tableau de bord en groupes d'icônes architecturales cohérentes dans la logique des

choix de conception.

Cette méthode présente comme avantage la possibilité d'inclure de nouveaux matériaux

(ou procédés) sans modification des notes déjà disponibles (voir chapitres 2.4 et 3.7), mais voit

son usage restreint à des situations semblables au module pris en compte comme "bâtiment

type".

2.1.3 Définition d'une note de confort

Les études décrites auparavant nous permettent d'exprimer la "réussite thermique" d'un

projet - le confort - sous forme de couples acceptables - température/humidité - rencontrés à

l'intérieur d'un bâtiment. Les limites d'acceptation varieront en fonction des pays et des

activités. En tout cas, ce qui se trouve hors-limite est en zone d'inconfort et doit être supprimé.

Une note d'inconfort représentera cet inconfort.

Faute d'un scénario plus explicite, on se référera ici à la référence suivante comme seuil

de confort d'été pour un homme ayant 1 met d'activité: la valeur de la température "universelle"

de seuil de confort de 27°C corrigée selon deux études: les études IPT[IP81]concernant le

5 On pourrait citer ici le cas de bâtiments scolaires standards où en général le mois le plus chaud correspond à

un mois de vacances scolaires.


rapport avec l'humidité et, pour des cas où une vitesse d'air existe une deuxième correction par

le biais d'une formule extraite d'un diagramme du CSTB[CS92]; le chapitre 1.3.2 décrit avec

détail ces deux procédures.

On présentera à l'utilisateur du tableau une note de confort du projet global appelée N,

somme de toutes les notes n de chaque choix effectué. Il existe, bien sur, un bâtiment

théorique, pour un climat et une occupation particuliers, pour lequel N est minimal. Il existe

aussi un N qui correspondra à la note obtenue par l'usager à l'extérieur sous des conditions

spécifiques: à l'ombre et sous un courant d'air.

Le but de l'utilisateur, comme dans les jeux de score, est d'obtenir, malgré les

contraintes de son cahier de charge (ou de son terrain), un certain nombre de points dans

chaque colonne et d'atteindre ainsi un N minimum au vu des contraintes et des atouts.

Il pourra ainsi vérifier la hiérarchie de ses choix dans un même domaine. De plus, une

telle méthode lui permettra de compenser un mauvais choix, auquel il a dû se soumettre

(comme la taille et la forme d'un terrain donné) par son travail.

L'important dans cette phase du travail consiste à transposer l'influence de tous les

objets architecturaux du tableau de bord (déjà identifiés à des modèles physiques

indépendants), sur une même échelle, et si possible, sous forme linéaire, afin d'obtenir une

bonne lecture du tableau.


2.2 - Discussion des parties fixes du "tableau de bord": le scénario

géographique et culturel

La méthode du tableau de bord décompose des éléments jusqu'ici considérés (en toute

justesse) comme inséparables, par le biais d'un artifice: l'évaluation de leurs influences

spécifiques, surtout par des résultats de simulation. Or, cet objectif conduit à manipuler un

grand nombre de variables, ce qui rend difficile, voire empêche une analyse des résultats et la

décomposition des influences spécifiques. Ainsi, on a pris le parti de fixer certains éléments du

projet, qui en général le sont déjà par défaut. Si l'option esthétique, structurelle ou les désirs du

client peuvent changer au long du travail de conception, en revanche, on admet comme établies

depuis le début de ce processus certaines informations, telles que: le lieu du projet (ou au

moins la région) et le profil de l'usager. C'est ce qu'on a convenu d'appeler des scénarios

socioculturel et géographique.

Toutes les valeurs repérées dans une région pour les éléments sélectionnés dans le

tableau (forme, toiture, ouvertures, etc..) doivent y être même (et surtout) celles dont la

performance est négative. En plus, d'autres icônes, représentant des manières de bâtir non-

habituelles, mais dans la plage des options possibles (du point de vue du marché et des

limitations climatiques) doivent être incluses. C'est ce "mélange" qui permettra l'intégration des

nouvelles techniques et la conservation de celles issues de l'architecture vernaculaire locale.

Les données géographiques constituent un repérage des atouts et fragilités du

microclimat et du climat général dans un lieu particulier, qui doivent être pris en compte par le

concepteur au bon moment dans sa démarche.

2.2.1 Le scénario socio-culturel

On peut démontrer dans une perspective historique que l'homme peut avoir un rôle

encore plus déterminant que le climat sur la façon de bâtir et en conséquence sur le confort

atteint (rôle décrit dans l'annexe 3). De plus, en général, la maîtrise des éléments de la Nature

est plus facile que celle des "éléments" (enjeux) humains. Néanmoins, comme on l'observera

dans cette même annexe 3, ce que l'homme crée, l'homme peut le changer...

Le grand pari qui concerne aujourd'hui l'architecte est l'obtention de la satisfaction des

besoins de sensations et d'humanité du futur habitant. Ces besoins correspondent aux

"solutions d'hygiène", pour reprendre l'expression de l'époque de Pasteur, mais maintenant bien

au-delà des valeurs minimales, pour la satisfaction des besoins physiologiques et

psychosociologiques[AL92].

Est architecte celui qui permet aux usagers de bien ressentir les nouveaux espaces, de

faire le lien entre le passé et l'avenir. Concepteurs de l'aménagement et de l'espace qui

détermineront le cadre de vie, il leur faudrait seulement, peut être, réintégrer dans cet énorme

acquis, l'échelle humaine. Puisque il y a confort et confort: le confort tout court qui défini la

norme du bon logement et le confort, comme dit très bien [JD90] discret, plus subtil, qui

ignore la norme et que la norme ignore. C'est la recherche du chapitre 2.2.1. A la charnière

d'un savoir historique traditionnel et vernaculaire, on doit savoir intégrer, d'instinct et

d'expérience, les données naturelles du site et de son climat aux possibilités nouvelles des

sciences et des techniques.


L'approche chiffrée du scénario socioculturel correspond, outre le répérage des types

de construction existants et des rêves typiques du bâtir local, à la façon dont la méthode fixe

des valeurs des certains paramètres dans les simulations à réaliser. Sont ainsi fixés, à partir

d'une étude statistique, les périodes d'occupation des gens et les autres sources de chaleur

considérées importantes et les valeurs respectives de dégagement d'énergie. Dans une

éventuelle étude de cas climatisés, l'obtention de la valeur de consigne effectivement utilisée

doit aussi être incluse.

2.2.2 le scénario géographique

Les données géographiques, qu'on pourrait aussi appeler climatiques, se rapportent tout

d'abord au microclimat et seront traitées dans le tableau dans une zone qu'on appelle zone de

diagnostic. Ce qu'on fixe pour le tableau de base ce sont les données extérieures comme la

durée de l'ensoleillement, les valeurs du rayonnement incident, de la nébulosité, de la

température et de l'humidité relative, et, en général, du régime principal des vents incidents et

de la valeur de l'albédo des environs6.

Pour rechercher l'appartenance d'un climat à une zone climatique prise en compte dans

un tableau de bord, on compare le graphique établi (disons avec les moyennes mensuelles des

maxima et des minima de température et d'humidité pour la période considérée) sur le

diagramme psychrométrique pour le climat considéré avec celui de stations de référence.

Comme on l'a vu auparavant, d'après la définition du pronostic retenue dans le tableau

de bord, les informations thermiques concernant la phase de pronostic feraient plutôt partie de

l'étude du microclimat naturel d'un terrain. Elles prennent place à coté des autres

caractéristiques physiques du lieu (relief, hydrographie, scénario) et des environs (routes,

sources de pollution -sonore, visuelle ou de l'air -ou d'attraction. D'après notre méthode, il ne

s'agit ici que de retenir les phénomènes qui effectivement modifient les entrées de base du

scénario global de chaque tableau de bord.

Dans le domaine du microclimat il y a une limite, au delà de laquelle le sujet devient une

étude d'urbanisme, échappant aux interventions architecturales. Ainsi, l'étude ne doit concerner

ici que l'impact du milieu proche du bâtiment7 sur sa performance. En fait, on cherchera à

identifier les éléments du terrain capables de modifier d'une façon sensible les données

standards des stations météorologiques8. Ce qui nous intéresse ici sont les procédures

accessibles au concepteur standard pendant la conception d'un projet de bâtiment.

6En principe, le fait d'avoir déjà établi le niveau d'urbanisation dans le scénario socioculturel, nous amène à un

aperçu d'une surface typique et par conséquence d'une valeur d'albédo de sol. En revanche une étude dirigé vers

les effets d'implantation, à niveau urbaniste, pourrait fixer d'autres paramètres, comme le bâtiment entier et

faire varier le régime des vents, par l'effet Venturi par exemple et le paramètre mentionné.

7Qu'il soit naturel ou déjà modifié par l'homme.

8On sait que les données mesurées qui servent de référence à la conception du projet, le sont suivant des règles

très précises, capables d'enlever des phénomènes particuliers, et donc en général, fiables.


habitudes et desirs

budget

réglementation

Cahier des charges

pointsspécifiques

Le terrain, ses environsses potentialités

Figure 2. 3 - Les éléments du microclimat et la conception architecturale.

Dans le domaine thermique, le concepteur standard doit utiliser les éphémérides

climatiques externes de son terrain (son dossier "climatique") en les combinant avec les

éléments thermiques internes. Les informations sur le microclimat sont un moyen d'ajustement

(s'il le faut) des données climatiques obtenues à la station météorologique la plus proche.

Dans ce contexte, et en revenant aux buts de notre recherche9, l'étude du microclimat

doit offrir un repérage clair de ce qui atteint vraiment le bâtiment et sous quelles conditions10.

Il faut bien clarifier les phénomènes méritant vraiment d'être pris en compte dans la

phase d'esquisse et pour chacun d'eux déterminer:

1)l'ordre de grandeur de l'influence du phénomène,

2)son rayon d'action,

3)sa périodicité (saisonnière ou constante) et

4)sa pérennité (au moins en ce que concerne l'évolution attendue du milieu

concerné)

Ensuite, il faut les représenter avec le même langage que les autres objets

architecturaux faisant partie de la "table d'orientation" de l'architecte (table d'orientation

intellectuelle, ou abaques ou logiciels).

9offrir à l'architecte, dans son langage, les différents phénomènes physiques thermiques concernant le bâtiment

qui peuvent l'influencer dans ses décisions dans le projet.

10 20°C : bien sûr, un bâtiment climatisé -et donc en général isolé- ne répond

pas avec la même intensité aux phénoménes locaux que celui qui ne l'est pas..


On définit les objets liés au groupe pronostic comme étant ceux qui ne font pas partie

du climat général, mais qui ne peuvent pas être négligés dans la création

- soit d'un espace intérieur fermé;

- soit d'un espace intérieur ouvert (atrium romain).

On remarque ici que les éléments d'un microclimat naturel (montagnes, vallées),

artificiel (issus du tissu urbain) ou de transition (pergolas, plantations,) peuvent se mélanger.

L'important est de qualifier et quantifier leurs influences et c'est au concepteur de leur

reconnaître un caractère permanent ou désirable, et de réfléchir aux moyens de s'y adapter ou

de les créer.

2.2.2.1 Phénomènes physiques à prendre en compte

Dans la bibliographie on trouve des recherches11 sur la réduction d'intensité des

phénomènes au fur et à mesure que l'on s'approche du centre urbain. Celui-ci devient de plus

en plus un microclimat défavorable et des expressions comme "île de chaleur" appartiennent

déjà au quotidien.

L'environnement proche peut être divisé, si l'on pense aux influences thermiques, en

trois effets: l'effet du relief (et du bâti) proches sur la ventilation qui atteindra l'enveloppe

constructive; l'effet de l'albédo du terrain qui entoure le bâtiment sur le rayonnement diffus et

réfléchi; l'effet de masques lointains sur le rayonnement global incident.

Une recherche dans la bibliographie nous amène à négliger l'effet bénéfique de la

topographie sur les cas situés sur des zones urbanisées. En fait, des résultats quantitatifs

présentés par le CSTB[CS92], des démarches expérimentales sur maquette en soufflerie

atmosphérique avec récalage sur le terrain nous démontrent que la recherche du confort par

ventilation des locaux ne doit pas compter, dans le plan d'implantation traditionnel des

bâtiments, sur des bénéfices apportés par un bon emplacement topographique. Citons

seulement comme exemple de contrainte rencontrée, le simple fait d'avoir un mur de clôture12,

habitude traditionnelle, qui réduit la vitesse d'un vent extérieur de 1,5 m/s à une valeur à

l'intérieur du bâtiment d'environ 0,18 à 0,36 m/s13, déjà insuffisante pour justifier l'ouverture

d'un groupe à l'intérieur du tableau de bord. En fait, en zone urbanisée, les bénéfices à obtenir

de l'effet topographique sur un projet demande des démarches spécifiques de projet, tellement

il y a des contraintes des voisinages.

L'albédo de l'environnement proche a deux effets importants:

- il influe sur la température extérieure proche (et donc sur le flux susceptible

d'être échangé avec l'intérieur);

11Van Straaten et ses graphiques, etc..

12d'une hauteur entre 1,5m et 2,0m situé à 10-15m du bâtiment

13Ceci pour une maison traditionelle ayant les caractéristiques suivantes: implantation en terrain plat et dégagé;

axe des ouvertures de la maison parallèle à l'axe des vents dominants; perméabilité des façades au vent et sous

le vent de l'ordre de 30%; toiture à 1 pente (10° environ), orientée face au vent; surface de base environ 30m²;

hauteur globale entre 3 et 4m[CS92]


- il influe sur le rayonnement diffus et réfléchi reçu par le bâtiment.

Dans cette optique, les trois groupes de phénomènes qui sont créés par la zone du

pronostic sont:

- l'affaiblissement ou l'interception du rayonnement solaire par une protection

placée à l'extérieur, telle qu'une montagne, un bâtiment ou un ensemble végétal;

- la modification de vents mesurés à la station météorologique, par un des objets

ou un autre; cela pouvant être traduit par un renouvellement d'air à l'intérieur (mini/maxi);

- les modifications de la température extérieure et de l'humidité proche; bien

qu'elles soient en général associées aux points précédents, on les individualise pour certains

climats.

Le travail à faire est donc d'abord de dissiper ce brouillard d'influences, en ne prenant

en compte que celles qui peuvent effectivement intervenir sur le bâtiment et surtout sur son

ambiance intérieure - ceci étant évalué au niveau d'intervention de la phase d'esquisse.

Ce raisonnement nous amène déjà à partager le problème en deux: les bâtiments

climatisés, qui peuvent se passer d'une bonne partie des informations et les non climatisés,

(surtout les non-isolés de ce groupe), beaucoup plus sensibles à des variations.

L'affaiblissement ou l'interception du rayonnement solaire

Cette famille réunit deux groupes différents d'objets: ceux qui réduisent la durée de la

journée et ceux qui affaiblissent l'intensité du rayonnement. Ils peuvent être rencontrés dans la

Nature sous diverses formes:

- pour les premiers: grottes ou canyons, que ce soit au fond ou sur le coté

(comme à Rocamadour, en France), etc..

- pour les deuxièmes, on les trouve sous forme de forêts, ou de fonds de vallée

ou de villes subissant un phénomène d'inversion de température (ce qui se traduit par un fort

brouillard), etc..

La modification de la température extérieure de l'air vient en général comme

conséquence.

La modification du sens et de la vitesse des vents

Beaucoup plus étudiée, elle nous amène grosso modo:

- aux résultats des études liées au tissu urbain (comme celles de Van Straaten ou

du CSTB - voir annexe 12).

- à celles liées au relief et à la proximité de zones d'inversion thermique

importantes (la mer, les lacs, etc..), les barrières végétales pouvant être aussi mentionnées.


2.2.2.2 Les autres modifications

Il s'agit ici de modifications plus complexes de la température extérieure et de

l'humidité par des phénomènes associés qui peuvent être importants; on peut penser encore à

une source d'eau ou à une végétation accolées au bâtiment, très répandues dans les régions

arides.

Le climat urbain ne cause pas nécessairement une augmentation du stress thermique du

milieu. Plusieurs investigations dans le domaine de la climatologie urbaine ont révélé aussi

qu'en changeant certaines caractéristiques spécifiques des structures de bâtiment (par exemple

en modifiant les surfaces closes par de la végétation, surtout sous forme de jardins et par des

murs), un effet positif dans le climat intérieur peut être obtenu[PH90].

Bref, l'important à remarquer est le fait que l'architecte en début de conception, a

besoin de savoir s'il existe, parmi les caractéristiques physiques de son terrain, une, ou

plusieurs, qui sont capables de modifier les données météorologiques de la station, et ce dans

quel sens. Ayant un profil climatique corrigé, il pourra faire appel aux techniques préconisées

pour ce nouveau scénario de travail terrain-client.

Ceci semble orienter notre tableau de bord, non vers des éléments "notés" comme on a

pensé au début mais vers une étude préalable de reconnaissance et de modification des données

climatiques de base du projet. Ces modifications conduiront à une re-définition du scénario

climatique à prendre en compte pour utiliser le tableau de bord.

Figure 2. 4 - Des icônes pour un approche microclimatique.

L'annexe 11 constitue une bibliographie de référence sur le sujet.


Mais il y a effectivement un élément de l'implantation d'un bâtiment qui a une grande

importance: l'orientation.

?° NS

O

E

Figure 2. 5 - L'orientation d'un bâtiment.

L'effet de l'orientation sur la réception des apports étant déjà bien connu, on passe ici à

son interprétation pour le tableau de bord. Quand et comment la prendre en compte? Notre

méthode s'appuie d'abord sur une étude préalable d'usage. On retient de cette étude, s'il y en a,

les orientations les plus répandues. A celles-ci on ajoute celles correspondant aux points

cardinaux dans la meilleure et la pire des orientations; c'est à dire en ayant plusieurs façades

vers l'extérieur, qu'elles soient prises en longueur dans la direction Nord-Sud ou Est-Ouest. Le

résultat est une plage cohérente de choix.

Ensuite, on calcule les écarts obtenus pour la forme géométrique de base par rapport à

ces orientations. Cela nous amènera à un tableau comme celui-ci:

Bilan journalier, en Wh/m², Rio, mois de février (pour un trouble de Linke égal à 4)

angle Irradiation %

albedo=0,1 0° 7846 100%

Axe Nord-Sud

Plan angle Irradiation % angle Irradiation % angle Irradiation %N 90° 1854 24% 25° 7458 95% 15 7765 99%

E 90° 3505 45% 25° 7299 93% 15 7636 97%

S 90° 1278 16% 25° 6970 89% 15 7467 95%

O 90° 3505 45% 25° 7299 93% 15 7636 97%

moy 32%

angle Irradiation %

Figure 2. 6 - Variation d'irradiation selon les plans de réception.

On choisit alors la meilleure orientation vis à vis de l'ensoleillement et du régime de

vents. Si les variations sur la géométrie du bâtiment-type créent des écarts importants (et cela

dépend du nombre et du type de façades vers l'extérieur), il y aura un groupe qui prendra en

compte ces variations.


2.3 Le traitement des éléments de l'enveloppe

L'expérience nous a démontré qu'une séparation totale des paramètres externes n'est

pas possible et que les influences des ces hypothèses fixes doivent faire partie d'un groupe. Or,

pour une bonne organisation du tableau, le bon sens (ou l'intuition) recommande qu'on le fasse

sur le groupe jugé principal, celui qui aura le plus de variantes (et donc d'icônes) et qui en

même temps reçoit la charge maximale de chaleur. Les autres groupes apporteront seulement

des corrections à la valeur retenue.

On peut décomposer les principaux modes d'échange thermique dans un bâtiment

quelconque:

Figure 2. 7 - Les principaux modes d'échange thermique dans un bâtiment.

Chaque mode de transfert porte plus particulièrement sur certains objets architecturaux.

Pour savoir dans quel ordre aborder la production des notes de confort, il faut d'abord créer,

grâce à la littérature et à la simulation numérique, une hiérarchie d'influence entre ces

transferts, et examiner la possibilité de les associer pour la création de groupes d'objets

architecturaux cohérents du double point de vue de la Thermique et du processus de

conception.

Tout cela dépend des contraintes de forme et de volume prises dans l'étape précédente,

celle de la conception du cas de base. Il devient clair que pour un tableau de bord

d'architecture verticale (un étage intermédiaire ou le rez-de-chaussée d'un immeuble) les murs,

l'ensemble de parois opaques et/ou vitrages, deviennent le groupe principal, à la place occupée

par la couverture pour les architectures horizontales14.

D'après la Figure 2. 7, on arrive à au moins 3 grands groupes dans le tableau de bord

générique: la couverture, l'enveloppe verticale (les murs, y compris le vitrage) et la

perméabilité (ou les ouvertures), responsable du débit d'air.

14 où l'on comprend le dernier étage du cas vertical

φ1= transferts par la toiture

φ2= transferts par les murs

φ3= transferts par le plancher

φ4= transferts par le vitrage

φ5= transferts par le débit d'air 3

1

2

4 5


Voici donc l'organisation générale du tableau:

Figure 2. 8 - Principaux groupes de l'enveloppe définis pour le tableau de bord

générique.

Passons à l'examen de certaines zones.

2.3.1 La morphologie extérieure et le volume.

habitudes et desirs

budget

réglementation

Cahier des charges

pointsspécifiques

Figure 2. 9 - La conception et la morphologie.

L'effet de la morphologie extérieure sur les techniques de climatisation naturelle diffère

de celui qui apparait avec la climatisation artificielle, qu'il s'agisse du chauffage ou de la

réfrigération. Dans ces deux cas, compte tenu du maintien de la température de l'air intérieur

par des équipements, on peut utiliser un coefficient de forme, qui exprime le rapport entre les

surfaces de l'enveloppe du bâtiment et le volume habitable[PD84]. On essayera toujours de

l'avoir au plus bas, de façon à minimiser les pertes (ou les gains) de l'ambiance. Le rôle du

renouvellement d'air extérieur devient seulement hygiénique, le débit optimal étant assuré par

l'équipement.


Mais si l'on pense à la compacité (l'effet de l'application du coefficient de forme)

optimal d'un bâtiment en climatisation naturelle, on se rend compte que le problème devient

plus complexe, puisque, outre le fait qu'il y a une alternance des gains et des pertes au long de

la journée, on se voit face au risque d'amoindrir l'effet de la ventilation traversante sur certaines

périodes, essentiel pour assurer un débit nécessaire à l'évacuation de la chaleur.

Figure 2. 10 - L'effet de la compacité d'un bâtiment sur la ventilation.

Ainsi la morphologie joue un rôle important et parfois contradictoire sur la protection

solaire et la ventilation d'un bâtiment. Pour le tableau de bord, source d'informations plus

généralisées, on a donc préféré considérer la morphologie de l'ambiance intérieure, volume plus

facile à standardiser.

Dans ce cas, la figure standard devient un parallélépipède dont les dimensions typiques

varient surtout en fonction de l'usage (et du budget, pour le cas de l'habitat). Une salle d'usine,

un bureau "tout-étage", ou une chambre d'hôtel moderne, ont sûrement des proportions et des

dimensions typiques spécifiques. Cela nous ramène à une analyse du processus de conception

architecturale des ambiances. La surface conçue est le résultat (bon ou mauvais) d'une étude

ergonomique, donc d'une boucle faite dans un autre domaine de la conception architecturale.

Celui qui en général est plus à notre disposition est la hauteur de la pièce. En dehors des

installations de grande hauteur (cas des usines), et des limites de hauteur totale des bâtiments à

plusieurs étages (qui varient selon par zone urbanisée et le pays), il n'y a que la contrainte

financière, qui détermine sa valeur.

Pour notre méthode du tableau de bord, il semble donc que la morphologie devrait

aboutir à des variations de hauteur à surface constante; elle même issue d'une étude statistique

à propos des pièces intérieures pour chaque scénario étudié. C'est une approche qui réunit

deux paramètres thermiques parfois contradictoires pour l'objet de notre travail - le confort

d'été: l'accroîssement des apports solaires latéraux et un effet spécifique de la ventilation, à

savoir le renouvellement d'air parasitaire ou au moins sa stratification. Celle-ci permet en effet

de "repousser" l'air surchauffé vers le haut, jusqu'à son éventuelle extraction.

Malheureusement, il semble qu'une différence significative due à la stratification commence

seulement à se faire sentir au-delà d'une hauteur de 4m, hauteur déjà inhabituelle dans la

plupart des constructions.

Dans l'esprit de ne pas surcharger l'architecte à ce stade de conception, on pourrait

affirmer que pour un tableau de bord residentiel, cette analyse ne se justifierait pas, mais pour

un autre destiné à des ateliers techniques, l'étude deviendrait nécessaire.


Un autre sujet d'intérêt en ce qui concerne la morphologie, est le plancher sur pilotis.Il

faut remarquer qu'il ne joue un rôle que dans des conditions peu répandues: sur un terrain bien

dégagé dans un grand périmètre, des pilotis d'une hauteur d'au moins 1m, selon les études du

CSTB[CS92], et sans obstacles pour la libre circulation de l'air. En réalité, même si on les

inclut dans le groupe morphologie, on observe que leurs éventuels effets bénéfiques dépendent

étroitement des résultats d'une étude préalable du microclimat.

4,50m<h<8,00

8,00m<h

Hauteur

Figure 2. 11 - Des représentations pour la variation de hauteur et l'existence des pilotis.

2.3.2 La couverture

habitudes et desirs

budget

réglementation

Cahier des charges

pointsspécifiques

Figure 2. 12 - Le groupe couverture: la toiture et le comble

Le groupe "couverture" peut être peu important ou même ne pas exister (pour les

ambiances inférieures d'un immeuble), ou bien il est celui qui compte le plus dans la réception

des apports solaires, et donc il devient le groupe principal.

Dans le premier cas, il sera considéré comme un groupe de correction des notes de

celui qui sera le groupe principal15, et il faudra suivre la méthode qu'on va décrire dans le

groupe des murs. Dans le deuxième cas, comme groupe principal, il sera le dépositaire de

toutes les influences considérées comme des hypothèses fixes (voir chapitre 3.6.1).

Par la faute de son inclinaison proche autour de l'horizontale (voir exemple dans la

figure 2.6) et de la difficulté d'avoir des masques, la toiture pour un local à un seul niveau - ou

au dernier étage d'un immeuble - peut concentrer jusqu'à 50% des apports thermiques reçus.

15Très probablement celui des murs ou, pour les bâtiment trop vitrés, celui du vitrage.


Son rôle de transmetteur des apports à l'ambiance est cependant très dépendant de l'existence

d'un comble. Ainsi, les deux sont réunis dans un même objet et partagés selon les modes

possibles de réalisation: toiture sans comble (légère, lourde ou isolée), avec comble non

ventilé, avec comble (peu ou beaucoup) ventilé.

Ainsi, le cas de référence étant créé (voir chapitre 2.1.2), et toutes choses égales par

ailleurs, on fait varier les caractéristiques des couvertures selon ce que l'on trouve sur place et

ce que la littérature préconise. Les couvertures choisies appartiennent au domaine standard

rencontré dans la région de l'étude, et sont ensuite comparées à celles issues d'une étude

préalable (du point de vue du confort d'été) sur le sujet. Pour une bonne comparaison des

résultats, on essaie d'avoir toujours des procédés réalistes (utiliser des toits au bon nombre de

pentes selon le matériau choisi), pour qu'ils soient facillement reconnaissables par l'utilisateur16.

Aussi dans un premier temps, les couvertures seront simulées avec des caractéristiques

standard décrites par les laboratoires locaux, après comparaison aux valeurs existantes dans la

littérature.

Pour répondre en même temps à l'usage et aux règles de la climatisation naturelle, le

tout est toujours simulé avec trois situations de comble: inexistant, fermé et ventilé.

Une fois les résultats des simulation obtenus, on les analyse dans le but de vérifier la

possibilité d'une présentation plus élémentaire. Ainsi des variations sont faites et on analyse les

écarts. En général, il s'agit d'évaluer plusieurs facteurs d'absorption solaire (la couleur externe),

de conductivité et éventuellement (comme dans le cas de la couverture) d'autres objets de

conception accrochés (le comble, par exemple).

Faut-il rappeler que pour être accepté, chaque tableau doit être à la fois représentatif

d'un milieu culturel ET simple à consulter. Donc, si les premiers résultats nous conduisent à un

nombre excessif d'objets à insérer dans le groupe du tableau de bord, il faut les réduire.

Ceci nous amène à une dernière étape de sélection des icônes dans la réalité

architecturale de l'univers étudié. On prend l'option de la faire faire par l'autre groupe de

professionnels concerné: les architectes. Cette partie de l'étude se fait donc en commun avec un

ensemble représentatif d'architectes17. On prend les cas jugés les plus intéressants pour les faire

figurer dans le groupe du tableau, les plus répandus, et aussi ceux qui ont une mauvaise

efficacité et on ajoute quelques suggestions d'amélioration.

Une fois cette phase finie, on obtient un ensemble de cas portant chacun une note de

confort (ou d'inconfort) comme dans l'exemple suivant:

16Disons, pour le standard constructif de région brésilienne cela pourrait être quatre pentes pour les toitures

légères, et à une seule pente, horizontale, pour les dalles. L'important, on renforce ici, c'est sortir d'une

uniformisation réductrice utile pour les études thermiques, mais inopérantes au bâtisseur local.

17. Et c'est peut être là la magie de la méthode, réunir des architectes et des thermiciens dans une colaboration

efective, et non plus dans une relation de modification et d'imposition des informations mutuelles.


Couverture Note d'inconfort

tôle métallique sans comble grise 33,57

comble fermé grise 30,87

comble ventilé grise 31,28

dalle pleine sans comble grise 39,99

bitumée 44,64

comble fermé grise 36,50

bitumée 37,37

comble ventilé grise 37,76

bitumée 36,41

Tableau 2. 1 - Exemple des cas de figure d'un groupe principal du tableau de bord.

L'utilisateur du tableau aura une description figurative, sous forme d'icônes. La

traduction des éléments étudiés pour le groupe de couverture - couleur, matériau et type de

comble - dans l'icône se fait via une interprétation thermique (un moyen à la fois pratique et

didactique):

0,90,3 TTC TM

CFSC

Couleur extérieure de la toitureégale à la valeur de soncoefficient d'absorption:claire - 0,3bitumée - 0,9

Matériau du toit:TTC - tuile "coloniale"en terre cuiteTM - Tôle métallique

Type de comble:SC - sans combleCF - comble fermé

Nombre de dhd'inconfort de lavariante

Figure 2. 13 -La transformation de l'objet couverture en icône pour le tableau de bord

En outre, s'ils répondent de manière différente aux influences des autres groupes

considérés, ils seront rangés en sous-groupes, par homogénéité d'influence. La figure suivante

illustre cette approche pour des icônes d'un groupe couverture, considéré comme principal.


Figure 2. 14 - Le groupe couverture comme un groupe principal.

2.3.3 Le groupe des murs

Comme l'on a dit auparavant, l'importance du groupe "mur extérieur" dépend du type

d'architecture considéré. Si on le diagnostique comme groupe principal, on utilisera la

procédure décrite dans le chapitre 2.3.2 pour le traiter. Sinon, on le considèrera comme un

groupe auxiliaire, et ce qu'on cherchera alors ce sera des écarts apportés aux notes du groupe

principal par l'influence du type de mur choisi.

Au début, la méthode suit la même procédure que pour le groupe couverture décrit ci-

dessus. On choisit certains murs extérieurs, représentatifs des habitudes locales plus quelques

variations théoriques pour les combiner aux variantes déterminées par le groupe couverture.

Le rôle des murs extérieurs sur la température intérieure résultante d'un bâtiment

soumis à la climatisation naturelle peut être résumé par une capacité de réception du

rayonnement solaire incident (et d'émission pendant la nuit) et un potentiel de stockage et

d'amortissement de la chaleur, l'inertie.

La capacité de réception du rayonnement solaire est fonction de la géométrie de

l'implantation (faite au mieux avant l'étude, comme vu au 2.2.2.), de l'ombre portée et de

l'albédo du revêtement extérieur du mur.

2.3.3.1 L'ombre portée

L'étude de l'ombre portée est la plus complexe. Il est souvent difficile de définir

simplement l'efficacité de la protection solaire apportée par un masque. Une hypothèse

conservatrice consiste à ne considérer que son action sur le rayonnement direct incident par le

biais d'un calcul d'ombre. Mais elle peut être apportée par un élément qui interfère aussi avec

les débits admis, ce qui agit sur le libre choix et la combinaison des icônes, prémisse de notre

travail.


l

h h

l

h 1rien h

l

h 1h

lh

1

Figure 2. 15 - Les types de masque dans un bâtiment et les effets sur la ventilation.

Une étude préalable sur les effets de la ventilation des masques portants (que l'on

définit comme des dispositifs architecturaux appliqués au voisinage immédiat de la surface à

protéger) rencontrés dans l'univers considéré, déterminera l'existence de modifications sur les

débits admis pour le cas de référence et l'éventuelle création des sous-groupes particuliers.

Sinon, l'effet de l'usage des masques pour le confort d'été se traduit ici sur deux plans:

l'un plus général, qui conduit à une réduction de l'apport solaire journalier sur les surfaces

opaques atteintes et sur les surfaces vitrées non-protégées. Un autre, extrait du premier,

concernant les pare-soleil seulement sur les vitrages. Pourquoi utiliser cette méthode? Parce

qu'elle nous permet un artifice de réduction du nombre de simulations à réaliser pour le tableau

de bord.

Ainsi, pour le premier plan, on sélectionne des pare-soleils divers, on estime leur

efficacité18 par le rapport du flux incident journalier19 sur la surface avec et sans protection

solaire et on les groupe selon la valeur rencontrée. Ensuite, on fait des modifications sur la

valeur de la latitude (et donc sur la valeur du rayonnement solaire incident) du projet jusqu'à

que les surfaces reçoivent sans masque les mêmes valeurs que l'on aurait obtenues avec

masques. Une fois trouvé la latitude equivalente, on simule le bâtiment-type. La différence de

résultats montrent l'influence de chaque sous-groupe de masques sur les icônes du groupe

principal.

En revanche, le cas de l'ombre portant sur des fenêtres, est traité séparément, et intégré

à l'étude du vitrage, dans le chapitre 2.3.4.

2.3.3.2 La couleur du revêtement extérieur.

Outre la protection par le biais de masques, l'échauffement d'un local est directement lié

au facteur d'absorption solaire (couleur) des surfaces externes. Ici, l'étude se porte sur des

revêtements courants dans la région.

On caractérise les parois en question par le facteur solaire en faisant varier la nature du

revêtement et on recherche s'il existe un écart important entre les extrêmes considérés (pour

18L'efficacité peut être estimée avec un calcul d'ombre sur le diagramme solaire. Givoni[BG78] et JC Borel

dans le Cahier du CSTB de 1962, "Protection de parois opaques par de pare-soleil" nous offrent quelques

procédures de calcul.

19Comme on étudie une seule pièce, et avec des valeurs réelles d'inertie, il n'y a pas de différences importantes

à remarquer par rapport à l'effet sur la période d'occupation. Non-obstant, une attention particulière doit être

prise quand de la formation des groupes surtout pour la position relatives des fenêtres.


des flux incidents). Cette approche se fait en utilisant la formule du facteur solaire Fts égal au

rapport du flux transmis au flux incident [CS92]. Pour des parois verticales20 sans protection,

en régime permanent, il vaut:

FR

ts =+

0 05

0 17

,

,

α

Equation 2. 1 - Le facteur solaire

où:

α - coefficient d'absorption de la surface extérieure de la paroi

R - résistance de la paroi, en m².°C/W

Ceci étant, une analyse plus approfondie peut être effectuée, par simulation, pour

vérifier si les couleurs en jeu méritent un sous-groupe ou non.

2.3.3.3 Le rôle de l'inertie

A propos de l'inertie thermique d'un local, on sait qu'elle tend à réduire les variations de

température entre le jour et la nuit. Cependant celles-ci étant très faibles en climat tropical

humide, le rôle de l'inertie sera limité, voire nuisible. Une forte ou assez forte inertie peut être

recommandée dans des locaux occupés uniquement de jour. Pour ceux occupés de nuit, une

très faible inertie est préférable, l'ambiance échappant à l'arrivée de la chaleur diurne.

Les variantes privilégiées par l'étude couverture sont ensuite simulées selon l'inertie et

les résultats sont réunis selon la variation de notes d'inconfort. Une analyse de ces résultats

nous permet de classer, voire de rassembler les variantes selon le groupe (ou sous-groupe)

principal.

Le dernier pas consiste à combiner les résultats (s'ils sont significatifs) de l'étude

couleur, avec ceux de l'inertie (même commentaire) de façon à générer soit 2 groupes

indépendants, soit un seul groupe inertie+couleur, représenté par le matériau lui même, dans

ses dimensions.

Les notes affichées représentent les écarts rencontrés dans les dhinc de chaque variante

choisie par rapport à ceux du cas de référence. Ainsi l'icône qui représente le mur du projet de

base (et les variantes d'égale influence) apparaît avec une note 0.

Au niveau de la représentation des icônes, la procédure est un peu modifiée pour le

traitement des murs car:

- il y a moins d'informations à faire passer;

- il s'agit d'afficher non des notes globales mais les écarts par rapport aux notes du

groupe principal;

20pour les parois horizontales le Fts vaut: 0,06α/(R+0,22)


On a deux possibilités à considérer concernant la couleur: soit elle ne joue pas un rôle

important et donc elle ne figure pas dans le tableau, soit la variation de couleur est importante

et c'est la valeur du coefficient d'absorption qu'on affiche.

Pour l'inertie et la conductivité (qui ont lieu dans la même zone de la parois), on adapte

une représentation architecturale du le matériau utilisé, le choix le plus évident pour le

concepteur.

Ces écarts, traduits en images nous donnent des icônes comme ceux-ci:

Les murs

0,3

0,7

0,7

0,3

0,3

0,9

-1

0

-1

0

+1

+2

Légende:

- parpaings 10 cm, revêtement clair (α = 0,3)

- parpaings 10 cm, revêtement sombre (α = 0,7)

- parpaings 20 cm, revêtement sombre (α = 0,7)

- brique creuse 10 cm, revêtement clair (α = 0,3)

- brique creuse 20 cm, revêtement clair (α = 0,3)

- brique creuse 20 cm, revêtement noir (α =0,9)

Figure 2. 16 - Des icônes pour le groupe murs.

2.3.4 Le groupe du vitrage ou l'enveloppe transparente

Ce groupe peut exprimer deux concepts différents: celui d'un mur vitré, comme pour

l'architecture dite "internationale" ou, dans les cas plus ordinaires la variation de l'espace vitré

utilisé dans le bâtiment.

Dans le premier cas, l'étude remplace celle du groupe du mur extérieur et doit être

analysée comme tel, les éléments d'analyse étant ceux du coefficient de transmission et de

conductivité, ceci en plus des éléments du cadre (aluminium, acier, bois, rien...)

L'analyse préalable devra déterminer avec précision dans le cas d'un local à l'étage ou

sur un seul niveau, lequel des groupes deviendra le groupe principal, vu l'importance des

apports par les parois par rapport à celle de la couverture.

Il ne faut pas confondre l'enveloppe transparente avec l'espace d'ouverture. En général

on trouve des limites de conception pour les baies vitrées surtout dans l'habitat individuel, à


cause des aspects de sécurité et de privacité. Les grandes baies vitrées sont rencontrées plutôt

dans les immeubles du tertiaire, où la hauteur permet la maîtrise des aspects mentionnés.

En fait la surface des baies se décompose en surface vitrée et surface perméable à l'air,

l'ouverture proprement dite. Il faudrait bien séparer le "mur" vitré, de la surface percée du

bâtiment. Le premier correspond effectivement à un mur, constitué de verre, représenté parfois

par la partie vitrée de la baie qui ne s'ouvre pas entièrement à l'extérieur et qui peut représenter

50% de l'ouverture (p. ex. la fenêtre coulissante). On rentre ici dans la conception de la fenêtre,

ce qui conduit à un dilemme. Doit-on descendre à ce niveau de détail, quand on sait que

l'architecte n'y pense pas encore? En outre, la surface effectivement vitrée d'une fenêtre pourra

varier, selon l'habitude de l'usager, ce qui nous échappe.

Pour essayer de résoudre les difficultés, la procédure suit celle des groupes auxiliaires

précédents. Le but étant de produire des écarts, on fait une analyse préalable sur la plage des

cas rencontrés - pourcentage d'occupation, type de matériau employé, et occultation utilisée.

En ce qui concerne le pourcentage de vitrage par rapport aux surfaces des façades, on a

pris le parti de reconstituer des pourcentages utilisés et, à moins de rencontrer sur le terrain des

aberrations, de ne pas la faire varier. Si cela s'avère nécessaire, on ne travaillera qu'avec des

pourcentages types de vitrage, par ex: 10%, 50% et 80% du bâtiment (ou des façades

extérieures - le maximum, si on pense aux ouvertures nécessaires). Pour représenter la

situation, on utilise un pourcentage de surface vitrée par rapport à la surface exposée totale. Si

l'on travaille sur des ambiances non-climatisées, on néglige les effets de cadre.

Le type de vitrage concerne le matériau utilisé et sa mise en place. Il est décrit par ses

valeurs de conduction, réflexion et surtout de transmission selon la longueur d'onde. La

fonction de tous les verres de fenêtre est de laisser passer la lumière du jour à l'intérieur des

bâtiments, en attendant (et pendant) le moment de jouer le rôle de parapluie où d'isolant contre

le vent, le bruit, la poussière et des températures indésirables. La transparence désirée implique

cependant une transmission de la chaleur dans un "sens unique"21. Pour y résoudre, les

fabricants sortent des produits chaque jour, depuis le traitement de surface jusqu'à des vitres où

les caractéristiques du verre sont modifiées pour une moindre absorption de la partie

infrarouge du spectre solaire. Dans le domaine du bâtiment standard en climat tropical, on

observe un usage très répandu du verre dit absorbant clair. L'emploi du double vitrage, ou des

verres gris ou réfléchissants, est réservé aux bâtiments climatisés de haute gamme, dont

l'architecture sort de la présente étude.

Les systèmes d'occultation de vitrages pris en compte ici sont ceux dégagés de l'étude

du chapitre 2.3.3.1 parce qu'appliqués uniquement sur les fenêtres. Ils peuvent présenter

d'innombrables formes architecturales et peuvent être employés soit à l'extérieur, soit à

l'intérieur ou même, dans le cas du double vitrage, entre deux vitres.

Les systèmes intérieurs comprennent les stores vénitiens, les stores à enroulement, les

rideaux. A l'extérieur, on trouve des stores, les claustras et les pare-soleil et jusqu'aux claies

recouvertes de plantes grimpantes. Même s'ils jouent différemment sur la réduction des apports

21on parle ici d'effet de serre, où le verre arrive à provoquer une élévation des températures intérieures bien

supérieur à celle que provoquerait la pénétration du rayonnement solaire par des fenêtres ouvertes, même en

tenant compte des effets dela ventilation. Ceci est du à la transmission selective du rayonnement par le verre.


de chaleur, ces différents systèmes peuvent être rassemblés par la réduction apportée du

facteur solaire de protection du vitrage (Fv), comme dans le tableau ci-après:

TYPE DE PROTECTION Fv

store extérieur venetien blanc 0,15

store extérieur canevas 0,25

caillebotis 0,25

store intérieur venetien blanc 0,45

rideau intérieur clair 0,40

arbre peu dense* 0,55

arbre dense* 0,25

ailettes verticales extérieures fixes 0,30

ailettes verticales extérieures mobiles 0,15

vitrage athermique vert ou bronze 0,60

vitrage réflecteur 0,50

vitrage nu 0,85

ouverture non protégée 1

* - les valeurs pour les arbres ont été retenues ici pour illustrer le cas de claies.

Tableau 2. 2 - Facteur solaire de protection d'après[JB62]in[NM84]

Dans la méthode de création des icônes de ce groupe, on réunit l'étude des types et de

l'occultation dans l'expression du flux traversant par rayonnement le vitrage22. Le but est de

diminuer le nombre de simulations en trouvant un élément de synthèse de ces influences. Pour

cela on prend l'expression du flux total traversant un vitrage. Ici, on a pris celle de Casamo-

Clim :

}{φ α α= +1 2( ) ( ). . . . .n n v tI D F S r

où:

α1(n): coefficient de transmission du rayonnement direct

n: nombre de vitre (1 ou 2)

I: rayonnement solaire direct incident

α2(n): coefficient de transmission du rayonnement diffus

D: rayonnement solaire diffuse

Fv: Facteur solaire de protection (entre 0 et 1)

S: surface de l'ouverture (m²)

22le cas de l'ombre portante sur un vitrage, outre la réduction des valeurs de rayonnement reçus, conduit à une

réduction, voire d'une annulation du flux transmis à l'intérieur et réfléchi après sur les surfaces internes des

murs. Même si les flux directs et diffus sont considérés par une bonne partie des logiciels de simulation comme

isotropes, ils existent et sont calculés à partir du flux rentrant par le vitrage.


rt: coefficient de menuiserie en tableau

Equation 2. 2 - Formule du flux total traversant un vitrage.

Par cette formule on observe que les coefficients de transmission du rayonnement

constituent la bonne cible. Il s'agit de donnés d'entrée pouvant être modifiés aisément.

Ainsi, on réunit les cas inventoriés, et on groupe ceux présentant les mêmes valeurs de

φ. Le pas suivant est la simulation du cas de référence, en modifiant les valeurs de α1(n) jusqu'à

retrouver un α1(n) équivalent. Ce nouveau coefficient doit nous donner le même résultat sur un

cas standard que le vitrage considéré.

Des simulations et des vérifications des écarts par rapport aux groupes (et sous-

groupes) sont réalisées, le nombre et types de vitrages sont choisis et les icônes sont exprimés

comme dans la figure suivante:

Légende:

10 → 100% - pourcentage de vitrage

simple, double - type de vitrage

Fv - facteur solaire de protection

Figure 2. 17 - Des icônes pour le groupe vitrage.

2.3.5 Le groupe de la perméabilité ou les ouvertures

Une fois les principaux icônes de l'enveloppe choisis, et le rôle des murs extérieurs

étudiés, on fait passer les icônes choisis au crible de la variation de débit d'air.

Le débit d'air est décidé pour une part par le concepteur et pour une part par l'usager.

Au niveau de la conception initiale, le rôle de l'usager étant non-maîtrisable, reste à analyser

celui de l'architecte.

Un débit d'air a lieu par différence de pression. En conception architecturale ceci se

traduit par des ouvertures, par leur position par rapport au vent dominant et par la position et


la taille efficace de l'ouverture. Ensuite, il faut une bonne conception interne, pour préserver les

acquis. Il s'agit d'étudier la ventilation traversante, c'est à dire, d'assurer la perméabilité du

bâtiment (ou de l'ambiance).

Ainsi, on étudie la perméabilité en ayant pour but de définir un potentiel maximal de

ventilation permanente, qui peut n'être jamais atteint. On simule d'abord les projets choisis avec

des variations raisonnables de la variante de départ, avec un débit minimal 1 vol/h, pour une

perméabilité minimale. On choisit un débit moyen (d'après une perméabilité standard des

façades opposées) et un débit maximal, théorique, tel que la vitesse de l'air reste inférieure à

1,5 m/s à l'intérieur.

Comme la morphologie architecturale des fenêtres (et des autres moyens de créer un

courant d'air) n'a pas un rapport simple avec le débit créé, on est obligé d'utiliser le débit lui

même comme icône, et de fournir en annexe à l'utilisateur une formule simplifiée de calcul du

débit selon les surfaces d'entrée et de sortie.

Le calcul du rapport volume /vitesse de l'air intérieur peut se faire comme suit:

où:

1/surface moyenne de perméabilité2 = 1/∑2

surfaceeffective d'entrée +1/ ∑2 surfaceeffective de sortie

Figure 2. 18 - Formule simplifiée de transformation vitesse d'air intérieure/ débit d'air.

De cette façon la représentation des icônes du groupe perméabilité se fera comme dans

la figure suivante:

0

-16

-23

1 vol/h

35 vol/h

120 vol/h

PERMEABILITE

Figure 2. 19 - Le groupe de la perméabilité pour le tableau de bord.

Surface de sortie

vitesse intérieure = débit

surface moyenne de perméabilité

Surfaces d'entrée


2.4 Inclusion d'un nouvel objet - le composant végétal

La méthode d'analyse utilisée dans le tableau de bord permet à chaque ensemble de

phénomènes physiques significatif en climatisation passive d'être représenté dans la phase

d'esquisse, par les objets ou ensemble architecturaux concernés. On étudie les phénomènes, on

sépare ceux qui sont importants pour les décisions prises dans cette phase-là et ensuite, on

établit les modèles correspondants. Il s'agit, en réalité, de réunir et d'interpréter des plages de

performances non par groupe physique, mais par usage.

Notre idée est de présenter maintenant une modélisation d'un objet peu connu - le

végétal - et de montrer comment on arrive à une représentation dans le tableau de bord. Nous

avons choisi d'étudier la végétation comme objet architectural lorsqu'elle est vivante et

représente la dernière couche externe d'un bâtiment

Les valeurs nous démontrent qu'une démarche scientifique se justifie, non seulement de

la part des architectes mais aussi de la part des tous ceux que produisent et veulent maîtriser

l'énergie et le milieu naturel.

2.4.1 Pourquoi étudier l'objet "composant végétal"?

Le climat influe sur le bâtiment de deux façons:

- de l'intérieur, puisque le rayonnement solaire pénètre par les ouvertures et se

transforme en chaleur sur les surfaces internes;

- de l'extérieur, par le biais de deux phénomènes simultanés, l'action de la

température de l'air et celle du rayonnement solaire incident.

Une préanalyse dans ce cadre, montre que l'usage (millénaire) de la végétation semble

être particulièrement avantageux:

1) car elle intervient favorablement dans le bilan des échanges thermiques et

gazeux;

2) parce qu'elle a un bas coût d'implantation et d'entretien (voire inexistant),

3) par sa croissance rapide (surtout en climat tropical),

4) par sa capacité sélective d'utilisation,

5) par son auto-régénération,

6) et enfin grâce à ses apparentes excellentes qualités thermiques; auxquelles on

pourrait ajouter ses aspects bioclimatiques (environnementaux) associés.


On illustre cette argumentation avec un tableau, issu des recherches de Van Straaten

[JD89] sur le sujet:

Climat Inertie Orientation Saison Text Tint

standard Tint. avec

couverture végétale

forte Equateur l'été 21-31 19-25 19-24

l'hiver 7-18 15-22 15-22

Equateur l'été 21-31 18-33 18-28

chaud sec faible l'hiver 7-18 10-30 12-27

Ouest l'été 21-31 17-34 18-30

forte Ouest l'été 21-31 19-26 19-25

l'hiver 7-18 15-21 15-20

Equateur l'été 17-26 18-24 18-24

Méditerranéen. forte l'hiver 10-17 14-19 15-19

Ouest l'été 17-26 18-27 18-25

l'hiver 10-17 10-17 15-19

Equateur l'été 22-32 19-26 19-24

chaud humide. forte l'hiver 12-25 17-22 17-22

Ouest l'été 22-32 19-26 19-25

l'hiver 12-25 17-22 17-21

Tableau 2. 3 - L'effet de la couverture végétale sur les murs extérieurs vers la

température interieure (Source: Van Straaten in J. Dodd[JD89])

Le tableau réunit le produit de quelques expériences faites par Van Straaten avec des

couvertures végétales sur des murs extérieurs dans des climats chauds, pour des saisons et des

inerties de construction diverses. Les chiffres en gras soulignent les résultats qui présentent des

écarts importants par rapport à la température de l'air intérieur sans l'usage du végétal.

On remarque dans les chiffres la diminution des températures maximales en été et hiver,

avec parfois même l'accroissement des températures minimales pour les périodes d'hiver, et une

réduction de la variation de température pour les constructions de faible inertie, ce qui cadre

parfaitement avec les objectifs théoriques de la climatisation passive [NB86] comme on

l'observe dans le schéma ci-après:


MIGRATION ...REFROID.

VERS LE SOL

EFFICACITE TYPIQUE

IMPACT TECHNICO-ECONOMIQUE

IMPACT SUR ENVIRONNEMENT

CLIMATISATION PASSIVE

REFROIDISSEMENT

EVAPORATION VENTILATIONREFROID.

RADIATIVE

PROTECTION

THERMIQUE

VEGETATION

EVAPOTRANSPIRATION

HORS

DU BATIMENT

SUR L'ENVELOPPE

DU BATIMENT

Figure 2. 20 Les rôles de la végétation dans les principes et techniques de la climatisation

passive.

Globalement, on peut envisager la végétation en groupes de représentation:

1)- la végétation restant à l'extérieur du bâtiment, mais l'influençant;

2)- ou bien la végétation ayant prise sur le bâtiment, intervenant comme sa

dernière couche.

Figure 2. 21 - Les usages de la végétation


En conséquence, on présente ci-dessous une esquisse de ce que pourrait être le groupe

"végétation" au grand complet dans un tableau de bord, selon son éloignement du bâtiment:

a t

1 groupe : la végétation dans le microclimater

2 groupe: le végétal associée

3 groupe: le végétal composante

>

Figure 2. 22 - Les objets architecturaux "végétation", groupés selon leur type

d'influence sur le bâtiment

Chacun de ces modes d'utilisation influence le bâtiment d'une façon particulière:

- le premier groupe modifie surtout le vent sur le projet,

- le deuxième agit sur le rayonnement attendu aux environs (et donc aussi sur la

température extérieure),

- dans le troisième groupe la végétation semble jouer sur les propriétés optiques

de la surface traitée toute comme sur les coefficients convectifs superficiels.

Ici on s'occupera de l'étude du végétal en tant que composant végétal (le 3e groupe de

la Figure 2.22).

2.4.2 Démarche générale de la modelisation - le végétal comme écran.

L'inclusion d'un matériau de construction dans la conception architecturale fait appel à

la connaissance de certaines caractéristiques physiques. Ces caractéristiques rentrent dans des

équations d'échanges thermiques bien connues. De plus, ces caractéristiques doivent être des

quantités plus au moins équivalentes à celles obtenues pour les situations et épaisseurs les plus

ordinaires rencontrées. Pour les matériaux dits "stables", ce résultat est obtenu par le biais de

mesures et de corrélations.


Pour un végétal, à cause de la géométrie interne complexe et de sa constitution

variable, cela ne va pas de soi.

Comme on l'a déjà indiqué, l'étude se référera ici au 3e groupe (végétal composant) de

la figure 2.22. Pour cette modélisation thermique simplifiée des effets d'un écran végétal sur

un bâtiment, deux types de recherche sont nécessaires:

- la connaissance et l'interprétation des principaux phénomènes dans les végétaux, de

façon à aboutir à des propriétés (caractéristiques physiques) utilisables dans une représentation

"standard" d'un matériau, comme on l'a fait dans en 2.4.2;

- l'analyse du rôle de la géométrie du végétal vis-à-vis du bâtiment.

Un modèle simplifié, fiable, représentatif des éléments végétaux dans l'optique de la

présente thèse ne pourrait être obtenu qu'après des études expérimentales, à cause de

l'importance des incertitudes. Cependant, une analyse thermique simplifiée alimentée par la

recherche bibliographique (annexe 11) va nous permettre d'établir avec une certaine rigueur les

groupes de phénomènes significatifs, pour le niveau de précision attendu dans la phase de

conception considérée. sur la performance de surfaces végétales et la connaissance (au niveau

d'une représentation "standard" d'un écran végétal) des principaux phénomènes thermiques

concernés

Dans le modèle pour ce travail, on a pu déjà résumer l'élément végétal, compte tenu de

la latitude considérée et à lueur de tout ce qui a été décrit dans l'annexe 11, comme un

matériau inerte, en négligeant une éventuelle conductivité, des éventuels échanges convectifs

intérieurs et prenant les valeurs de 0,9 pour l'emissivité et 0,45 pour l'absorption solaire

2.4.2.1 La modélisation simplifiée

Analysons le schéma suivant:

Figure 2. 23 - La couverture végétale sur un bâtiment


On peut admettre que l'écran végétal joue surtout un rôle d'écran interactif avec le

bâtiment.

bâtiment

Figure 2. 24 - La couverture végétale sur un bâtiment - interprétation schématique

En le considérant comme homogène dans le sens horizontal, on représentera les

échanges thermiques comme ceci:

surface(T )

Text

bâtiment

= l'écran (T )e

s

Text

ττττ

εεεεei

εεεε i

ααααe eεεεε

Cas standard

ITciel

hce

hce

hce

l'ensemble végétal

ααααee

εεεεee

Figure 2. 25 - Interprétation thermique possible de la Figure 2.24

Ce modèle a le principe suivant :

La température d’équilibre de la surface extérieure du bâtiment (Ts) pour des

conditions climatiques données se déduit de la conservation des flux en régime permanent;

dans le cas où le local n’est pas climatisé, la température de l’air du local se déduit de

l’équilibre des flux par la surface avec les autres flux, les coefficients d’échange par la surface

du mur étant différents selon que les flux de chaleur sont descendants (jour) et ascendants

(nuit).


On définit ττττ comme le pourcentage de transmission. Le pourcentage approcherait 0 %

pour les situations où la couche serait trop épaisse.

2.4.2.2 Deux cas limites.

Supposons d'abord une couche épaisse (τ=0).

Cinq flux seulement interviennent, en considérant que l'on connaît la température

intérieure du local Tint:

Técran

Te=

Tsurface Ts=

εεεε

εεεε

εεεε

εεεεαααα

φ1φ1φ1φ1

φ2φ2φ2φ2φ3φ3φ3φ3

φ4φ4φ4φ4

φ5φ5φ5φ5

Text

Tint

ee

ei

e

i

ee

ααααe

Text

Tsurface Ts=

φ1φ1φ1φ1

φ2φ2φ2φ2


φ5φ5φ5φ5Tint

Figure 2. 26 - Les deux usages possibles de la végétation comme composant et la

nomenclature des principaux flux thermiques en jeu.

On a:

φ α σε1 4 4= − − − −ee ee e ciel e extI T T hce T T( ) ( ) (échanges avec l'extérieur)

φ σ

ε ε

2

11

4 4= −+ −

r T T oùe s

ei e

( ) r =1

1 1 1

(échange radiatif entre feuilles et bâtiment)

φ

φ

φ

3

4

5

= −

= −

= −

h T T

h T T

h T T

ce e ext

ce s ext

i s

( )

( )

( )int

(hypothèse d'un coefficient convectif unique et d'un vent suffisant)

(idem)

(hypothèse du comble peu inerte sur ambiance climatisée)

Ces flux sont rassemblés dans le système suivant :

φ1 = φ2 +φ3

φ2 =φ4 +φ5

On obtient Ts et Te par résolution analytique ou numérique. Pour une résolution

simplifiée sur tableur on a introduit un coefficient de linéarisation hre dans les équations de flux

1, 2 et 5, hypothèse compatible avec les climats étudiés (voir développement en annexe 9).

Cette opération nous a amené aux équations modifiées suivantes:

φ 1 = α e I − h reε e ( T t − T ciel

) − h ce( T t − T ext )


φ 2 = h rer ( T t − T p )

où hre vaut 6,63 W/m2 °C.

Pour le cas illustré par la figure ci-dessous le calcul se modifie:

Ttoit

=Tt

Tint

Text 1φ

α ε

εφ5φ5φ5φ5

Figure 2. 27 - Le cas du taux de transmission ττττ = 1

En l’absence du comble, les équations de flux s'écrivent

φ1 = φ5

Et les équations de base sont:

φ1 =αeI− σε

e(T t4 − T

ciel

4) −h ce(T t

−T ext)

avec

φ 5 =hi(Tt - Tint)

2.4.2.3 Cas général

Le cas général considéré prevoit l'existence d'une transmission (τ ≠ 0) du rayonnement

par l'écran végétal sur la toiture du bâtiment:

Técran

Te=

Tsurface Ts=

εεεε

εεεε

εεεε

εεεεαααα

φ1φ1φ1φ1


φ4φ4φ4φ4

φ5φ5φ5φ5

Text

Tint

ee

ei

e

i

ee

ααααe

ττττ

Figure 2. 28 - L'inclusion du taux de transmission ττττ dans le schéma de la figure 2.26.


Sur une partie du toit (1-τ) on a les mêmes équations que dans le premier cas limite:

φ 1 = φ 2 + φ 3

φ 2 = φ 4 + φ 5

et

φ α σε1 4 4= − − − −ee ee e ciel e extI T T hce T T( ) ( )

φ σ

ε ε

2

11

4 4= −+ −

r T T oùe s

ei e

( ) r =1

1 1 1

φ

φ

φ

3

4

5

= −

= −

= −

h T T

h T T

h T T

ce e ext

ce s ext

i s

( )

( )

( )int

Dans l'autre partie du toit (τ), on est dans le second cas limite:

φ α ε1 = − − − −e ce e ext e re e cielI h T T h T T( ) ( )

Les deux flux se mettent sous la forme

φ τα τε τ

α ε

1 1

2

1

1

= − − − − − − −

− + = − + −

e ce s ext e re s ciel re s e

re s e ee ce s ext ee re e ciel

I h T T h T T rh T T

rh T T I h T T h T T

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

En résolvant, on retrouve la forme du cas le plus simple (cas limite n° 2) où le flux 1

modifié s'écrit sous la forme:

φ τα τα

τ τε

γε

1 1 1 2 1 1m e r hreee

DI hce r hre

hce

DTs Text e

eehre

Dhre Ts Tciel= + −

− + −

− − +

−( ) . ( ) .( ) . ( )

soit:

φ α ε1m eq I hec eq Ts Text eq hre Ts Tciel= − − − −. .( ) . ( )

où: D h h rhce re ee re= + +2 ε .

Le système aboutit ainsi à des nouveaux coefficients équivalents αeq, hceeq et εeq, qui

traduisent les valeurs du matériau "écran végétal" pour un mur extérieur. (cf. exemple de

tableur en annexe 10).

Pour un mur standard avec une couche végétale de 50% d'opacité (valeurs optiques α

et ε égales à 0,9 et coefficients hce de convection naturelle standards du CSTB[CS77], voir

détail en annexe 8, ces coefficients équivalents ont comme valeurs:

αeq = 0,23; εeq = 0,30 et hec eq= 18,6


2.4.2.4 Extension de la méthode au cas de locaux non-climatisés

Pour les scénarios non-climatisés, cas de reférence du tableau de bord (voir chapitre 2)

on ajoute au système d'équations utilisé dans chaque cas précèdent au moins deux autres

équations statiques, qui correspondent aux autres échanges effectués avec l'extérieur. Pour cela

il faut utiliser des hypothèses sur le bâtiment et son renouvellement d'air.

Text

Técran

Te=

TsurfaceTs=

εεεε

εεεεεεεε

εεεεα,α,α,α,

φ1

φ2φ3

φ4

φ5φ6φ6φ6φ6

Text

Tintφ7φ7φ7φ7

Figure 2. 29 - le schéma pour les cas non-climatisés

Les nouvelles équations ajoutées aux systèmes peuvent par exemple, correspondre aux

flux 6 (dû au débit d'air) et 7 (dû à la transmission linéique et surfacique du bâtiment) calculés

en régime permanent:

φ5=φ 6+φ7

où

φ6= hair ( Tint - Text) et φ7= hmur ( Tint - Text)

dans lequel on écrit:

h0,34 * débit(vol / h) * volume bâtiment

surface du bâtimentair ==== (car on raisonne toujours ici en m²)

hperimètre* k (1,75) surface murs * k (4,0)

surface bâtimentmur

lineique mur=

+

Ces valeurs entraînent des coefficients qui correspondent à des situations typiques de

pays chauds et ne peuvent pas remettre en cause le classement des solutions.

Le système linéaire se résoud donc aussi dans ce cas.


2.4.2.5 Conclusion générale de la modélisation.

Que le bâtiment soit modélisé en régime variable ou en régime permanent, qu'il

comporte un comble ou non, la réduction faite en 2.4.2.1 de l'ensemble toit extérieur + couche

végétale à des coefficients équivalents reste vraie à chaque instant. Elle permet de faire traiter à

un logiciel de régime variable type Casamo-Clim les échanges dus à la végétation.

Dans le modèle pour notre travail, on peut aussi considérer l'élément végétal, comme

un matériau inerte équivalent, en négligeant une éventuelle conductivité, des éventuels

échanges convectifs intérieurs et en prenant les valeurs de 0,9 pour l'emissivité et 0,45 pour

l'absorption solaire.

2.4.2.6 Le test de la méthode.

La validation d'un modèle simplifié est une étude rigoureuse qui oblige à la

comparaison soit avec des données expérimentales, soit avec des logiciels plus performants. En

l'absence de cette possibilité de validation, on propose de vérifier l'ordre de grandeur des écarts

obtenus par l'utilisation de ce matériau équivalent lors de simulations réalisées au moyen du

modèle. Il s'agit donc plutôt d'une étude de sensibilité. Il convient de remarquer ici que

l'influence d'un seul paramètre offre toujours des résultats apparemment "négligeables" par

rapport à la température moyenne résultant de la simulation d'un bâtiment entier.

En ce qui concerne le modèle simplifié de géométrie de l'écran, l'essai a été fait à Rio de

Janeiro (Brésil), par une journée représentative de son été (le mois de février). La simulation a

été faite par rapport aux tôles d’acier (utilisées comme éléments de toiture).

Ensuite, des modifications sur les équations du chapitre 2.4.2 sont proposées pour les

adapter à l'usage par le logiciel de simulation du tableau de bord.

Le cas de base choisi a été un bâtiment quelconque, climatisé, dont la toiture est

constituée d'une couverture en acier, appelée couverture sèche. Dans le but de bien cerner les

écarts de performance, on n'a utilisé l'écran végétal que sur la toiture et on a donc écarté les

effets de rayonnement sur les murs verticaux en supposant (ce qui n'est pas vraiment le cas)

que les auvents suffisaient à éliminer les gains par les parois verticales.

Les systèmes décrits sont résolus dans le but de fournir des réponses quant au niveau

d'inconfort ressenti par l'usager et des éventuels besoins énergétiques de climatisation. Une

température à l'intérieur de 20°C toute la journée se combine avec la température de la toiture

et la résultante est analysée dans le tableau qui suit.

On présentera le résultat obtenu sur la température intérieure telle qu’elle est ressentie

par l'utilisateur (température résultante et dh d'inconfort) en "oubliant" le rôle de l’humidité.

Les consommations d'énergie électrique pour la climatisation ont été calculées pour la

température de 20°C, pour la maîtrise des gains par la surface traitée (la toiture) et ils sont

présentés sous forme de flux par m2 de toiture et en total journalier. La traduction du tout est

affichée en francs.


Le figure et le tableau ci-après présentent les résultats obtenus par simulation pour

l'utilisation de l'écran végétal sur une toiture, pour un jour typique d'été, à Rio.

heures

°C

18

23

28

33

38

43

48

53

58

63

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

T res ambiente avec

l'écran végétal

T toit ombré par

l'écran végétal

T extérieure

T toit std

T res. std

seuil

de confort

Figure 2. 30 - Utilisation de l'écran végétal sur la toiture pendant une journée d'été, à

Rio.

Rio de Janeiro - journée typique d'été

Température extérieure min et max : 22.3°C et 29.2°C

Scénarios étudiés avec

l'écran

sans

l'écran

écart

Confort

Tres max:(°C) 23,8 30,6 6,8

Tres moyenne(°C): 21,7 23,6 1,9

dh d'inconfort journalier de l'ambiance 0 15.1 15,1

Toit

Ttoit moyenne(°C): 26,7 34.4 7,7

Ttoit max(°C): 35,1 62.2 27,2

Flux par la toiture

flux max (W/m² surface) 89 249 160

total flux journalier (Wh/m²surface) 949 2037 1 088

Prix de la climatisation due à la toiture

prix total journalier (vente)/m² surface23 0,57 F 1,22 F 0,7 F

Tableau 2. 4 - L'effet de l'écran- végétal sur la toiture et ses consequences

On constate une reduction significative des temperatures maximales atteintes, celles qui

à la fois nuisent à l'ambiance climatique, et poussent l'usager vers une climatisation artificielle

pas toujours indispensable.

230,6FFHT/kWh, valeurs EDF.


C'est peut être irréel... On ne recouvre pas facilement des toitures entières et ici on n'a

voulu étudier que les apports provenant de la surface en question. Les apports admis par les

murs abaisseraient les températures resultantes, mais pas l'importance des écarts.

D'ailleurs c'est là une justification du choix du cas climatisé (d'ailleurs très réel dans ce

climat humide): toutes les valeurs qui concernent le toit sont beaucoup moins sujettes aux

autres influences quand on climatise. Les écarts rencontrés sont respectables et, dans un calcul

sur une saison d'été de 90 jours/an, les chiffres des économies de flux deviennent vraiment

attractifs.

Si l'on analyse également la performance de la couverture végétale au fur et à mesure

de son développement naturel on observe des écarts significatifs à partir déjà de 20% de toiture

couverte et ceci même pour une maille végétale plus ouverte (τ = 0,84):

Bâtiment sans comble, toiture végétale à 16% d'opacité (τ = 0,84)

Pourcentage d'utilisation(beta) 0% 20% 50% 100%

alpha ext 0,90 0,56 0,56 0,56

epsilon ext 0,90 0,91 0,91 0,91

epsilon int 0,90 0,91 0,91 0,91

Tres max (°C): 30,5 30,3 29,9 29,2

Tres moyenne (°C): 23,6 23,5 23,4 23,2

dh d'inconfort journalier: 15,1 13,6 11,5 7,8

Tableau 2. 5 - L'effet de l'écran- végétal sur la toiture et ses consequences

Côté confort, en acceptant 27°C comme température de seuil de confort (Givoni), nous

présentons les résultats sous forme de températures résultantes maximales et moyennes et sous

forme de degrés-heures d'inconfort journalier, à l'intérieur de l'ambiance, pour le jour

représentatif étudié. Ces résultats sont importants pour deux raisons: d'abord parce qu'ils

montrent l'inconfort ressenti et deuxièmement, parce que c'est lui qui peut conduire à une

consommation superflue de climatisation. Comme ce que l’usager paye c’est l’inconfort, ce

que l’on cherche à travers l’optimisation des produits c’est à lui éviter d’avoir à installer une

climatisation, ou à en minimiser le temps d'utilisation et la puissance

On observe également des écarts semblables à ceux rapportés par la bibliographie (voir

comme exemple le tableau 2.3), ce qui nous a permis de croire à la pertinence relative du

modèle et à l'opportunité d'une telle utilisation du végétal dans le domaine de la climatisation

passive..

En revenant donc au but de la recherche - démarrer une évaluation des performances de

la végétation dans ses différentes modes d'utilisation, les valeurs nous démontrent qu'une

démarche scientifique se justifie, non seulement de la part des architectes mais aussi de la part

des tous ceux qui produisent et veulent maîtriser l'énergie et le milieu naturel.


2.5 La présentation du tableau de bord: la version papier et l'extension

informatisée.

On cherche dans tout tableau de bord à proposer un rapport entre les choix

architecturaux disponibles pendant la phase d'esquisse et la plage des conséquences thermiques

et aérauliques (voire lumineuses et acoustiques) constituant le résultat final probable. Ces choix

sont réunis selon la hiérarchie architecturale locale et la hiérarchie thermique pour le confort

d'été. La transposition de l'influence de tous les objets architecturaux du tableau de bord a été

faite à la même échelle, sous forme linéaire. Des colonnes d'icônes représentent les principaux

objets de la conception architecturale comptant pour la performance thermique d'un bâtiment.

Ces valeurs - dans la version papier - apportent une contribution à la note globale N

(obtenue par addition des scores de la phase d'esquisse) et permettent la comparaison à la

valeur idéale du tableau.

Dans une version informatique (sous tableur), de meilleurs calculs seraient faits

automatiquement et permettraient l'identification des choix d'esquisse les plus sensibles à la

thermique comme aux autres disciplines (acoustique, sécurité, etc.) et donc susceptibles

d'émettre des messages d'alerte.

5

Introduction

d'un attibut

particulier

(λ, κ, φ)(λ, κ, φ)(λ, κ, φ)(λ, κ, φ)

n = note par defaut

Verification de coherence avec le modèle( valeur hors limite ou pas)

Identification des adresses concernées

Remplacement des attributs standards

Reéxecution des formules

Affichage du nouveau score

Lecture

normale++ =

note globale = N

+ ... 26

Figure 2. 31 - Schéma alternatif de précision de choix de projet (dans une version

informatisée)

Dans un premier temps, l'utilisateur pourra toujours se servir d'une version papier, sur

carton, illustrée par la figure 1.14. Le tableau ayant été structuré en chapitres, l'utilisateur peut

obtenir, par simple lecture la position de son choix dans l'ensemble des choix possibles, ou

obtenir des sous-totaux et les comparer avec la note globale idéale affichée en haut.

Le deuxième niveau de lecture, avec la même présentation, mais sur tableur (disons

Excel de Microsoft), est prévu pour les cas où l'utilisateur possède déjà quelques certitudes de

plus sur son projet. Il pourra alors soit accéder à certains icônes et modifier, grâce à des

options qui lui seront offertes, les valeurs sensibles aux connaissances acquises; soit changer

d'icône, dans une liste qui défile sous ses yeux. Dans les deux cas, le tableur effectuera en

chaîne les différents changements, en remplaçant les chiffres utilisés par défaut, et en affichant

alors les nouvelles notes partielles et la nouvelle note globale, plus proche de la réalité.


Dans certains cas, des messages d'alarme le préviendront d'un éventuel conflit avec des

axiomes standards d'autres domaines (éclairage, acoustique, dégâts provoqués par l'excès

d'humidité, etc.).

En résumé, à titre d'exemple, la représentation physique d'une colonne COUVERTURE

dans le tableau de bord dans un Cadre théorique pourrait être réalisée comme suit:

2e niveau de "lecture" :

l'utilisateur posséde

quelques données en plus,

il a donc accés à un tableur

qui lui donnera des réponses

plus précises.

Niveau "caché"

listage et programmation

pour les deux situations,

résultats physiques associés

1e niveau de "lecture"

du tableau de bord:

des modèles employées

à chaque réponse offerte

V

Figure 2. 32 - Une décomposition possible du tableau de bord version informatisée pour

l'icône comble.

Sous la forme où le tableau de bord se présente aujourd'hui, il y a la préoccupation

d'une description pratique des icônes. L'idée est de permettre un calcul (et un re-calcul) aussi

vite que possible.

Ainsi, on a les icônes les plus importants (ceux du groupe principal) en haut, décrits

avec des légendes standardisées et réunis, si nécessaire, en sous-groupes. Les autres groupes

auxiliaires affichent des notes d'écart, correspondant à leur performance à l'intérieur du groupe

principal et sont visualisés plus en bas.

Tout en haut de cet ensemble, apparaissent des notes correspondant à la situation

extérieure. Il s'agit de:

1) la valeur des degrés-heures réalisés effectivement (obtenus par simulation);

2) la valeur idéale, fictive.

Ensuite les groupes apparaissent:


- le groupe principal, la couverture, qui contient les degrés-heures totaux des

variantes significatives.

- les groupes auxiliaires, les groupes "d'écart" qui traduisent les écarts possibles

selon d'autres choix effectués.

L'ensemble conduit à une note globale attendue, dans cette phase de conception,

concernant la qualité thermique d'été du projet.

Une exemple d'un tableau de bord peut être rencontré à la fin du Chapitre 3.


2.6 La notice de fabrication.

Dans la plupart des outils de simulation de confort des ambiances (pour ne pas parler

des outils et logiciels en général), qu'il s'agisse d'outils-papier ou d'outils informatisés, il y a

presque toujours une des trois absences suivantes, qui sont aussi importantes qu'étonnantes: les

hypothèses de base, les limites d'usage et même parfois, le mode d'emploi.

En général, en faisant une extension du diagnostic de Mme Galan sur l'usage des tables

de décision[IG73], cet état de fait s'ajoute à que l'enseignement de l'outil est par trop général.

Ainsi, l'utilisateur, ne voyant pas très bien comment l'utiliser, tâtonnera pour essayer de trouver

une solution, puis, bien souvent, pressé par le temps, n'obtenant pas des résultats satisfaisants,

il reprendra sa méthode personnelle qui le conduira au but - ou non - par des voies plus ou

moins rationnelles.

Ainsi, il s'agit dans notre cas, de ne pas oublier de fournir à l'utilisateur, outre le mode

d'emploi (ou la procédure d'usage), les hypothèses de base appliquées de la méthode (celles

décrites dans le chapitre 2.1), et de celles du logiciel utilisé (dans le cas du test réalisé dans ce

travail, il suffit de les reprendre du cahier scientifique de Casamo-Clim [MA90]). Ceci acquerra

encore de l'importance lors du développement de la version informatisée.

2.6.1 Règles pour la création de tableaux de bord.

Ce qu'on résume ici est destiné au responsable de la confection de tableaux et non à

l'usager. On pourrait l'appeler une notice d'usage de la méthode pour la confection des

tableaux24:

1) On vérifie si les hypothèses de base décrites sont compatibles avec le scénario visé;

2) On vérifie (et l'on modifie, si nécessaire) les limites établies pour les zones de

confort.

3) On définit, d'après la cible du tableau - une école, une maison, un bureau - une (ou

plusieurs) zone réelle que deviendra le scénario de référence. On en extrait des descriptions

pour les demandes faites dans les points suivants.

On choisit, d'après ce qui a été décrit dans les points précédents, des profils-typiques

pour la création d'un cas de référence d'un tableau de bord:

4) un profil-typique pour l'extérieur: un lieu géographique et une journée représentatifs

du scénario en étude. On vérifie si la journée qui représente des conditions de l'inconfort

extrême, est compatible avec l'occupation. Par exemple, pour une école, il ne faut pas compter

les mois de vacances. Ces choix se traduisent par l'adoption d'une latitude, des valeurs horaires

de l'ensoleillement et du rayonnement (et on vérifie s'il n'y a pas des phénomènes de masques

24On aimerait remarquer que la procédure exposée ci-dessus est commune à la version-papier et à la version

tableur. Comme le tableau de bord informatisé aura la même apparence que la version papier, il n'aura en plus

que des procédures spécifiques à l'usage des macros pour l'ouverture des options de modifications de certaines

valeurs. On propose que cette version soit faite avec le même tableur de gestion utilisé pour la confection du

tableau-papier, pour une bonne compatibilité.


lointains intervenant dans ces facteurs), de la température de l'air et de l'humidité relative; des

valeurs typiques de l'atténuation du rayonnement par l'atmosphère (dans le test le facteur de

Linke[MA90]) et de l'albédo des sols. On opte aussi pour un régime de vents, aussi varié que

les possibilités du logiciel de simulation: des directions principales de vents, avec des horaires

de changement et des valeurs de vitesse. On vérifie dans le logiciel choisi, s'il y a encore des

entrées climatiques à faire et on revient au scénario de référence pour y présenter les

informations.

5) un profil-typique pour l'enveloppe: on crée le bâtiment-type, issu de la typologie

architecturale rencontrée, modifiée de façon à pouvoir accepter une plage étendue de variantes

[comme illustration on crée une zone de ventilation (pour le débit d'air) indépendante des

ouvertures pour, si nécessaire, déconnecter les phénomènes de vitrages et du débit d'air (voir

Chapitre 3)]. Ce bâtiment se traduit par une forme volumique avec des éventuels auvents et

alentours définis (une autre ambiance, l'extérieur), des murs avec des revêtements, percés (ou

non) par des fenêtres et portes, en nombre et taille représentatifs du scénario, un plancher et

une couverture avec le nombre de pentes (s'il n'y a pas d'autre étage au-dessus) et le matériau

adéquates à la réalité.

6) un profil-typique pour les apports internes: on crée des occupants (nombre, activité

et vêtement) avec des dégagements calculés et distribués sur une période d'occupation, on

définit les paramètres du seuil de confort, et on vérifie, calcule et partage des autres apports

internes (de la lumière, des ordinateurs, des cuisinières, etc..).

7) Tout ceci défini, on choisit au mieux les paramètres d'implantation (orientation vers

le soleil et latitude) pour dégager au maximum dès le début les phénomènes liés au

microclimat. Pour une uniformité des résultats quant au débit, on le prend initialement minimal.

Ici, on remarque le début de l'utilisation du logiciel de simulation thermique de bâtiment choisi.

8) On fait une étude préalable de ce bâtiment et des variantes, celles-ci d'après l'usage et

d'après la bibliographie (climatisation artificielle optimisée ou climatisation naturelle). Des

exemples très mauvais, mais réels, et des innovations cohérentes avec la réalité sont les

bienvenus.

9) On décompose thermiquement le bâtiment pour dégager des valeurs des transferts

les plus importants et ainsi aboutir à définir des groupes initiaux et à trouver celui qui sera

considéré comme le groupe principal.

10) On reprend le logiciel pour effectuer la première simulation de définition du

bâtiment de référence. On a maintenant pour but de définir au niveau des conditions de confort

ce qui se passe au long de la partie occupée de la journée. On le fait aussi pour évaluer

l'ambiance extérieure standard et l'optimisée, appelée ici effective.

11) Selon les besoins de la méthode, des simulations des variantes seront faites pour la

création et la comparaison des éventuels degrés-heures d'inconfort avec ceux trouvés au

paragraphe 5. Ainsi on obtiendra des valeurs pour les icônes du groupe principal et des écarts

pour les icônes des groupes auxiliaires;


2.6.2 La création de tableurs de gestion

Pour aider à résolution des deux derniers paragraphes du chapitre 2.6.1 une série de

feuilles de calcul à été créée sur le logiciel Excel 5, de Microsoft:

- casamo26.xlm - c'est la macro qui prélève seulement les valeurs de température et de

l'humidité relative à l'ensemble des résultats des fichiers de sortie des simulations et les formate

pour le tableur de gestion. C'est une macro spécifique à ce logiciel et d'autres doivent être

créées selon le format offert par chacun.

- variante.xls - c'est un modèle de classeur, ou des feuilles de calcul sont préparés pour

recevoir les informations des variantes transposées par la macro précédente et permettre une

organisation des comparaisons de résultats.

- dhd'inc.xls - c'est un tableur qui calcule les dh d'inconfort journaliers et pour la

période d'occupation déclarée pour chaque ensemble quotidien de température et d'humidité

relative introduit.

- etudeext.xls - il s'agit d'un calcul spécifique de la température et des degrés-heures

effectifs extérieurs. Il part du résultat du passage par le tableur précédent (pour le calcul

traditionnel des degrés-heures).

- rec-jour.xls - ce tableur calcule une journée typique en régime périodique à partir des

données maximales et minimales de température de l'air et de l'humidité relative avec ses heures

d'occurrence. Il a été conçu, à partir de formules de la méthode Casamo[MA90], pour aider le

concepteur dans des régions ne disposant pas d'une mesure en continu.

Une copie de ces tableurs et une description de la macro peuvent être trouvés dans l'Annexe 4.

Applications 86

Chapitre 3: Applications; un tableau de bord dans le contexte

d'une ville ouvrière pour un milieu urbain dense tropical

"on ne peut parler de rationalisation

que si l'on contribue à enrichir l'existence"1

"menos um prego,

mais uma casa"2

Dans certaines régions, où le climat ne met pas en cause l'intégrité physique de l'individu, même s'il est responsable de son inconfort, il devient très difficile, dans l'état actuel des choses, de diffuser et faire intégrer les méthodes d'analyse thermique des bâtiments au processus millénaire de conception architecturale.

Et s'il est vrai que l'agression thermique en zone tropicale humide est très importante, dépassant souvent les limites des conditions de confort de jour et de nuit...il est d'autant plus vrai qu'un projet architectural, bien qu'adapté au climat dans lequel il s'insère, peut être techniquement mauvais, s'il ne prend pas en compte les autres objectifs à atteindre3.

L'idée de base exposée dans des chapitres précédents est de fournir des indices de confort (ou d'inconfort) pour chaque objet, indices indépendants mais pouvant être additionnés pour les différentes sources de surchauffe d'un bâtiment. Le but est de mettre sous les yeux de l'architecte plusieurs typologies constructives notées selon le confort qu'elles apportent dans le cadre de son projet4, une sorte de tableau de bord des principaux éléments du projet. Cela lui permettra de juger le rapport coût-bénéfice de chacune de ses décisions dans le domaine du confort thermique dès l'esquisse.

Pour tester la méthode on a voulu analyser le milieu-cible aux yeux de la philosophie exposée dans le préambule - c'est à dire évaluer la réalité et proposer des solutions non seulement optimales théoriquement, mais compatibles avec la vision locale du bâti.

On a donc créé un tableau de bord pour une maison typique ouvrière, d'une banlieue urbaine d'une grande ville, dans un climat tropical humide.

1de Walter Gropius, qui a aussi écrit que la définition de "rationnel" s'agissant de la construction de maisons

populaires, c'est littéralement "raisonnable" et que, dans ce terme, on doit surtout retrouver, au-delà des

exigences économiques, celles de l'ordre psychologique et social[WG72] 2... un clou de moins, une maison de plus. Slogan de la COHAB-GB (Coopérative pour l'Habitation Populaire,

departement de Guanabara, actuel département de Rio de Janeiro) à l'époque de la construction de la Cité

Kennedy[PC91]. 3on ne doit pas oublier, le but de la conception en architecture est la satisfation de tout un éventail de besoins,

qui vont des intérêts divers du client et des autres domaines de l'Ingénierie à la question de la dégradation de

notre environnement. 4Il y a, dans le travail architectural, une activité d'assemblage de composants ou d'ensembles de composants -

murs, vitrages, toitures, cloisons, assemblage fait dans chaque projet avec plusieurs autres critères que

l'obtention d'une température de confort.

Applications 87

3.1 Choix d'un cas représentatif: la "Vila5" Kennedy

Comme on l'a vu dans l'annexe 3 (le préambule historique) de notre recherche, des problèmes de logement apparaissent en général, à cause du grand flux migratoire existant vers les villes importantes, et sont résolus "en hâte" par les administrations locales, dans le souci plutôt de l'économie que du confort de l'habitant. Du coté de cet habitant, l'idée d'avoir n'importe quel toit pour sortir des rues, paraît formidable. Ce n'est qu'après un certain temps que les exigences changent. Alors il voudra aménager sa maison, soit pour recevoir un parent lointain, soit pour faire face au "dédoublement" de la famille. Il le fera selon ses connaissances (ou celles des voisins ouvriers). Le résultat, neuf fois sur dix, est lamentable du point de vue thermique (voire même économique).

Ainsi, nous élaborons notre tableau de bord à partir d'une sorte de HLM6 représentative, dans le Département de Rio de Janeiro (RJ) au Brésil. L'endroit choisi est la cité Kennedy, dans la municipalité de Senador Camará, RJ. Le choix se porte sur cette cité à cause du nombre de maisons bâties, de la réussite relative du projet (l'ensemble n'est pas devenu un bidonville ou un quartier dangereux) et à cause de l'existence de nombreuses études sur la période de réalisation du projet et sur l'état actuel, 30 ans après. L'avantage pour la recherche vient du fait que les maisons (et les idées initiales) ont été plusieurs fois modifiées, ce qui nous donne sur un même projet de base plusieurs variantes représentatives de la typologie economico-socio-culturelle. En outre, on a pu réaliser un travail de mesure sur terrain (comme préconisée dans la méthode décrite au chapitre 2), en faisant en 1994 des visites et des vérifications sur place, dont certaines conclusions se retrouvent dans le texte qui suit et l'ensemble dans [BK95].

3.1.1 L'inventaire: l'origine de la Cité Kennedy.

La cité Kennedy est une cité ouvrière bâtie par l'Etat au début des années soixante pour abriter un pourcentage important (80,2%) d'habitants déménagés des bidonvilles désaffectés de la ville de Rio de Janeiro. Il s'agissait d'un grand ouvrage: 5054 maisons, vendues au prix coûtant de la seule construction (US$ 63/m²) et non de l'ensemble bâtiment + parcelle.

En suivant d'autres chemins que les organismes français de l'après-guerre7, l'organisme responsable du projet, la COHAB (Coopérative pour l'Habitation Populaire), voulait apporter à chaque famille une habitation "digne", mais dans les limites de ses possibilités; pour cela le programme restreignait l'accès du projet aux familles percevant au moins 1 salaire minimum (SM), capables de faire face à une dépense de 120 prestations de 15% de cette valeur8, à l'époque US$68, soit un total équivalent pour l'achat de l'ensemble de US$ 1.220 (soit 18 fois le SM de l'époque). L'argent recueilli devait servir à de nouveaux projets, dans une boucle optimiste qui ne résista pas aux effets nocifs de l'inflation brésilienne9.

5"Vila" ici en brésilien correspond à la cité française, dans le sens d'un ensemble bâti au même temps et ayant

une même destination, tandis que la "villa" française se rapporte plutôt à l'idée d'une maison moderne de

plaisance, ou d'un pavillon[PR88]. Ainsi on a ici préféré utiliser le mot "cité" au lieu de la "Vila" original. 6plutôt une HVM, puisqu'il s'agit d'une politique de Vente et non de Loyer à prix modéré. 7Mais bien sur, sans les contraintes climatiques et psychologiques de cette époque... 8la philosophie a réussi. La situation de l'état de proprieté aujourd'hui est la suivante: 96% sont propriétaires,

2% locataires et 2% proprietaires en cours de financement. 9si en 1964 le rapport salaire minimum/ coût de 1 m² de construction était 1, en 1991 ce rapport avait rétréci à

0,42 et cela pour un salaire de US 85.[SG81]

Applications 88

3.1.2 La philosophie constructive, les projets initiaux, l'exécution.

La philosophie du projet visait à permette l'accession à un maximum d'habitations avec le maintien d'une dignité constructive. De plus, on a pris en compte la possibilité d'une évolution sociale de la famille, en prévoyant un agrandissement de la maison par les moyens propres des propriétaires, suivant une pratique millénaire. Cet ensemble de contraintes s'est traduit dans l'entendement de la COHAB par l'idée de créer un "noyau constructif " et de laisser au propriétaire le soin de l'agrandir10.

Pour ce faire, une recherche avait été développée sur les anciens bidonvilles désaffectés par l'observation des demeures (dimensions, nombre de pièces, distribution et usage par la famille), et des entretiens avec les habitants. Le résultat de la recherche a révélé, en termes architecturaux, que les demeures se construisaient en général autour d'une seule pièce, comprenant la cuisine (ou accolée à celle-ci) et une salle de bains complète (douche, évier et chasse d'eau) en dehors de la maison. L'évolution se faisait en étapes à partir d'un noyau initial, auquel s'ajoutaient des ambiances, de manière improvisée.

L'ensemble des principes adoptés comme philosophie - le moindre coût (conforme les budgets familiaux en question) associé à l'atteinte maximale des aspirations des usagers - débouche sur des directives strictes concernant l'optimisation économique de la construction, conduisant à leur tour à des plans d'architecture très simples pour les maisons. Ils sont conçus avec des prévisions d'extensions qui pouvaient être bâties avec un minimum d'altérations au projet original. Le profil de la maison de base est défini par une pièce, une cuisine et une salle de bains complète: c'est le noyau constructif du projet.

3,00 1,70

0,80 0,90

séjour10,12m²

cuisine2,55m²

s.b.1,26m²

Figure 3. 1 - Le plan du noyau constructif pour les maisons de la cité Kennedy.

En outre un principe important: le processus constructif devait être tel que les extensions et les modifications puissent se faire par des méthodes connues des usagers (et aisément assimilables par des parents ou des voisins novices en la matière) et avec des matériaux répandus dans la région[IA64].

10plus tard, en 1986, l'IPT développa la théorie que dès la conception du projet, on doit considérer que l'habitat

n'est pas un produit achevé, mais un processus d'altérations successives, et donc qu'une prise de parti pour une

construction en étape doit offrir des options suffisamment flexibles pour que chaque famille puisse l'adapter à

ses besoins spécifiques [IP88], ce qui renforce l'approche de la COHAB sur la question.

Applications 89

Au niveau de l'urbanisme, le terrain destiné à l'implantation de la Cité Kennedy mesurait 943 hectares, localisé à 36 km du centre ville de Rio de Janeiro. Sur 53% de la surface (valeur moyenne par zone) le projet implante 5.054 maisons pour 23.965 personnes, partagées en trois zones (les glèbes) distribuées sur les deux cotés d'une route nationale d'accès à Rio. Chaque zone reçoit, outre des services d'infrastructure urbaine des centres d'action communautaire (marché, police, poste de santé, pépinière pour la plantation initiale de l'ensemble et l'entretien, etc...).

1 glèbee

2 glèbee

3 glèbee

route nationale"Av. Brasil"

versRio

0 100 200 400m

Figure 3. 2 - L'urbanisme de l'implantation de la cité Kennedy.

En revenant à l'architecture, on se rend compte que le but était d'offrir aux gens des bidonvilles une expérience d'une maison ET d'un terrain autour, une parcelle de 8 sur 15 m, et pas seulement une maison. Et de plus, des projets d'extension selon leurs besoins et les disponibilités de chaque famille. De cette façon une typologie fut définie et sept types furent établis, de la maison simple au centre de terrain ou mitoyenne, deux ou trois pièces11, jusqu'à celle à étage avec un commerce (28m²) au rez-de-chaussée12. Pourtant, tous ces types furent conçus à partir du même noyau (voir figure 3.1).

En moyenne, les surfaces utilisées pour chaque pièce des sept types de maison sont:

11au Brésil, on a l'habitude de ne compter que les chambres pour caractériser le nombre des pièces d'une maison

ou d'un appartement; dans ce texte français, on a utilisé la nomenclature française, où l'on inclut la salle dans le

nombre total, mais on prend le soin d'en faire la remarque ici. 12Ce petit magasin répondait aux habitant qui possedaient dans des bidonvilles des "biroscas", des tout petits

magasins sur les ruelles, "pour tout vendre" y compris de la boisson. La seule difference à la cité Kennedy,

outre l'implantation et la qualité de la construction, a été l'entrée de l'habitat, qui ne se faisait plus par

l'intérieur du commerce, mais par un couloir indépendant.

Applications 90

- 10m² pour le séjour; 2,7m² pour les cuisines; 1,7m² pour la salle de bains; 4m² pour la(les) chambre(s).

La forme du plan génère des toitures à deux pentes en tuile de terre cuite, avec un nombre minimal d'arêtes, dans un but d'économie, mais qui répond très bien au niveau thermique (peut être le hasard, peut être la sagesse populaire d'antan...).

Les chantiers de construction ont employé des procédures optimisantes et évité le gaspillage; six processus différents d'exécution furent testés en vraie grandeur sur le site (du conventionnel au préfabriqué, en passant par la construction en bois), ensuite le tout a été soumis à l'analyse et à l'approbation par l'ensemble de la population et finalement le processus traditionnel a été retenu. Il était plus rapide à exécuter, l'acquis étant déjà fait, et aussi il était le plus accepté par une population pour qui la "vraie maison est en brique avec des toits en tuile de terre cuite"[PC91].

Sa description est la suivante:

- fondations: radier

- murs : brique creuse

- couverture: tuile en terre cuite, 'coloniale'' ou parfois 'marseillaise'

- revêtement: enduit de ciment

- plancher: surface en ciment imperméable, sur couche de mise à niveau en ciment et sable, sur la dalle de la fondation.

3.1.3 Les modifications apportées au projet originel.

Cent pour cent des maisons ont été soumises à des modifications. Quelques unes même en sont à leur septième rénovation. Dans toute la ville, la recherche n'a pu trouver que deux maisons (sur les 5.000 bâties) demeurées dans l'état originel. Même en mauvais état, ces maisons restent utilisables, c'est à dire qu'elles ont su résister au passage des ans, témoignant de la réussite du choix des matériaux et du projet du noyau constructif. Le graphique 3.1 suivant illustre les modifications apportées selon l'ordre des restaurations.

La plupart des modifications ont eu lieu sans recours aux projets d'extension prévus, très souvent d'une manière désordonnée, ce qui aboutit à des espaces perdus et des plans complexes. 98% des maisons ont vu leur surface horizontale augmenter, et malheureusement pour le confort d'été, le terrain planté a été remplacé par une cour de dalles horizontales, qui offrait outre un remplaçant au "quintal" traditionnel, une préparation pour une future augmentation. Alors que 100% des couvertures avaient deux pentes de tuiles en terre cuite sur un plafond en bois, 84% des maisons aujourd'hui sont couvertes en dalle horizontale13[PC91].

13Peut être aussi faute d'une transformation dans la formation des ouvriers (des employés dans le secteur

bâtiment, qui a connu un dévéloppement important dans le domaine des gratte-ciel. Le statut d'un proprietaire

d'une maison avec une dalle est en tout cas consideré comme beaucoup plus élévé que de celui qui n'en a pas.

Applications 91

7ème

5èmè

3ème

1er

l'ordre des modifications

plancher

murs

revêtement

amenagement int.

dalle

ampl.vertical

ampl.horizontal

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Figure 3. 3- L'ordre de modification de projet de maisons à l'intérieur de la cité

Kennedy (valeurs en pourcentage par composant du projet)[PC91].

D'après des recherches effectuées, et en considérant le temps parcouru, l'état des maisons et les témoignages de ses habitants, il semble valable de considérer la Cité Kennedy comme une cité stable, où les sens de modification sont déjà établis, en fonction du caractère des habitants. Ainsi, ces modifications représentent des choix représentatifs pour l'univers à étudier.

On remarque sur la figure ci-dessus qu'une fois le programme de la maison établi (autour de la 2e modification), l'agrandissement de la maison se fait par construction à l'étage. Cependant, à partir des chiffres, on déduit que cet agrandissement, se fait d'une façon désordonnée, avec du gaspillage d'espace et de matériau. Seulement 22% du total des maisons originelles ont subi des agrandissements verticaux, pour un chiffre de 84% qui ont remplacé le terrain libre et la toiture initiale (en tuile en terre cuite, sur un plafond) par l'usage de la dalle pleine ou mixte. Celle-ci semble représenter, outre le miroir du bâti des grandes villes proches (comme on le voit sur la Figure 3. 4 ci-après), le désir d'avoir une maison d'aspect "plus riche" et aussi de la préparer à l'avenir, pour un nouvel étage. Malheureusement le prix thermique à payer - qu'il s'agisse du confort pour les maisons ordinaires ou du kWh pour celles équipés des climatiseurs d'occasion - devient élevé et n'est connu (et parfois encore mal compris) qu'une fois l'oeuvre achevée.

Applications 92

3.2 La création du profil typique.

Cette partie correspond aux points 4,5 et 6 de la notice de fabrication (voir chapitre 2.6.1).

3.2.1 Le climat

La région de la Cité Kennedy se développe autour de la latitude 22°50'S et de la longitude 43°20'O, dans une plaine à l'intérieur de la Baie de Guanabara. Les données de température et d'humidité relative peuvent être obtenues à la station météorologique du Galeão, et indiquent des valeurs annuelles de 24,9°C et 74% HR. Entourée d'une chaîne montagneuse au Nord et au Sud (dans la direction de l'Océan Atlantique), la région est soumise aux effets secondaires d'îlot thermique qui ont lieu à Nilópolis.

43°30W

Ville avec plus de 1.000.000 hab.Ville entre 500.000 et 1.000.000 hab.Altitude entre 200 et 1.000m

23°S

OCÉAN ATLANTIQUE

RRRRIIIIOOOO DDDDEEEE

JJJJAAAANNNNEEEEIIIIRRRROOOO

CCCC ....KKKK ....---- Cité Kennedy

0 10 20 km

BAIE DE

GUANABARA

BR-101 - Route Nationale "Av. Brasil"

CCCC....KKKK ....

Figure 3. 4 - Localisation de la Cité Kennedy, sur une carte régionale [GP94].

En hiver la région ne présente pas un climat défavorable au confort, comme l'illustrent les chiffres ci-dessous d'une année considérée comme classique:

JUILLET 1986 minimal maximal moyenne extrême min. extrême max.

Température 17,9 27,6 21,8 15,0 35,0

Humidité relative 52,2 94,4 73,3 27,7 99,8

Tableau 3. 1- données climatiques d'hiver pour la région de la Cité Kennedy

Pour une étude du confort, d'après les observations sur le terrain - que l'on décrira plus loin et d'après la station météorologique, le mois le plus désagréable (puisqu'il réunit des taux

Applications 93

élevés d'humidité et de température) est celui de février, en période d'été, dont les valeurs caractéristiques sont résumées ci-dessous:

Valeurs typiques pour le mois de février; période d'observation: 1989-1990[BK90]

Phénomène Valeur maximale Valeur minimale

Température de l'air 34,7°C, à 16:00h 25,1°C, à 5:00h

Humidité relative 92,1%, à 4:00h 53%, à 15:00h

Régime de vent principal 5,1 m/s à 150°SE (jour) 2,6 m/s à 300°NO (nuit)

Albédo standard du sol 0,3 0,2

Tableau 3. 1 - Valeurs climatiques recueillies pour la zone de la Cité Kennedy.

3.2.2 L'occupation

Selon les témoignages recueillis d'une façon informelle auprès des membres de l'association des résidents, la plupart des habitants sont encore ceux qui furent déplacés des bidonvilles au début du projet (80,8%), dont une bonne partie travaille dans des usines qui se sont installées le long de la route nationale qui dessert la région, ou bien dans les régions proches. Néanmoins, une partie importante des adultes (48%)[PC91] déclare passer environ deux heures dans le transport journalier.

Par enquête14, on a retenu trois profils principaux:

- celui de la femme que reste à la maison toute la journée, sauf dans la période matinale pour les courses, qui ne semble pas être le profil dominant;

- celui du couple qui part tôt le matin, en laissant ses enfants soit à la maison jusqu'à l'heure de l'école, soit chez une voisine appartenant au profil précédent;

- celui des enfants mi-temps à l'école, l'autre mi-temps dans les rues, à la maison ou chez quelqu'un du premier profil.

3.2.3 La validation de la démarche- le confort d'été constaté sur le terrain

Pendant l'année 1994, on a fait une recherche de terrain à la Cité Kennedy. Le but, outre contrôler par le témoignage des habitants les données rencontrées dans la bibliographie, était d'effectuer des mesures qui, si elles n'ont pas pu être utilisées, car en nombre limité, pouvaient illustrer, sur un ensemble architectural connu et correspondant au modèle développé, les résultats des choix architecturaux effectués par rapport à la réalité extérieure.

On part du principe qu'un édifice, construit pour abriter des personnes, crée par soi-même un microclimat ayant un rapport avec le climat ambiant (on ne doit même pas mépriser ce rapport même pour le cas d'un bâtiment climatisé, compte tenu des interactions continues qui existent entre l'extérieur et l'intérieur).

On admet par la suite que, presque toujours, les seuls éléments climatiques accessibles au concepteur sur ce "microclimat" sont ceux disponibles à la station météorologique la plus proche.

14D'une façon pas entièrement réprésentative, puisque il n'y avait pas une équipe de recherche, mais seulement

deux personnes a poser des questions

Applications 94

On sait qu'un concepteur - architecte ou ouvrier - conçoit en climat chaud aussi (voire surtout) en fonction de certaines contraintes non-climatiques, décrites dans la recherche comme choix externes du projet.

Toutes ces sensibilités - microclimat, choix thermiques, choix externes - sont représentés dans le tableau de bord.

On a donc installé, pendant le mois de février 94, des instruments de mesure à l'extérieur et à l'intérieur de certaines maisons dans la glèbe n° 1 (voir figure 3.2)[BK95]. Il s'agissait d'un ensemble de mesure de température et d'humidité relative, constitué de 2 boîtiers de mesure de température et humidité "HOTDOG DH1" plus une interface P.C. avec le logiciel de lecture, fabriqué par Bioblock Scientific.

Comme illustration, on décrit ce qui se passe à l'intérieur d'une chambre à coucher, située à l'étage d'une maison typique, - (une maison type D comme on voit au chapitre 3.1.2), soumise à un agrandissement horizontal et vertical, avec le remplacement du toit originel par une dalle pleine revêtue en béton bitumé. Le premier capteur a été installé à l'extérieur et à l'ombre, représentant ce qu'on pourrait faire de mieux sur le terrain. L'endroit choisi était le milieu du feuillage d'un manguier cultivé (Mangifera Indica L.), dans un petit jardin à 50 mètres de la maison où l'on a installé le deuxième. Le deuxième capteur était placé à l'intérieur de la pièce, à l'étage, dans la chambre à coucher de 60m3 (2,70m de hauteur), sur un armoire, à 2,40m du plancher et à 0,40 m sous le toit en dalle pleine (épaisseur = 0,08m). La figure ci-après montre la localisation des deux modules.

Figure 3. 5 Localisation du premier ensemble de mesure à la Cité Kennedy.

Applications 95

Les capteurs ont enregistré les températures à cet endroit pendant une semaine (du 5 au 13). Malheureusement pour la représentativité de l'échantillon, on eu deux problèmes:

- ce mois de février fut le plus chaud du siècle, et présenta, selon les études du Prof Ana Maria Brandão, du Centre de Climatologie de l'Université Fédérale de Rio de Janeiro une moyenne des températures maximales entre le premier et le 24e jour, de 37,6°C (avec 3 jours à 40°C), la valeur la plus élevée depuis 1901.

- le capteur intérieur a du être placé trop proche du plafond, sur une armoire, pour ne pas déranger les usagers de la pièce.

La figure 3.7 présente par exemple ce que les deux capteurs ont mesuré le 8 février:

51, rue Senegal - la chambre le 8/02/94

25

30

35

40

45

50

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 h

°C

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% HR

Tcc ext Tcc int T ext

T int

HR ext HR int

T max jour (°C)

T max occ. (°C)

T min jour(°C)

T min occ(°C)

dh jour

dh occ.

EXTERIEUR 37,74 (16h)

35,50 (18h)

26,44 (06 h)

26,44 (06 h)

106 40

INTERIEUR 46,74 (19h)

46,74 (19h)

30,64 (9h)

32,14 (6h)

239 154

ECART 9 11 4 6 133 114

Figure 3. 6- La journée d'été du 8 février 1994 au 51, rue Senegal, à la Cité Kennedy

Une analyse préalable pour une période d'occupation nocturne typique de 18 h jusqu'à 6h du matin (suivant aussi le profil qui sera adopté pour le tableau de bord), nous donne quelques résultats significatifs:

- la plupart du temps, la température extérieure reste au dessus des limites acceptables dans les études de confort (voir chapitre 1 et annexe 12) et fréquemment au-dessus des plages considérées admissibles même pour les taches les plus légères;

Applications 96

51, rue Senegal - la chambre le 8/02/94

25

30

35

40

45

50

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23h

°C

Tcc ext

Tcc int

T ext

T int

Figure 3. 7- l'intérieur de la chambre.

- l'intérieur de la chambre, même en tenant en compte d'un probable accroissement de température dû à l'emplacement du capteur, n'offre jamais, pendant la journée, des conditions minimales de confort;

- l'écart des degrés heures d'inconfort entre l'extérieur et l'intérieur démontre comment, sur un scénario extérieur déjà difficile, un bâtiment (c'est à dire un ensemble de choix architecturaux), peut encore aggraver les conditions climatiques:

0

5

10

15

20

25

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

dh d'inc

dh d'inc occ ext

dh d'inc occ. int

Figure 3. 8- les dh d'inconfort à l'extérieur et à l'intérieur de la chambre.

Le témoignage des habitants a ratifié nos premières conclusions: les soirs d'été, ils commencent à dormir au rez-de-chaussée, et vers 2 heures du matin ils se lèvent, prennent une douche et passent dans la chambre à coucher pour finir leur sommeil. Pendant ce temps, des climatiseurs de fenêtre (qu'ils n'ont pas fait marcher pendant nos mesures), essaient de refroidir un peu l'ambiance.

Applications 97

3.3 Le cas de référence ou le prototype de base de l'étude

Nous avons établi un univers constructif représentatif à partir d'une typologie architecturale plus étendue du profil d'occupation visé (voir [CK90] e [ST90]) et nous l'avons complétée par une recherche sur le terrain dans le milieu de la Cité Kennedy.

La recherche a commencé par comparer le noyau constructif proposé (celui de la figure 3.1) aux ambiances des divers types de maisons bâties dans la cité Kennedy. Le but était de dégager ce qu'il y avait de commun entre elles pour bâtir un module servant à la simulation d'un grand nombre de modifications du projet. Le résultat nous a conduit au plan de base de la figure suivante:

Fa ç ad e Sud

6 ,00

0,7 5 0, 2 5 4 , 00 0,2 5

5 ,0 0

0,7 5 0,2 5 3 ,00 0,2 5

4,0 0 x 0 ,2 0

4,0 0 x 0 ,2 0

1,2 0 x 1 ,2 0

0,9 0 x 2,1 0

N

P la n

p la fo n d

Cou pe tra n s v er sa le

de t .1

l 'a xe p ou r le c ha ng em en t d e s

0 , 90

3,3 0 3 , 00

D é ta il 1

0 ,8 0

0 ,2 0

0 ,2 0

m o ust i qu ai re

st ore ven it i en

Figure 3. 9 - Le plan de base du bâtiment-type

Il s'agit d'un module de 36 m³, établi sur un plan qui répond aux proportions standards des maisons à ambiance unique, comme de chambres à coucher habituelle (Voir annexe 5). On a ajouté deux stores vénitiens tout en haut de la pièce, opposés, pour permettre des variations de débit d'air autant dans le comble que dans la pièce. En outre, on a garanti une ligne de changement pour les toitures (dans le détail 1 de la Figure 3.9). Il s'agit d'une astuce pour fixer la zone de comble et la séparer des effets de changement de la géométrie du toit.

3.3.1 Valeurs admises pour les zones fixes du tableau de bord: le jour-

typique, l'occupation,...

Compte tenu de l'usage résidentiel du cas de base et en tenant compte des recherches sur les heures d'occupation dans l'habitat, on a donc privilégié l'occupation en fin de journée et début de matinée, en prévoyant un nombre de 2 personnes, par rapport à la taille de la maison et non pas en fonction de la réalité de ce genre d'occupation urbaine brésilienne.

Pourcentage d'utilisation Occupation (2 pers.) Eclairage (100W) Appareils ménagers (50W)

50% 18 et 19h 5 et 6h; 18 et 22 ∅

100% 1 à 7h et 20 à 24h 19 à 21h 5 et 6h; 18 à 21h

Applications 98

Tableau 3. 2 - Répartition des apports internes dans cas de base

3.3.2 Détermination de la valeur du seuil de confort retenu.

La valeur de la température de seuil de confort retenue a été extraite du chapitre 2.1.2, c'est à dire issue de la recherche de l'IPT, avec correction, s'il y a lieu, des effets de la vitesse de vent sur le confort ressenti.

Le tableau suivant les décrit:

1) Choix du seuil de température (vair = 0 m/s) selon l'humidité

extérieure registrée

Te/HR* <45% 45%-60% >60%

> 30°C 29°C 27°C 27°C * - pour le mois le plus chaud:

30° >Te >28°C _ 27°C 27°C Te - température extérieure moyenne des maximales

< 28°C _ 26°C 26°C HR- l'humidité relative extérieure moyenne des minimales.

2) Correction des seuils précédents selon la vitesse de l'air attendue:

Température de seuil de confort (Tseuil conf)

0

m/s

0.06 m/s

0.13 m/s

0.50 m/s

0.80 m/s

1.00 m/s

1.50 m/s

2.00 m/s

3.00 m/s

26 26 27 29 30 30 31 31 32

27 27 28 30 31 31 32 32 33

28 28 29 31 32 32 33 33 34

29 29 30 32 33 33 34 34 35

Tableau 3. 3 - Valeurs de température de seuil de confort d'été, en degrés Celsius.

Pour la plupart des groupes, la valeur de la température est retenue d'après les valeurs affichées dans la partie n°1 du tableau ci-dessus, à partir des résultats obtenus pour l'humidité du projet simulé.

Pour le groupe du débit d'air, cette température sera ensuite corrigée selon la table n°2, s'il existe un renouvellement d'air importante, traduite dans la table par des valeurs de vitesse de l'air à l'intérieur de la pièce..

Applications 99

3.4 Les limites de l'application de la méthode à la Cité Kennedy.

Le chapitre 2.6 suggère que les règles et les limites d'application de la méthode soient déclarées à chaque fois.

Ici, nous avons procédé à quatre grandes simplifications:

- la première simplification, générale, concerne l'hypothèse d'une indépendance entre les divers modes de transfert thermique dans un bâtiment, indépendance qui n'existe pas toujours mais qui est cohérente avec le travail de l'architecte. Cette indépendance réduit les options sur des composants connus (ou innovants). L'erreur commise en supposant l'indépendance est évaluée par des simulations numériques.

- la deuxième est qu'on fait référence à un profil climatique particulier, le nocturne et à un bâtiment-type, représentatif d'un milieu socioculturel, et que l'on caractérise comme une seule ambiance, ce qui peut être faux.

- la troisième est l'absence, dans un premier temps, de l'influence (qui est souvent faible) du microclimat et des effets de l'orientation. En effet, pour des régions peu urbanisées et ayant un relief venté (pentes raides, bord de la mer,...), il y aurait nécessité d'une correction des notes affichées, mais elle irait dans le bon sens (meilleur confort d'été que calculé).

- la quatrième concerne l'homme, usager du bâtiment. Comme dans toutes les études de confort, on considère l'Homme de Givoni, avec des caractéristiques et des puissances d'échange de chaleur typiques. On se donne des profils d'occupation-types, déterminants en fait dans les évaluations que nous allons faire. On a pris le parti de ne prendre qu'une seule valeur pour la température de seuil d'inconfort, même si la période d'occupation comprend la nuit; ceci, pour maintenir une cohérence avec les données statistiques utilisées15.

15La valeur décrite par Givoni pour la période nocturne, transcrite dans le chapitre 2, ne correspond pas

forcément aux profils des usagers étudiés quand de la méthode IPT ici utilisé et ceux de la Cité Kennedy.

Applications 100

3.5 Application de la méthode: définition des zones initiales du tableau

Pour appliquer la méthode décrite dans le chapitre 2.1, on a décomposé les principaux modes d'échange thermique de la maison -type:

Figure 3. 10

Comme chaque mode de transfert porte plus particulièrement sur certains objets architecturaux, pour savoir dans quel ordre aborder la production de notes de confort, on crée, par le biais de la littérature et de la simulation numérique, une hiérarchie d'influence entre ces transferts, et l'on examine la possibilité de les associer pour la création de groupes d'objets architecturaux cohérents du double point de vue de la Thermique et du processus de la conception.

Tout cela dépend des contraintes de forme et de volume, extraites de l'univers rencontré à la Cité Kennedy16.

Ensuite, pour la conception du cas de base, on a étudié l'implantation du bâtiment au mieux. On a fixé l'effet de l'orientation par rapport au soleil et au vent par le biais de la simulation du bâtiment-type avec du fibrociment en deux pentes, favorisant à la fois l'orientation Nord-Sud et l'optimisation de la ventilation (l'orientation 30°NO-SE). Les résultats n'étant pas significatifs (voir tableau ci-joint), on a fait le choix pour la protection solaire.

Plan du bâtiment Résultats de simulations N

60°

30°

vent nuit =

2.6 m/s

vent jour = 5,1 m/s

Orientation N-S:

Température moyenne d'occupation: 29,53°C

Température résultante maximale: 34,80°C à 18:00h

Orientation 30°NO-SE:

Température moyenne d'occupation: 29,59°C

Température résultante maximale: 34,90°C à 18:00h

Tableau 3. 4 - Résultats de l'analyse de l'effet de l'orientation du bâtiment par rapport

au soleil et au vent.

16où presque 100% des cas tombent sur des figures géométriques classiques de bâtiment.

3

φ 1= transferts par la toiture

φ2= transferts par les murs

φ3= transferts par le plancher

φ4= transferts par le vitrage

φ5= transferts par le débit d'air

1

2

4 5

Applications 101

Compte tenu la position de l'ambiance la plus exposée - le dernier ou le seul étage - la littérature et des simulations numériques nous indiquent d'abord que la toiture est le grand responsable des apports et doit donc être l'objet du groupe principal d'icônes.

Ensuite nous traitons deux sous-groupes importants: les murs verticaux extérieurs (et la partie vitrée des fenêtres) et le débit d'air admis. Les transferts par le plancher ne sont importants que dans des conditions très spéciales (h du plancher = 1,00 sur un terrain dégagé, selon CSTB[CS92]), et on donc a négligé ici leur influence spécifique.

On arrive au total à 3 grands groupes au moins: la couverture, l'enveloppe verticale (les murs) et la perméabilité (ou les ouvertures), responsable du débit d'air.

Figure 3. 11 - Les zones définies pour le tableau de bord en étude

En pratique, dans le cas étudié, nous verrons aussi que l'existence de volets fait que les vitrages ne jouent pas leur rôle de capteur solaire et que les murs opaques soient ciblés pour ce transfert vertical.

L'autre groupe important qui apparaît - le débit d'air - est présenté ici plus comme une information apportée à l'architecte qu'à cause de l'importance des écarts de notes. Simulés au début avec un taux de renouvellement d'air raisonnable de 35 vol/h, les variantes ont eu après ce taux changé vers 1 vol/h. En effet, comme on a décrit dans le chapitre 3, pour la situation étudiée, urbaine, le taux de renouvellement d'air dans un bâtiment reste toujours très faible et devient encore moindre avec les soucis de privacité et de sécurité qu'on retrouve sur place. Resterait peut être à étudier sur ce sujet, l'effet de la stratification de l'air et son éventuel avantage (augmenter la hauteur des ambiances en laissant la strate d'air la plus chaude en dehors de la couche "occupée") par rapport à une augmentation du coût, puisqu'on considère qu'ici il n'y a pas d'effet de stratification d'air, à cause de la hauteur limitée de la construction.

Applications 102

3.6 Etude des groupes

3.6.1. Etude des objets du groupe principal, la couverture

Le cas de base étant un bâtiment simple, la plupart des apports tombent sur la couverture. Donc, on a d'abord fait varier ses caractéristiques (des variantes de couverture que l'on trouve sur place et que la littérature préconise), après avoir placé au mieux le bâtiment (soleil et vent), toutes autres choses étant égales par ailleurs.

3.6.1.1 Cas considérés

Les couvertures choisies appartiennent au domaine standard rencontré dans la région de l'étude, et ont été ensuite comparées à celles issues d'une étude préalable [CK90] sur le sujet. Pour une bonne comparaison des résultats, on a utilisé un toit à quatre pentes pour les toitures légères, et à une seule pente, horizontale, pour les dalles.

Dans un premier temps, les couvertures sont simulées avec des caractéristiques

standards décrites par les laboratoires locaux, surtout l'IPT [IP88] après comparaison aux valeurs existantes dans la littérature (facteurs d'absorption solaire et caractéristiques physiques des matériaux décrits dans l'annexe 5).

Il s'agit de l'emploi de trois types de couvertures légères et d'un type de dalle:

- la tuile "coloniale" en terre cuite en trois teintes,

- la plaque de fibrociment et la tôle métallique (même si elle est beaucoup moins répandue), les deux en clair, gris et gris vieilli,

- la dalle pleine, isolée ou non, cette fois en quatre couleurs: les précédentes plus le revêtement bitumé, à cause de la constatation sur place d'une utilisation fréquente.

Pour répondre à l'usage et aux règles de la climatisation naturelle, le tout a été simulé avec trois situations de comble: inexistant, fermé et ventilé. Le reste de la maison essaye de correspondre à la construction standard améliorée dans l'optique du confort d'été, suivant le plan présenté sur la figure 3.9, avec un plafond en bois, un plancher en dalle de béton et des murs en briques creuses revêtus d'enduit blanc des deux cotés.

On a obtenu une population de 51 cas avec à chaque fois la note absolue d'inconfort c'est à dire la somme journalière des écarts de la température résultante à l'intérieur par rapport aux seuils de confort adoptés (la température de 27°C, corrigée à chaque heure par l'humidité résultante, de chaque variante).

Faudrait-il rappeler que pour être accepté, chaque tableau doit être à la fois représentatif d'un milieu culturel ET simple à consulter. Or, les premiers résultats nous conduisaient à un nombre excessif d'objets à insérer dans le groupe couverture du tableau de bord.

On a donc eu besoin de procéder à des essais d'identification et de hiérarchisation des sources de chaleur, par procédé, par composant ou ensemble de composant, afin de présenter les objets sous ces formes, et ainsi réduire leur nombre.

Applications 103

3.6.1.2 Résultats bruts initiaux

Couverture Note d'inconfort N° variante

tuile terre cuite sans comble claire 22,04 24

rouge 23,61 25

rouge fonce 23,82 26

comble fermé claire 22,04 1

rouge 23,64 2


comble ventilé claire 26,06 3

rouge 27,59 4


fibrocement sans comble claire 37,21 29

grise 37,21 5

grise veillie 37,21 6


grise 32,55 7



grise 33,18 9


tôle métallique sans comble claire 37,21 32

grise 37,21 33



grise 33,75 36



grise 34,56 39


cont. ⇒

Applications 104

Couverture Note d'inconfort N° variante

dalle pleine sans comble claire 34,83 41

grise 38,07 42

gris vieillie 41,31 11

bitumée 44,54 12


grise 36,65 44


bitumée 37,84 46


grise 35,96 48


bitumée 36,86 14

dalle p. isolée. sans comble claire 32,36 49

grise 33,51 50


bitumée 35,82 16


grise 35,70 52


bitumée 36,31 54


grise 35,36 56


bitumée 35,63 18

Tableau 3. 5 - Les 51 cas de figure obtenus pour l'étude de la couverture

3.6.1.3 Essai de simplification des choix.

Vu le nombre excessif de types de couvertures, on a donc ensuite essayé une autre interprétation des variantes simulées qui autoriserait une réduction des alternatives, par exemple une séparation entre les trois choix. Le but était de savoir quelle pourrait être l'entité indépendante la plus significative (le matériau tout seul, le matériau + le procédé adjoint, un ensemble de matériaux + procédés) qui s'adapterait aux besoins thermiques et architecturaux.

Dans nos variantes, trois paramètres interviennent dans la modélisation architecturale et le calcul de l'efficacité thermique: la couleur du revêtement extérieur, l'existence et la

Applications 105

ventilation d'un comble et le type de matériau utilisé, et toute la combinatoire parait envisageable.

Comme les couvertures possédaient des couleurs différentes, celles-ci ont été simulées

avec des valeurs égales de ε (emissivité) et de α (absorption) selon la teinte, pour une bonne

comparaison des résultats entre des matériaux différents. Ainsi, par exemple, la valeur α= 0,3

correspond autant à une teinte claire de tuile coloniale qu'au gris clair des tôles et des dalles.

Cela dit, si l'on arrivait à dégager des résultats pour chacun des phénomènes (montrant une influence constante sur les variantes), on pourrait les re-écrire comme des nouveaux objets architecturaux.

Pour ce faire, on a d'abord ré-arrangé les résultats par élément architectural:

- le comble, en laissant les mêmes matériaux et les mêmes couleurs;

- la couleur, les combles et les matériaux étant constante;

- le matériau, pour des types de comble et de couleurs inchangés.

On a observé les écarts et ceux-ci, malheureusement,( comme on peut l'observer sur les tableaux 13.1, 13.2 et 13.3 dans l'annexe 13), ne montrent pas d'homogénéité.

C'est ce qui nous a conduit à une autre tentative de hiérarchisation des degrés-heures d'inconfort obtenus: en les comparant à la moyenne dans chaque groupe de paramètres. Il s'agit de retrouver les dh d'inconfort moyen par catégorie - matériau, couleur et type de comble et ensuite d'étudier les écarts obtenus par rapport à cette valeur moyenne.

Même si les résultats (affichés dans le tableau 13.4 de l'annexe 13), semblent donner l'ordre suivant d'importance: matériau, comble et couleur, nous n'avons pas réussi à séparer vraiment les phénomènes. Ainsi on ne peut pas considérer ces éléments comme remplaçants de l'objet originel (l'ensemble comble, matériau, couleur extérieur).

3.6.1.4 Choix final

Comme les résultats des analyses ne montrent pas une indépendance suffisante des facteurs thermiques étudiés, l'icône proposé pour la couverture doit rester un icône complexe, provenant de l'étude typologique architecturale. Il est défini par l'ensemble d'une couleur extérieure, associée à un matériau de toiture, à l'existence d'un comble et à l'existence d'un écran plafond.

Ceci nous amène à la sélection finale des icônes dans la réalité de l'univers étudié.

Comme la réduction des 51 cas du début n'a pas pu être faite par une méthode thermique, on l'a faite faire par l'autre groupe de professionnels concerné: les architectes. Cette partie de l'étude s'est donc faite en commun avec un ensemble représentatif d'architectes (dans ce cas-ci le choix a été fait à partir des observations faites à la Vila Kennedy ([PC81] et [BK95]).

On gardé les cas jugés les plus intéressants pour les faire figurer dans le groupe du tableau, les plus répandus, et surtout ceux qui ont une mauvaise efficacité et on ajoute quelques suggestions d'amélioration.

Applications 106

La nouvelle liste des cas de figure, adaptée à la situation étudiée est:

Couverture N° variante retenue

tuile terre cuite sans comble rouge 25

comble fermé rouge 2

comble ventilé rouge 4

fibrocement sans comble claire 29

grise veillie 6

comble fermé claire 30

grise veillie 8

comble ventilé claire 31

grise veillie 10

tôle métallique sans comble grise 33

comble fermé grise 36

comble ventilé grise 39

dalle pleine sans comble grise 42

bitumée 12


bitumée 46


bitumée 14

dalle pleine isolée sans comble grise 50



Tableau 3. 6 - Les cas choisis pour le tableau de bord étudié

Une fois le groupe de couverture défini, on a les dh d'inconfort de base du tableau de bord.

On le complète ultérieurement par l'étude des influences des autres groupes. L'idée est de traduire ces influences par des additions (ou des soustractions) faites sur les dhs lus dans l'icône de couverture choisi. Le résultat, la performance attendue du projet, pourra être comparé aux dhs naturels, ce qui permettra une première évaluation de la qualité thermique globale attendue.

Applications 107

Dans notre cas, compte tenu la situation urbaine considérée et selon les informations apportées par les chapitres 1.2.1 et 1.3.3 et détaillées dans l'étude du groupe du débit d'air, chapitre 3.6.5, les projets ont été re-simulés pour un débit minimal et les chiffres pour le dh d'inconfort sont les suivants17:

N° variante

Couverture Note

d'inconfort

25 tuile terre cuite sans comble rouge 21,19

2 comble fermé rouge 21,20

4 comble ventilé rouge 23,39

29 fibrocement sans comble claire 33,57

6 grise veillie 33,57

30 comble fermé claire 29,38


31 comble ventilé claire 30,71


33 tôle métallique sans comble grise 33,57

36 comble fermé grise 30,87

39 comble ventilé grise 31,28

42 dalle pleine sans comble grise 39,99

12 bitumée 44,64


46 bitumée 37,37


14 bitumée 36,41

50 dalle pleine isolée sans comble grise 37,29



Tableau 3. 7 - Les degrés-heures d'inconfort des variantes du groupe couverture

17les chiffres précédentes seront repris lors de l'étude du débit d'air.

Applications 108

3.6.1.5 - Les icônes du groupe couverture

L'utilisateur du tableau de bord aura une description figurative des résultats sous forme d'icône. La traduction des éléments étudiés pour le groupe de couverture - couleur, matériau et type de comble - dans l'icône se fait via une représentation conventionnelle:

Figure 3. 12 - La transformation de l'objet couverture en icône pour le tableau de bord

Ainsi, pour notre tableau les icônes choisis pour le groupe couverture sont ceux de la figure 3.13. Ils sont rangés en quatre sous-groupes, parce que, comme on le verra plus loin, ils répondront de quatre manières différentes aux influences des autres groupes considérés.

Figure 3. 13 - Les icônes pour le groupe Couverture

Applications 109

3.6.2 Etude des objets "murs extérieurs": le rôle de la couleur du

revêtement, de l'ombre portée, et celui de l'inertie.

On a choisi certains murs extérieurs, représentatifs des habitudes locales plus quelques variations théoriques pour les combiner aux variantes déterminées par le groupe couverture. On a ainsi étudié le rôle des briques creuses et des murs en parpaings creux.

Le rôle des murs extérieurs sur la température intérieure résultante d'un bâtiment soumis à la climatisation naturelle peut être résumé par une capacité de réception du rayonnement solaire incident (et de son émission pendant la nuit) et un potentiel de stockage et d'amortissement de la chaleur, l'inertie.

La capacité de réception de la radiation solaire est fonction de la géométrie de l'implantation (dans notre cas, faite au mieux avant l'étude), de l'ombre portée et de l'albédo du revêtement extérieur du mur. La variation d'intensité de radiation sur les surfaces étudiées est résumée, pour le mois de février, dans le tableau suivant et plus détaillée dans l'annexe 6.

Bilan journalier, en Wh/m², Rio de Janeiro, février

(pour un albedo de 0,2 et trouble de Linke égal à 4) surface horizontal (0°) Irradiation: 7846 Wh/m² (100%)

murs toitures

Plan angle Irradiation % angle Irradiation % angle Irradiation %

N 90° 2246 29% 25° 7495 96% 15 7778 99%

E 90° 3898 50% 25° 7336 93% 15 7649 97%

S 90° 1670 21% 25° 7007 89% 15 7480 95%

O 90° 3898 50% 25° 7336 93% 15 7649 97%

Tableau 3. 8 - Irradiation reçue par les surfaces extérieures du "batiment-type"

L'étude de l'ombre portée est complexe. En fait, même pour une période spécifique, elle varie selon l'orientation du mur et l'heure de la journée. Elle peut être apportée par un élément qui interfère aussi avec les débits admis, ce qui empêcherait le libre choix et la combinaison des icônes, prémisse de notre travail. Les recherches sur le terrain avaient attiré notre attention sur des petits auvents dans le partout (protection contre les pluies), et comme une protection solaire efficace (vu la hauteur du soleil à cette époque) ne pouvait pas être aisément obtenue pour les surfaces le plus exposées - E et O (voir tableau 3.8), on a pris le parti de n'étudier que le cas du bâtiment-type, laissant les variations pour une étude postérieure.

Au niveau de la couleur, l'étude se porte sur des revêtements courants dans la région, soit enduit couleur blanche ou crème (coefficient. d'absorption tendant après un certain temps,

vers 0,3) et le revêtement des briques apparents, α = 0,7, qui pourrait représenter aussi certains revêtements colorés divers dans les plages du vert, du bleu ou et du rouge[MC72].

Une première approche a été faite en utilisant la formule du facteur solaire Fts égal au rapport du flux transmis au flux incident.[CS92]. Comme a été décrit au chapitre 2.3.3, pour des parois verticales sans protection, la formule vaut:

FR

ts =+

0 05

0 17

,

,

α

Applications 110

On caractérise les parois en question (résistance thermique variant entre 0,4 et 0,5) par le facteur solaire pour faire varier la nature du revêtement et on obtient:

Couleur du revêtement Facteur d'absorption Ftsolaire d'environ

blanc nouveau 0,2 0,015

blanc standard 0,3 0.02

brique apparent 0,7 0,05

couleur sombre 0,9 0,07

Tableau 3. 9 - Les facteurs solaires pour des revêtements courants

On remarque un facteur 4,5 entre les extrêmes considérés (pour un flux incident de 500 W/m² cela correspondrait à 28,5 W/m² en plus) ce qui justifie une analyse plus approfondie de la couleur. Pour le mener, on a simulé les variantes du groupe couverture avec les coefficients d'absorption 0,3, 0,7 et 0,9. Les résultats en écarts de dh d'inconfort sont les suivants:

Groupe Variante \ alpha 0.2 0.3 0.7 0.9

02 0 0 +4. +7.

1 04 0 +1. +5. +7.

25 0 0 +4. +7.

33 0 +1. +5. +7.

36 0 +1. +5. +7.

39 0 +1. +5. +7.

06 0 +1. +5. +7.

2 08 0 +1. +5. +7.

10 0 +1. +5. +7.

29 0 +1. +5. +7.

30 0 +1. +5. +7.

31 0 +1. +5. +7.

50 0 +1. +4. +6.

52 0 +1. +5. +7.

56 0 +1. +5. +7.

3 44 0 +1. +5. +7.

48 0 +1. +5. +7.

46 0 +1. +5. +7.

14 0 +1. +5. +7.

4 42 0 +1. +5. +6.

12 0 +1. +4. +6.

Tableau 3. 10 - Les écarts pour la variation du coefficient d'absorption extérieure par

groupe, et par variante

On observe dans le tableau qu'il y a une variation uniforme et importante selon la couleur du revêtement utilisé, la même pour toutes les couvertures. Ces résultats, bien que n'ayant pas été utilisés dans ce tableau de bord, montrent qu'il est faisable d'avoir un icône

Applications 111

"peinture" indépendant des autres icônes. A propos de l'inertie thermique d'un local, on sait qu'elle tend à réduire les variations de

température entre le jour et la nuit. Cependant celles-ci étant très faibles en climat tropical humide, le rôle de l'inertie sera limité, voire nuisible. Une forte ou assez forte inertie peut être recommandée dans des locaux occupés uniquement de jour. Pour ceux occupés de nuit, une très faible inertie est préférable, l'ambiance échappant à l'arrivée de la chaleur diurne.

Les variantes privilégiées par l'étude couverture ont été simulées selon l'inertie et on a étudié le cas des briques creuses de 10 et 20 cm (M1B et M2B) et des murs en parpaings creux

de 10 et 20 cm (M1P et M2P) toujours revêtus en clair (α=0,2).

VARIANTES M2B M1B M1P M2P

2 21.20 24.55 24.47 23.81

4 25.39 27.93 28.02 27.81

6 33.57 33.49 34.20 34.56

8 30.09 30.91 30.78 31.87

10 30.72 31.65 31.55 32.82

12 44.64 43.58 43.97 44.10

14 36.41 35.92 36.73 36.99

25 21.19 24.54 24.46 23.79

29 33.57 33.49 34.20 34.56

30 29.38 29.80 30.72 31.24

31 30.71 31.30 31.16 32.37

33 33.57 33.49 34.20 34.56

36 30.87 31.44 31.31 32.53

39 31.28 32.03 32.02 32.80

42 39.99 39.24 40.01 40.55

44 36.50 36.02 36.84 37.06

46 37.37 37.19 37.53 38.24

48 35.76 35.39 36.17 36.93

50 37.29 37.96 38.11 38.02

52 35.63 35.28 36.08 36.33

56 35.63 35.25 36.06 36.31

Tableau 3. 11 - Les résultats de variations des murs sur les variantes choisies du

"bâtiment-type"

Applications 112

Figure 3. 14 - La variation des dh d'inconfort selon la variation des murs

Les résultats démontrent une faible variation d'inconfort par rapport à ceux du groupe principal. Néanmoins, une analyse de ces résultats nous permet de ranger les écarts en quatre, créant des sous-groupes à l'intérieur du groupe de la couverture (voir figure 3.13):

Les écarts rencontrés Les sous-groupes du gr. principal

Variantes M1B-M2B M2P-M2B M1P-M2B Sous-gr. description variantes

2 +3 +3 +3 1 2, 4, 25

4 +3 +2 +3 2 6,8,10,29,30,31,33,36,39

6 0 +1 +1 3 14,44,46,48,50,52,56

8 +1 +2 +1 4 12,42

10 +1 +2 +1 Les écarts pour le tableau par

12 -1 -1 -1 sous-groupe

14 0 +1 0 Murs 1 2 3 4

25 +3 +3 +3 M1P +3 +1 0 -1

29 0 +1 +1 M2P +3 +1 +1 0

30 0 +2 +1 M1B +3 0 0 -1

31 +1 +2 0 M2B 0 0 0 0

33 0 +1 +1

36 +1 +2 0

39 +1 +2 +1

42 -1 +1 0

44 0 +1 0

46 0 +1 0

48 0 +1 0

50 +1 +1 +1

52 0 +1 0

56 0 +1 0

Tableau 3. 12 - Les écarts pour le groupe mur, par variante et par sous-groupe du

tableau.

Ces écarts, traduits en images nous donnent les icônes suivants:

Etude des murs - comparaison sur la période d'occ.

20

25

30

35

40

45

2 4 6 8 10 12 14 25 29 30 31 33 36 39 42 44 46 48 50 52 56

variantes

dh

d'inc

M2B

M1B

M1P

M2P

Applications 113

Légende

- parpaings 10 cm

- parpaings 20 cm

- brique creuse 10 cm


Figure 3. 15 - Les icônes des murs pour le tableau de bord

Applications 114

3.6.3. Le sous-groupe du vitrage.

Comme on l'a déjà dit, ce groupe exprime le pourcentage d'espace vitré utilisé dans le bâtiment. En général on trouve des limites de conception pour les baies vitrées dans l'habitat individuel, à cause des impératifs de sécurité et de privacité. En fait la surface des baies se décompose en surface vitrée et surface perméable à l'air, l'ouverture proprement dite.

Pour représenter la situation, on utilise un pourcentage de surface vitrée par rapport à la surface totale. Compte tenu de l'aspect non climatisé, on néglige les effets de cadre. En outre, cette surface pourra varier, selon l'habitude de l'usager, ce qui nous échappe. En tous cas, comme notre bâtiment-type prévoit une surface de 1.2 m² de fenêtre avec des volets, on ne tient pas compte du pourcentage d'espace vitré dans cette étape. Il n'y aura donc pas de groupe d'icônes "vitrage" dans cette version du tableau de bord.

3.6.4. Le sous-groupe de la ventilation de l'ambiance.

Une fois les principales icônes de l'enveloppe choisies, et le rôle des murs extérieurs étudié, on a fait passer les icônes choisis au crible de la variation du débit d'air.

Ainsi, on a étudié la perméabilité en ayant pour but d'aboutir au potentiel maximal de ventilation. On a d'abord simulé les projets choisis avec des variations raisonnables de la variante de départ (le débit minimal étant de 1 vol/h, pour la perméabilité minimale).

On a choisi un débit standard pour les climats chauds de 35 vol/h.. Ce calcul se fait en utilisant une formule empirique (voir annexe 7) pour le calcul du débit à l'intérieur d'une ambiance en fonction de la vitesse extérieure, par le biais des réductions selon le nombre et position des ouvertures (coefficient c1), la rugosité du terrain(coefficient c2) et l'angle incident du vent) sur la façade (c3), comme illustré à la figure 3.16 suivante.

A l'extrême on a fait une simulation avec le débit maximal, théorique, qui créerait la vitesse de l'air maximale encore agréable de 1,5 m/s à l'intérieur, soit 120 vol/h.

Ces calculs du rapport volume /vitesse de l'air ont été faits comme suit (pour détails de la formule, voir annexe 7):

Figure 3. 16 - Schéma du bâtiment-type pour l'étude du débit d'air.

débit

vitesse intérieure≅ surface moyenne de perméabilité

surface totale=

60°

30°

surface totale = 1,44

D (m3/h) ≅ S (m²) x 3600s/h x c1 x c2 x c3 x v (m/s)

où dans le cas de la cité:

c1 = 0,50

c2 = 0,33

c3= 0,97( pour 30°) et 0,87 (pour 60°)

Applications 115

Ensuite on a introduit dans le calcul de la température de seuil de confort le facteur de correction, provenant de l'étude CSTB, conforme le chapitre 3. Comme le logiciel utilisé ne prenait pas en compte les effets de la ventilation sur le métabolisme, on a ajouté la correction à la température de seuil de projet et donc, aux dhs d'inconfort calculés, pour les débits apportant plus de 1 m/s à l'intérieur de la pièce (description dans chp.3.3.2 et dans l'annexe 2).

3.6.4.1 Résultats standards (effets purement thermiques des débits d'air).

Les résultats, mesurés en dh d'inconfort, sont présentés dans le tableau 3.13.

Var. 1vol/h 35 vol/h 120vol/h

02 21.20 23.64 26.04

04 25.39 27.59 28.56

06 33.57 37.21 32.20

08 30.09 33.28 30.44

10 30.72 33.70 30.76

12 44.64 44.54 37.86

14 36.41 36.86 32.56

25 21.19 23.61 26.04

29 33.57 37.21 32.20

30 29.38 32.32 29.87

31 30.71 32.65 30.35

33 33.57 37.21 32.20

36 30.87 33.75 30.74

39 31.28 34.06 30.98

42 39.99 38.07 35.04

44 36.50 36.65 32.47

46 37.37 37.84 33.27

48 35.76 35.96 32.64

50 37.29 33.51 32.92

52 35.63 35.70 31.94

56 35.63 35.36 31.88

Tableau 3. 13 - Degrés heure d'inconfort des variantes dus à la variation de la

ventilation.

On remarque, pour la période d'occupation étudiée ici que si une variante a une toiture performante, comme la n°2, toiture de tuile en terre cuite sur un comble fermé, l'ouverture du bâtiment à l'extérieur, où il fait encore chaud, l'amène à une situation plus inconfortable. En revanche l'air extérieur peut apporter un affaiblissement de la température intérieure à une variante "mauvaise", comme la n°12, qui est constituée d'une dalle bitumée sur l'ambiance.

Applications 116

E v o l u t i o n d e s d h d 'i n c o n f o r t s e l o n l a

v e n t i l a t i o n

2 0

2 5

3 0

3 5

4 0

4 5

1 v o l/ h 3 5 v o l/ h 1 2 0 v o l/ h

dh

d'in

co

nfo

rt

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

2 5

2 9

3 0

3 1

3 3

3 6

3 9

4 2

4 4

4 6

4 8

5 0

Figure 3. 17 -Evolution de l'inconfort selon la ventilation.

3.6.4.2 Correction pour la vitesse de l'air (effets des débits d'air sur le

métabolisme)

Ce nouveau facteur de correction, basé sur l'indice discuté au chapitre 1.3.3. une fois incorporé au calcul des degrés heures d'inconfort nous donne de nouveaux résultats:

Var. 1vol/h 35 vol/h 120vol/h

2 21.20 5.99 2.78

04 25.39 9.15 3.89

06 33.57 16.21 6.29

08 30.09 13.46 5.31

10 30.72 13.58 5.35

12 44.64 20.66 7.64

14 36.41 15.33 5.92

25 21.19 5.97 2.78

29 33.57 16.21 6.29

30 29.38 12.31 4.95

31 30.71 12.76 5.10

33 33.57 16.21 6.29

36 30.87 13.71 5.40

39 31.28 13.77 5.42

42 39.99 15.71 5.82

44 36.50 15.04 5.78

46 37.37 16.40 6.21

48 35.76 14.62 5.69

50 37.29 10.71 3.94

52 35.63 14.09 5.38

56 35.63 14.01 5.45

Tableau 3. 14 - Degrés heure d'inconfort dus à la variation de ventilation avec correction

par la vitesse de l'air.

Applications 117

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1vol/h 35 vol/h 120vol/h

dh

d'in

c.

2

04

06

08

10

12

14

25

29

30

31

33

36

Figure 3. 18- Progression de l'inconfort : données corrigées par la vitesse de l'air (conf.

tableau 3.13).

Les mêmes résultats, traduits en écarts et, par groupe d'icône nous donnent:

Figure 3. 19 - Les icônes pour le groupe Perméabilité (Ventilation)

Applications 118

3.7.L'inclusion de la végétation.

On a affirmé que la démarche du tableau de bord permet aussi bien la représentation d'un scénario architectural existant que l'inclusion des concepts jugés intéressant du point de vue de la climatisation naturelle. Comme exemple, et dans la suite du chapitre 2.4, on introduit aux icones déjà répertoriées, la végétation.

Comme on l'a vu précédemment, nous avons choisi d'étudier la végétation comme objet architectural lorsqu'elle est vivante et représente la dernière couche externe d'un bâtiment. Dans le modèle pour ce travail, on considère l'élément végétal comme un matériau inerte, en négligeant une éventuelle conductivité, des éventuels échanges convectifs intérieurs et prenant les valeurs de 0,9 pour l'emissivité et 0,45 pour l'absorption solaire.

On l'appliquera sur la toiture, ce qui voudra dire travailler sur le groupe principal, celui de la couverture. On l'utilisera sur la dalle pleine bitumée sans comble, l'icone V12.

Comme il s'agit d'un icone primaire (faisant partie du groupe principal), on ne représente pas, dans le tableau de bord en question son écart, mais on présente un icône en plus, dans le même groupe, avec la valeur totale retrouvée.

Ainsi cet icône pourrait se représenter comme suit:

Icône V12 normale Icône V12 avec une couverture végétale

Figure 3. 20 - Un icône pour un bâtiment du tableau avec une couverture végétale

Il est évident que le résultat variera en fonction du stage de développement et du type

du végétal (représenté par sa taux d'opacité τ et par le coefficient β de remplissage de surface

de la toiture); tout comme en fonction du type de toiture en question. Dans ce cas-ci, on a choisi de le prendre au tout début de son développement, avec un taux d'opacité de 16%.

Pour ce faire, des modifications sur les équations du chapitre 2.4.2 sont proposées pour les adapter à l'usage par le logiciel de simulation du tableau de bord.

3.7.1 Utilisation dans le logiciel Casamo-clim.

Les échanges décrits au chapitre 2.4.2, vont être interprétés de deux façons, pour pouvoir les utiliser dans le logiciel Casamo-Clim, qui avait été retenu précedement pour le tableau de bord générale (voir chapitre 1).

Vu par le bâtiment, tout se passe comme si

0,9 0,9

SC DP SC DP

τ - 74%

45 ?

Applications 119

ϕ1 = αeqI - εeqhre (Tt-Tciel) - hce eq(Tt-Text) par m²;

vu par Casamo-Clim :

ϕ1 = αI - εhre(Tt-Tciel) - hce(Tt-Text) par m²;

Pour faire accepter les valeurs αeq, ε eq et hce eq par le logiciel Casamo-Clim, il faut donc

réaliser une nouvelle équivalence. Dans cette équivalence, le flux transmis (et non la densité de flux) doit être invariant.

Ainsi,

∀ I, Tt- Tciel, Tt - Text,

S1 vrai (αeq.I- hre εeq ∆Tr - hce eq .∆Tc) = S1* (α*.I- hr. ε*. ∆Tr - hce ∆Tc)

S1 .αeq = S1*. α*

S1 .hre εeq= S1*. hre ε*

S1 .hce eq = S1*. hce

avec S1 , hce eq, hce, hre connus par les données du projet et par le cahier scientifique de

Casamo-Clim. Ainsi on trouve successivement des valeurs pour S1*, ε*, α* et Casamo-Clim

simule l'effet de la végétation sur la surface extérieure en question.

Pour le tester on a pris la variante n°12, un bâtiment avec une dalle pleine revêtue en

bitume et on a ajouté la couche végétale à 16% opacité (τ = 0,74) et sur la totalité de la toitûre

(β = 100%).

Les données sont:

hce eq=18,6W/m²°C,

hre= 6.63,

αeq =0,23 et

ε eq=0,3 , tels comme transcrites en ch.2.4.1

S1= 12m²,. du projet et

hce par le cahier scientifique de Casamo-Clim.

Ce dernier coefficient mérite une réflexion:

Casamo Clim prend deux valeurs selon le sens du flux - 1,2W/m²°C pour les flux

descendants (en général pendant la journée, quand la température de a surface extérieure est

supérieure à la température intérieure) et 7W/m²°C pour le cas contraire, qui à lieu en général

pendant la nuit. Ici, à cause de la période nocturne d'évaluation, on a pris le parti d'utiliser la

valeur la plus élevée.

Applications 120

L'application de ces coefficients dans les formules précedentes nous apportent les

valeurs suivants: S1* = 31,9m², ε* = 0,11, α* = 0,09

3.7.2 Résultats de la simulation

Une fois simulé l'effet de la végétation sur la surface extérieure du bâtiment en question

avec ces modifications proposé au ch. 3.7.1 et les résultats rétrouvés soumis à la méthode du

chapitre 2, on obtient:

Extérieur dalle avec bitume (V12) ajoutée d'une couche végétale

h Occ Tair HR Dh d'inc Tair int Tres HR Dh d'inc Tair int Tres HR Dh d'inc

1 oui 27.17 62 1 27.81 27.91 84 2 29.9 29.89 75 3

oui 26.72 64 1 27.34 27.46 81 1 29.6 29.63 72 3

2 oui 26.31 66 0 26.91 27.05 88 1 29.3 29.36 74 2

oui 25.95 67 0 26.51 26.66 84 1 29.0 29.10 75 2

3 oui 25.65 68 0 26.15 26.31 86 0 28.7 28.84 76 2

oui 25.41 69 0 25.84 26.00 92 0 28.5 28.59 77 2

4 oui 25.24 70 0 25.61 25.75 88 0 28.3 28.42 78 1

oui 25.14 71 0 25.40 25.53 89 0 28.1 28.21 79 1

5 oui 25.10 71 0 25.28 25.38 94 0 28.0 28.08 79 1

oui 25.15 73 0 25.19 25.27 95 0 27.9 27.92 79 2

6 oui 25.29 75 0 25.22 25.28 94 0 27.8 27.85 79 2

oui 25.53 78 0 26.90 27.78 94 2 27.3 27.34 79 1

7 oui 25.86 82 0 27.42 28.45 87 1 27.1 27.24 87 1

oui 26.27 81 0 27.96 29.04 86 2 27.2 27.32 86 1

8 non 26.76 80 pers. 28.41 29.48 80 pers 27.1 27.31 85 pers

non 27.30 78 pers 28.98 29.97 83 pers 27.3 27.45 88 pers

9 non 27.91 75 pers 29.60 30.47 76 pers 27.5 27.65 85 pers


















Applications 121

(cont.)

Extérieur dalle avec bitume (V12) ajoutée d'une couche végétale

h Occ Tair HR Dh d'inc Tair int Tres HR Dh d'inc Tair int Tres HR Dh d'inc

18 oui 34.15 50 7 36.40 36.93 48 10 32.5 32.14 63 5

oui 33.85 51 7 36.13 36.78 52 10 32.3 32.13 61 5

19 oui 33.49 51 6 35.86 36.62 53 10 32.5 32.12 66 5

oui 33.08 53 6 35.54 36.42 51 9 32.4 32.02 64 5

20 oui 32.63 53 6 35.25 36.25 52 9 32.3 31.96 65 5

oui 32.13 54 5 33.19 33.06 57 6 32.3 31.97 67 5

21 oui 31.60 54 5 32.42 32.25 62 5 32.2 31.86 66 5

oui 31.05 55 4 31.79 31.61 68 5 32.0 31.72 68 5

22 oui 30.48 56 3 31.11 30.98 66 4 31.6 31.43 66 4

oui 29.90 57 3 30.53 30.43 69 3 31.4 31.21 65 4

23 oui 29.32 58 2 29.92 29.87 71 3 31.0 30.92 71 4

oui 28.75 59 2 29.36 29.36 73 2 30.7 30.67 69 4

24 oui 28.20 60 1 28.82 28.85 80 2 30.4 30.42 71 3

total de dhd'inc. occupation 30 45 42

Tableau 3. 15 - L'effet de l'écran- végétal sur la dalle pleine bitumée sans comble.

20

25

30

35

40

h

C

Tair ext

Tres dalle

Tres "verte"

Figure 3. 21 Représentation graphique de la toiture simulée.

Ainsi cet icône apparaît dans le même sous-groupe de la couverture comme de suite:

Icône V12 normale Icône V12 avec une couverture végétale

Figure 3. 22 - Un icône pour un bâtiment du tableau avec une couverture végétale

0,9 0,9

SC DP SC DP

τ - 74%

45 42

Applications 122

3.8. Les effets résiduels: la morphologie extérieure (y compris le volume) et

le microclimat

Comme l'on a vu aux chapitres 2.2 et 3.4, pour le tableau de bord on a préféré

considérer la morphologie de l'ambiance intérieure, volume plus facile à standardiser que

l'extérieur.

L'étude statistique pour les pièces étudiées dans ce tableau de bord a abouti à des

surfaces moyennes entre 9 et 16 m². Ainsi, une pièce de 3m sur 4m peut être considérée. On

retrouverait un intérêt thermique (la stratification) en plus de la possibilité d'accroire les effets

des apports latéraux si cette surface varie en fonction de la hauteur. Malheureusement, comme

il semble qu'une différence significative due à la stratification commence à se faire sentir

seulement au-delà d'une hauteur de 4m, hauteur déjà inhabituelle dans l'habitat ouvrier, on ne

l'a pas considéré.

Un autre intérêt concernerait le plancher sur pilotis (au moins 1m, selon les études du

CSTB, et sans obstacles pour la libre circulation de l'air) mais là aussi on revient à un problème

de clôture décrit ci-dessous.

La recherche dans la bibliographie exposée au chapitre 2.2.1 nous amène à négliger

l'effet bénéfique de la topographie sur le cas étudié - situé sur des zones urbanisées. En fait, on

ne doit pas compter, dans le plan d'implantation des bâtiments de la Cité Kennedy, sur des

bénéfices apportés par un bon emplacement topographique. Citons seulement comme exemple

de contrainte rencontrée, les murs de clôture d'une hauteur entre 1,5m et 2,0m situés à 10-

15m, voire moins, du bâtiment,. Ils réduiraient la vitesse d'un vent extérieur de 1,5 m/s à une

valeur à l'intérieur du bâtiment d'environ 0,18 à 0,36 m/s18, déjà insuffisante pour justifier

l'ouverture d'un groupe à l'intérieur du tableau de bord. En fait, en zone urbanisée, les bénéfices

à obtenir de l'effet topographique sur un projet demanderaient des démarches spécifiques de

projet, tellement il y a de contrainte des voisinage.

18Ceci pour une maison traditionelle ayant les caractéristiques suivantes: implantation en terrain plat et

dégagé; axe des ouvertures de la maison parallèle à l'axe des vents dominants; perméabilité des façades au vent

et sous le vent de l'ordre de 30%; toiture à 1 pente (10° environ), orientée face au vent; surface de base environ

30m²; hauteur globale entre 3 et 4m[CS92]

Applications 123

3.9 Présentation du produit final.

Dans la forme du tableau de bord, il y a la préoccupation d'une description pratique des

icônes. L'idée est de permettre un calcul (et un re-calcul) aussi vite que possible.

Ainsi, on a les icônes les plus importants tout en haut, décrits avec des légendes

standardisées et réunis en sous-groupes, correspondant à leur performance à l'intérieur du

groupe principal et /ou à l'intérieur des autres groupes (les groupes d'écart).

Tout en haut, apparaissent des notes correspondant à la situation extérieure. Il s'agit de:

1) la valeur des degrés-heures réalisés effectivement (obtenus par simulation);

2) la valeur idéale, à partir du calcul de la température effective(voir annexe 2), fictive

Ensuite les groupes apparaissent:

- le groupe principal, la couverture, qui contient les degrés-heures totaux des

variantes significatives.

- les groupes secondaires, les groupes "d'écart" - ici "murs" et "perméabilité" -

qui traduisent les écarts possibles selon d'autres choix effectués.

L'addition des notes selon des choix réalisés dans chaque groupe conduit à une note

globale, pour la qualité thermique d'été attendue du projet, dans cette phase de conception.

Applications 124

Couverture Murs

matériau:

TTC- tuile coloniale en terre C.

TM - tôle métallique

FB - fibrocement

DP - dalle pleine DPI - dalle pleine isolée

type de comble:

SC - sans comble

CF - comble fermé

CV - comble ventilé

coeff. absorption de la surface extérieure/teinte: 0,3 -clair

0,5 - gris

0,7 - gris vieilli 0,9 - rev. bitumé

- parpaings 10 cm

- parpaings 20 cm



Perméabilité: 1vol/h - fermé, peu ouvert 35 vol/h- tout ouvert sans obstacles dans le pourtour immédiat 120 vol/h- tout ouvert sous conditions spéciales de situation du terrain

Figure 3. 23 - Le tableau de bord pour une ville ouvrière à Rio de Janeiro.

Conclusion 124

Conclusion

On croit que depuis longtemps l'homme a cessé de construire en tenant compte

du climat concerné.

Peut être parce qu'il veut essayer de nouvelles techniques et matériaux, à cause de

la mode ou simplement de sa nature, peu importe. Il bâtit, ou au moins il projette selon

sa culture, ses idées, la mode en vigueur ou son budget. Surtout là où le climat ne

constitue pas un adversaire effrayant. Même la force de l'architecture solaire ou

bioclimatique des années 70/80, bien que justifiée par les contraintes économiques de

l'époque, démontre plutôt une tendance culturelle qu'une prise de conscience spécifique.

Ce à quoi on a assisté a été une répétition d'une vague de même ampleur que celle

provoqué par la diffusion des idées de Le Corbusier, c'est à dire, son exploitation jusqu'à

l'épuisement et pas toujours avec du bon sens.

Le réalité est que, pour gérer ce monde complexe et encore peu exploré de la

conception et bien le traduire concrètement, l'architecte emploie une méthode dont on

sait déjà que la liberté de pensée est un facteur vital.

Or, on sait que la maîtrise de la thermique de bâtiment se résume finalement à un

problème de gestion - contrôler autant que possible les flux de chaleur échangés et

stockés dans le bâtiment; toute comme le climat, les impératifs sociaux, culturels et

économiques apportent un lot important de contraintes à la conception architecturale.

Mais on sait davantage: que en général il y a certaines combinaisons typiques des

objets architecturaux, caractéristiques des styles courants pratiqués. Ces combinaisons

ayant une performance thermique sur une ambiance occupée, nous permettent une

évaluation statistique.

Ainsi, une approche rationnelle de ces combinaisons pendant la phase d'esquisse

et d'avantprojet sommaire permettra, non l'élaboration d'un modèle unique pour chaque

couple site/occupation, mais la réunion sous une même échelle de la panoplie de

stratégies disponibles et applicables (en fait des choix architecturaux associés à des

modèles thermiques). Ce qui fournira au concepteur en même temps que la liberté de

pensée nécessaire, des moyens lui permettant la valorisation des atouts d'un site donné.

Cela lui permettra de contourner les difficultés, en palliant l'insuffisance d'une action par

une autre.

En fait, on croit quelque chose de plus: la méthode, étant transparente et donc

susceptible (de manière souhaitable) de mises à jour, selon chaque profil régional,

permettra la valorisation de l'architecture vernaculaire, miroir de notre histoire, toute

comme l'échange avec d'autres techniques conceptuelles.

Comme aucune recherche s'achève en elle même, on sait qu'il manque encore:

- la validation auprès des architectes, des autoconstructeurs et des thermitiens,

pour la vérification de language, la validation sur terrain, dans le but de vérifier

l'extension d'usage de chaque tableau;

Conclusion 125

- l'extension aux locaux climatisés, à des tableaux pour des procédés ou

composants spécifiques (ex. les toitures), pour l'insertion des réponses d'alertes au cas de

contraintes hors-thermiques(acoustiques, hygiéniques, luminiques, etc.), ou même à des

tableaux ciblés sur d'autres approches aussi complexes à maîtriser en début de conception

que le thermique (comme l'acoustique);

- la diffusion auprès des organismes de habitat social, des ONGs figés sur

l'urbanisme et autoconstruction, et services de formation.

Un jour, le processus de conception architecturale étant connu, d'autres méthodes

feront tomber par terre des méthodes comme celle-ci. Mais pour l'instant nous pensons

qu'elle peut apporter une contribution à une partie importante de l'architecture, celle où

le budget, la culture et l'usager standard forment un ensemble inséparable.

-*-

Références et bibliographie

Bibliographie

126

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ANNEXES

Annexe1 131

Annexe 1 -A propos de la reconstitution des journées-types d'après les

données extrêmes disponibles - la température de l'air et l'humidité relative.

(Ch.2)

La simulation du comportement d'un bâtiment au cours d'une journée (ou d'une période

plus étendue) fait appel à de fichiers météorologiques. Cependant, de fois on n'a pas de SRY

(SHORT REFERENCE YEAR) ou de TRY (TYPICAL? REFERENCE YEAR), en ne

disposant que des valeurs extrêmes et leurs heures d'occurrence, ou d'un ensemble de couples

ponctuels (température et heure d'occurrence) et des valeurs extrêmes atteintes.

Sous ces situations il devient très difficile (voire impossible) d'envisager la simulation

d'un bâtiment. Ainsi, pour le stade d'avant-projet, une reconstitution préalable des données

météorologiques peut se révéler extrêmement utile pour le concepteur. Pour ce faire, on se

propose ici de récupérer les algorithmes utilisés par le logiciel Casamo-Clim1, et de les

réutiliser sous forme de tableur.

Dans cet annexe, on étudiera la méthode utilisée par le logiciel et partiellement décrite

dans son cahier scientifique, en ce qui concerne la température de l'air et l'humidité relative.

Ensuite on réfléchira sur l'enchaînement des données pour la confection d'une période plus

prolongée.

_*_

A partir d'une considération sur le fait que le comportement journalier de l'évolution de

la température et de l'humidité se rapproche de celui d'une sinusoïde, la méthode du logiciel

pour la création de la journée s'appuie sur la simulation des arcs de sinusoïdes définis par

quatre paramètres saisis: les valeurs maximales et minimales de la température de l'air extérieur

et de l'humidité relative et leurs heures d'occurrence. Elle se développe autour de la valeur de

la température (ou l'humidité) moyenne.

L'équation générale de ces sinusoïdes est:

TT T

w t tT T

e h====−−−−

−−−− ++++

++++( )* sin( * ( ))

( )max min max min

2 2

où w représente le raccordement entre des échelles des sinusoïdes utilisées et l'échelle

horaire; et il détermine ainsi l'angle spécifique de chacune d'entre elles.

th est le déphasage du début de chaque sinusoïde par rapport à l'axe de température (le

moment zéro) .

La construction des sinusoïdes sur l'échelle horaire se fait en trois tranches et sa

continuité est assurée aux points communs, c'est à dire ceux d'occurrence des valeurs

minimales et maximales. On fixe d'abord les extrêmes horaires connus aux extrémités de

chaque sinusoïde.

Deux demi-périodes sont ainsi établies: la première, qui correspondra à la tranche

interne hTmin à hTmax dans l'échelle horaire et à une demi-période sinusoïdale (π); et les deux

autres, qui atteindront le reste de la journée (donc 24h - (hTmax-hTmin)) et qui correspondront,

ensemble, à une autre demi-période sinusoïdale, décomposée en deux morceaux indépendants.

1conçu par le Centre d'Energétique dans les années 80

Annexe1 132

Les équations

Pour la bonne compréhension du développement qui se suit, on propose la

reproduction graphique du scénario étudié.

Sur le graphique ci-dessous, on remarque: les deux sinusoïdes (A et B) qui se

développent autour de l'axe de la Tmoyenne (Tmoy); les deux échelles en question (l'échelle

horaire et celle de chaque sinusoïde); le déplacement du point maximal de la sinusoïde

extérieure (B) pour faire face au point fixe d'occurrence de la température maximale (B') et les

écarts (t1, t2 et t2') qui correspondent aux éloignements des débuts de sinusoïdes par rapport

à l'instant zéro de la journée (début de son échelle horaire), ici indiqué par l'axe de

températures.

10

20

40

0-13 -11 -9 -7 -5 -3 -1

Te max

Te moy

Te min

t1

t2

hTmin hTmax

période journalière24

°C

π/4π/4π/4π/4

t2'

BA

π/4π/4π/4π/4

π/4π/4π/4π/4

π/4π/4π/4π/4 π/4π/4π/4π/4

π/4π/4π/4π/4 π/4π/4π/4π/4

π/4π/4π/4π/4

π/4π/4π/4π/4 π/4π/4π/4π/4

30

B'

Au niveau de la reproduction du scénario sur l'échelle horaire journalière (ce qui nous

intéresse), on aura trois périodes horaires, et trois arcs de sinusoïdes, à savoir:

1er) Pour t ∈ [hTmin, hTmax,]:

l'équation (A): TT T

w t tT T

e ====−−−−

−−−− ++++

++++( )* sin( * ( ))

( )max min max min

2 21 1

la fréquence w1,

soit 2ππππ/ période et ce cas-ci, w1= π/(hTmax-hTmin)

t1, est le déphasage spécifique entre le début de cette sinusoïde interne et le début de

l'échelle horaire journalière. Il l'est donc aussi du point hTmin,, un point connu dans les deux

échelles. D'après le graphique ci-dessus, on remarque que la différence entre les longueurs du

point hTmin sur chaque échelle nous fournira la valeur de t1 . On obtient ainsi:

t1=hTmin - 3/4 de sa période,

c'est à dire,

t1= hTmin - 3/4 (2*(hTmax - hTmin).

Annexe1 133

2e) Pour les deux morceaux de la sinusoïde extérieure, la procédure est semblable:

Les écarts t2 (1e partie) et t2' (2e partie), sont obtenus de la même manière qu'avant,

sauf que t2'' est obtenu à partir de hTmax .

Ainsi:

t ∈ [0, hTmin]

l'équation (B): TT T

w t tT T

e ====−−−−

−−−− ++++

++++( )* sin( * ( ))

( )max min max min

2 22 2

fréquence w2 = π/(24 - (hTmax - hTmin))

t2 = hTmin - 3/4 de sa période,

soit t2 = hTmin - 3/2*(24 -(hTmax - hTmin))

t ∈ [ hTmax,, 24]

l'équation (B'): TT T

w t tT T

e ====−−−−

−−−− ++++

++++( )* sin( * ( ))

( )max min ' max min

2 22 2

t2'' = hTmax - 1/4de sa période,

soit t2'' = hTmax - 1/4*(24 -(hTmax - hTmin)).

Adaptation pour l'humidité

En ce qui concerne la reconstitution de l'humidité relative au cours de la journée, on

emploie le même raisonnement, les mêmes équations et formules, mais pour des positions

relatives différents t1 , t2 et t2'' :

HR max

HR moy

HR min

t1

t2

t2'

période journalière0

-5 -3

40

50

80

90

100

-1 hHRminhHRmax24

HR

π/4π/4π/4π/4 π/4π/4π/4π/4

π/4π/4π/4π/4 π/4π/4π/4π/4

π/4π/4π/4π/4 π/4π/4π/4π/4

π/4π/4π/4π/4 π/4π/4π/4π/4

π/4π/4π/4π/4 π/4π/4π/4π/4

A

B

B'

Annexe1 134

On en obtient:

t1 = hHRmax - 1/4 de sa période, c'est à dire,

t1= hHRmax - 1/4 (2*(hHRmin - hHRmax).

t2 = hHRmax - 1/4 (2*(24-(hHRmin-hHRmax));

c'est à dire t2= hHRmax - 1/2*(24-(hHRmin - hHRmax))

t2' = hTmax - 3/4 (2*(24 -(hHRmin-hHRmax));

dont t2' = hHRmin - 3/2*(24 -(hHRmin - hHRmax)).

Ces formules nous ont permis la création de journées-types dans les tableurs du genre

Excel pour des valeurs moyennes mensuelles de température et d'humidité relative.

A propos des séquences journalières

Pour l'utilisation de la méthode pour des séquences plus prolongées (des semaines-

types), compte tenu les points de liaison entre jours, deux moyens peuvent être envisagés:

°C

journée 1 journée 2 journée 3 journée 4

h

max

min

- soit les jours sont calculés indépendamment; et ensuite, les valeurs obtenues à

chaque rencontre 0-24h sont remplacées par la moyenne et la sinusoïde extérieure de chaque

jour redessinée en fonction de la valeur obtenue.

- soit après le calcul indépendant décrit ci-dessus, on recalcule des nouvelles

semi-périodes en démarrant du premier point de la deuxième partie de la sinusoïde extérieure

(les valeurs de hTmax ou hHmin) de la journée précédante, jusqu'au premier point de la

sinusoïde extérieure du jour en question. Cela pour tous les périodes compris dans la séquence

désirée.

La première option modifie la journée-type, la deuxième, modifie la formule de la

sinusoïde extérieure de chaque jour. Les deux, pour les climats en question, ne semblent pas

fournir des écarts importants, mais une vérification préalable est toujours conseillée.

Ici, on a vérifié la méthode de remplacement des heures de rencontre de journées par la

valeur moyenne entre celles de 23h et 1h. Faute d'une séquence de journées-type pour le climat

tropical humide, on l'a testé sur une séquence réelle d'été, mesurée au Brésil, en janvier 1990.

Annexe1 135

Tableau récapitulatif des valeurs mesurées de journées réelles,

et les simulées d'après les valeurs extrêmes, et adaptées pour la création d'une semaine-type

(modification de la valeur 24hs)

Valeurs mésurées Valeurs des 24hs modifiées pour une

semaine-type

bulbe sec

extrèmes

le jour moyenne

le

lendemain

L'écart entre

les

jour 12hs 18hs 24hs max min jour 23hs 24hs 1hs 2hs "24hs"

1 29,2 28,6 29,0 29,9 23,7 1 26,5 25,8 26,1 25,8 25,1 0,3

2 27,1 31,8 27,3 32,1 23,7 2 27,5 26,6 25,7 24,0 23,2 0,9

3 24,8 26,0 22,0 30,4 21,8 3 25,7 24,8 24,9 24,1 23,4 0,1

4 24,4 26,0 24,0 30,4 22,0 4 25,8 24,9 24,6 23,4 23,0 0,3

5 24,0 26,8 26,0 27,4 22,1 5 24,5 23,9 24,8 25,2 24,6 0,9

6 27,8 29,6 27,4 30,3 23,5 6 26,5 25,8 26,2 25,9 25,0 0,4

7 28,4 29,0 28,4 34,1 23,2 7 28,1 27,0 27,9 27,8 26,9 0,9

8 29,9 31,2 27,4 35,7 25,1 8 29,8 28,8 - - - -

Les différences rencontrées dans ce petit échantillon de 8 jours réels mesurés ont été de

l'ordre de 0,5°C, plutôt négligeable, si on pensait à une séquence encore non stabilisée en

journées-type.

1eres heures de chaque journée

°C

20

22

24

26

28

30

32

34

36

1 1 1 1 1 1 1 1

Annexe1 136

rec-jour.xls

A B C D E F G H I J K L M

2 Données dh naturels jour Calcul

3 Tmin hmin chauds conf froids température t'2 t'1 t'3

4 22 6 23 44 0 -22.5 -13.5 7.5

5 Tmax hmax t2 t1 t3

6 30.4 15 -16.5 -7.5 7.5

7 w1 w2

8 HRmin hmin 0.35 0.21

9 55.3 16

10 HRmax hmax humidité rel. th'2 th'1 th'3

11 94.5 5 6.5 -5.5 19.5

12 th2 th1 th3

13 Seuils Confort -1.5 -0.5 -3.5

14 T+ T- w1 w2

15 27 21 0.29 0.24

16

17 Résultats à l'extérieur Valeurs sinusoide heure/ heure

18 h Te HRe dh n

inc+

dh nat

conf.

dh nat

inc-

h verifi

cation

Te

Te HRe verifi

cation

He

19 0 24.90 81.85 0 2 0 0 24.90 81.85

20 1 24.10 86.03 0 3 0 1 24.10 86.03

21 2 23.39 89.57 0 4 0 2 23.39 89.57

22 3 22.80 92.25 0 4 0 3 22.80 92.25

23 4 22.36 93.93 0 5 0 4 22.36 93.93

24 5 22.09 94.50 0 5 0 5 22.25 22.09 94.50 94.50

25 6 22.00 93.71 0 5 0 6 22.00 22.00 93.71 93.71

26 7 22.25 91.39 0 5 0 7 22.25 22.25 91.39 91.39

27 8 22.98 87.74 0 4 0 8 22.98 22.98 87.74 87.74

28 9 24.10 83.04 0 3 0 9 24.10 24.10 83.04 83.04

29 10 25.47 77.69 0 2 0 10 25.47 25.47 77.69 77.69

30 11 26.93 72.11 0 0 0 11 26.93 26.93 72.11 72.11

31 12 28.30 66.76 1 0 0 12 28.30 28.30 66.76 66.76

32 13 29.42 62.06 2 0 0 13 29.42 29.42 62.06 62.06

33 14 30.15 58.41 3 0 0 14 30.15 30.15 58.41 58.41

34 15 30.40 56.09 3 0 0 15 30.40 30.40 56.09 56.09

35 16 30.31 55.30 3 0 0 16 30.15 30.31 55.30 55.30

36 17 30.04 55.87 3 0 0 17 30.04 55.87

37 18 29.60 57.55 3 0 0 18 29.60 57.55

38 19 29.01 60.23 2 0 0 19 29.01 60.23

39 20 28.30 63.77 1 0 0 20 28.30 63.77

40 21 27.50 67.95 0 0 0 21 27.50 67.95

41 22 26.64 72.54 0 0 0 22 26.64 72.54

42 23 25.76 77.26 0 1 0 23 25.76 77.26

43 24 24.90 81.85 0 2 0 24 24.90 81.85

Annexe1 137

Functions logiques utilisées dans le zones du tableur:

Calcul, Température:

Cellule K4 -( valeur de t'2): =-(3/4*2*(24-(B6-B4)))

Cellule L4 -( valeur de t'1): =-(3/4*2*(B6-B4))

Cellule M4 -( valeur de t'3): =((24-B6+B4)/2)

Cellule K6 -(valeur de t2): =K4-(-B4)

Cellule L6 -(valeur de t1): =L4-(-B4)

Cellule M6 -(valeur de t3): =B6-((24-B6+B4)/2)

Cellule K8 -(valeur de w1): =PI()/(B6-B4)

Cellule L8 -(valeur de w2): =PI()/(24-B6+B4)

Calcul, Humidité relative:

Cellule K11 -( valeur de th'2): =1/2*(24-(B9-B11))

Cellule L11 -( valeur de th'1): =-(1/2*(B9-B11))

Cellule M11 -( valeur de th'3): =3/4*(2*(24-(B9-B11)))

Cellule K13 -(valeur de th2): =B11-K11

Cellule L13 -(valeur de th1): =B11-((B9-B11)/2)

Cellule M13 -(valeur de th3): =B9-M11

Cellule K15 -(valeur de w1): =PI()/(B9-B11)

Cellule L15 -(valeur de w2): =PI()/(24-(B9-B11))

Calcul, Valeurs sinusoide heure/heure:

Cellules J24:J35 (vérification de l'encontre de sinusoides pour Text):

{=((A6-A4)/2)*SIN(K8*(I24:I35-L6))+(A6+A4)/2}

Cellules M24:M35 (vérification de l'encontre de sinusoides pour HRext):

{=((A11-A9)/2)*SIN(K15*(I24:I35-L13))+(A9+A11)/2}

Cellules L24:L25 (valeurs horaires de sinusoide pour Text):

{=((A6-A4)/2)*SIN((PI()/(24-B6+B4))*(I19:I24-K6))+(A6+A4)/2}

Cellules L19:L43 (valeurs horaires de sinusoide pour HRext):

{=((A11-A9)/2)*SIN((L15)*(I19:I24-K13))+(A11+A9)/2}

Résultats à l'extérieur:

Te ( réconstitution de la journée pour Text) - cellules B19:B43 : { =K19:K43}

HRe ( réconstitution de la journée pour HRext) - cellules C19:C43: {=L19:L43}

dhnat nc + ( valeurs horaires de degrés de surchauffe) - cellules D19:D43:

{=SI(B19:B43>A15;B19:B43-A15;0)}

dh nat conf ( valeurs horaires de degrés de confort) - cellules E19:E43:

{=SI(A15>B19:B43;SI(B19:B43>B15;A15-B19:B43;0);0)}

Annexe1 138

dh nat inc ( valeurs horaires de degrés de froid)- cellules F19:F43:

{=SI(B19:B43<B15;B15-B19:B43;0)}

dh naturels jour (somme journalière des degrés-heure à l'extérieur dans la plage de confort et

à l'extérieur)

chauds (cellule E4): =SOMME(D19:D43)

conf (cellule F4): =SOMME(E19:E43)

foids (cellule G4) : =SOMME(F19:F43)

Bibliographie:

[CE90] CENERG, Casamo-Clim- cahier scientifique, Ecole des Mines de Paris, Paris,

1990

[IM91] IM, - extrait fichier météorologique 1990 (janvier), station n° 83.743 (lat 22°55'

et long. 43°10); Instituto de Metereologia, Rio de Janeiro, RJ

[CK93] BARROSO-KRAUSE,C., KAEHLER,J.W. - Note et tableurs, Centre

d'Energétique, EMP, Paris 1993

Annexe 2

139

Annexe 2 - Tableur de calcul de degrés-heures d'inconfort (selon

chapitre 2.4.2).

Légende du tableur:

Colonne A: demi-heures de la journée-type

Colonne B: Température resultante de l'air, extraite des résultats de simulations

Colonne C : Humidité relative de l'air, extraite des résultats de simulations

Colonne D: Tref std (admise à 27°C)

Colonne E: Tref (col. D) corrigée par l'humidité

- fonction logique utilisée:

SI(B3:B49<28;26;SI(B3:B49<30;27;SI(C3:C49>45;27;29)));

Colonne F : Tref (col. E) corrigée par la variation de la vitesse du vent

- formule utilisée: Tseuil conf=To - 6*exp(-vair/0.91):

- valeurs rencontrées pour diverses vitesses de vent et fonctions logiques

employées dans la colonne F:

To Tseuil conf, en °C (pour de diverses vitesses du vent, en m/s)

(0m/s) 0 0.06 0.13 0.50 0.80 1.00 1.50 2.00 3.00

26 26 26 27 29 30 30 31 31 32

27 27 27 28 30 31 31 32 32 33

28 28 28 29 31 32 32 33 33 34

29 29 29 30 32 33 33 34 34 35 p/module →(pour l'utilisation pour le module-test ch.4)

vol/h m/s Formules de correction selon la vitesse: (pour la colonne F) 5 0.06 SI(E3:E49=26;26;SI(E3:E49=27;27;SI(E3:E49=28;28;29)))

10 0.13 SI(E3:E49=26;27;SI(E3:E49=27;28;SI(E3:E49=28;29;30)))

35 0.50 SI(E3:E49=26;29;SI(E3:E49=27;30;SI(E3:E49=28;31;32)))

60 0.80 SI(E3:E49=26;30;SI(E3:E49=27;31;SI(E3:E49=28;32;33)))

80 1.00 SI(E3:E49=26;30;SI(E3:E49=27;31;SI(E3:E49=28;32;33)))

120 1.50 SI(E3:E49=26;31;SI(E3:E49=27;32;SI(E3:E49=28;33;34)))

156 2.00 SI(E3:E49=26;32;SI(E3:E49=27;33;SI(E3:E49=28;34;35)))

Colonne G: calcul de dégrés-heures d'inconfort journalier

- fonction logique utilisée: SI(B3:B49>F3:F49; B3:B49-F3:F49;0)

Colonne H: calcul de dégrés-heures d'inconfort pour la période d'occupation

- fonction logique utilisée: SI(I3:I49="oui"; (G3:G49);0)

Colonne I : l'indication de l'occupation de l'ambiance

Cellule G50: Total dégrés-heures d'inconfort journalier

- fonction logique utilisée: SOMME(G3:G49)/2

Cellule H5: Total dégrés-heures d'inconfort pour la période d'occupation

- fonction logique utilisée: SOMME(H3:H49)/2

Annexe 2

140

Réproduction du tableur:

A B C D E F G H I

h T res HR Tref std Tref (D) corr. Tref (E) corr. dhd'inc journ. dh d'inc occup Occupation

3 1 29.1 75 27 27 32 0 0 oui

4 28.8 77 27 27 32 0 0 oui

5 2 28.5 78 27 27 32 0 0 oui

6 28.2 75 27 27 32 0 0 oui

7 3 28.0 81 27 26 31 0 0 oui

8 27.7 82 27 26 31 0 0 oui

9 4 27.6 78 27 26 31 0 0 oui

10 27.4 79 27 26 31 0 0 oui

11 5 27.4 79 27 26 31 0 0 oui

12 27.3 79 27 26 31 0 0 oui

13 6 27.4 79 27 26 31 0 0 oui

14 26.8 79 27 26 31 0 0 oui

15 7 26.9 87 27 26 31 0 0 oui

16 27.1 86 27 26 31 0 0 oui

17 8 27.0 85 27 26 31 0 0 non

18 27.4 88 27 26 31 0 0 non

19 9 27.9 85 27 26 31 0 0 non

20 28.3 83 27 27 32 0 0 non

21 10 28.7 85 27 27 32 0 0 non

22 29.0 78 27 27 32 0 0 non

23 11 29.3 79 27 27 32 0 0 non

24 29.6 81 27 27 32 0 0 non

25 12 30.0 73 27 27 32 0 0 non

26 30.4 75 27 27 32 0 0 non

27 13 30.7 72 27 27 32 0 0 non

28 31.1 69 27 27 32 0 0 non

29 14 31.4 71 27 27 32 0 0 non

30 31.7 65 27 27 32 0 0 non

31 15 32.0 64 27 27 32 0 0 non

32 32.2 66 27 27 32 0 0 non

33 16 32.3 66 27 27 32 0 0 non

34 32.3 65 27 27 32 0 0 non

35 17 32.4 66 27 27 32 0 0 non

36 32.3 62 27 27 32 0 0 non

37 18 32.5 63 27 27 32 0 0 oui

38 32.4 61 27 27 32 0 0 oui

39 19 32.3 62 27 27 32 0 0 oui

40 32.1 60 27 27 32 0 0 oui

41 20 32.0 62 27 27 32 0 0 oui

42 32.0 67 27 27 32 0 0 oui

43 21 31.8 66 27 27 32 0 0 oui

44 31.6 68 27 27 32 0 0 oui

45 22 31.2 66 27 27 32 0 0 oui

46 30.8 69 27 27 32 0 0 oui

47 23 30.4 71 27 27 32 0 0 oui

48 30.1 69 27 27 32 0 0 oui

49 24 29.7 75 27 27 32 0 0 oui

50 Total dégrés-heures d'inconfort journalier 1

51 Total dégrés-heures d'inconfort pour la période d'occupation: 0

Annexe 3

141

Annexe 3 - En remontant dans le passé: L'homme, ses rapports avec

l'architecture et le confort...(Ch.3.3)

"D'abord l'homme construit sa demeure,

ensuite,

sa demeure le bâti1"

Pourquoi un préambule historique? Parce que seule l'histoire peut fournir le recul

nécessaire à la compréhension du présent et de ses choix de procédés, et que cette réflexion

peut fournir les moyens d'une approche cohérente pour la définition des chemins de l'avenir.

C'est à dire que la méthode de l'analyse historique peut se revéler très efficace pour cerner une

realité vaste et diversifiée comme celle du processus humain de concetion de l'habitat

On s'est restreint au territoire français pour deux raisons: parce qu'on ne voulait pas

mélanger plusieurs voies, issues de plusieurs réalités; et parce que, comme on le verra ci-après,

toutes les formes architecturales représentatives des époques vécues par l'homme peuvent y

être rencontrées. Il s'agit de s'entrainer à la lecture historique, sociale et culturel du bâtiment

pour effectuer au mieux le travail décrit dans le chapitre 2.2.1.

Aux époques les plus éloignées où l'homme projetait déjà sa demeure, ce projet se

traduisait par un traçage direct sur le sol du projet, ce qui nous a laissé peu de trace. Les

manuscrits et les maquettes, en outre le fait d'utiliser des matériaux de base fragiles2, étaient

destinés aux monuments et temples, pour des clients "haut de gamme" - l'Eglise, les conseils

municipaux,...

On peut démontrer dans une perspective historique que l'homme peut avoir un rôle

encore plus déterminant que le climat sur la façon de batir et en consequence sur le confort

atteint. De plus, en général, la maîtrise des éléments de la Nature est plus facile que celle des

"éléments" (enjeux) humains. Néanmoins, on observera que ce que l'homme crée, l'homme peut

l'ajuster...

1d'après Wiston Churchill : "First man builds a house, afterwards the house builds him" 2déjà le climat jouait son rôle... Les documents les mieux conservés qui nous arrivent du début de l'Histoire

écrite sont ceux venant d'Egypte, où à coté d'une tendance à la communication visuelle, on se retrouve dans un

climat très sec, favorable à la conservation. C'est vrai qu'il y a eu aussi des dessins sur pierre, mais il s'agissait

plutôt de croquis (Comme celui de Sheik Said, en Egypte), pas suffisamment clairs pour le but visé. Les

parchemins étant trop chers, ce sont les maquettes, en bois ou en argile, qui ont permis aux chercheurs de

mieux reconstituer les moeurs de l'époque[MO76]

Annexe 3

142

Il y a environ 6 millions d'années apparaissaient, en Afrique Orientale, les premiers

ancêtres de l'homme. En Europe, les traces les plus anciennes remontent à 1,6 millions

d'années, dans la partie orientale des Pyrénées. Depuis ces temps très lointains, le climat et le

milieu naturel ont subi à plusieurs reprises des transformations importantes.

L'homme de Tautevel vit dans un climat plus froid que celui d'aujourd'hui, où les

espèces végétales habituelles des régions froides ou montagnardes (bouleau, pin sylvestre)

coexistent avec des espèces méditerranéennes (buis, platanes). Il s'abrite dans des cabanes

rudimentaires ou sous le porche d'une grotte. Cet homme primitif, qui ignore encore le feu,

appartient à la période (le paléolithique ancien) la plus longue et la plus lointaine de la

préhistoire, celle au cours de laquelle les progrès réalisés par l'humanité ont été extrêmement

lents.

Si l'on oublie l'homme de Néanderthal, déjà plus

habile, on en arrive à celui qu'on appelle de Cro-Magnon3.

On est en train de décrire alors une époque marquée par un

refroidissement très sensible de la température, où le désert

du Sahara était une savane verdoyante et le paysage de

l'Europe, celui de la toundra arctique, très riche en gibier.

L'homme de Cro-Magnon, organisé en groupes de chasseurs

nomades, bâtit des cabanes en plein air mais occupe aussi

parfois des grottes ou des abris sous roches. C'est peut être

lui qui invente l'art, avec, parmi d'autres démonstrations,

celle des sculptures en relief sur les parois de certaines grottes (cap Blanc, roc de Sers).

La dernière grande glaciation se terminant, un climat tempéré océanique et une

végétation forestière, constituée essentiellement de chênes, de hêtres et de noisetiers - les

sapins ne se maintenant que dans les régions montagneuses -s'installent en France. C'est

l'époque où l'homme s'installe en petits groupes dans les forêts ou sur les côtes, vivant de la

chasse, de la pêche ou du ramassage de coquillages. Les grottes et les cavernes qui faisaient

fonction d'abris ou de sanctuaires à l'époque précédente sont alors abandonnés et ces groupes

nomades, qui vivent désormais en plein air, n'ont laissé que peu de vestiges.

Cela dure un certain temps et les premières preuves d'une vie sédentaire, résultat de

l'apprentissage de l'agriculture venue du Proche Orient et de la nouvelle capacité d'apprivoiser

et d'élever des chèvres, des moutons, des porcs et des bovidés nous sont donnés par des

vestiges de la vallée de l'Aisne, à Cuiry-les-Chaudardes. Les nouveaux travaux agricoles, étalés

sur une année et au rythme des saisons, imposent que le groupe demeure sur place, pour la

récolte et la protection des champs. L'homme est amené à abandonner la vie nomade, et

s'assurant maintenant des ressources alimentaires plus régulières, il se regroupe en villages

agricoles comptant de 150 à 200 habitants. C'est à ce moment que des activités développées à

l'intérieur, comme la céramique et le tissage, apparaissent...

La fin du néolithique et le début de l'Age du Bronze

coïncident aussi, sur le sol français, avec l'apparition des

mégalithes. Ces monuments se présentent soit sous forme de

pierres levées (menhirs) alignées parfois en très grand nombre

(comme à Carnac, dans le Morbihan), soit sous celle de dolmens

(table, en breton). La disposition de certains alignements nous

laisse penser qu'ils ont été conçus en fonction de l'observation des

3nom du site de Dordogne où l'on a découvert des squelettes de certains de ses représentants

Annexe 3

143

astres. Ceci, en plus des pratiques religieuses, pouvait être important pour l'agriculture, ce qui

amène à les considérer comme les premiers bâtiments fonctionnels (même multi-fonctionnels!).

Vers 1000 avant JC, l'Age du fer succède à celui du Bronze. On retrouve sur ce qui

sera le sol français, un peuple venu de l'Europe Centrale - les celtes, que l'on connaît mieux

comme Gaulois. Farouches guerriers qui accordent une place de tout premier plan à la valeur

militaire, les Gaulois sont aussi de remarquables

paysans et une partie de l'outillage agricole qu'ils

utilisent ne changera pas jusqu'au XIXe siècle.

Verriers, céramistes et forgerons, ces artisans ont

une production importante et réputée. Regroupés en

villages ou en oppida4, ils vivent dans les forêts, qui

leur fournissent du gibier (surtout le cerf et le

sanglier) complémentaire aux produits agricoles. Ils

excellent dans le travail du bois5 et c'est

généralement en cette matière qu'ils construisent

leurs maisons, recouvertes ensuite d'un toit de

chaume.

Après avoir duré près d'un millénaire, la

civilisation gauloise finit par succomber sous le choc

de la conquête romaine. La civilisation gallo-romaine établie est une brillante synthèse de

l'héritage celtique et des innovations apportées par Rome. La Gaule devient sillonnée autant

par des voies romaines empruntées par des lourds chariots qui relient les villes entre elles, que

par des voies fluviales pour les transports.

Au IIIe siècle, la construction des moulins à eau constitue un progrès technique décisif.

La prospérité générale se traduit par un développement spectaculaire des villes du pays. Les

oppida sont abandonnés et des agglomérations, au plan régulier, sont construites dans la plaine

ou sur une position fluviale favorable: Lugdunum (Lyon), Condate (Rennes), Rotomagus

(Rouen). Les facilités et les agréments de la ville plaident en faveur de la romanisation. Les

nouveaux notables gaulois, rapidement acquis à la nouvelle civilisation, s'y installent et s'y font

construire des maisons parfois luxueuses6. Les villes se couvrent de monuments

caractéristiques: thermes, temples, aqueducs et amphithéâtres. Constructeurs et ingénieurs hors

pair, les Romains transforment la physionomie et les costumes d'une Gaule convertie à la

civilisation.

Durant le Bas-Empire7, du fait des incursions barbares et des difficultés économiques

entraînant un relatif déclin des villes, apparaît la "maison de campagne", luxueuse "villa" bâtie

par les riches notables à la campagne, à la fois lieu de résidence et exploitation agricole vivant

repliée sur elle-même. On possède une description d'une villa à Avitacum (Clermont-Ferrand):

" Nous sommes à Avitacum; les bains sont adossés à des rochers couverts de bois, de façon

que les bûches que l'on coupe en forêt viennent rouler tout auprès du fourneau qui est à coté

de la salle des bains chauds. L'eau est apportée par des tuyaux de plomb qui passent dans les

4sortes de collines fortifiées faisant fonction de chef-lieu d'une "cité", c'est à dire du territoire correspondant à

un peuple donné. 5solides buveurs du vin , de la cervoise et de l'hydromel, ils sont les inventeurs du tonneau, appelé à remplacer

l'amphore méditerranéenne 6en fait ils oublient leur langue celtique d'origine pour utiliser le latin, lequel s'imposera dans l'ensemble du

pays, et donnera naissance plus tard au français. 7du IIe au Ve siècle après J.C.

Annexe 3

144

murs. La salle des bains de vapeur est éclairée au grand jour... vient ensuite la salle de bains

froids: elle est aussi vaste que les piscines publiques. Dehors est annexée une très grande

piscine où l'on se rend en sortant des bains chauds.

En sortant de là, on trouve devant soi le réfectoire

des femmes. L'office est contigu à cette pièce et

n'est séparé que par une cloison de l'atelier de

tissage... En partant du vestibule, s'ouvre une galerie

fermée; de cette galerie on passe dans la salle à

manger d'hiver... de cette salle on passe dans une

autre pièce plus petite, là est le lit pour se mettre à

table et un très beau buffet. Au sortir de la table, on

est reçu dans une salle très fraîche, par conséquent

très agréable en été. Comme elle est plein Nord, elle

reçoit le jour, mais non pas le Soleil. Si l'on quitte la

galerie ouverte pour descendre vers le rivage, on

trouve un large espace ggazonné et à peu de

distance un bois ouvert à tout le monde".

Dés le III siècle que les Francs, parmi d'autres Barbares, poussaient ses troupes vers

l'intérieur de la Gaule. Proches parents des Angles et des Saxons qui ont envahi à la même

période les îles Britanniques, ils vivaient depuis de nombreux siècles sur le cours inférieur du

Rhin, regroupés en villages à l'orée des forêts. Très tôt admis comme colons8 ou comme

soldats, ils finissent à l'occuper jusqu'à la hauteur de la Somme.

Pendant le Ve siècle, et profitant que l'empire romain d'Occident succombait sous les

coups des Barbares, le roi franc Clovis décide de conquérir la partie de la Gaule demeurée

fidèle à l'autorité romaine et, ceci fait, Paris devient sa capitale. Quelques années plus tard, les

francs, maîtres de presque toute la Gaule et alliés à l'Eglise catholique, commencent à avoir un

début d'appareil administratif. Cette organisation administrative atteint son apogée sous

l'empire de Charlemagne, et pourtant l'organisation est simple: l'empire est divisé en deux cents

comtés, confiés à des comtes qui prendront vite des habitudes d'indépendance.

L'étendue du territoire9 facilite cette évolution qui prépare l'avènement de la société

féodale. Cette époque vit un timide début de renaissance culturelle. On constate un renouveau

architectural (Aix-la-Chapelle, Germigny-des-Près) et un brillant essor de l'enluminure.

Toute la période suivante est marquée par un grand nombre de guerres internes et

d'invasions sur le territoire franc. Des slaves aux vikings et Normands, il y a bien peu à

raconter en dehors des guerres. Tout cela se

traduit par une destruction massive des moyens

de production (hommes, biens, structures

organisationnelles, etc..) qui entraîne à une

régression technique, politique et économique.

Le commerce à long distance s'affaiblit, les

communautés se ferment sur elles-mêmes,

recherchant l'auto-suffisance. Parallèlement à la

8après des nombreux raids dévastateurs au IIIe siècle, plusieurs peuples barbares avaient reçu l'autorisation de

s'installer dans les régions frontalières peu peuplées afin de les mettre en valeur et de défendre des frontières de

l'empire. 9à cette date, les territoires s'étendent des Pyrénées au Danemark et des frontières de la Bretagne à l'Elbe et au

Moyen Danube.

Annexe 3

145

généralisation de l'insécurité, l'évolution économique contribue à l'établissement du système

féodal.

Structurée en degrés successifs et non indépendantes de vassalité10, la société d'alors a

comme principale préoccupation la guerre11. Une caste militaire est créée, les guerriers se

préparant dès l'enfance au métier des armes. La résidence de ces guerriers devient le château

fort, qui se perfectionnera du Xe au XVe siècle.

Ce scénario amène à une société divisée en deux grandes classes: les nobles d'une part,

les paysans d'autre. Tout les distingue absolument, des moeurs aux costumes et aux

habitations. Coté noble, quand le seigneur ne fait pas la guerre, il reçoit en son château et y

organise des festins animés; autre divertissement, le tournoi, une occasion de répéter les gestes

du combat ou de la chasse, qui lui est réservée. Apparaîtra la figure du seigneur, propriétaire

des terres dont il cultive en partie et celle du paysan, qui cultive le reste (les manses), avec un

nouveau rapport entre eux, basé sur la protection et le service.

Les paysans vivent moins à l'aise dans une

société où la terre qui représente pratiquement la

seule source de production et de richesse ne leur

appartient pas. Ils se divisent en deux catégories:

les vilains et les serfs, les premiers étant des

hommes libres et disposant d'une relative

autonomie par rapport aux seigneurs, alors que

les serfs en sont très dépendants12.Faute

d'augmentation de la population et à cause de

dévastations dues aux guerres, ils vivent en état

de disette. Les paysans arrivent à gagner sur la

forêt et les marécages des terres à cultiver. Cette

urbanisation en champs non clos permet à chacun

après la moisson de récupérer la paille et le chaume nécessaires aux étables ou à la couverture

des maisons, les forêts fournissant le bois d'oeuvre et de chauffage.

L'accroissement de la demande des produits agricoles amène à un effort gigantesque et

l'agriculture se développe. C'est quand se forment, sur des zones récemment défrichées, des

villes franches ou des villes neuves, indépendantes des seigneurs et disposant d'une carte de

franchise. La décadence urbaine et la prédominance de l'économie rurale favorisent aussi

l'apparition de monastères dotés de terres par les princes et les seigneurs soucieux de leur salut.

Les abbayes se multiplient13 et deviennent ainsi des centres agricoles très actifs. Chacun

est organisé comme une seigneurie. Le monastère tien lieu de château, où le froid et la rusticité

de l'intérieure contribuent pour l'éducation de l'esprit. Il emploie des laïcs, libres et serfs; l'abbé

rend la justice et fait payer des taxes. Certains moines eux-mêmes se partagent entre la prière,

10les obligations du suzerain et du vassal posaient souvent des problèmes dûs au fait qu'un même personnage

pouvait être vassal de plusieurs suzerains, s'il possédait des terres dépendant de seigneurs différents. Si ceux-ci

entraient en conflit, le vassal devait choisir le suzerain auquel il accordait son soutien... 11A l'origine, elle viserait à préserver la sécurité d'une région, mais les querelles liées au système lui donneront

un caractère quasi continuel 12les serfs, du latin servus, significant l'esclave et les vilains, du latin villa, désignant à l'époque carolingienne

l'exploitation agricole.Faute de leur manque de proprièté, les deux sont obligés de rémunerer au(x) seigneur(s),

en services, argent ou pourcentage de récolte, le droit d'exploiter la terre. [PC87] 13Le succès rencontré par la vie monastique est dû à la solution trouvée à l'époque par de nombreux hommes -

chrétiens, seigneurs et paysans - souhaitant échapper au monde troublé, pour se consacrer à la prière.

Annexe 3

146

l'activité intellectuelle et le travail agricole. Ceci joue un rôle

important dans la mise en valeur de régions entières, à

l'époque des grands défrichements pour augmenter la surface

cultivée. L'Eglise joue aussi un rôle de premier plan dans le

domaine culturel; date de cette époque la création des écoles

rudimentaires dans les abbayes et couvents et l'on trouve

même un enseignement de niveau supérieur à Paris et à

Chartres.

La renaissance des villes, n'aura lieu qu'après le XIe

siècle, après le rétablissement de courants d'exchanges dûs

aux premières croisades. Le commerce renaissant,

l'accroissement démographique favorise la résurrection

urbaine. Les centres urbains s'augmentent d'un faubourg à

l'extérieur de leurs murailles. Entourés de remparts, leurs plans réguliers contrastent avec

l'allure des villages d'antan. Mais ils ont des rues étroites et ne disposent pas de systèmes

d'égouts pour évacuer les eaux usées. Les dangers d'incendie et d'épidémie sont permanents.

Le retour d'une certaine prospérité lié à l'intensité d'une foi, aboutit à une période de

construction intensive de monuments religieux. Cela entraîne à découverte de nouvelles

techniques - comme celle de la voûte en plein cintre, qui remplacera la charpente traditionnelle

supportant le poids des couvertures des églises. Les hésitations et les tâtonnements débouchent

sur une maîtrise de tous les problèmes techniques "d'alors", et la floraison de l'architecture

romane commence14. Eglises

villageoises, oratoires mais aussi

abbayes et cathédrales, ce sont

principalement les régions de la France

méridionale qui connaissent le plus de

constructions sur le chemin de

pèlerinage vers Saint-Jacques-de-

Compostelle15. L'art gothique témoigne

de la prééminence de la civilisation

française au XIIIe siècle. La richesse de

l'Ile de France et des régions voisines de

Picardie et de Champagne s'étale autour

du domaine royal..

Une nouvelle (et longue) période de guerre s'annonce: d'abord avec l'Angleterre, où l'on

voit des milices bourgeoises combattre aux cotés de la noblesse derrière le drapeau royal et

ensuite arrivera la guerre de Cent Ans. Pendant ce temps-là, de nouveau au pays on rencontre

la misère paysanne, la peste et l'avidité de certains seigneurs. L'écart entre la noblesse et la

plèbe se trouve de plus en plus important. Le noyau familial devient imposable en tant que

tel16, pour l'entretien de la monarchie nationale, qui remplace peu à peu la monarchie féodale

14Au stade suivant de cette escalade féerique des constructions religieuses, les architectes découvrent et ensuite

développent l'arc ogival et la croisée d'ogives. C'est le "gothique" et l'édifice s'élève à des hauteurs vertigineuses 15La Bourgogne, la Provence, le Languedoc, l'Auvergne,le Poitou, la Saintonge, le Roussillon, sont ainsi les

régions les plus richement dotées en monuments romans, tandis que à Caen, Cerisy et Jumièges se dévéloppe

un art anglo-normand original qui préfigure déjà la période gothique. 16la construction d'un Etat fort coûtant cher, Philippe IV crée un impôt, le "fouage", perçu sur chaque famille

ou "feu", impôt suprimé plus tard par Charles V,et qui laissera le royaume en situation difficile vers 1380

Annexe 3

147

existante. Au niveau architectural les constructions s'éloignent encore plus au niveau qualité et

confort (dans son sens plus général), qu'il s'agisse de celles de la noblesse/ Eglise ou du "reste".

Malgré tout, on trouve le village français du XVe bien semblable à ceux d'aujourd'hui.

Quelques années après la fin de la Guerre de Cent Ans, on retrouve une France en

nouvelle ascension. Sous le règne de Louis XI, il y a une rapide reprise de l'activité

économique. S'il augment fortement les impôts, il sait en revanche favoriser le commerce. En

supprimant les droits de péage sur les routes, ce roi (à beaucoup d'égards proche du "Prince"

italien décrit par Florentin Nicolas Machiavel [PC87]) stimule l'essor des foires, et la prospérité

rencontrée à l'époque en est témoin.

Quelques turbulences historiques encore, les

guerres d'Italie cette fois, qui au plan artistique,

permettent à la culture italienne de se répandre en

France et d'y entraîner l'éclosion de la Renaissance17.

Ce mouvement intellectuel et artistique

engagé en Italie au XVe siècle triomphe en Europe et

la France de la Renaissance devient au XVIe siècle

l'un des principaux foyers de l'humanisme. Date des

environs de 1450, la mise au point par Gutenberg

d'un procédé d'impprimerie révolutionaire. Le livre

(et les connaissances techniques y comprises) qui

était rare et précieux se répand largement[GD76].

Le changement dans le domaine de

l'architecture est remarquable. Les châteaux fortifiés du Moyen Age sont abandonnés ou

transformés: on les embellit, on perce les murs d'ouvertures nombreuses pour laisser pénétrer

l'air et la lumière.

En fait, séduite par la somptuosité italienne, la noblesse de la Renaissance veut

abandonner les lourds châteaux moyenâgeux pour l'élégance des palais nouveaux. C'est tout un

nouvel état d'esprit qui triomphe, imprégné d'humanisme, soucieux de culture et d'art. Les

châteaux du début de la Renaissance (Chenonceaux, Azay-le-Rideau, Amboise, Chambord,

Blois, parmi d'autres) sont les plus significatifs de cet esprit nouveau. Ils comptent parmi les

monuments qui incarnent le mieux cette culture française enracinée dans l'héritage national

mais fortement teintée d'influence italienne.

17François Ie en est responsable. Ce roi, qu'on dit brillant et qui était allé se battre en Italie, attire en France, à

son rétour, des artistes italiens (Le Primatice, le Rosso) qui créeront une véritable école; d'ailleurs, c'est sur les

rives de la Loire que vit ses dernières années et meurt le concepteur de Chambord, Leonardo Da Vinci.

Annexe 3

148

Les constructions nouvelles ne sont

plus des forteresses installées sur des hauteurs

capables de soutenir un siège: elles occupent

des sites dégagés, sur les bords des rivières, et

l'on aménage autour de somptueux jardins. Le

château royal ou seigneurial, demeure de

plaisance est, après les siècles médiévaux

dominés par le poids des préoccupations

religieuses, la forme architecturale où le génie

de l'art va s'exprimer le plus parfaitement,

alliant la recherche artistique à celle de

procédés techniques nouveaux.

Les bâtisseurs n'effectuaient bien sûr pas encore de calculs thermiques. Ni la

connaissance ni le besoin du confort thermique n'étaient développés à l'époque. Par temps

rigoureux on restait chaudement vêtu. De même sous la Renaissance, on construit des

châteaux dont des salles disposent de grandes cheminées, malheureusement souvent plus

décoratives que fonctionnelles. Ce qui faisait supporter des températures intérieures avoisinant

parfois 0°C. Ce ne sera qu'à la fin du XIXesiècle, avec la naissance du chauffage central -

chaudières à bois, gaines de distribution d'air chaud, bouches de soufflage au niveau du

plancher - qu'apparaîtront les premiers calculs thermiques...

Mais si beaucoup se trouve sur les grands bâtiments, peu ou presque rien ne se transcrit

ici sur l'habitat ordinaire, celui de la plupart de la population française. En effet, depuis

l'apparition de la notion d'agglomération urbaine le progrès passe un peu au large de cette

tranche de la population. Les rues rarement pavés étaient boueuses, encombrées ppar les

auvents, les étals et les bornes. Elles offraient, d'après PP.Goubert[GD76], "...le spetacle d'une

grande malpropreté. Les bouchers jetaient régulièrement à la rue des entrailles et boyaux des

bêtes abattues; rôtisseurs, pâtissiers et poissonniers les imitaient. Les ruisseaux qui sillonaient

la ville jouaient le rôle d'égout collecteur à ciel ouvert. Pour la boisson et la cuisson des

aliments, on employait l'eau du puits que de douteuses infiltrations venaient alimenter." En fait,

on s'aperçoit qu'au cours de ces siècles, l'habitant ordinaire devient davantage une source

d'impôt qu'un participant aux acquis.

C'est ainsi que les règnes de Louis XIV et XV deviennent plutôt connus dans l'histoire

architecturale par la création des académies artistiques, du Jardin des Plantes et....par

Versailles.

Oui, Versailles peut être pris comme un symbole de cette époque. Conçue à partir d'un

désir18 de Louis XIV de s'éloigner un peu d'une capitale jugée peu sûre après les troubles de la

Fondre19, le palais est bâti en grand style sur un petit château en brique et pierre utilisé par

Louis XIII comme pavillon de chasse. Le roi n'aimait pas trop les rues étroites de la capital et

en particulier lui fascinait "forcer la Nature"[SG78]. En fait, nous raconte Gideon, l'idée de

céer une nouvelle façon de vivre non plus limitée par les enceintes de Paris préoccupera Louis

XIV pendant plus de trente ans, au mépris du fait sans précédent d'être le premier monarche à

négliger et déserter la capital de son pays.

18selon Gideon[SG78], il y était compris dans ce désir, aussi la jalousie du roi par rapport au chateau de Vaux-

le Vicomte , fait bâti par son ministre Fouquet. Celui-ci serait ce qu'on porrait appeler le premier chateau

"urbain" construit à l'air . réalisé par l'archictecte Louis Le Vau, il était entouré d'un vaste jardin, l'oeuvre de Le

Nôtre. 19une crise politique qui a abouti à l'insurrection sur Paris vers 1651.

Annexe 3

149

Il y a fallu presque un demi-siècle20 pour l'achever dans toute sa splendeur. A la fin,

Versailles était devenu presque une ville, abritant de la cour sur l'aile gauche à l'administration

de l'Etat sur l'aile droite.

L'ensemble initial est plusieurs fois transformé et agrandi, l'intérieur luxueusement

décoré. A l'extérieur, un immense parc avec des bassins21 et le Grand Canal, où ont lieu les

fêtes les plus splendides que connaît l'Europe du moment. Pendant plus d'un siècle le palais

apparaîtra comme un modèle et les souverains du XVIIIe chercheront tous à reconstituer pour

eux un ensemble comparable. Rois et grands seigneurs font bâtir des châteaux, en particulier

dans la région du Loire et autour de Paris, où des larges ouvertures laissent entrer la lumière

(mais pas dans notre but); des jardins remplacent les fossés et la Renaissance se fait marquer

par des statues imitées de celles de Grèce et des colonnes ornant les façades.

Outre la splendeur des palais, le domaine militaire, par la faute (ou grâce à?) de la

politique d'expansion, connaît des progrès. Des fortifications, des ports, des canaux sont

construits pour couvrir les frontières du royaume. Certaines places fortes comme Luxembourg,

Sarre et Strasbourg en sont témoins. D'ailleurs, une réunion des deux choix peut être

rencontrée dans les Invalides, un mélange d'hôpital-église, dont l'architecture de la chapelle est

l'essence même. de ce mélange "utilitaire-somptueux"

Ces deux mondes si éloignés qui se sont créés22 (et ses conséquences dans le bien-être)

ne se modifient vraiment que à l'arrivée du Siècle des Lumières. Pour étendre encore le pouvoir

de l'Eglise, des écoles se créent peu à peu dans les villages. Le but était, selon l'ordonnance de

Louis XV de 1724 [MH81] "...instruire tous les enfants des devoirs de la religion catholique

(..) comme aussi pour y apprendre à lire et même à écrire à ceux qui pourront en avoir...".

20et plusieurs vies humaines 21L'installation des eaux a démandé des nouveautés techniques: Comme il n'y avait de courant d'eau aux

environs du palais, l'eau a été extraite de la Seine, par le biais de 221 pompes, qui la transportait à un débit de

6.000m³/jour. 22si on voudrait être précis, on dévrait considérer les trois ordres composant la société jusqu'à la Révolution de

1789: la noblesse, le clergé et le tiers état. Ce dernier est formé de toute la population en-dehors des deux

premiers: les paysans, mais aussi la popullation des villes. Les bourgeois (médecins, avocats, marchands,...)

mènent, est vrai, une vie plus aisée, mais n'ont pas le pouvoir politique, reservé au roi et partagé entre les leurs.

Annexe 3

150

Ainsi, à la fin du siècle, la moitié de la population sait à peu près lire et écrire. Ce qui

permet en outre, que le XVIIIe siècle se passionne pour les sciences et les idées. Partout les

chefs-d'oeuvre de la littérature classique sont perçus comme des modèles faisant référence. On

discute entre autres, l'idée du progrès, celle du bonheur, les soucis de l'individu. Ce siècle voit

s'ouvrir les premiers cafés où bourgeois et hommes du peuple se rencontrent aussi pour

échanger des idées que pour jouer aux échecs. A la fin du siècle, Jean-Jacques Rousseau

dénonce "les origines de l'inégalité" et propose un "contrat social" qui définit les grands

principes des systèmes démocratiques à venir.

Ainsi, bien évidement dans l'architecture, outre les cafés, les salons deviennent des

pièces en destaque, non plus seulement mondaines, mais lieux de conversation essentiels aux

idées qui s'y échangeaient. La

préocupation avex

l'ilumination des ambiances

prend plus d'importance; tapis,

escultures et meubles lègers

commencent à remplacer, dans

une vision plus fonctionnel, les

nombreux et lourds elements

de décoration.

Mais la chaleur des

idées ne suffisait pas à bien

chauffer les ambiances. Coté

confort, en dehors de la

tapisserie qui aidait à

conserver la chaleur intérieure,

on ne pouvait compter que sur des foyers à bois. Ensuite, il y a le développement du charbon23,

fait pour parer à la pénurie de bois.

Mais c'est ce siècle qui voit le début de l'apparition de la société démocratique

d'aujourd'hui. L'établissement par Turgot24, d'une politique rigoureuse mais pour le

developpement, offre entre autres la libre circulation des grains; l'abolition de la corvée royale

(remplacée par l'appel à une main-d'oeuvre rémunérée); la subvention territoriale, payée par

tous les proprietaires sans distinction et, une innovation difficile à admetre pour certains, le

projet d'élection de "municipalités" locales, qui associe la population à la préparation de

certaines décisions.

Peut être soient aussi ces projets de reforme, associés à l'évolution des idéeset à la crise

financière de l'Etat qui préparent les événements de 1789.

De la Révolution française on essayera de ne retenir que quelques conséquences

concernant surtout notre sujet: l'homme et sa façon à lui de bâtir son habitat. Ainsi on retire

d'un bilan rapide l'apparition d'une nouvelle nation, beaucoup plus homogène soit au niveau

23.En 1797, Lebon invente un autre usage pour le charbon: l'éclairage au gaz de charbon. D'ailleurs, selon

Radanne[PR89], entre 1700 et 1800, tous les usages majeurs du charbon ont été identifiés et ne progresseront

plus guère. 24Turgot était le contrôleur des finances de Louis XVI. Grand serviteur de l'Etat, avait fait partie des grands

physiocrates de Louis XIV et à coté de Diderot et d'Alembet a été l'un des rédacteurs de l'Encyclopédie, un

gigantesque ouvrage visant à régrouper l'ensemble de connaissances humaines.

Annexe 3

151

géographique25; soit au niveau sociale, avec le remplacement de la domination d'une partie de

la sociète vers l'Etat, qui devient tout-puissant. Les institutions nouvelles et des fonctionnaires

portent l'autorité de l'Etat dans tous les domaines et sur toute l'étendue du territoire[MH81], ce

qui facilite l'application des normes égales partout.

Cette unité française est renforcée par:

- la création du code civil qui favorise la famille et la proprieté, appuyé sur la

Déclaration des droits de l'Homme;

- la fondation de lycées et de grandes écoles, du musée du Louvre, d'une bibliothèque

nationale et des archives nationales, à Paris;

- et surtout par l'adoption d'un système uniforme de poids et mesures qui avait été

demandé par les cahiers de 1789: le système métrique.

C'est un siècle aussi marqué par de grands progrès techniques. Des inventions, mises au

point en Europe occidentale et aux Etas-Unis, modifient et facilitent la vie cotidienne et le

travail des hommes. Les progrès de l'hygiène26, surtout grâce à l'adduction d'eau et aux réseaux

d'égouts, améliorent la santé générale.

Coté industriel, une interminable

liste se deroule: de l'aluminium et l'acier,

qui remplace avec avantage l'usage du

fer, passant par les débuts de l'industrie

chimique, les plastiques et des engrais;

jusqu'au domaine des transports, qu'il

s'agisse des machines agricoles, du

chemin de fer ou des débuts de

l'automobile et de l'aviation.

Pour l'architecture industrielle et

commerciale, la pénétration de la

lumière dans des bâtiments élégants - grâce à leur structures en fer forgé - peut être bien

résumé dans l'oeuvre d'Eiffel et de Boileau du Bon Marché, à Paris, mais en général et surtout

pour l'habitat - notamment à l'intérieur des villes - on observe aussi des changements

importants.

On retrouve d'abord l'immeuble en structure métallique, où les murs extérieures sont

réduits à la condition de rideaux , d'usage collectif, souvent issu d'un immeuble industriel, d'une

25il y a eu le remplacement de toutes les anciennes divisions du territoire (provinces, généralités, diocèses,

gouvernements, bailliages) pour la division en départements à peu près égales. 26réalisés au même temps que des savants comme Pasteur, identifient les bactéries responsables des grandes

maladies contagieuses et découvrent des vaccins.

Annexe 3

152

fonction mixte habitat/travail, , avec combles formant atelier, ou le petit immeuble à 3 fenêtres

en façade, à double orientation rue/cour. L'habitat en "ténement" domaine les secteurs de

croissance urbaine[PC79]. Il constitue une rationalisation de la maison urbaine traditionnelle,

sous l'impact de différents facteurs surtout:

- le discours des hygiénistes du XIXe siècle, que rend compte de la crainte des classes

dirigeantes de voir se constituer un habitat collectif, source d'agitation sociale; la maison avec

jardin, reprenant certaines caractéristiques de la maison rurale des paysans émigrés, devrait

permettre la renaissance des idées de famille, de propriété et de moralité.

- la présence des Anglais dans la vie économique régionale (surtout en Haute

Normandie) implique l'importation de modèles d'habitat rationalisant la maison urbaine

traditionnelle.

Coté science de la conception, on observe une séparation entre l'art de l'architecte et

celui de l'ingénieur. Dans la période gothique, comme dans la période baroque suivante, les

architectes avaient non seulement employé les nouvelles

connaissances de l'ingénierie comme se sont intégrés avec, en

créant des nouveaux moyens pour exprimer les émotions, les

idéaux et les perspectives de l'époque. Il s'agissait de toujours

plus qu'un seul projet de conception, d'une seule conception du

projet. Malheureusement, au XIXe siècle, les nouveautés

techniques ont été employées mais non absorbés par

l'architecture. Comme exemple, le fer structurel, dont les

colonnes commençaient à remplacer les piliers en bois depuis

1780, restait utilisé comme simple structure sans étudier ni

développer une façon de l'intégrer au projet; on bâtissait encore

plus haut qu'avant, mais suivant les anciennes règles. Ainsi, tant

que ces procédés étaient employés par l'architecture sans une

vrai intégration, la même séparation se faisait entre l'ingénieur,

subordonné mais déconnecté de l'architecte et celui-ci, laissé à

coté du processus de développement des nouvelles techniques qui prospéraient à son

pourtour.[SG78].

La meilleure image de cette dichothomie est l'existence autonome d'un enseignement

d'architecture à l'intérieur de l'Ecole des Beaux-Arts et d'un apprentissage "polytechnique"

séparé. Napoleon crée en 1806 l'Ecole de Beaux-Arts, le programme comprenait tout le

domaine des arts plastiques et attachait l'Architecture à l'intérieur, elle qui jusque là avait un

rapport spontané et suffisant avec les Beaux-Arts. Malheureusement, selon certains[SG78]

l'Ecole est si mal conduite que les conséquence se font sentir tres tôt. L'Architecture devient

éloignée des besoins de la vie ordinaire pour répresenter des formes d'expression sculturelles.

Or un autre Institut "représentait" les techniques de l'ingénieur: l'Ecole Polytechnique, fondée

12 ans plus tôt surtout pour le développement industriel français. C'était une école spéciale :

elle visait une préparation scientifique uniforme pour les écoles techniques supérieures: l'école

des ponts et chaussées, l'école des mines, l'école d'artillerie, etc. Ayant comme professeurs des

géants mathémathiciens comme Monge, Lagrange Berthollet, elle était aussi chargée de

l'importante fonction de combiner la science théorique avec la pratique.

A la fin du XIXe siècle et au début du XXe, avec le développement des techniques et la

naissance du chauffage central - chaudières à bois, gaines de distribution d'air chaud, bouches

de soufflage au niveau du plancher - apparaissent les premiers calculs thermiques....Et le

Annexe 3

153

confort thermique va constituer progressivement un élément important de la qualité de vie des

occupants de tous les bâtiments.

La réalité globale française cependant demande une réflexion: au contraire des anciens

nobles ou du clergé, qui ont perdu des privilèges fiscaux, mais qui restent à jour des

nouveautés, pour les paysans, si la dépendance aux seigneurs s'achève, on ne peut dire que leur

vie matérielle se soit beaucoup améliorée. Les paysans qui avaient un peu d'argent achètent des

biens du clergé et les petits propriétaires sont devenus plus nombreux. Leur habitat consiste

ordinairement en un rez-de-chaussée composé d'une chambre à feu et d'une seconde pièce qui,

selon le dégréé d'aisance de la famille, est employée comme bûcher, comme magasin à

provisions ou comme étable.

En fait, ce sont les bourgeois qui ont le

plus profité de la Révolution. Ayant obtenu

l'égalité avec la noblesse, ils participent à la vie

politique et habitent des maisons à plusieurs

étages, des villas à l'intérieur des grandes villes.

Médecins, avocats, commerçants, fonctionnaires

constituent la petite et moyenne bourgeoisie. Ce

sont eux qui, avec les membres de la grande

bourgeoisie (banquiers, patrons d'usines,...)

profitent le plus des innovations techniques. Leur

logement est confortable, avec chauffage central,

salle d'eau, éclairage et chauffe-bains à gaz, etc...

Beaucoup ont acheté des terres et se sont enrichis

dans le commerce et l'industrie[MH81].

De nouveaux paysages apparaissent: au

lieu de la petite entreprise artisanale, de vastes

usines qui occupent beaucoup de place. En

général, à proximité des usines, les habitations des

ouvriers sont construites par les patrons. Malgré la

révolution de transports, les ouvriers se déplacent

toujours à pied. Ils doivent donc loger près de

l'usine. Habitant sur place, ils y travaillent plus

longtemps.

Somme toute, la Révolution industrielle

qui succède à une révolution sociale a fini par

modifier d'une façon peut être trop brusque le

règles de vie de l'homme ordinaire de l'époque. En

fait, les deux ensemble finissent par rompre

l'équilibre: selon certains auteurs, même si il y a eu

une nouvelle stabilité sociale après la Révolution, elle n'a jamais été complète. "La destruction

de la paix intérieure et de la sécurité de l'homme, en devient encore la conséquence plus visible;

l'individu a submergé devant le rythme de production, plus, il a été dévoré par elle "[SG78].

Annexe 3

154

Outre l'essor technique, les nouveaux procédés dans le domaine de la métallurgie et de

la chimie - et les inventions qui se succédant - nous apportent des moyens de destruction bien

plus puissants qu'autrefois. Et voilà pour certains (ou pour beaucoup) à quoi se resume la

première moitié du XXe siècle: 1914-1918 et 1939-1945. Deux guerres mondiales (une seule

qui a été mal refermée...) en à peine 30 ans!

Au sortir de la 2e guerre, le paysage de l'habitat dans les grandes agglomérations de

France est particulièrement sinistré. Cinq logements ont été détruits, autant dégradés. Le

nombre d'immeubles vétustes est estimé à 3

millions et demi. C'est une personne sur deux

qui est considérée comme mal logée ou sans

abri [LM93]. Surpopulation des logements et

inconfort (dans tous les domaines) sont le lot de

millions de français. Les réfugiés qui regagnent

les villes peuplent les hôtels et les "abris de

fortune". Rien qu'à Paris, ce sont plus de 40%

des habitants qui vivent dans des immeubles

insalubres.

En fait les abris de fortune existaient

déjà avant-guerre27. C'étaient des habitations à

bon marché, où baraquement et roulottes se

côtoyaient. Parmi elles, on repère des abris faits

de plaque de tôle ondulée arrondie qui les font

rassembler à des tonneaux, dans lesquels on s'entasse à dix ou douze et d'où s'échappe un

morceau de tuyau en guise de cheminée.

Des lambeaux d'Isorel, des bouts de carton cloués à l'intérieur qui n'arrêtent ni le froid

ni la pluie. Des pages de magazines collées sur les interstices qui servent à la fois à boucher les

trous et à décorer. Si le poêle à charbon, la lampe à pétrole et la bougie remplacent l'électricité,

pour l'eau, il n'y a rien à faire. Il faut sortir la chercher et parfois faire plusieurs kilomètres. On

appelait ces habitations des "igloos". Le temps a passé. Des jardinets, des barrières, des

27selon les réflexions [LM93] de Eugène Claudius-Petit, ministre de la Reconstruction (1948-1953): " Dans le

Nord, ce que nous estimions être la maison minimum construite en briques était offerte en remplacement des

baraquements provisoires (...) et qui dataient de la guerre de 1870."

Annexe 3

155

baraquements et même des rues ont eu raison de l'urgence. Un embryon de ville a jailli. Ces

"igloos" ressemblaient à des gros bidons ensevelis à moitié et couchés sur le coté. Peut-être

est-ce là l'origine du mot "bidonville"28, cette "forme" d'habitation qui réussira, malgré les

actions faites par l'Etat et certains organismes29, à traverser le XXesiècle.

Mais, dès 1945, devant l'ampleur du problème, le gouvernement encourage la

transformation de casernes, d'usines, d'entrepôts, de fortins pour aboutir à la création de

100.000 habitations provisoires. C'est le début d'un provisoire qui, faute de mieux, persistera

de nombreuses années. Cet homme-là connaîtra à nouveau les maladies, l'humidité, la boue et

les rats, qui avaient déjà cessé de jouer leur rôle

dans son quotidien. Les découvertes et

conclusions des travaux de Pasteur concernant les

maladies infectieuses et leur propagation,

aboutiront à la création d'une charte de la santé

publique reconnaissant les risques de l'habitat

insalubre. C'est l'homme forcé à créer et à diffuser

des règles et des lois pour les notions de confort

minimal30.

De 1947 à 1950 une nouvelle phase

apparaît. C'est le début d'une démarche pour la

construction prioritaire et massive de logements et

pour des améliorations notables dans les normes

des habitations31. Il s'agissait de construire

rapidement et à bas prix pour loger des personnes

habitant des taudis ou hébergées dans des conditions déplorables. L'époque n'étant pas au

raffinement [PC93], on définit un confort minimal et celui-ci est très supérieur à celui que les

gens connaissaient. C'est aussi l'époque de la rédéfinition des règles de fonctionnement des

HBM32 et de la naissance des HLM33. Le règlement de construction édicté par le décret du 22

octobre 1955 marque déjà un progrès indiscutable dans l'habitat. En fait, l'évolution des normes

de confort ne cessera de se faire durant les vingt années suivantes34.

C'est aussi l'époque du mouvement d'auto-construction des "castors". Les "castors"

seront des ensembles d'ouvriers de l'époque qui, mécontents de la situation, se regroupent dans

des coopératives et qui achètent des terrains pour y bâtir leur logement pendant leurs congés.

Leur caractéristique principale était que dans la plupart des cas, ils exerçaient des activités

autres que celles liés au bâtiment. Cependant, pendant leurs week-ends et congés, ils

devenaient tour à tour terrassiers, charpentiers, maçons, plombiers, couvreurs, électriciens,

chauffagistes. En fait, le mouvement des "castors" a existé de tout temps, sauf qu'ici il a perdu

28qui on aussi poussé, par des differentes raisons, en péripherie des grandes métropoles, comme au Brèsil et au

Mexique, plutôt connues sous le nom de "favelas". 29dans le cas français on revient souvent à Emmaüs 30la loi de 1902 assure déjà au maire le droit de déterminer des arrêtés municipaux portant règlement de la

santé publique, pour l'assurance d'une salubrité minimale des maisons et des leurs dependances. Son article 11

lie le permis de construire à l'obéissance du règlement sanitaire de salubrité. 31Entre autres, les superficies minimales des logements sont augmentées, passant pour un trois pièces de 45m²

à 57m². La salle d'eau devient obligatoire. 32Habitations à Bon Marché, loi de 1947 33Habitations à Loyer Modéré, loi de 1950 34et à titre indicatif, de 1953 à 1972, la surface locative minimale d'une HLM (type IV) est passé de 53m² à

73m².

Annexe 3

156

sa caractéristique de spontanéité, et a acquis une certaine "réglementation", tout en prenant

plus d'ampleur35.

Mais, à part ces mouvements

ponctuels, et pour faire face à un malheur

(le manque d'habitation) aussi réel

qu'urgent, la rupture qui a favorisé le

rendement et le béton au détriment des

habitants a lieu. Cette bataille du logement

va voir naître de nouvelles méthodes de

travail dans le bâtiment. Le volume du parc

à bâtir favorise l'investissement des

entreprises dans la conception de

préfabriqués. La préfabrication de panneaux

de béton permet une rentabilisation rapide

car elle peut être utilisée pour plusieurs

sites. Désormais, l'urbanisme se détermine par le chemin de grues36 qui distribue de part à

l'autre les éléments préfabriqués, permettant ainsi une économie de main d'oeuvre, une

accélération de la construction et un rapide amortissement des investissements.

Ainsi, les cités sont bâties en série, conçues sans tenir compte de la diversité des futurs

locataires, leur histoire, leurs besoins spécifiques, leurs propositions. Pourtant, selon [LM93],

les architectes, constructeurs et urbanistes n'avaient pas de mauvaises intentions37, et les

accédants aux HLM de l'époque n'étaient pas mécontents. Bien au contraire, ils étaient ravis et

le seront pour de nombreuses années. Il fallait gagner le pari du logement pour tous les foyers

modestes et cela a été fait. Ce n'est qu'avec les années que sont apparus les problèmes

(blessures?). Les bâtisseurs d'alors avaient oublié que l'exigence d'un progrès social transforme

les besoins d'une génération à l'autre et que la satisfaction d'un acquis ne l'est qu'en relation au

statu quo précédent.

Un remarque: bien évidemment il n'y a pas eu que des bidonvilles (et des taudis) ou des

HLM sur le territoire français. Comme pour les châteaux et monuments rénaissantistes décrits,

on les a extrait de l'Histoire pour montrer leur importance pour l'évolution de l'habitat.

Aussi la campagne proche des gandes villes se transforme. Les vieux relais sur la route

de Paris, villages avant la guerre, assistent à une transformation qui les dépasse: l'affux de

nouvelles populations, l'influence du mouvement ouvrier, la situation. Les municipalités, dont

les cadres, issus de la petite bourgeoisie ou du monde rural, étaient déjà mal à l'aise, au début

du XXe siècle dans la gestion de leurs communes, se trouveront incapables de comprendre la

ville moderne qu'exigaient les nouveaux modes de vie et de travail.

35bien qu'on s'éloigne un peu encore, il faut mentionner peut-être le plus important des mouvements des

"castors", l'Emmaüs, le groupe de l'abbé Pierre, que depuis 1945 se bat pour les sans-abri. 36ce chemin, s'il permettait l'élévation des bâtisses des deux cotés de son chemin de rail, empêchait cependant,

à cause de la proximité des immeubles bâtis, la pénétration du rayonnement solaire et a été considéré à

l'époque, la source de plusieurs maladies respiratoires, surtout dans l'aire de jeux des enfants 37la référence à M. Charles-Edouard Jeanneret, surnomé Le Corbusier, et à son slogan "la maison est une

machine à habiter" devient inévitable ici. Peut être, parce qu'il a apporté une nouvelle (et bonne, et différente)

solution à un moment d'histoire de la pensée architecturale, un dogme (... et une mode) en a été créée partout.

C'est injuste de lui attribuer cette panoplie désastreuse qu'on a tous fait, en le copiant n'importe où et comment,

pour être "moderne", pour être "rationnel, comme il s'impose d'être".

Annexe 3

157

En prennant comme exemple un de ces relais - Villejuif38, dans la banlieue sud de Paris

- on vérifierait cet impact causé et son évolution[CE93]. Villejuif

commence son histoire comme un vieux relais de poste sur la route de

Fontainebleau. Un village avant la guerre. De grosses fermes, tenant

sous leur dépendance quelques maraîchers, pépiniéristes et petits

cultivateurs, quelques fonctionnaires... Douze mille habitants

représentés par une municipalité radicale. Ensuite la guerre. La crise du

logement. La plus-value des terrains. Les lotissements. Peu à peu le

treizième arrondissement de Paris se décongestionne. Certains propriétaires fonciers lotissent

leurs terrains (les anciens champs) et les ouvriers affluent sans cesse. Sur des petits lots, ils

construisent leurs baraques en planches et leurs maisonnettes. Une colonie de peuplement du

bâtiment parisien et de la métallurgie, des cuirs et peaux, de l'alimentation, de la verrerie

s'installe. Cet afflux incontrôlé des gens conduit à un degré de sous-équipement: pour une

population qui s'élevait à dix-huit mille habitants en 1925, la ville possédait un seul ensemble

scolaire, datant de 1888, notoirement insuffisant pour les 1300 enfants inscrits. Cette année-là,

les ouvriers prennent la gestion de la commune39. Conscients de la difficulté, ils commencent la

lutte pour l'assainissement, pour l'urbanisation, pour les transports, pour l'hygiène, l'adduction

d'eau, pour l'éclairage, pour l'instruction des enfants.

Mais la partie sombre de l'histoire de la construction en France commence à s'achever

avec des directives ministérielles, qui à partir de 1973, freinent la logique de concentration des

HLM et du béton, symbolisée par des tours et par des projets clos, et arrivent même à détruire

certains40. L'alternative actuelle s'élabore autour de l'accession à la propriété pour tous (et donc

dans ce cas pour les bas revenus). Ainsi, aujourd'hui en France, la proportion des personnes

propriétaires de leur logement est plus importante que le nombre de locataires. Il y a 78% de

propriétaires en maison individuelle, contre 33% en immeuble collectif. En plus, réflexion faite,

minimisé à une époque, le souci principal de la majorité des organismes d'HLM d'aujourd'hui

est, outre l'équilibre financier de leur parc immobilier, l'investissement pour la satisfaction à

propos du cadre de vie de leurs locataires. On repense les dogmes du début, on adapte la ville

et tout ce qui concerne sa périphérie sociale à ses habitants.

L'expérience acquise avec les réussites (et surtout les échecs) du passé a amené à la

constatation qu'il faut, bien sûr, avoir de l'eau, d'électricité, du gaz et du soleil, mais aussi que

"loger, c'est donner tout ce que le confort peut offrir. Et habiter intéresse toutes les notions du

subconscient de l'individu. L'histoire du lieu, le fait qu'il soit humainement et très tendrement

habitable, cela importe plus que tout41"[ML93]

38Villejuif, dans la banlieue sud est passé par un grand renouvellement architectural depuis 1920, réalisé

surtout par l'architecte André Lurçat à la demande de Paul-Vaillant Couturier, maire de 1929 à 1937 39Les Villejuifois avaient élu en avril 1925, au complet, une liste du Bloc ouvrier et paysan, présentée par le

Parti Communiste et conduite par un vétéran du mouvement coopératif; d'ailleurs, depuis cette date-là jusqu'à

nos jours la ville n'a eu que des municipalités dirigés par des membre du Parti communiste, à l'exception, bien

sur de la période 40-44, quand il y a eu la dissolution générale par l'Etat des gestions communistes en France. 40les premières destructions de tours ont eu lieu à Vénissieux en 1985, un accord signé en juin 1986 entre le

Ministre de Logement et l'Union des HLM fixant une date d'achèvement de la réhabilitation à 1995.. 41morceau du discours prononcé par Aillaud lorsqu'il reçut en 1960 le grand prix du Cercle d'études

architecturales.

Paris

13e

VillejuifN7

Fontainebleau

Annexe 3

158

En poursuivant dans ce petit historique, on se retrouve encore dans un carrefour, et on

se permettra un nouveau choix de chemin: celui qui aboutira à l'architecture passive42.

Historiquement, on risque de voir le vingtième siècle - ou sa fin - se caractériser par une

importance exagérée accordée à la technologie, à l'exclusion de toute autre valeur. On retrouve

cette tendance dans le cadre bâti, au niveau même des matériaux de construction utilisés, tels

que les matières plastiques et synthétiques.

De là la dependance actuelle au contrôle mécanique de l'ambiance intérieure, au

détriment d'une exploitation des phénomènes climatiques et des autres phénomènes naturels

pour la satisfaction de nos exigences de confort. "En un certain sens, nous nous sommes

rendus prisonniers d'installations mécaniques complexes, jusqu'à nous interdire l'ouverture des

fenêtres, d'ailleurs le plus souvent condamnées, afin de faciliter le fonctionnement des

installations d'air conditionné, au risque d'une évacuation inévitable en cas de panne prolongée"

[EM81].

De plus, et pour cause, l'architecture du vingtième siècle prête bien peu d'attention à la

diversité et au caractère particulier des climats régionaux et des matériaux de construction

locaux. Ce qui fait que tout le monde peut contempler un même style "international"

d'architecture, d'un bout à l'autre de la planète.

En fait, dans ce domaine, les années 50-60 nous ont apporté des excès commis au nom

de l'hygiénisme et des principes de la Charte d'Athènes qui prônait le soleil, l'espace, la verdure,

un urbanisme et une architecture dont on mesure aujourd'hui les effets néfastes, au point,

comme on a vu, de devoir démolir certaines "barres" ou certains "tours" dont malheureusement

les revues d'architecture de l'époque vantaient les mérites.

Ensuite, par la faute du (ou grâce au) choc de pétrole de 1973 et de ses conséquences,

apparaît l'architecture solaire, traduction des idées de chauffage solaire passif et de

réfrigération naturelle, qui soulève un intérêt nouveau auprès du public. En réalité, dès qu'elle

l'est bien conçue, une construction passive peut être à la fois simple de conception et d'emploi:

elle comporte peu d'éléments en mouvement, et n'exige pas d'entretien spécial.

Mais l'architecture solaire traitée ici n'est pas celle qui est apparue en France dans les

années 70 et début des années 80. A l'époque, on imaginait que l'emploi de l'énergie solaire

allait se développer rapidement parce que cette énergie était saine, naturelle et gratuite et que

les techniques mise au point pour son évolution étaient scientifiquement intéressantes[PC93].

Les deux dimensions de l'époque - les préoccupations énergétiques et thermiques - restant au

coeur du sujet, l'expérience a révélé les limites d'une démarche uniquement centrée sur ces

deux paramètres43.

On commence à reprendre la notion du climat, non-plus comme un importun qui

périodiquement nous frappe à la porte, mais comme un facteur déterminant des caractéristiques

du terrain. Climatisée ou non, l'architecture commence à perdre son caractère international, et

à s'intégrer dans chaque terrain. C'est ainsi que plusieurs "filières" naissent ou sont

42ici encore, le mot "passive" pourrait être remplacé par n'importe lequel de ses synonymes, qui apporterait le

sens d'une architecture bioclimatique, naturel ou tout bonnement consciente. 43"on se souvient des efforts déployés à la fin du 19esiècle par le mouvement hygiéniste pour éclairer et ventiler

les logements urbains anciens plus ou moins insalubres. Nonobstant, 100 ans après, le "parti de la lumière"

restant le bon, il est pour le moins décevant de constater une réduction à la portion congrue des surfaces vitrées

sur des nombreux programmes de logements conçus dans les années 1975-90. Limitations de déperditions

thermiques, esthétique de la meurtrière?"...[AL92]

Annexe 3

159

redécouvertes, nous apportant des mots comme architecture solaire, passive, bioclimatique,

etc.

L'enveloppe de la construction se redéfinit comme un "outil actif" et pas seulement un

élément de protection. Planchers solaires direct, murs Trombe, toitures-capteurs, le confort

thermique à l'intérieur est

complété (voire assuré) par ces

dispositifs plus ou moins passifs

intégrés à l'enveloppe

constructive. Cependant, la

conception actuelle d'un retour

de l'investissement à court

terme (5 ans, en général) les

discrédité auprès des maîtres

d'ouvrages qui devaient prévoir

un complément traditionnel.

Quoi qu'il en soit, la réussite

des solutions strictement

architecturales (gains directs et serres), immédiatement convaincantes et plus faciles à mettre

en oeuvre est incontestable. Le mur Trombe44 étant moins souvent utilisé, le solaire actif

connaît en France deux formes de développement: le plancher solaire direct (PSD) déjà

mentionné et le chauffe-eau solaire, les deux plus ou moins réussis en ce que concerne

l'intégration architecturale.

A la lumière de tout qu'on a déjà vécu ou appris, le grand pari qui se pose aujourd'hui

c'est l'obtention de la satisfaction des besoins de sensations et d'humanité du futur habitant. Ils

comprennent un large éventail qui comporte les "solutions d'hygiène", pour reprendre

l'expression de l'époque de Pasteur, mais maintenant bien au-delà des valeurs minimales,

jusqu'à celles ayant pour objet la satisfaction des besoins physiologiques et

psychosociologiques[AL92].

Cela, pour ne pas risquer de passer la plus grande partie de sa vie (qu'il s'agisse du

logement où l'homme vit avec sa famille ou du bureau ou il travaille), dans des conditions

inconfortables et ainsi "faire peser une menace sur sa santé et sur celle de sa famille, risquer de

voir son aptitude au travail et à l'effort s'amenuiser progressivement, et même hypothéquer un

peu le développement futur.[JD60]

Au coeur des politiques d'aménagement, l'architecte est celui qui permettra aux usagers

de bien ressentir les nouveaux espaces, "de faire le lien entre le passé et l'avenir, en d'autres

termes, de diminuer les angoisses du présent, face au monde en mouvement. Concepteurs de

l'aménagement et de l'espace qui détermineront le cadre de vie, ils ont à leur disposition des

méthodes de simulation et de calcul sophistiquées, ainsi que des matériaux souvent

véritablement conçus et mis en oeuvre pour une fonction unique et précise"[AL92]. Il leur

faudrait seulement, peut être, réintégrer à ce énorme acquis, l'échelle humaine. Puisque il y a le

confort et confort: le confort tout court qui défini la norme du bon logement et le confort,

44appélé aussi mur Trombe-Michel, car breveté par l'ingénieur Félix Trombe et l'architecte Jacques Michel.

Simple dans son principe théorique de façade-capteur à l'air, il requiert dans sa mise en oeuvre une maîtrise

scientifique et constructive inhabituelle. Apparemment abandonné à cause de son coût et de la difficulté d'une

maîtrise esthétique, il semble souffrir, selon [AJ92]du fait d'être à cheval entre l'architecture et thermique pure.

Annexe 3

160

comme dit très bien [JD90] discret, plus subtil, qui ignore la norme et que la norme ignore.

L'un et l'autre dernièrement sans communication entre eux, voire incompatibles et pourtant...

C'est dans cette recherche que se plonge le concepteur contemporain. A la charnière

d'un savoir historique traditionnel et vernaculaire, il intègre, d'instinct et d'expérience les

données naturelles du site et de son climat aux possibilités nouvelles des sciences et des

techniques. Réunis dans des associations nombreuses, gouvernementales ou non, il essaie par

des différentes filières de connaître à nouveau l'homme, ses besoins et ses rapports avec la

Nature, celle-ci n'étant plus traitée que comme "l'extérieur". A l'abri des modes, climatisé ou

non, c'est peut être le début de l'époque des démarches architecturales simplement conscientes,

dans un sens plus étendu, qui s'annonce.

Références bibliographiques

[AL92] LIEBARD, ALAIN et CIVEL, Y-B - A la Recherche des ambiances - Systèmes

Solaires, 1992

[AN76] NASCENTES,Antenor - Dicionário Ilustrado da Língua Portuguesa da

Academia Brasileira de Letras, Bloch Ed., Rio de Janeiro, Brésil, 1976

[BG78] GILLE B., Histoire des techniques, Paris,Pléiade,1978;

[CE93] ESCODA, C.- André Lurçat et les écoles de Villejuif in Villejuif notre ville

revue municipale d'information, septembre 1993/février 1994

[EF87] Electricité de France - Techniques de chauffage électrique dans l'habitat existant

non équipé de chauffage central - collection techniques d'amélioration de l'habitat existant,

EDF, Paris, 1987

[EM81] MAZRIA, Eduard - Le guide de l'energie solaire passive; Collection Habitat

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[GD76] DOREL-FERRE,G. et all - Techniques et sociétés; Librairie Armand Colin,

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[JD60] DREYFUS,Jacques - Le Confort dans l'Habitat, Ed. Eyrolles, Paris, 1960

[JD90] DREYFUS, Jacques - "La société du confort: quel enjeu, quelles ilusions?" - Ed

l'Harmattan, Paris, 1990

[MH81] HINNEWINKEL, Marie-José et all - Histoire: découvrir, comparer, connaître;

Ed. Fernand Nathan, Paris,1981

[ML93] LALLAOUI, Mehdi - Du bidonville aux HLM - collection "Au nom de la

mémoire", Ed.Syros, Paris,1993

[MO76] OLIVEIRA, Mário - Desenho de arquitetura pré-renascentista - monographie

de Livre docência, Faculdade de Arquitetura, Universidade Federal da Bahia, Brésil, 1976

[PB88] BREJON,Paul - Les Logiciels d'Energétique de Bâtiment - Développement,

évaluation technique, illustrations, thèse de doctorat à EMP, 1988

[PC81] PLAN Construction - Typologie opérationnelle de l'habitat ancien (1851-1948)

- actes du colloques du 10 janvier 1979 à l'abbaye de Royaumont, Ministère de

l'Environnement et du Cadre de Vie, Paris, 1981

[PC87] CONRAD,Philippe - L'aventure de France - Ed. Du May, Paris, 1987

Annexe 3

161

[PC93] CHEMILLIER,Pierre - Le progrès technique et la satisfation des exigences

humaines dans l'habitat, Cahiers du CSTB 2631, CSTB,1993

[PR89] RADANNE,Pierre - L'energie dans l'économie - collection Alternatives

économiques, Ed. Syros/Alternative, Paris, 1989

[SG78] GIEDION,Sigfrido - Espacio, Tiempo y Aquitectura, el futuro de una nueva

tradition, Ed. Dossat, Madrid, 1978

Annexe 4 162

Annexe 4 - Tableurs de gestion du tableau de bord (selon chapitre 2.6.2)

Tableurs présents dans cet annexe: casamo.xlm, variante.xls,. etudext.xls. Le tableur rec-jour.xls est déjà présenté par l'annexe 1 et dhd'inc.xls par l'annexe 2.

1) macro casamo.xlm

Cette macro est conçue pour prélever les données de température resultante de l'air et d'humidité intérieure des fichiers de sortie du logiciel de simulation Casamo-clim (fichiers resultc.xls) et les mettre en forme en colonnes à coté des valeurs demi-horaires.

Enregistrement1 (a) (continuation de la 1e colonne à gauche)

=SELECTIONNER("L26C1:L32C1") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COPIER() =SELECTIONNER("L89C1:L95C1") =SELECTIONNER("L2C3") =COPIER() =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L11C3") =SELECTIONNER("L33C1:L39C1") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COPIER() =SELECTIONNER("L89C1:L95C1") =SELECTIONNER("L3C3") =COPIER() =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L11C3") =SELECTIONNER("L40C1:L46C1") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COPIER() =SELECTIONNER("L96C1:L102C1") =SELECTIONNER("L4C3") =COPIER() =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L12C3") =SELECTIONNER("L47C1:L53C1") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COPIER() =SELECTIONNER("L103C1:L109C1") =SELECTIONNER("L5C3") =COPIER() =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L13C3") =SELECTIONNER("L54C1:L60C1") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COPIER() =SELECTIONNER("L110C1:L116C1") =SELECTIONNER("L6C3") =COPIER() =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L14C3") =SELECTIONNER("L61C1:L67C1") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COPIER() =SELECTIONNER("L117C1:L123C1") =SELECTIONNER("L7C3") =COPIER() =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L15C3") =SELECTIONNER("L68C1:L74C1") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COPIER() =SELECTIONNER("L124C1:L130C1") =SELECTIONNER("L8C3") =COPIER() =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L16C3") =SELECTIONNER("L75C1:L81C1") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COPIER() =SELECTIONNER("L131C1:L137C1") =SELECTIONNER("L9C3") =COPIER() =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L17C3") =SELECTIONNER("L82C1:L88C1") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COPIER() =SELECTIONNER("L138C1:L144C1") =SELECTIONNER("L10C3") =COPIER()

(continue 2e colonne à droite) →↑ (continue page suivante, 1

er colonne à

Annexe 4 163

gauche) ↓← (continuation de la 2

e colonne à

droite, 1e page)

(continuation de la e colonne à

gauche) =SELECTIONNER("L18C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L236C1:L242C1") =SELECTIONNER("L145C1:L151C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L32C3") =SELECTIONNER("L19C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L243C1:L249C1") =SELECTIONNER("L152C1:L158C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L33C3") =SELECTIONNER("L20C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L250C1:L256C1") =SELECTIONNER("L159C1:L165C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L34C3") =SELECTIONNER("L21C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L257C1:L263C1") =SELECTIONNER("L166C1:L172C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L35C3") =SELECTIONNER("L22C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L264C1:L270C1") =SELECTIONNER("L173C1:L179C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L36C3") =SELECTIONNER("L23C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L271C1:L277C1") =SELECTIONNER("L180C1:L186C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L37C3") =SELECTIONNER("L24C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L278C1:L284C1") =SELECTIONNER("L187C1:L193C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L38C3") =SELECTIONNER("L25C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L285C1:L291C1") =SELECTIONNER("L194C1:L200C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L39C3") =SELECTIONNER("L26C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L292C1:L298C1") =SELECTIONNER("L201C1:L207C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L40C3") =SELECTIONNER("L27C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L299C1:L305C1") =SELECTIONNER("L208C1:L214C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L41C3") =SELECTIONNER("L28C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L306C1:L312C1") =SELECTIONNER("L215C1:L221C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L42C3") =SELECTIONNER("L29C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L313C1:L319C1") =SELECTIONNER("L222C1:L228C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L43C3") =SELECTIONNER("L30C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L320C1:L326C1") =SELECTIONNER("L229C1:L235C1") =COPIER() =COPIER() =SELECTIONNER("L44C3")

Annexe 4 164

=SELECTIONNER("L31C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI)

(continue 2e colonne à droite) →↑ (continue page suivante, 1

er colonne à

gauche) ↓←

(continuation de la 2e colonne à

gauche, 2e page)

=SELECTIONNER("L327C1:L333C1") =COPIER() =SELECTIONNER("L45C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L334C1:L340C1") =COPIER() =SELECTIONNER("L46C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L341C1:L347C1") =COPIER() =SELECTIONNER("L47C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L348C1:L354C1") =COPIER() =SELECTIONNER("L48C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L355C1:L361C1") =COPIER() =SELECTIONNER("L49C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L362C1:L368C1") =COPIER() =SELECTIONNER("L50C3") =COLLAGE.SPECIAL(3;1;FAUX;VRAI) =SELECTIONNER("L(-49)C(7)") =FORMULE("0") =SELECTIONNER("L(1)C") =FORMULE("0.5") =SELECTIONNER("L(-1)C:LC") =RECOPIE.INCREMENT("LC:L(48)C";0) =RETOUR() FIN DE LA MACRO

2) Variante.xls (exemple partiel sur la page suivante):

Ces tableurs rassemblent les données issues des simulations par groupe étudié et les résultats de calcul du tableur de calcul de degrés-heures d'inconfort (dhd'inc.xls).

Légende:

Tair ext - température de l'air estérieur HR ext - humidité relative à l'extérieur V1....Vn - variantes simulées Occ - l'existence d'occupation Dh d'inc -valeur du dégré d'inconfort Tair int - température de l'air intérieur Tres int - température resultante à l'intérieur

Annexe 4 165

HR int - humidité relative à l'intérieur

Annexe 4 166

Variante.xls Extérieur V1 Vn

h Occ Tair ext

HR ext

Dh d'inc

Tair int

Tres int

HR int Dh d'inc

Tair int Tres int

HR int

Dh d'inc

1 oui 27.17 62 1 26.14 26.12 89 0 26.18 26.18 89 0 oui 26.72 64 1 25.73 25.73 91 0 25.77 25.79 91 0 2 oui 26.31 66 0 25.35 25.37 93 0 25.39 25.42 93 0 oui 25.95 67 0 25.01 25.04 95 0 25.05 25.09 95 0 3 oui 25.65 68 0 24.72 24.74 97 0 24.75 24.79 97 0 oui 25.41 69 0 24.47 24.49 98 0 24.50 24.53 98 0 4 oui 25.24 70 0 24.32 24.31 99 0 24.35 24.35 99 0 oui 25.14 71 0 24.18 24.16 100 0 24.21 24.20 100 0 5 oui 25.10 71 0 24.15 24.08 100 0 24.17 24.12 100 0 oui 25.15 73 0 24.13 24.04 100 0 24.16 24.08 100 0 6 oui 25.29 75 0 24.20 24.08 100 0 24.26 24.16 100 0 oui 25.53 78 0 25.95 26.47 99 0 26.17 26.83 99 1 7 oui 25.86 82 0 26.42 27.05 93 1 26.81 27.70 93 2 oui 26.27 81 0 26.85 27.50 91 1 27.37 28.36 86 1 8 non 26.76 80 0 27.13 27.70 85 0 27.65 28.58 85 0 non 27.30 78 0 27.51 27.95 88 0 28.21 29.11 83 0 9 non 27.91 75 0 27.91 28.20 81 0 28.74 29.56 81 0 non 28.55 72 0 28.34 28.45 83 0 29.22 29.91 78 0 10 non 29.22 68 0 28.78 28.70 85 0 29.66 30.16 80 0 non 29.90 65 0 29.22 28.96 78 0 30.05 30.33 73 0 11 non 30.58 62 0 29.66 29.22 79 0 30.40 30.45 75 0 non 31.25 59 0 30.10 29.48 76 0 30.73 30.53 76 0 12 non 31.89 55 0 30.52 29.73 73 0 31.06 30.63 69 0 non 32.50 53 0 30.92 29.99 71 0 31.39 30.77 71 0 13 non 33.04 50 0 31.29 30.23 68 0 31.71 30.93 68 0 non 33.53 49 0 31.63 30.46 69 0 32.01 31.09 66 0 14 non 33.94 48 0 31.93 30.68 67 0 32.28 31.26 67 0 non 34.27 47 0 32.18 30.88 65 0 32.51 31.42 65 0 15 non 34.51 45 0 32.38 31.07 64 0 32.69 31.57 60 0 non 34.65 46 0 32.53 31.22 66 0 32.82 31.70 63 0 16 non 34.70 46 0 32.62 31.36 62 0 32.90 31.81 62 0 non 34.67 47 0 32.67 31.47 62 0 32.92 31.89 62 0 17 non 34.56 48 0 32.67 31.55 62 0 32.90 31.95 62 0 non 34.39 49 0 32.62 31.62 62 0 32.84 31.98 62 0 18 oui 34.15 50 7 32.72 31.84 60 5 32.91 32.18 60 5 oui 33.85 51 7 32.62 31.91 61 5 32.81 32.24 61 5 19 oui 33.49 51 6 32.54 32.01 62 5 32.72 32.31 62 5 oui 33.08 53 6 32.38 32.05 60 5 32.55 32.34 60 5 20 oui 32.63 53 6 32.27 32.14 65 5 32.43 32.42 62 5 oui 32.13 54 5 30.73 30.35 67 3 30.83 30.49 67 3 21 oui 31.60 54 5 30.16 29.82 70 3 30.24 29.94 70 3 oui 31.05 55 4 29.67 29.36 76 2 29.74 29.46 76 2 22 oui 30.48 56 3 29.07 28.84 74 2 29.13 28.92 74 2 oui 29.90 57 3 28.57 28.37 77 1 28.62 28.45 77 1 23 oui 29.32 58 2 28.02 27.87 79 2 28.07 27.95 79 2 oui 28.75 59 2 27.52 27.41 82 1 27.57 27.48 82 1 24 oui 28.20 60 1 27.04 26.97 84 1 27.09 27.03 84 1 Total dh d'inc occ: ext V1 V2 30.05 22.04 23.64

Annexe 4 167

3) etudext.xls Etude pour l'obtention d'une temperature optimale ressentie à l'extérieur (fictive)

Données standards moins pertes vers le ciel et le vent h Occ Tair ext HR ext Dh d'inc Text-4° (Tex*0,96)-4° Dh d'inc opt. 1 oui 27.17 62 1 23.17 22.09 0

oui 26.72 64 1 22.72 21.65 0

2 oui 26.31 66 0 22.31 21.25 0

oui 25.95 67 0 21.95 20.91 0

3 oui 25.65 68 0 21.65 20.62 0

oui 25.41 69 0 21.41 20.40 0

4 oui 25.24 70 0 21.24 20.23 0

oui 25.14 71 0 21.14 20.13 0

5 oui 25.10 71 0 21.10 20.10 0

oui 25.15 73 0 21.15 20.14 0

6 oui 25.29 75 0 21.29 20.28 0

oui 25.53 78 0 21.53 20.51 0

7 oui 25.86 82 0 21.86 20.83 0

oui 26.27 81 0 22.27 21.22 0

8 non 26.76 80 0 22.76 21.69 0

non 27.30 78 0 23.30 22.21 0

9 non 27.91 75 0 23.91 22.79 0

non 28.55 72 0 24.55 23.41 0

10 non 29.22 68 0 25.22 24.05 0

non 29.90 65 0 25.90 24.70 0

11 non 30.58 62 0 26.58 25.36 0

non 31.25 59 0 27.25 26.00 0

12 non 31.89 55 0 27.89 26.62 0

non 32.50 53 0 28.50 27.20 0

13 non 33.04 50 0 29.04 27.72 0

non 33.53 49 0 29.53 28.19 0

14 non 33.94 48 0 29.94 28.58 0

non 34.27 47 0 30.27 28.90 0

15 non 34.51 45 0 30.51 29.13 0

non 34.65 46 0 30.65 29.27 0

16 non 34.70 46 0 30.70 29.31 0

non 34.67 47 0 30.67 29.28 0

17 non 34.56 48 0 30.56 29.18 0

non 34.39 49 0 30.39 29.01 0

18 oui 34.15 50 7 30.15 28.78 2 oui 33.85 51 7 29.85 28.50 1

19 oui 33.49 51 6 29.49 28.15 1 oui 33.08 53 6 29.08 27.76 2

20 oui 32.63 53 6 28.63 27.32 1

oui 32.13 54 5 28.13 26.85 1

21 oui 31.60 54 5 27.60 26.34 0

oui 31.05 55 4 27.05 25.81 0

22 oui 30.48 56 3 26.48 25.26 0 oui 29.90 57 3 25.90 24.70 0

23 oui 29.32 58 2 25.32 24.15 0

oui 28.75 59 2 24.75 23.60 0

24 oui 28.20 60 1 24.20 23.07 0

Total dh d'inc occ journalier 30 Total dh d'inc occ optimisé 4

Annexe 5 168

Annexe 5 Caractéristiques du

Façade Sud

6,00

0,75 0,25 4,00 0,25 0,75

5,0

0

0,7

5 0,2

5 3,0

0 0,2

5 0

,75

4,00 x 0,20

4,00 x 0,20

1,20 x 1,20

0,90 x 2,10

N

Plan Coupe transversale

det.1

l'axe pour le changement des toitures

0,9

0

3,3

0

3,0

0

Détail 1

0,80

0,2

00,2

0

mousquitaire

store venitien

projet architectural simulé (Ch 3.3)

Données de base

nom:casa m, m²,m3

l'ambiance:

largeur 3.00

longueur 4.00

hauteur 3.00

surface plancher: 12.00

volume intérieur 36.00

volume du comble: m3

dalle 3.00

toiture à 4 pentes (15°) 6.62

toiture à 4 pentes (25°) 14.56

Façades (surfaces): m, m²,m3

Façade Sud: 14.85

mur 12.61

fenêtre (hors tout) 1.44

volet persienné 0.80

mousquitaire du comble 0.80

Façade Nord: 14.85

mur 14.05

volet persienné 0.80

mousquitaire du comble 0.80

Façade Est/Ouest: 11.55

mur 11.55

Toitures (surface): m²

dalle 30.00

4 pentes à 15°: 31.08

- Or Nord ou Sud 9.07

- Or. Est ou Ouest 6.47

4 pentes à 25° 33.10

- Or Nord ou Sud 9.66

- Or. Est ou Ouest 6.89

Annexe 5 169

Caractéristiques physiques de composants simulés

Facteurs d 'absorption solaire (toutes emissivités à 0,9): litterature valeur retenue

tuile en terre cuite crème (en couleur cuire claire) 0,3 →0,5 0,3

tuile en terre cuite rouge 0,4→0,8 0,5

tuile en terre cuite rouge foncé 0,4→0,8 0,7

plaque de fibrociment (peinture claire) 0,3

plaque de fibrociment (grise, nouvelle) 0,45→0,6 0,5

plaque de fibrociment (grise, vieillie) 0,7 0,7

tôle métalique claire 0,1→0,4 0,3

tôle métalique grise 0,4→0,65 0,5

tôle métalique grise, vieillie 0,7→0,9 0,7

dalle pleine/isolée, (peinture claire) 0,2(int.) 0,3

dalle pleine/isolée, grise 0,2(int.) 0,5

dalle pleine/isolée, grise, revêtement vieilli 0,5→0,75 0,2(int.) 0,7

dalle plein/isolée, bitumée 0,85→0,98 0,2(int.) 0,9

Plafond

bois 0,2(int.) et 0,7

Plancher

bois 0,7

carrelage 0,5

Murs

(peinture blanche) 0,2

Annexe 7 170

Description des caractéristiques physiques des matériaux utilisés:

épaisseur (m)

conductivicté, (W/m°C)

masse volumique (kg/m³)

chaleur spécifique (J/kg°C)

Couverture

tuile 0,15 0,85 1700 921

plaque fibrociment 0,006 0,407 1600 1010

tôle métalique 0,001 138,16 2680 880

dalle pleine 0,07 1,6 2200 1005

bitume 0,005 0,17 1200 1675

dalle p, isolée

argamasse nivel 0,025 0,58 1000 1047

plaque de polyestirène 0,025 0,035 30 1210

Murs

enduit int 0,025 0,53 1000 837

brique creux 0,1/0,2 0,67 1250 880

enduit ext 0,025 0,65 1600 754

Plafond

bois 0,03 0,14 800 1214

Plancher

bois 0,03 0,17 704 1630

carrelage

argamasse nivel

dalle pleine 0,12 1,6 2200 1005

Annexe 5 171

Climat utilisé et calcul de la témpérature optimale ressentie à l'extérieur (fictive)

Extérieur moins pertes vent*1 moins pertes ciel et vent*2

h Occ Tair ext HR ext Dh d'inc Text-4° Dh d'inc (Tex*0,96)-4° Dh d'inc

1 oui 27.17 62 1 23.17 0 22.09 0

oui 26.72 64 0 22.72 0 21.65 0

2 oui 26.31 66 0 22.31 0 21.25 0

oui 25.95 67 0 21.95 0 20.91 0

3 oui 25.65 68 0 21.65 0 20.62 0

oui 25.41 69 0 21.41 0 20.40 0

4 oui 25.24 70 0 21.24 0 20.23 0

oui 25.14 71 0 21.14 0 20.13 0

5 oui 25.10 71 0 21.10 0 20.10 0

oui 25.15 73 0 21.15 0 20.14 0

6 oui 25.29 75 0 21.29 0 20.28 0

oui 25.53 78 0 21.53 0 20.51 0

7 oui 25.86 82 0 21.86 0 20.83 0

oui 26.27 81 0 22.27 0 21.22 0

8 non 26.76 80 0 22.76 0 21.69 0

non 27.30 78 0 23.30 0 22.21 0

9 non 27.91 75 0 23.91 0 22.79 0

non 28.55 72 0 24.55 0 23.41 0

10 non 29.22 68 0 25.22 0 24.05 0

non 29.90 65 0 25.90 0 24.70 0

11 non 30.58 62 0 26.58 0 25.36 0

non 31.25 59 0 27.25 0 26.00 0

12 non 31.89 55 0 27.89 0 26.62 0

non 32.50 53 0 28.50 0 27.20 0

13 non 33.04 50 0 29.04 0 27.72 0

non 33.53 49 0 29.53 0 28.19 0

14 non 33.94 48 0 29.94 0 28.58 0

non 34.27 47 0 30.27 0 28.90 0

15 non 34.51 45 0 30.51 0 29.13 0

non 34.65 46 0 30.65 0 29.27 0

Annexe 7 172

Climat utilisé et calcul de la témpérature optimale ressentie à l'extérieur (fictive)- cont.

Extérieur moins pertes vent*1 moins pertes ciel et vent*2

h Occ Tair ext HR ext Dh d'inc Text-4° Dh d'inc (Tex*0,96)-4° Dh d'inc

16 non 34.70 46 0 30.70 0 29.31 0

non 34.67 47 0 30.67 0 29.28 0

17 non 34.56 48 0 30.56 0 29.18 0

non 34.39 49 0 30.39 0 29.01 0

18 oui 34.15 50 7 30.15 3 28.78 2

oui 33.85 51 7 29.85 3 28.50 1

19 oui 33.49 51 6 29.49 2 28.15 1

oui 33.08 53 6 29.08 2 27.76 2

20 oui 32.63 53 6 28.63 2 27.32 1

oui 32.13 54 5 28.13 1 26.85 0

21 oui 31.60 54 5 27.60 2 26.34 0

oui 31.05 55 4 27.05 1 25.81 0

22 oui 30.48 56 3 26.48 0 25.26 0

oui 29.90 57 3 25.90 0 24.70 0

23 oui 29.32 58 2 25.32 0 24.15 0

oui 28.75 59 2 24.75 0 23.60 0

24 oui 28.20 60 1 24.20 0 23.07 0

dh d'inc total occupé: 30 8 4

Annexe 6 173

Annexe 6 Variation de la radiation reçue par les façades et toitures selon orientations diverses (Ch. 4.6.2)

Bilan journalier, en Wh/m², Rio, mois de février (pour un albedo de 0,2 et trouble de Linke égal à 4)

angle Irradiation %

0° 7846 100%

Axe Nord-Sud


N 90° 2246 29% 25° 7495 96% 15 7778 99%

E 90° 3898 50% 25° 7336 93% 15 7649 97%

S 90° 1670 21% 25° 7007 89% 15 7480 95%

O 90° 3898 50% 25° 7336 93% 15 7649 97%

Axe NE -SO


NE 90° 3436 44% 25° 7471 95% 15 7745 99%

SE 90° 3029 39% 25° 7098 90% 15 7528 96%

SO 90° 3029 39% 25° 7098 90% 15 7528 96%

NO 90° 3476 44% 25° 7471 95% 15 7745 99%

Annexe 7 174

Annexe 7 -Valeurs des coefficients utilisés dans le calcul du débit d'air (Ch.

3.3).

Formule d'application: D(m3/h)= Sutile (m²). 3600 . c1.c2.c3.v(m/s)

où:

Sutile - surface moyenne efective d'entrée et sortie

c1 - coefficient qui pondère l'influence de l'angle des éléments mobiles de la fenêtre (depuis l'horizontale). Valeurs moyennes pour deux ouvertures en série:

Situation l'angle c1 si d = 1,8 m si d = 5,4 m

horizontal 0° 0,50 0,55 0,46

10° 0,47 0,49 0,45

20° 0,42

25° 0,40 Légende:

30° 0,36 d - distance entre les ouvertures

45° 0,26

60° 0,16

70° 0,10

80° 0,03

vertical 90° 0

c2 - coefficient de rugosité du terrain. Il vaut:

Valeur Description de l'environs

1 une plaine, la campagne (surfaces "ouvertes")

0,66 banlieue, zones périphériques

0,33 centre ville, zones densément bâties

c3 - évalue l'influence de l'angle d'arrivée principal des vents par rapport à la normale de la façade considérée.

Situation l'angle c3

vent normal à la façade 0° 1

45° 0,97

60° 0,87

70° 0,31

vent parallèle à la façade 90° 0

Bibliographie:

[VS64] Van Straaten, Thermal performance of buildings, Elsevier, London, 1964

Annexe 8 175

Annexe 8- Le calcul des coefficients d'échange thermique par convection

pour la climatisation naturelle (Ch.2.4.2.1)

La littérature (M. Croiset : L’Hygrothermique dans le bâtiment, ed. Eyrolles 1972, Paris) nous propose, en cas de convection naturelle les valeurs suivantes pour le coefficient d’échange thermique par convection -hc- dans le cas d'une surface horizontale:

flux ascendant: 7 W/m2°C

flux descendant: 1,2 W/m2°C

Les valeurs globales internes utilisées ici, une fois qu'on en enlève les chiffres ci-dessus pour la partie convectivece, nous apporterait des valeurs radiatives comme 3,11 pour le flux ascendant et 4,7 pour celui descendant.

Une fois qu'on a déjà pris la valeur de 4,7 W/m2°C pour la partie radiative standard on l'a tient et on obtient la table suivante :

Valeurs de hi et he pour un vent moyen et des valeurs d’émissivité standard (0,85)

Sens du flux Coefficients d'échange:

Global (REEF) Convectif naturel(c)

Radiatif standard (r)

ascendant he 20 15,3 4,7

hi 11,11 6,4 4,7

descendent he 20 15,3 4,7

hi 5,9 1,2 4,7

Annexe 9 176

Annexe 9 - La linéarisation des équations à la puissance 4 pour les climats

chauds étudiés (Ch. 2.4.2.1)

Formules de base:

φ 1 = α e I − σεe ( T t 4 − T ciel

4 ) − h ce( T t − T ext )

φ 2 = σ r ( T t 4 − T p

4 )

φ 5 r = σ r ( T t 4 − T int

4 )

Plages moyennes usuelles de variation de température dans les climats chauds:

Tciel 0°C (273 K) -> 40°C (313 K)

T toit 10°C (283 K) -> 70°C (343 K)

T plafond 20°C (293 K) -> 40°C (313 K)

Formule de linéarisation employée= he r = T a

4 − T b 4

T a − T b

Cas choisis (jour, soir et nuit) pour l'étude de la linéarisation:

Variantes climatiques

70°C40°C

20°Cjour

20°C

30°C40°C

soir

0°C 20°C

30°C

nuit

T ciel 313 K 293 K 273 K

T toit 343 K 313 K 293 K

T plafond 293 K 303 K 303 K

T ciel4 − T toit

4

4,24.109 K4 2,23.109 K4 1,82.109 K4

T ciel− T toit 30 K 20 K 20 K h ree x t ::

he r e x t 1,41.108 1,11.108 0,91.108 1,14.108

T toit4 − T plaf.

4

6,43.109 K4 1,17.109 K4 1,06.109 K4

T toit − T plaf. 50 K 10 K 10 K h reint :

he r int 1,29.108 1,17.108 1,06.108 1,17.108

h rem o y = h reint + h ree x t

2

Annexe 9 177

h rem o y =1,17.108

h re= σ . h rem o y

h re=1,17.108x5,67.10-8

h re=6,63

Essai de la formule sur le cas jour (l'écart le plus fort externe de températures):

Façon traditionnelle : Avec le coef. de linéarisation : où:

φ 2 = σ r ( T t 4 − T p

4 )

φ2=5,67.10-8x0,47x(6,63.109)

φ2=171,35W/m²

φ2 = hre r(Tt-Tp)

φ2=6,63x0,47x(50)

φ2=155,9W/m²

s=5,67.10-8

r=0,47

Ttoit =70°C

Tplafond =20°C

r=0,47

L'écart maximal de 15,45W/m² a été considéré négligeable pour l'étude en question et le coefficient moyen adopté..

Ainsi avec le coef. de linéarisation employé hre = 6,63 on obtient les formules linéarisées :

φ 1 = α e I − h reε e ( T t − T ciel) − h ce( T t − T ext )

φ 2 = h rer ( T t − T p ) φ 5 r = h rer ( T t − T int )

Annexe 10 178

Annexe 10

Exemple de tableau pour le calcul du role du végétal comme composant de

l'enveloppe (cas sans comble) (Ch 2.4)

Données valeur H T res amb (°C)

dh inc. total

T toit ombré (°C)

T écran (°C)

T toit std (°C)

alfa toit ext 0.2 1 20.87 0.00 23.47 24.95 23.17

epsilon toit ext 0.9 2 20.71 0.00 22.83 24.13 22.53

epsilon toit int 0.9 3 20.58 0.00 22.34 23.49 22.04

alfa l'ecran végétal 0.5 4 20.51 0.00 22.03 23.10 21.73

epsilon ext l'ecran végétal 0.9 5 20.48 0.00 21.93 22.97 21.63

epsilon int l'ecran végétal 0.9 6 20.72 0.00 22.89 23.50 22.73

opacité de l'écran veg. (tau) 16% 7 21.77 0.00 27.08 25.68 27.59

pourcentage de toit ombré (beta) 100% 8 23.01 0.00 32.04 28.40 33.31

epsilon d'ambiance 0.9 9 24.19 0.00 36.77 31.18 38.72

temp interne (°C) 20 10 25.19 0.00 40.76 33.74 43.24

Résultats 11 25.92 0.00 43.68 35.88 46.50

Confort 12 26.33 0.00 45.31 37.42 48.24

Tres max jour:(°C) 26.4 13 26.38 0.00 45.51 38.24 48.33

Tres moyenne jour(°C): 22.8 14 26.07 0.00 44.27 38.28 46.75

dh inconfort ambiance/occ: 0.00 15 25.42 0.00 41.67 37.52 43.62

Tôles 16 24.49 0.00 37.95 36.03 39.21

Técran moyenne(°C): 30.1 17 23.39 0.00 33.55 34.04 34.05

Ttoit standard moyenne(°C): 32.0 18 22.37 0.00 29.47 32.01 29.31

Ttoit ombré moyenne(°C): 31.3 19 22.04 0.00 28.16 31.02 27.86

Técran max(°C): 38.3 20 21.88 0.00 27.53 30.20 27.22

Ttoit. standard max(°C): 48.3 21 21.69 0.00 26.76 29.21 26.46

Ttoit. ombré max(°C): 45.5 22 21.48 0.00 25.93 28.13 25.62

Flux par la toiture 23 21.27 0.00 25.07 27.02 24.76

flux max par le toit standard: 167.1 24 21.06 0.00 24.23 25.94 23.93

flux max par le toit ombré: 150.5

flux journalier standard: 1703

flux journalier ombré: 1600

total flux journalier 1600

Données auxiliaires

temp interne(K) 293

hi(c+r)flux (Tt>Tint) 5.9

hi(c+r)flux (Tt<Tint) 11.11

hic desc 1.2

hic ascend 6.4

Annexe 11 179

Exemple de tableau pour le calcul du role du végétal comme composant de

l'enveloppe (cas sans comble) (cont.)

H Global (W/m2)

T ext (°C)

Tciel (°C)

flux global par la toiture

flux par le toit ombré

flux par le toit std

T res. std (°C)

dh inc. std

T ciel (K)

Ttoit std (K)

T ext (K)

1 0 27.17 15.16 20.46 20.46 18.68 20.79 0.00 288 296 300

2 0 26.31 14.34 16.68 16.68 14.91 20.63 0.00 287 296 299

3 0 25.65 13.70 13.79 13.79 12.02 20.51 0.00 287 295 299

4 0 25.24 13.31 11.99 11.99 10.23 20.43 0.00 286 295 298

5 0 25.1 13.18 11.38 11.38 9.61 20.41 0.00 286 295 298

6 51 25.29 13.36 17.04 17.04 16.12 20.68 0.00 286 296 298

7 286.2 25.86 13.91 41.79 41.79 44.79 21.90 0.00 287 301 299

8 554 26.76 14.77 71.06 71.06 78.54 23.33 0.00 288 306 300

9 795.3 27.91 15.87 98.93 98.93 110.44 24.68 0.00 289 312 301

10 983.6 29.22 17.13 122.49 122.49 137.13 25.81 0.00 290 316 302

11 1102.8 30.58 18.44 139.73 139.73 156.36 26.63 0.00 291 320 304

12 1143.6 31.89 19.69 149.34 149.34 166.64 27.06 0.06 293 321 305

13 1102.8 33.04 20.80 150.52 150.52 167.14 27.08 0.08 294 321 306

14 983.6 33.94 21.66 143.19 143.19 157.82 26.69 0.00 295 320 307

15 795.3 34.51 22.21 127.88 127.88 139.36 25.91 0.00 295 317 308

16 554 34.7 22.39 105.88 105.88 113.34 24.80 0.00 295 312 308

17 286.2 34.56 22.26 79.94 79.94 82.92 23.51 0.00 295 307 308

18 51 34.15 21.86 55.89 55.89 54.95 22.33 0.00 295 302 307

19 0 33.49 21.23 48.17 48.17 46.38 21.97 0.00 294 301 306

20 0 32.63 20.40 44.40 44.40 42.61 21.81 0.00 293 300 306

21 0 31.6 19.42 39.88 39.88 38.10 21.61 0.00 292 299 305

22 0 30.48 18.34 34.97 34.97 33.19 21.41 0.00 291 299 303

23 0 29.32 17.23 29.88 29.88 28.10 21.19 0.00 290 298 302

24 0 28.2 16.15 24.97 24.97 23.20 20.98 0.00 289 297 301

Données auxiliaires (cont.):

hce(W/m2°C)(jour) 15

hec equivalent 15.63

coef linéaire hre* 6.63

r entre toit et l'ambiance 0.82

r1 entre tôle et ecran 0.82

alfa equivalente du toit 0.42

epsilon equivalente du toit 0.77

Annexe 11 180

Annexe 11 - Analyse simplifiée des phénomènes physiques et

bibliographie rencontré à propos de la végétation dans le cadre

de la climatisation passive (Ch.2.5)

L'inclusion d'un matériau de construction dans la conception architecturale fait appel à la connaissance de certaines caractéristiques physiques. Ces caractéristiques rentrent dans des équations d'échanges thermiques bien connues. De plus, ces caractéristiques doivent être des quantités plus au moins équivalentes à celles obtenues pour les situations et épaisseurs les plus ordinaires rencontrées. Pour les matériaux dits "stables", ce résultat est obtenu par le biais de mesures et de corrélations.

Pour un végétal, à cause de la géométrie interne complexe et de sa constitution variable, cela ne va pas de soi.

Nous allons donc d'abord établir une liste de phénomènes physiques et physiologiques influents. En ce qui concerne la thermique, nous pourrions chercher à établir des caractéristiques physiques générales (limites et validité) pour un "matériau végétal équivalent" pour chaque utilisation - l'importance thermique d'un élément de l'enveloppe d'un bâtiment, est surtout liée à deux paramètres: sa conductivité et son coefficient d'absorption du rayonnement solaire.

Comme on l'a dit dans les paragraphes du chapitre 2.5 précédent, il faut un repérage des phénomènes physiques concernant l'élément végétal. Pour l'analyse de sa performance thermique, compte tenu du manque de données, une recherche bibliographie a été menée sur la performance de surfaces végétales et la connaissance (au niveau d'une représentation "standard" d'un écran végétal) des principaux phénomènes thermiques concernés.

Nous avons classé la bibliographie en deux groupes:

- les études sur la physique du végétal;

- les études sur sa physiologie.

11.1 La physique du végétal

11.1.1 L'importance relative de la conductivité

Examinons d'abord l'effet de la conductivité en ayant en tête le modèle de conduction suivant:

ϕϕϕϕλλλλ

====e

T∆∆∆∆

Equation 11. Erro! Argumento de opção desconhecido. L'expression de densité de flux thermique

Dans ce cadre, les éléments végétaux présenteraient, d'après les données extraites du R.E.E.F.(CSTB), des valeurs très basses de conductivité, comprises entre 0,05 et 0,23 W/m°C

Annexe 11 181

pour les bois naturels à une humidité de 15% en masse1,ce qui pourrait apporter à un tableau2 comme le suivant:

Bois naturels: Exemples (sinon classer selon la masse

volumique correspondante)

ρρρρ

kg/m3

λλλλ

W/m°C

c

J/kg°C

feuillus légers tilleul, érable, hêtre tendre, frêne, chêne 500 à 600 0,15 1424

feuillus très légers peuplier, okoumé 350 à 500 0,12 1424

résineux mi-lourds pin maritime, pin sylvestre 500 à 600 0,15 1424

résineux légers/ très légers

sapin, épicéa; cèdre rouge de l'Ouest 350 à 500 0,12 1424

spéciaux balsa 60 à 120 0,052 -

Tableau 11.Erro! Argumento de opção desconhecido. - Caractéristiques physiques des

végétaux utilisés comme composants de bâtiments

Dans le cadre de l'utilisation étudiée, compte tenu la géométrie de l'usage (les sections de transferts étant très petites - les tiges des feuilles), on néglige donc l'effet de la conductivité.

11.1.2 Les échanges convectifs

Les échanges convectifs des surfaces végétales sont méconnues. On reconnait les phénomènes comme semblables à ceux des surfaces de bâtiments, on les mesure cas par cas, mais on n'a pas,pour l'instant des corrélations établies. Ainsi, dans le cadre de l'utilisation étudiée, on ne considère pas les échanges convectifs internes (entre des feuilles), et on ramène le végétal à un rôle d'écran solaire et d'isolant (lame d'air ventilé):

>>>>bâtiment bâtiment

Figure 11. Erro! Argumento de opção desconhecido. -modélisation géométrique d'une

couche végétale

11.1.3 Les échanges radiatifs

En plus de ce qui a été exposé dans les chapitres précédents, si le végétal présente également une faible absorption solaire -dans le sens ordinaire des matériaux constructifs- on

1définitions et dénomination obtenues suivant les spécifications des normes B 51-002 et B 51-004 2des valeurs de chaleur massique extraites des données du LNEC (Laboratorio Nacional de Engenharia Civil, Lisboa -Portugal),

Annexe 11 182

pourra réaliser un composant solaire passif avantageux: La question devient donc d'établir le facteur d'absorption "constructif".

Or, on constate bien entendu, au niveau des surfaces végétales3, des températures plus basses la journée que celles obtenues avec les matériaux ordinaires de bâtiment. Ceci est dû à la grande quantité d'énergie nécessaire à la transpiration et à l'évaporation superficielle des feuilles4. Ainsi, ces surfaces s'échauffent moins que la plupart des autres et non seulement diminuent de quelques degrés les températures aux environs mais aident aussi à la stabilité de la température interne - plus précisément de la température résultante sèche (ses éventuelles variations à forte amplitude sont connues pour rendre une ambiance inconfortable).

Ce rôle de l'absorption du rayonnement solaire apparaît clairement dans la recherche de Krusche[PK82], et ce particulièrement dans sa représentation de la performance d'une toiture végétale pendant une journée moyenne d'été:

1

2

3

Légende

Types de toitures:

1 - avec carton et goudron

2 - avec graviers clairs

3 - toiture "verte"

Figure 11. Erro! Argumento de opção desconhecido. -- Profils de température des toitures

plates pendant une journée d'été ensoleillée. Source: Krusche[PK82]

On sait également que le microclimat interne sera d'autant plus agréable que la végétation sera variée et abondante5. L'énergie solaire incidente se dissipera effectivement par des réflexions multiples vers l'atmosphère. Seule une petite partie atteindra l'enveloppe par la transmission vers les feuilles.

Dodd[JD89] signale que la couche extérieure des feuilles joue un rôle d'écran solaire et que plus elle est claire et brillante, meilleure sera (comme d'ailleurs pour les matériaux standards) la réflexion de l'énergie incidente obtenue. En revanche, en ce qui concerne la physiologie des espèces végétales, on constate que le fait qu'il y a dans le feuillage une agrégation de feuilles, entraîne à une réduction de l'éclairement moyen de celles-ci - à cause de l'effet de masque - mais permet aussi [AD82], une certaine pénétration du rayonnement6.

En ce qui concerne les propriétés optiques, une feuille végétal aurait simultanément des valeurs sur les feuilles de transmission et d'absorption. Et on raisonne avec le modèle suivant:

3surfaces d'une couverture végétale 4que variera selon les conditions climatiques rencontrés 5les feuilles sont capables de régler partiellement leur bilan énergétique individuel par leur couleur, leur pilosité, etc. 6en réalité, dans une forêt, l'éclairement le plus important est observé au niveau du sol[AD82]. En effet on y remarque encore des structures de végétation extrêmement diversifiées, chacune dénotant d'une architecture et d'une répartition foliaire particulières.

Annexe 11 183

ρρρρ αααα ττττ++++ ++++ ==== 1

On s'intéressera d'abord à son facteur biologique d'absorption solaire.

En effet, un des aspects intéressants rencontrés dans la littérature est l'étroite relation existant entre les propriétés optiques de réflexion, d'absorption et de transmission des végétaux et la longueur d'onde incidente. Les végétaux n'étant pas opaques au rayonnement de courte longueur d'onde, les valeurs de leurs paramètres optiques sont déterminées par les propriétés radiatives de leurs principaux pigments ainsi que par leurs propres structures internes, comme nous pouvons le voir dans la table suivante (valeurs théoriques moyennes, par bande) de Monteith:

Bande considérée (en mm) Réflexion Transmission Absorption

PAR (activité photosynthétique - 0, 38 -> 0, 71) 9% 6% 85%

NIR (proche du rayonnement infrarouge -0,71 ->4,0) 51% 34% 15%

ONDES COURTES (0,35 -> 3,0) 30% 20% 50%

ONDES LONGUES (3,0 -> 100,0) 5% 0% 95%

Tableau 11. Erro! Argumento de opção desconhecido. - Principales valeurs de réflexion, transmission et absorption par bande d'onde. Source: Monteith en Oke[TR78]

La présentation graphique du tableau précèdent est donnée ci-dessous:

Figure 11. Erro! Argumento de opção desconhecido. - Réflexion, transmission et absorption d'une feuille verte en fonction de la longueur d'onde (idéale), source: Monteith, in Oke [TR78].

Cependant, selon les auteurs, seul le rayonnement dans la bande de longueur d'onde entre 0,4 et 0,7 est utilisé, et ce à cause des propriétés d'absorption de la chlorophylle. Ceci dit, toute la bande d'onde infrarouge n'est pas utilisée par le végétal pour cette transformation ce qui représente environ 50% du total de l'énergie solaire incidente.

Un recueil de tous les phénomènes concernant le végétal se fait par un bilan thermique théorique d'une feuille verte, présenté par Krusche[PK82] selon les paramètres courants, tels que couleur, porosité, etc., et illustré dans la figure suivante:

Annexe 11 184

Figure 11. Erro! Argumento de opção desconhecido. - Le bilan "énergétique" théorique

d'une feuille végétal , selon Krusche[PK82]

En résumé, une valeur moyenne d'absorption solaire "constructive" (un jour d'été et dans un endroit très bien placé géographiquement parlant), d'après la bibliographie, pourrait être du type:

Phénomènes observés7 plage selon

Krusche[PK82]

Valeur retenue

du rayonnement incident

Transmission: 5->30% 20%

Réflexion: 5->30% 10%

Evaporation: 20->40% 20%

Photosynthèse: 5->20% 5%

Chaleur réémise : 10->50% 40%

Tableau 11.Erro! Argumento de opção desconhecido. -Répartition théorique de l'énergie

solaire incidente dans une surface végétal

Cette division aboutirait à une valeur théorique de 0,2 pour la transmission et 0,1 pour réflexion. Dans le même raisonnement, le facteur d'absorption α physique pourrait être calculé comme 0,45 [75% (100% - consommation interne: 25%) -30%, soit 45%], valeur qu'on a retenu ici. En outre, on retiendra dans cette recherche la valeur standard de 0,9 pour l'emissivité, faute d'études détaillées et en tenant compte de la fréquence de cette valeur parmi les matériaux courants.

C'est évidement un calcul rapide et très simpliste, mais qui permet de mettre en évidence ses qualités thermiques potentielles.

En fait, M. Alain Guyot, du Groupe ABC de L'Ecole d'Architecture de Marseille (après consultation personnelle) a suggéré, de façon générique, une valeur d'environ 0,8 pour l'absorption solaire par le végétal, ce qui reviendrait à dire qu'il pourrait éliminer 80% du

7voir pour cela la et la courbe de performance des végétaux par rapport à latitude (Erro! Argumento de opção

desconhecido.)

Annexe 11 185

rayonnement solaire incident du bâtiment, renforçant notre justification de l'inclusion de l'objet "composant végétal".

11.2 La physiologie du végétal

Cependant, on constate que la capacité d'un végétal d'exécuter toutes ces tâches décrites est liée à son pouvoir d'absorber le rayonnement incident, ou l'éclairement. En plus, quand on passe de l'étude théorique d'une feuille au couvert végétal réel, on remarque que pour un même organe, la hauteur de sa réponse dépendra aussi de son état physiologique et plus particulièrement des aspects journalier et saisonnier, ce qui mettra en jeu un autre ensemble de paramètres également important.

L'autre phénomène particulier au végétal, c'est l'absorption du rayonnement solaire pour la photosynthèse. En effet, celle-ci met en place la transformation du gaz carbonique et de l'eau en sucre et oxygène, permettant ainsi l'existence du végétal (...et en fait de tout notre écosystème).

Pour que ce processus ait lieu, on a besoin d'une source d'énergie externe qui proviendra justement de la transformation (dans le végétal) du rayonnement solaire (énergie radiative) en énergie chimique, selon la formule de transformation suivante:

6 CO2 +6 H

2O + 2,83 kJ -> C

6H

12O

6 + 6O

2

Equation 11. Erro! Argumento de opção desconhecido. - Equation de transformation

chimique du rayonnement solaire dans le végétal [PK82]

En fait, en ce qui concerne son potentiel réel d'utilisation, en plus du type de végétal et de la latitude considérée, d'autres paramètres divers8 vont intervenir, ayant un rapport beaucoup plus important sur sa performance que pour celle des autres matériaux ordinaires du domaine du bâtiment. En réalité, cela constitue la faiblesse la plus importante de son usage, c'est à dire sa fragilité et parfois même son extrême dépendance à l'égard des humains.

On y remarque encore des structures de végétation extrêmement diversifiées dans la Nature, chacune dénotant d'une architecture et d'une répartition foliaire particulières. Dans un but de standardisation, deux classes végétales ont pû être établies: les plantes de prairie avec une assimilation maximale pour un éclairement de 50 à 100.000 lux et celles de sous-bois, dont l'activité photosynthétique maximale varie de 5 à 10.000 lux.

Des recherches de Demeyer[AD82] et de Pilet[PP63] vont dans la même direction et les ont amenés aux résultats ci-dessous:

- la température optimale pour la photosynthèse par pelouses d'origine tropicale

(d'un excellent niveau de saturation solaire, d'environ 500 W/m2) se situe entre 30 et 47°C.

-L'efficacité énergétique de quelques types de couvertures végétales peut être chiffrée ainsi:

8comme les nutriments du sol, le dioxyde de carbone disponible et l'entretien

Annexe 11 186

Couverture végétale Rayonnement photos.actif

(kcal/m2.an)

Energie retenue

(kcal/m2.an)

Efficacité de la conversion pour la prod. primaire (%)

Forêt tropical pluvieuse 560.000 25.000 4, 5

Arbustes tropicaux 600.000 6.000 1,0

Plaines tropicales 440.000 3.200 0,7

Forêts sous climats temp. 440.000 7.100 1,6

Pays demi-secs 720.000 350 0,5

Tableau 11. Erro! Argumento de opção desconhecido. - L'efficacité énergétique de

quelques types de couvertures végétales[LN87]

On remarque que ces performances ont un étroit rapport avec le lieu physique d'implantation: non seulement pour l'influence de l'humidité et du vent local, mais aussi pour celle de la latitude, surtout au niveau des phénomènes radiatifs. Sa visualisation se fera ici par le biais d'une analogie simple avec le potentiel de la biomasse.

En effet, la variation de la productivité agricole d'une espèce végétale par rapport à la latitude a été constatée lors de des études de Nogueira[LN87] sur les usages énergétiques potentiels de la biomasse. Ainsi, en l'utilisant, on peut bien visualiser ce potentiel "photosynthétique" par rapport à latitude, comme dans la figure suivante:

Figure 11. Erro! Argumento de opção desconhecido.- Distribution géographique du

potentiel de photosynthèse (utilisation) des végétaux (par analogie au graphique de

Rodriguez,A.C. en [LN87])

Dans le modèle pour ce travail, on peut résumer donc l'élément végétal, compte tenu la latitude considérée et à lueur de tout ce qui a été décrit, comme un matériau inerte, en négligeant une éventuelle conductivité, des éventuels échanges convectifs intérieurs et prenant les valeurs de 0,9 pour l'emissivité et 0,45 pour l'absorption solaire.

Et en revenant au but de la recherche - démarrer une évaluation des performances de la végétation dans ses différentes modes d'utilisation, les valeurs nous démontrent qu'une

Annexe 11 187

démarche scientifique se justifie, non seulement de la part des architectes mais aussi de la part des tous ceux qui produisent et veulent maîtriser l'énergie et le milieu naturel.

Post-scriptum:

Un sujet en recherche continue n'a pas une bibliographie achevée. Ainsi, dans ce dernier chapitre, on se propose a lister toute la bibliographie rencontrée dans le cadre de la recherche. Pour ceci, on a crée une légende que pourra aider a tous que éventuellement veulent s'en servir. Elle résume le sujet principal y décrit;

Légende:

Bibliographie utilisée pour la rédaction du chapitre 2.5 et de cet annexe:

ABC,Groupe - Le végétal et l'Architecture-UNESCO,France, 1987

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Bibliographie rencontrée et non exploitée dans ce chapitre:

ABC, Groupe - Le végétal et l'Architecture-UNESCO,France, 1987

ABC, Groupe Rapport d'activités 1988 - Ecole d'Architecture de Marseille-Luminy; Ministère de l'Equipment et du Logement.

Annexe 11 188

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Annexe 11 189

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...d'un débris de papier rétrouvé par terre,

dans un coin de la salle de l'Or, à l'EMP.

Annexe 12 189

Annexe 12 - Vol d'oiseau sur le confort d'éte et sur quelques

outils d'évaluation architecturale. (Ch. 1.2.2)

La conception architecturale, si on la considère sous l'angle de la climatisation naturelle, se résume à la connaissance et à la maîtrise des liens entre les principaux acteurs concernés l'homme-usager et le lieu géographique. En fait les habitats anciens, qui ne pouvaient faire appel qu'à la climatisation naturelle, constituent déjà pour certains[XB89], par les dispositifs adoptés, des exemples de compréhension véritable des effets du climat sur la sensation du confort.

Mais, que savons-nous de ce confort? A la fois beaucoup et bien peu: beaucoup quand l'on considère le volume des rapports, articles,..sur le sujet. Aussi bien peu quand on examine la possibilité de sa prise en compte dans un projet.

12.1 Les bases physiologiques du confort d'été et les indices d'évaluation.

Parlons d'abord du rapport qui existe entre le confort ressenti et le métabolisme. Nul n'ignore les liens existants entre le métabolisme, l'activité humaine et le confort. Le besoin d'une égalité dans l'équation thermique du corps, qui apporte la sensation de confort thermique, met en jeu des paramètres subjectifs1 aux cotés d'autres plus objectifs, comme la température, la pression partielle de vapeur d'eau et la vitesse de l'air ambiant.

On sait que seules les parties profondes du corps humain sont à température fixe (homéothermie), d'environ 37°C. Les parties superficielles, en particulier la peau, ont une température qui peut varier entre certains limites en fonction des échanges avec l'environnement. Ces échanges se font par voie humide (perspiration insensible, évaporation pulmonaire, sudation, convection, rayonnement infrarouge et visible, expiration) directement entre l'individu et l'air ambiant et par voie sèche, où les échanges convectifs et radiatifs peuvent (très souvent) se faire par l'intermédiaire des vêtements2.

L'ordre de grandeur des ces différents transferts d'énergie rapportés à l'unité de surface corporelle pour un individu en repos sont:

Phénomène Symbole W/m² %

Métabolisme M 104 Rayonnement visible φ 0 0 Rayonnement infrarouge R 40 39 Convection C 34 32 Perspiration P 21 20 Respiration EX+EV 9 9 Sudation S 0 0

Tableau 1-Transferts d'énergie par unité de surface corporelle (Rclo=1, Te=Tray= 23°C

et HR=50%)([PF70].

1C'est connu que le confort dépend aussi de facteurs physiologiques et psychologiques; et les personnes n'étant pas identiques, dans certains limites des phénomènes d'accoutumance peuvent avoir lieu[PL92][IS82]. 2Icl ou clo - degré d'isolement de l'habillement crée par Fanger, décrit par pièce de vêtement et dont la valeur varie de 0, pour le nu jusqu'à 4,0 pour une combinaison adaptée à la région arctique. 1 clo vaut 0,155m²C/W.

Annexe 12 190

Le maintien de l'équilibre thermique entre le corps humain et son environnement physique est la condition première du confort thermique. Son équation s'exprime:

(1 - r) M+φφφφ =R+C+P+EX+EV+S

Equation 1- Equation du bilan énergétique humain, selon Fanger[PF70]

où r est le rendement de conversion mécanique du métabolisme

On remarque qu'ici les échanges humides répondent pour au moins 30% du total, dans des conditions d'humidité tolérable. La différence d'humidité entre l'air ambiant et l'individu (sa peau ou l'air expiré) est un facteur important et peut être bien repéré dans les formules de certains facteurs de la formule précédente:

Formules Légende: P=Lv.m(ps-pa) Lv est la chaleur latente de vaporisation de à 35°;

m est la perméabilité de la peau (2.10-3 g/sm²pa) ps-pa est la différence de pression de vapeur la peau et l'air;

EV= rV.Lv(Hex-Ha) V est le volume d'air expiré; Hex-Ha est la différence d'humidité entre expiré et l'air ambiant;

EX= rV.Cp(Tex - Tair) Cp est la chaleur spécifique de l'eau; Tex - Tair est la différence entre l'air et l'air (pour Tex=34°C);

Equation 2 - Définitions pour l'équation du bilan thermique de l'homme[PF70]

S, le dernier terme de la formule, est un phénomène d'évaporation sous forme active par sécrétion des glandes sudoripares, nécessairement compris entre 0 et 1 (peau totalement sèche et totalement humide); il est très variable en fonction de l'activité et de la situation climatique (de 0 à 1000 g/h, jusqu'à 2500 g/h pendant des courtes durées).

Dans tous les cas, l'efficacité de refroidissement de la sueur devient le rapport entre le refroidissement fourni par l'évaporation de la sueur et la chaleur latente de la sueur sécrétée, qui est en rapport avec les conditions climatiques existantes.

ECHANGESTHERMIQUES (W) TOTAL

METABOLISME

≥≥≥≥TEMP.MOYN.PEAU

CONVECTION+

RADIATION

EVAPORATION

0° 15 20 25 30 35 40 45°C

150

100

50

0

-50

}

GAINS PAR

L'ISOLATION

PERTES

THERMIQUES

ISOLATION

TEMPERATURE D'AIR SEC

APPEL ALA SUDATION

ADAPTATION CONFORTABLECONFORT Figure 1 - En climat chaud, les échanges thermiques conduisent la sensation de confort

thermique (d'après[XB93])

Annexe 12 191

En fait, dans le milieu chaud humide, l'évaporation humaine est "l'outil" important du corps, pour obtenir (s'il y arrive) le bilan nul recherché pour son confort. Dans ce cadre, la sueur devient un bon repère de l'inconfort dû à la surchauffe. L'expérience nous montre que toute la sueur sécrétée ne s'évapore pas. On admet qu'il existe un rendement évaporatoire de la sudation. Givoni [BG78] affirme que la sueur ne disparaîtra que si l'évaporation maximale que permet l'ambiance3 est égale à au moins dix fois celle nécessaire au maintien de la température du corps.

Ainsi, c'est pour cela que l'humidité acquiert une importance toute particulière pour l'obtention de la sensation du confort et les échanges humides (évaporation, transpiration) jouent un rôle beaucoup plus important dans le confort ressenti dans les climats chauds que pour les climats tempérés. Certaines conditions hygrothermiques peuvent, pendant un certain temps, offrir des sensations subjectives de confort tout en étant en train de nuire à l'équilibre physiologique4.Ceci nous conduira à maîtriser les éléments de l'ambiance indispensables à ce phénomène: la ventilation, associée à un écart d'humidité et de température.

Une dernière constatation: "du point de vue physiologique, le confort nocturne est plus important que celui de la journée. Si quelqu'un a un sommeil de bonne qualité, il pourra tolérer une situation de haut stress thermique pendant la journée, puisque pendant la nuit il aura récupéré, et la fatigue ne s'accumulera pas. En revanche, si les nuits sont très inconfortables et ne lui permettent pas cette récupération, alors la fatigue s'accumule et pendant la longue période d'été, elle pourra provoquer des conséquences plus importantes que celles dues à l'inconfort de la journée.". Cette réflexion de Givoni [BG84] introduit un souvent négligé dans les projets de climatisation naturelle: quel moment doit on privilégier pour ressentir le confort.

12.2 L'importance de la période d'occupation

Le choix d'une période d'occupation pour l'évaluation du confort intérieur d'une ambiance signifie plus qu'une référence pour la distribution des charges dues aux apports internes existantes - hommes ou machines - surtout dans le tertiaire. Le meilleur n'est pas celui qui offre les meilleures réponses globales journalières de température résultante.

Une partie de la journée peut parfois être prioritaire par rapport au total en usage. Les études sur l'inertie nous démontrent bien cette importance, comme dans la figure suivante, issue d'une étude sur les conditions de confort d'été pour des bâtiments d'usage diurne[JA93]. Dans ce cas, l'usage de l'inertie permet de "gagner" quelques degrés pour le cours de la matinée et de "repousser" vers la période inoccupée une partie des apports entrants.

3température, humidité et vitesse de l'air 4 l'exemple d'été le plus ordinaire est celui où des individus exposés à des bas niveau d'humidité (ou à des vents forts), ne s'apercevant pas de la transpiration - puisque la sueur évapore aussitôt, ne boivent pas de liquides et déshydratent.

Annexe 12 192

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

°C

oc c . extérieur à l'ombre inertie d e base

Figure 2 - L'influence du paramètre inertie sur la température résultante à l'intérieur

d'un atelier technique[JA93]

Des recherches ont aussi démontré son importance dans le domaine physiologique, à cause surtout de la difficulté (voire l'impossibilité) d'avoir à la fois le meilleur résultat diurne et nocturne.

Si on prend le domaine de l'habitat comme exemple, on observe que, même si quelqu'un reste à la maison pendant toute la journée (avec des apports internes à prendre en compte), les dernières recherches semblent indiquer, en cas de conflit, la période nocturne comme critique pour le confort.

Cela nous mène à considérer les chambres comme la cible principale d'étude du confort dans un logement. Sur ce point on retrouve plusieurs investigations, parmi lesquelles une expérimentation en chambre climatique5 qui a conduit, avec l'aide de modèles de bilan énergétique humain à une température optimale de l'air (pour les paramètres pris, v=0.05m/s; UR= 50%) de 21°C. Des variations sont possibles évidemment, si l'on en modifie la position de sommeil, et d'autres facteurs concernant l'homme.

Mais l'on en obtient aussi des certitudes:

- la valeur de 21°C décrite ci-dessus (ou une autre adaptée à un second ensemble de paramètres) ne doit pas être beaucoup dépassée, puisqu'elle représente une plage étroite permise par le métabolisme; et c'est là qui devient importante la notion de dhinc à

l'intérieur des ambiances;

5W. Muller-Limmroth, in [PH90] et [PH84]

Annexe 12 193

- il faut toujours prendre en compte, au niveau pratique, qu'on n'est pas obligé d'avoir "1 met et 1 clo, au repos" à toutes les heures-cibles. On peut s'habiller6 et on effectue des activités d'intensité énergétique différentes au long de la journée.

Ainsi, pour une période nocturne froide en habitat, un scénario d'un homme avec plus (ou moins) d'un met (il peut se servir d'une couverture légère et avoir donc plus d'un clo), permettra au concepteur d'apporter quelques degrés de "secours" aux besoins de projet de confort. A l'opposé, pour les conditions de surchauffe nocturne, l'usage pour dormir non plus d'un vêtement complet, mais à demi-vêtu (de simples culottes,l'habituel dans les pays chauds), nous conduira à un couple de 0,6 met et 0,3 clo, avec des températures de seuil de projet beaucoup plus élevées.

met

temperature requise

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.5 2 2.5 3 4 5

25

26

27

24

tranche à "gagner"

tranche à "gagner"

Figure 3 -des "économies" de température de projet sont possibles selon le niveau de

vêtement utilisé

Comme le remarque Givoni[BG92], les zones de confort ne peuvent pas être utilisées sans une prise en compte des facteurs d'adaptation locaux. Ceux qui ont l'habitude des ambiances non-climatisés, supportent en général des plages plus étendues de température et d'humidité que celles préconisées par des cartes standards (comme on le vérifiera dans le chapitre 4.2.3).

12.3 Les indices instantanés de confort d'été

Un projet d'architecture est fait de variantes et pour l'évaluation de ses performances particulières on a besoin des indices de qualité, ciblés sur le confort attendu.

Le choix d'un indice pour l'évaluation des conditions thermiques d'une ambiance doit être en rapport avec les conditions climatiques prépondérantes à un certain endroit, et avec l'activité développée par l'individu-cible.

Il y a environ une trentaine d'indices de confort thermique et, d'une façon générale ils sont classés selon les aspects de base concernés, comme suit:

6Si 1 clo correspond à un ensemble complet, même d'été, un chemisette avec une culotte ne somment que 0,24 clo. Pour des activités développées il se passe de même: pour dormir on effectue moins d'un met (±0,6), valeur qui peut atteindre les 3 met pour des nettoyages. Ces valeurs, comme on décrira plus loin, offrent des écarts de ± 3°C par rapport à la valeur standard[PF70] [AS93].

Annexe 12 194

- les indices biophysiques, basés sur les échanges entre le corps et l'ambiance, qui corrèlent les éléments du confort avec les échanges thermiques qui en sont l'origine;

- les indices physiologiques se proposent à résoudre le confort par le biais des réactions physiologiques issues de certaines combinaisons de l'humidité, vitesse et température de l'air (sèche et radiante);

- les indices subjectifs, statistiques, basés sur les réponses obtenues dans des conditions climatiques contrôlées.

L'important lors de l'utilisation d'un certain indice est la reconnaissance que ses hypothèses de base sont compatibles avec le scénario étudié7. On a retenu ici quelques-uns, parfois moins courants mais plus proches du climat chaud.

Le PMV

La méthode PMV (Predicted Mean Vote) de prédiction du confort a été développée par Fanger [PF70] dans les années 60. C'est une méthode courante, retenue (comme on verra dans 2.3.3) dans la norme ISO7730. Elle est basée sur des sondages, permettant de traduire la qualité thermique d'une ambiance existante au moyen du vote sur une échelle à 7 points - +3 chaud, +2 tiède, +1 légèrement tiède, 0 neutre, -1 légèrement frais, -2 frais, -3 froid. L'indice d'évaluation final est constitué de ce vote "moyen" et d'un indicateur PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) pour un "pourcentage prévisible d'insatisfaits".

%

80604030

20

10 6 5 4

-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0 0,5 1,0 1,5 2,0

P.M.V.

Figure 2. 1 - relation entre le PMV et le PPD [PF70]

Cette méthode, transposée dans des études pour des conditions chaudes humides et soumise à des expérimentations par une équipe du CNRS [XB84] a révélé une légère distorsion dans les résultats attendus, à cause de l'absence des pertes par sudation dans la formule traditionnelle du calcul du PMV. En fait, comme l'on a vu plus haut, les chercheurs ont établi un rapport très important entre la sensation de confort thermique et l'humidité, dès que celle-ci dépasse les 40% d'humidité relative.

7et bien évidemment, ce qui doit compter le plus sont les écarts retrouvés par rapport aux modifications effectuées et non les valeurs individuelles rencontrées.

Annexe 12 195

On illustre ce phénomène sur la figure suivante:

P.M.V.

3

2

1

0

20% 40% 60% Humidité

inconfortable

légèrement inconfortable

21

Légende:

1 - courbe de Fanger,

(ASHRAE Handbook 1989)

2- courbe modifiée,

(BERGER et al., 1984)

Figure 4 - Relation entre l'humidité et le confort selon Fanger ou Berger, d'après [XB93]

Les indices d'évaporation w de Berger et em de Givoni

X.Berger [XB93] fait une relation entre l'évaporation nécessaire à un moment donné et celle au maximum. Cette relation donne une vision plus détaillée du problème et des possibilités d'intervention:

wrequired

imum

M E E E C

V A F P t P

t rad conv res res

air du pcl sat skin air

= =+ + + +

−

evaporation evaporationmax , * * * ( )3 7

Equation 3 - L'indice d'évaporation de Berger[XB93]

dont:

Mt - taux métabolique (w/m²); Erad - échanges radiatifs de la surface du corps; Econv -

échanges convectifs de la surface du corps; Cres - de la respiration; Adu - surface evaporative

du corps; pression de vapeur d'air à l'intérieur du vêtement

w ou "wettedness"(mouillure) constitue un indice d'évaluation intéressant, surtout, quand il n'est pas trop petit (hygrométrie<40%). Il exprime le rapport entre la quantité additionnelle d'évaporation requise pour avoir un bilan métabolique nul (et donc la sensation de confort) et celle maximale admissible par l'air du milieu. Ce w commence à moins de 7% (passant presque inaperçu), passe par les valeurs entre 10 et 12% en léger inconfort (transpiration), puis par la zone de sudation jusqu'à 40%, et atteint la mouillure où se déclare l'inconfort.

Le raisonnement, ensuite, est d'obtenir les paramètres les plus importants pour un résultat le plus faible possible, en alignant les phénomènes et en mettant à l'écart ceux dont l'origine nous échappe (la fatigue, les aspects psychologiques et relationnels).

Annexe 12 196

Or, le numérateur se constitue d'une addition, dont les termes à la charge du concepteur - Erad et Econv - doivent être les plus petits possibles. En revanche, le dénominateur étant un

produit, on obtient un gain sensible par la moindre modification de ses facteurs, et on y retrouve encore la ventilation (vair), responsable déjà pour une bonne performance du facteur

du numérateur Econv précèdent.

Givoni [BG78] raisonne plus ou moins de la même façon que Berger, même s'il offre une autre équation:

e P vm H O a= −30 462

0 3* ( ) * ,

Equation 4 - L'indice d'évaporation maximale de Givoni[BG78]

Ici em (l'évaporation maximale) est bien sur, fonction de la vitesse de l'air, de l'humidité

et de la température de l'air, ces deux paramètres concentrés dans un seul dans la relation dans PH2O,ou pression partielle de la vapeur d'eau dans l'air. Par là, on observe [PL92] que la

sudation liquide est pratiquement évitée lorsque e ≤ 1/10 em , ce qui est autant mieux réalisé si

em est grand, c'est à dire si la vitesse de l'air va est grande et si la pression partielle de l'eau est

faible.

12.2.1 Les indices instantanés usuels: température, humidité.

L'indice le plus répandu pour la vérification de l'inconfort concerne l'établissement d'un seuil, défini par une température, au-dessus (ou au-dessous) du quel, on déclare une situation d'inconfort. Cette option est trop légère et demande des corrections soit par l'humidité, soit par le métabolisme ou la vitesse de l'air ambiant. Pour l'illustrer, on a choisi 3 exemples pour le calcul des indices instantanées plus complets, ceux du CSTB, de l'IPT et des normes ISO.

Le CSTB propose, sur une base expérimentale [CS92], des méthodes de réduction de la température en fonction de la vitesse de l'air. L'objet de l'étude est un sujet en activité physique faible ayant une vêture adaptée (vêtements légers)8.

Figure 5 - Diagramme de confort pour climat tropical humide, selon le CSTB[CS92]

Le diagramme est établi pour une humidité absolue type de 17g/kg d'air sec, soit aux environs de 57% de humidité relative pour une température de 32°C. La limite de la zone de confort, en gris dans la figure suivante, est obtenue pour 26°C en air calme et environ 30°C

8 plus ou moins le notre, de Givoni.

Annexe 12 197

pour une vitesse de 1 m/s, soit un gain en température (et donc une réduction d'inconfort) effective ressentie de 4°C.

Dans la pratique, la vitesse de l'air varie en niveau et en direction, ce qui améliore encore les échanges entre le corps et l'ambiance.

Les normes ISO 7243 et 7730 définissent la contrainte thermique à laquelle est soumise une personne exposée à une ambiance chaude notamment en fonction de la production de chaleur à l'intérieur du corps, par suite d'une activité physique et à des caractéristiques de l'environnement régissant le transfert de chaleur entre l'ambiance et le corps.

Basé sur l'indice PMV entre -0,5 et 0,5, soit un pourcentage de 10% de PPD (voir chapitre 2.3.1), un diagramme est proposé, pour l'obtention d'une température operative optimale et des

plages de variation en fonction du vêtement et de l'activité.

Activité

V ê t e m e n t

Figure 6 - Diagramme des seuils de confort selon l'ISO Standard 7730

Le diagramme, outre les courbes de températures optimales, offre des zones grises ou blanches, qui établissent la variation permise autour d'une valeur principale. Ainsi, en dormant en tenue d'été (vers 0,6 met et 0,5 Iclo), on se retrouve avec une température operative optimale d'environ 28°C. Selon les études, 90% des gens accepteraient néanmoins des températures variant entre 27°C et 29°C.

Le travail développé par l'IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo) [IP81] dans les années 80, visait aboutir à des recommandations pour la satisfaction des exigences hygrométriques de l'usager brésilien.

Pour cette définition la méthodologie employée a pris en compte surtout:

- des caractéristiques climatiques régionaux pour l'établissement des seuils de confort pour la température de l'air à l'intérieur des constructions;

Annexe 12 198

- des paramètres de confort en usage dans d'autres pays, en tenant compte que l'habitat au Brésil n'utilise pas de la climatisation artificiel pendant toute l'année.

Le résultat affiche des données optimales pour l'établissement de la température de confort d'été pour un homme standard. Il fournit, parmi d'autres recommandations, un tableau de seuil de confort pour la température de l'air à l'intérieur des ambiances, en fonction des conditions extérieures:

Te/HR* <45% 45%-60% >60% > 30°C 29°C 27°C 27°C * - pour le mois le plus chaud:

30° >Te >28°C _ 27°C 27°C Te - température extérieure moyenne des maximales

< 28°C _ 26°C 26°C HR- l'humidité relative extérieure moyenne des minimales.

Tableau 2 - Seuil de température de l'air en fonction de l'humidité, proposé par [IP81]

Théoriquement, on observe que cette correction pourrait apporter à des courbes avec des écarts importants par rapport à celle d'une valeur constante admise (27°C):

HR%

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324

20

22

24

26

28

30

32

34

36

°C

HR ext

T ext

temp. de seuil admiseà 27°C

correction par l'humidité(l'IPT)

Figure 7 - Une journée fictive d'été et les conséquences sur la température de seuil de

confort, de la prise en compte de l'humidité selon l'IPT.

Cependant comme, en réalité, en climat tropical humide, la limite de 45% d'humidité relative est rarement atteinte en été, la prise en compte d'une courbe d'une seule valeur (27°C, disons) pour des études préalables semble se justifier.

HR%

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

18.00

20.00

22.00

24.00

26.00

28.00

30.00

32.00

34.00

36.00

°C

HR%

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

18.00

20.00

22.00

24.00

26.00

28.00

30.00

32.00

34.00

36.00°C

HR ext

T ext

seuil conf

correc IPT

Figure 8 -Les stations de Governador (à gauche) et Teresópolis ( à droite) dans une

journée typique d'été

Annexe 12 199

12.2.2 -Les indices moyens ou intégrés.

Comme l'on a vu, le Confort a d'abord été (d'ailleurs de manière très justifiable) partagé en plusieurs thèmes9 interdépendants, chacun aboutissant à un ensemble propre de résultats et de recommandations. Ensuite, 9 fois sur 10, faute de besoin des modèles de références, il fait appel à un homme idéal " 1,75m, 74 kg, qui ne s'alimente pas, n'a pas d'émotions." Mais la procédure de mise en confort devrait tenir compte de l'adaptation permanente de l'organisme et du désagrément engendré par certains gradients (en température, il peut être supérieur à la contrainte thermique elle-même[XB89]). D'une certaine façon, c'est ce qui faisaient les (bons) logis primitifs.

Pour étudier cela on présente un indice qui intègre le facteur de temps dans les calculs.

L'indice de confort de Casamo

Pour aider à l'évaluation de variantes architecturales conçues à l'aide du logiciel CASAMO-CLIM [CE85], une équipe de l'Ecole des Mines de Paris a aussi étudié un indice de confort synthétique. Compte tenu la difficulté d'agir directement sur l'humidité relative avec des méthodes passives ordinaires, celle-ci est laissée de coté et la température résultante à l'intérieur d'une ambiance est privilégiée.

Pour obtenir l'indice synthétique[DC86], les écarts en température résultante sèche au delà d'une valeur cible (la valeur prise pour le seuil de confort d'été était à l'époque de 28°C10), c'est à dire les surchauffes, sont intégrés sur la période d'occupation de l'ambiance.

Cet indice de confort se formule:

[[[[ ]]]]It t

T dtconf rest

t

====−−−−

−−−−++++∫∫∫∫

128

2 11

2

Equation 5 - Equation de l'indice de confort d'été du logiciel Casamo-Clim[CE85]

où

Tres - température résultante de l'ambiance, en °C

t1,t2 - pas de temps où il y a de l'occupation,

28 - valeur retenue comme seuil de température de confort d'été, en °C

le signe + indique que seules les valeurs positives sont prises en compte dans la sommation.

9d'une façon générale en acoustique, ergonomique, visuel, thermique, etc.. et même sous le point de vue thermique, en des phénomènes comme évaporation, métabolisme et d'autres. 10 on admet qu'au-dessus de cette température, l'organisme fait appel pour s'adapter aux conditions d'ambiance à la sudation

Annexe 12 200

12.2 Quelques outils d'évaluation architecturale du confort thermique d'éte.

On trouve une classification intéressante en [PB88] à ce propos. Brejon y classe les outils d'analyse thermique en quatre grands groupes:

- ceux destinés à la thermique d'avant-projet et donc à l'usage de l'architecte et du thermicien;

- ceux appelé de la thermique du projet, à l'usage du concepteur, du contrôleur et de l'installateur;

- ceux dont le but principal est la gestion thermique, et dont le public est représenté par l'exploitant et le gestionnaire;

- ceux créés pour l'audit à l'usage de l'exploitant et du gestionnaire.

Dans le cas du début de conception en architecture climatique, les outils devraient idéalement agir sur:

- la maîtrise des interactions thermiques et aérauliques entre les différents espaces intérieurs et extérieurs;

- l'exploitation des ressources naturelles (soleil, vent, sol, nappe);

- l'optimisation du confort obtenu au moindre coût.

Un relevé des outils disponibles nous montre qu'il y a des présentations sous forme "papier", ou sous forme "informatisée", les logiciels11; les seconds étant, bien évidemment beaucoup plus interactifs

Les outils-papier de la phase d'avant-projet

Ce qu'on appelle ici des outils-papier dépasse la notion d'ouvrages de référence. Si feuilleter un bon livre thématique (ou parfois laïc) nous offre très souvent des chemins de sortie dans des impasses conceptuelles, l'outil-papier est défini ici comme ayant le but précis d'aider à la compréhension du scénario étudié et du choix à effectuer. Il s'agit dans la plupart des cas de graphiques, de tableaux, d'abaques, de diagrammes et de cartes issus de la théorie ou d'expérimentations réelles et traités par des méthodes statistiques. Ils vont du traitement du microclimat jusqu'au choix des matériaux de l'enveloppe.

11selon l'usage, le produit informatique logiciel reçoit le nom de didacticiel - pour la formation et de progiciel, quand il est commercialisé. D'une façon générale, dans tout le contexte de l'énergétique du bâtiment, on trouve plus d'une centaine de produits qui en France, sont rassemblés chez une dizaine d'éditeurs.

Annexe 12 201

Nébulosité (n/10)

%RN

GEIGER

CLARK

Nuages bas

Nuages moyens

Nuages élevés

Figure 9 - Exemple d'outil-papier: graphique pour la correction du rayonnement net en

fonction de la nébulosité [EG92]

On va décrire, à titre d'exemple, entre autres, les tables de Mahoney et les diagrammes bioclimatiques de Olgyay et Givoni, et le travail récent du CSTB sur le sujet.

Les tables de Mahoney[GR86] constituent une méthode mise au point par Carl Mahoney vers 196912 pour la conception de l'habitat en pays tropical. Une série de tableaux réunissant des données climatiques d'un terrain donné fournissent d'une façon assez rapide, des choix parmi des recommandations traditionnelles de conception en climatisation naturelle. La méthode couvre des éléments architecturaux du plan de masse (compacité, espacement entre bâtiments,...), un diagnostic sur le stress thermique attendu et des détails de construction des ouvrages.

La méthode se fait en quatre étapes: d'abord, une étude (en moyenne mensuelle) sur la température extérieure, l'humidité relative, la pluie et la direction du vent dominant et secondaire; ces informations sont ensuite réunies sur un tableau qui réalise un diagnostic relatif au stress thermique du lieu et qui aboutit à des indicateurs de "contre-mesures" aux symptômes de stress climatiques rencontrés; finalement un dernier tableau (celui du tableau suivant) qui apporte des options des recommandations architecturales pour neuf sujets importants pour la conception en climatisation naturelle.

Dans chaque sujet traité dans la table finale, on transfère les résultats préalablement obtenus dans des tables précédentes à des indicateurs de climat humide e/ou aride, écrits comme H1, H2, H3, A1, A2 et A3. Selon l'importance du chiffre rencontrée, la table nous amène à des recommandations à l'intérieur de chaque sujet. Sauf pour deux sujets traités - Protection des ouvertures et Espaces extérieurs - il n'y a qu'un choix à faire13, parfois par exclusion d'autres recommandations rencontrées.

Comme on s'aperçoit par le tableau ci-après, la méthode de Mahoney aboutit à des indicatifs plutôt qualitatifs que quantitatifs et toujours à un seul modèle de résolution pour chaque problème climatique étudié.

12la méthode a été décrite d'abord dans le document "Climate and House Design", publié par l'ONU en 1969 et traduite ensuite en français sous le titre "Climat et Habitat" en 1973 13on doit parcourir le tableau de gauche à droite et c'est toujours l'indicateur plus à droite le déterminant du choix de la recommandation architecturale.

Annexe 12 202

Totaux Indicateurs (d'après la table 4) TABLES DE RECOMMANDATIONS HUMIDE ARIDE (partie finale des Tables de Mahoney)

H1 H2 H3 A1 A2 A3 CHOI Latitude: Longitude: Altitude: (valeur (v.2) (v.3 (v.4) (v.5) (v.6) ↓ (préférence de choix: dernier croix de H1→ A3

1. PLAN MASSE 0-10 Bâtiments orientés suivant un axe longitudinal 11 ou 5-12 de diminuer l'exposition au soleil 12 0-4 Plans compacts avec cours intérieurs 2.ESPACEMENTS ENTRE BÁTIMENTS 11 ou 12 Grans espacements pour favoriser la 2-10 Comme ci-dessus, mais avec protection contre 0 Plans compacts 3.CIRCULATION D'AIR 3-12 Bâtiments à simple orientation. 1 ou 2 0-5 Dispositions permettant une circulation d'air 6-12 Bâtiments à double orientation permettant une 0 2-12 0 ou 1 Circulation d'air inutile 4.DIMENSIONS DES OUVERTURES 0 ou 0 Grandes, 40 à 80% des façades Nord et Sud 1-12 Moyennes, 25 à 40% de la surface des murs 2-5 6-10 Intermédiaires, 20 à 35% de la surface des 11 0-3 Petites, 15 à 25% de la surface des murs ou 12 4-12 Moyennes, 25 à 40% de la surface des murs 5. POSITION DES OUVERTURES 3-12 Ouvertures dans les murs Nord et sud, 1 ou 2 0-5 à hauteur d'homme, du coté exposé au vent 6-12 Comme ci-dessus, mais y compris ouvertures 0 2-12 pratiqués dans les murs intérieurs 6. PROTECTION DES OUVERTURES 0-2 Se protéger de ensoleillement direct 2- Prévoir une protection contre la pluie 7.MURS ET PLANCHERS 0-2 Constructions légères, faible inertie thermique 3-12 Construction massive: décalage horaire 8. TOITURE 10-12 0-2 Construction légère, couverture à revêtement. 3- Construction légère et bien isolée 0-9 0-5 6- Construction massive: décalage horaire 9. ESPACES EXTÉRIEURS 1-12 Emplacement pour le soleil en plein air 1- Drainage approprié des eaux de pluie 3- Protection contre les pluies violentes

Tableau 3 - Tableau final des Tables de Mahoney [GR86]

Les diagrammes de Olgyay et Givoni, au contraire, partent des besoins de l'individu sous un certain climat pour déboucher sur des recommandations qualitatives pour l'ambiance de son habitat.

Celui de Olgyay est peut être considéré comme le premier effort fait pour créer un outil graphique pour l'orientation de la conception architecturale. Décrit dans son livre "Design with Climate - a bioclimatic approach to architectural regionalism" en 1963, il s'agit en gros d'un graphique d'humidité relative x température sèche où une zone de confort est définie..

Annexe 12 203

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

HUMIDITE RELATIVE - %

3,5 3 21

VENTm/s

10

203040

5060

70

RADIATIONkcal/h

1 0,7 0

7

6

5

4

3g/Kg

7

6

5 4

3

2

INSOLATION PROBABLE

LIGNED'OMBRE

ZONE DE CONFORT

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Figure10 - Exemple de diagramme d'Olgyay pour lat 40°N

Celle-ci, créée à partir des valeurs d'une température effective de la peau, détermine une zone appelée "de l'ombre", à l'extérieur ou non, au-dessus de laquelle des masques ou des mouvements d'air deviennent nécessaires pour le maintien d'une température de confort et au-dessous des lignes représentent le rayonnement nécessaire (obtenu par des moyens passifs ou actifs) à l'obtention de ce confort. Dans une zone de hautes valeurs de température et d'humidité, on observe l'influence des mouvements d'air, tandis que pour les scénarios de hautes températures associées à des basses valeurs d'humidité, l'effet du refroidissement par évaporation est aussi délimité. D'autres paramètres peuvent coexister, fournissant des éléments pour le démarrage de la conception architecturale.

Le diagramme bioclimatique de Givoni, conçu en 1969 à partir de ses études sur le confort thermique et son rapport avec l'architecture[BG78] et mis à jour successivement en 1979 et 1986, est basée sur le diagramme psychrométrique. A l'intérieur, et autour d'une zone considérée confortable pour un homme "prédéfini", cet architecte et médecin crée d'autres zones, dans des conditions thermo-hygrométriques défavorables à l'homme, chacune liée à une méthode thermique construtive permettant de rétablir la situation de confort.

Annexe 12 204

H' HN N'

V V'D

M M'

EC EC'

40

30

20

10

10 15 20 25 30 35 40 45°C

AC

Légende:

N, N' - zone de confort et zone de confort encore acceptable;

M,M' - l'usage de matériaux de l'enveloppe;

V,V' - refroidissiment par ventilation;

EC, EC' - refroidissiment par évaporation;

D - déshumidification nécessaire

AC - refroidissiment par refrigeration mécanique;

W - demande de l'humidification supplémentaire;

H,H' - limite du chauffage passif

Figure 11 - le diagramme bioclimatique de Givoni [BGG78]

Comme les diagrammes sont établis sur des mêmes principes théoriques répandus, ils permettent une comparaison de leurs hypothèses de base et donc de la cohérence des résultats proposés. Ainsi, on peut réaliser la transposition du diagramme d'Olgyay sur celui de Givoni, les deux faits pour un même lieu, Rio de Janeiro, Brésil comme en [CG93], qui nous conduit pratiquement au même emplacement pour la zone de confort:

Annexe 12 205

10 25 45°C

20%

40%80

%

Radiation

Ventilation

Zone deConfort Evaporation

(1) (2)

H' H

N N'

VV'

MM'

WEC'

AC

EC

D

10 25 45°C

20%

40%80%

(1)-(2)

Radiation (O.)H, H' (G;)

Ventilation (O.)V,V' (G.)

Evaporation (O.) ou EC, EC' (G.)

Confort (O.) ou N (G.)

10 25 45°C

20%

40%

Figure 12 - Diagrammes bioclimatiques de Olgyay (1) et Givoni (2), appliqués à Rio de

Janeiro, Brésil selon [CG93]et comparaison des zones de confort rencontrées(1+2)

Le modèle de confort équatorial de Webb

C'est un modèle de confort équatorial également de nature physiologique, développé par Webb [AF88], d'après ses observations à Cingapura, sur des habitations courantes pour des conditions tropicales, en situation d'été chaud et humide. Ce travail a abouti à un nomogramme et à un graphique de confort pour les personnes de l'échantillon:

21 24 25,5 27 30°C

100

50

0

% maximalconfortable

Optimum climatique

ni trop chaud,ni trop froid

Figure13 Le modèle de confort équatorial de Webb [AF88],

Le graphique essaie la combinaison des données issues de la psychologie expérimentale et d'expérimentations sur des personnes acclimatées dans la région; Il indique un optimum en

Annexe 12 206

confort thermique vers le 25,5°C. Webb propose l'extension de ses conclusions aux habitants des régions semblables, comme l'Amazonie, par exemple.

La méthode simplifiée pour la conception thermique du bâtiment dans les DOM-TOM

A partir d'une commande de l'ADEME, préoccupée par la qualité thermique de l'habitat dans les départements et territoires d'outre-mer, AIRAB Consultants a développé en 1994 une série d'abaques d'aide à la conception architecturale surtout pour la Réunion, les Antilles, la Nouvelle-Caledonie et la Guyane. Le document[MA94a] comporte deux parties: une pour la climatisation artificielle, dont le but est de minimiser les dépenses énergétiques, et une autre, pour la climatisation naturelle, en optimisant le confort thermique de l'habitat.

0. 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0 conductance moyenne (en W/m²K)

Rc(Km;Ds)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Surchauffe du local en K

Figure14 -Exemple d'abaque de calcul de la surchauffe d'un local[MA94a]

Le guide sur la climatisation naturelle de l'habitat en climat tropical humide

Il s'agit peut être du plus récent et du plus complet exemple d'un outil-papier pour le climat chaud développé en France. Résultat d'un travail collectif multidisciplinaire14, il a été conçu par le CSTB et a vu son premier tome publié en 1992. Il détaille tous les paramètres importants pouvant intervenir dans l'obtention du confort thermique en situation d'été pour le climat tropical humide, en donnant, ce qui est rare, un aspect concret aux recommandations.

14Elaboré par les équipes du CSTB de Nantes et de Champs-sur-Marne, la contribution des auteurs est la suivante: M J.R. MILLET, pour le confort thermique - la conception thermique du bâtiment et la protection solaire; M C. SACRÉ pour les données climatiques et MM J. GANDEMER et G.BARNAUD pour l'étude de la conception aérodynamique des bâtiments et la création de vitesse d'air.

Annexe 12 207

ZONE SOUS-VENTILÉE

ZONE SOUS-VENTILÉE

MOITIÉ SOUSLE VENT

MOITIÉ AUVENT

MOITIÉ SOUSLE VENT

MOITIÉ AUVENT

C 1,4 CET 0

C 1,15 CET 0

Figure 15 - Ilustration pour l'influence de l'implantation de l'écope de toiture[CS92]

A partir d'une démarche contenant deux actions fondamentales - la protection thermique de l'ouvrage et le développement de la ventilation naturelle - les auteurs nous promènent dans un univers mixte réalité-théorie-modélisation avec une agréable clarté. A la fin, dans un but d'aide pratique à la conception architecturale, à partir d'expérimentations en soufflerie atmosphérique sur modèle à échelle réduite, une série d'indices, appelés "coefficients" présentent une méthode progressive pour l'approche thermique de la conception architecturale.

Une réflexion générale: les limites des zones décrites dans les diagrammes ci-dessus ne doivent, en principe, être considérées que comme indicatives, car des erreurs surviennent du fait des écarts des conditions climatiques locales par rapport à celles qui ont servi de base à l'établissement de chaque diagramme, particulièrement pour les amplitudes de températures et même pour certains, de la vitesse de vent. En définitive, l'efficacité des méthodes constructives suggérées dépend aussi de la conception et de la construction du bâtiment. A ce propos, l'exemple qu'on vient de voir est une bonne image d'une méthode réunissant des "quantitatifs", pour un usage spécifique - et donc plus fiable - à des schémas généraux de facile compréhension et d'apprentissage pour des futures démarches architecturales pour la conception d'un habitat développant la climatisation naturelle.

Deux points encore sont importants à remarquer dans tous ces outils:

- d'abord, en tant que simplifications, ils "cachent" des hypothèses sur le milieu étudié, et il faudrait donc toujours chercher la bibliographie d'origine pour vérifier la pertinence du projet (climat + cahier de charges) avec les limites d'utilisation des diagrammes (ou de tout

Annexe 12 208

autre type d'outil)15. En l'absence de cette bibliographie, essayer toujours de chercher le diagramme issu d'un lieu géographique semblable;

- ensuite, ils traitent toujours de prévisions, c'est à dire, qu'ils donnent des indications qualitatives, des statistiques sur un probable résultat final et non une évaluation précise d'un cas particulier.

Les outils informatisés, les enjeux.

Les différents acteurs qui s'intéressent à l'évaluation thermique des bâtiments16 expriment, de nos jours, une demande effective en outils informatisés [PB88]. Elle concerne les besoins les plus immédiats, c'est à dire la prise en charge des calculs répétitifs (afin d'apporter gain de temps et fiabilité) et l'édition des notes de calcul sur le projet, celles-ci divergeant sur la forme (température, charge, performance...). En plus, il y a aussi une forte demande pour l'intégration avec des logiciels d'édition des plans, schémas et notes de calcul17, soit sous forme d'un couplage de modules, soit par le biais de "filtres convertisseurs".

Le marché des ces logiciels connaît un développement significatif18. Malgré cela, certaines insuffisances subsistent[PB88]:

- la plupart ne répondent qu'à une seule préoccupation technique, contrairement à la situation que connaissent la majorité de leurs utilisateurs, qui doivent traiter tous les aspects en même temps;

- pour les deux deux classes d'applications les plus importantes - l'aide à la décision et l'aide au diagnostic - ils présentent le défaut d'exiger des utilisateurs la connaissance précise et la saisie d'un grand nombre de données;

- certains domaines, comme la conception d'installations "climatiques" non standards, la ventilation des bâtiments ou encore la thermique des bâtiments "passifs", sont peu ou insuffisamment traités.

Ici, on peut citer quelques logiciels de thermique de bâtiments utilisés dans les phases amont du projet d'architecture, parmi les plus connus ou utilisés en France. Il ne s'agit absolument pas de faire une étude comparative19, mais surtout de présenter les différentes approches en la matière.

15Le climat tropical ne présente guère d'atouts pour l'établissement d'un bilan neutre (quand l'énergie non-utilisée produite à l'intérieur de l'organisme est dégagée facilement par le corps) pour l'individu (voir ch. 2). Ainsi, dans le cas d'un projet d'atelier de travaux pratiques de lycée technique par exemple, cas non-traité dans cette thèse [JA93], où l'homme arrive à produire par son activité, non les 80W prévus par la plupart des diagrammes, mais environs 200W - une énergie dont il profite parfois à 20% pour son travail - une option consciente pour un bon projet s'avère fondamentale pour qu'il puisse dissiper ces 80% et maintenir la température d'équilibre vers les 36,7°C nécessaires. 16Brejon |PB88] en mentionne jusqu'à 8, selon la complexité: l'architecte, l'ingénieur-conseil, le contrôleur, l'installateur, l'exploitant, le gestionnaire ou le maître d'ouvrage, les formateurs ou chercheurs et les organismes publics ou parapublics concernés. 17Logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO). [LA91] 18on arrive même, en France, à avoir une base de données disponible au public, par le biais d'un service télématique de l'ADEME et de l'AICVF, le 36 16 LEB. 19qui, en plus de s'éloigner du but de ce travail, risquerait fort, face au développement auquel on assiste de n'être plus à jour, au moment de l'édition.

Annexe 12 209

En fait, un banc d'essai comparatif de progiciels[JB92] a fonctionné en mars 1992, à la demande de l'ADEME et d'EDF, pour évaluer les méthodes utilisées par ces outils informatiques, montrer leurs possibilités d'application et donner une idée des écarts relatifs d'un progiciel à l'autre. A partir de la base de données 3616 LEB (voir note 15) 15 logiciels ont été choisis parmi lesquels CASAMO-CLIM, CODYBA, COMFIE, OASIS, SIMULA20...

L'étude confirme que si certains programmes ne permettent pas une liberté minimale d'architecture (orientation, inclinaison), d'autres sont très fermés en ce qui concerne l'usage attendu du bâtiment, c'est à dire les apports et leurs variations horaires dûs à l'occupation. L'existence de deux groupes de méthodes de traitement des échanges, dynamiques et statiques9 demande la connaissance préalable par l'architecte du poids de l'inertie dans la performance de son projet. En plus, il reste la question: quel pourrait être le "bon" logiciel. Compte tenu du besoin de réduction des équations pour alléger la manipulation de l'outil, réduction faite selon des hypothèses (et décisions) qui varient d'une équipe de recherche à l'autre, on reste toujours, comme dit [JB92], "sur sa faim" à la lecture des résultats...

Pour essayer de résoudre (au moins en partie) cette difficulté, L'Ademe (l'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie, ancienne AFME) a édité en 1994, des mallettes pédagogiques, un guide de choix et un service d'assistance aux utilisateurs pour certains de ces logiciels - CASAMO-CLIM, CODYBA, OASIS et SIMULA, le tout comprenant des cahiers scientifiques et méthodologiques, plusieurs études de cas et un document[MA94b]qui fournit, outre les caractéristiques de ces logiciels, une analyse permettant le choix adapté à chaque cas et une aide à la formation continue.

Par ailleurs, d'autres équipes continuent la recherche sur un logiciel adapté à la phase du début de conception architecturale, où les informations concernant le projet restent indéterminées. Parmi elles on doit citer le 6b, pour la Hongrie, du Laboratoire de Physique du Bâtiment (TU Budapest, Hongrie)[AZ93] et le CLAN, logiciel de l'ETSAB (Barcelona, Espagne) de l'equipe du Professeur Rafael Serra Florensa [RF91] et qui relient bien les besoins d'architecture en début de conception aux concepts energétiques.

A partir de la constatation de l'importance des premières décisions prises lors de la conception d'un projet d'architecture sur l'oeuvre achevée du point de vue énergétique, l'équipe de TU de Budapest propose un outil d'évaluation thermique au tout début de la conception architecturale, le 6B21.

L'approche simplifiée de l'outil se justifie par le désir des auteurs de ne pas "charger" l'utilisateur de questions. Ainsi, la liste de questions se limite à la surface totale et à la surface "utile", le "headroom", la proportion entre les surfaces verticales et vitrées, le débit d'air estimé et l'occupation. Après quoi, la plupart des questions sont plutôt posées par des choix de pictogrammes. Si c’est important, certaines questions, comme le type de fenêtre ou la forme de la toiture, peuvent être posées en clair. Des modifications du projet, après la lecture des premiers résultats sont faciles à introduire, chaque variante pouvant être sauvegardée séparément.

20CODYBA (INSA,Lyon, France), SIMULA (CERMA, Nantes, France); CASAMO-CLIM et COMFIE (Ecole des Mines de Paris, France) 216B est une référence gentille au crayon traditionnel d'esquisse des architectes, encore non écarté par l'usage des ordinateurs...

Annexe 12 210

CONFIGURATION IN SECTION

compacted simple mean indented very indented

SITUATION OF THE SUN-SPACE / in plan/

attached attached attached corner recessed with one wall

Figure 16 - Exemple de serie de pictogrammes du "6b"[AZ93]

Le noeud du logiciel est la réduction des interrelations entre phénomènes concernés pour arriver à la liste des options offertes. Ceci se réalise dans l'usage d'une approche statistique sur 8.000 bâtiments, des données climatiques et de la réglementation, le code énergétique hongrois22. Plus proche de l’esquisse sera le projet et plus proche du résultat exact l'évaluation sera-t-elle.

Le résultat est basé sur le code hongrois de déperditions volumiques (W/m3/K). D'autres options sont offertes, dont l'établissement par l'usager des besoins énergétiques (et non plus par le Code), et l'absence de codes, c'est à dire, quand il y a un simple calcul sans comparaison à une norme.

6B se présente grossomodo:

- pour le confort d'été en général, sous forme de messages plus des valeurs attendues d'U(K), G, B, et d'inertie;

- pour chaque mois de la saison de chauffage par: les apports solaires, disponibles et utilisés, la consommation du système, le nombre d'heures/mois "utilisables" des vérandas

Ainsi, on dispose d'un logiciel qui permet l'évaluation énergétique (du point de vue de la consommation) et du confort (en été). Il semble logique, l'été étant la saison "minoritaire", que des commentaires "flous" soient admissibles, compte tenu du but: un outil simple. Pour l'hiver, objet véritable des préoccupations régionales, on a plus d'informations, des réponses apparemment aussi précises que la qualité (ou quantité) des entrées de données le permettent.

22Aujourd'hui une nouvelle version est en développement, pour étendre le programme à d'autres sites climatiques, à d'autres codes d'énergétique et pour le calcul de systèmes solaires passifs.

Annexe 12 211

L'approche de l'ensemble bâti domine dans l'évaluation, c'est à dire, que même si des facteurs partiels ont été évalués, on n'a pas une aide spécifique à la prise de décisions, mais une aide globale sur l’effet de l'ensemble des décisions.La proposition d'extension à d'autres climats doit être restreinte aux limites des hypothèses simplificatrices, et bien évidemment aux profils d'usage des 8.000 bâtiments paramétrés.

Le CLAN est plus qu'un logiciel. Crée pour le territoire espagnol par l'équipe du Professeur Rafael Serra de l'Universidad Politécnica de Cataluña, il s'agit en fait d'un bel effort pour approprier les concepts de la Thermique à ceux de l'Architecture.

L'ouvrage[RF89] réunit, outre le logiciel, une littérature générale sur les principes de l'architecture bioclimatique et de l'efficacité de plusieurs stratégies et une théorie spécifique pour les axes développés par l'outil informatique. Chaque option offerte par le logiciel est décrite dans le sens de ses effets, voire formulée, ce qui enlève l'effet "boite noire". Le schéma général du logiciel (et de la méthode qui le sert de base) est simple: 5 thèmes principaux de la conception - l'urbanisme, ce qu'on appelle dans notre recherche le microclimat, la forme, l'enveloppe et l'intérieur du bâtiment. Ordonnés du général vers le particulier, chacun des thèmes est divisé en aspects, groupés en trois niveaux d'approfondissement. Comme pour le "6B" hongrois, la présentation se fait par des séries de pictogrammes:

1 2 3 4 5

0,25 0,05 -0,05 -0,25

Figure 17 - Exemple de série de pictogrammes du thème Urbanisme du CLAN[RS89]

Annexe 12 212

A la fin, ou à n'importe quelle étape, l'utilisateur est capable de visualiser l'état du projet, les plages thermiques et luminiques attendues pour l'été et pour l'hiver, toute comme un résumé général des prises de décision. Très convivial, Il reste néanmoins restreint à l'hémisphère Nord et au territoire espagnol, vu les hypothèses climatiques fixes du programme.

Viento Verano Viento Invierno

Menú de Selección General Resultados Térmicos y Lumínicos Valores elegidos y parâmetros

Zona :________12Altura: _ 100Nombre: CALENERTipo edificio :RESID. OCASIONALVolumen: 1000N° Ocup.: 8

Figure 18 - Sortie graphique de CLAN pour la fiche d'état de projet[RS89]

Nos dernières remarques concernant la manipulation des outils informatisés:

- le rappel qu'un outil (dans n'importe quel domaine) n'est pas un créateur mais un instrument. Le plus développé des "systèmes experts" rêvés ne fera qu'obéir à une série pré-conçue d'instructions.

- il est important pour un bon usage de connaître l'objectif et l'optique dans lequel a été créé le logiciel, ce qui détermine en grande partie ses caractéristiques et la méthode de travail induite23;

- la plupart d'entre eux n'exposent pas d'une façon claire leurs limites d'utilisation ou leurs hypothèses simplificatrices, ce qui amène souvent à des résultats altérés24...

23Ainsi, comme exemple, même si l'objectif commun de deux logiciels suivants soit la simulation en régime variable d'un bâtiment, SIMULA précise la simulation des phénomènes solaires, ce qui offre la possibilité de simuler aisément des serres accolées à un bâtiment; tandis que le transfert entre zones du rayonnement solaire n'étant pas possible pour CASAMO-CLIM, cette manipulation y requiert des astuces et n'offre que des résultats précaires. D'autre coté, l'humidité relative, facteur d'importance pour l'étude du confort en pays chauds, est traitée dans CASAMO-CLIM pour le calcul de la température apparente de la voûte celeste (température du ciel) et pour les simulations et est négligée - puisque de moindre importance dans les climats tempérés - par SIMULA. 24Ceci est d'ailleurs très bien visualisé par l'étude menée à l'Ecole d'Architecture de Toulouse en 1992 par Jean SOUM à la suite d'un banc d'essai effectué avec le SITERPA de UFSC, Brésil, où des saisies incorrectes ont provoqué un jugement erroné à propos de la performance du logiciel Casamo-Clim.

Annexe 13 212

Annexe 13 - Résultats de l'étude de sensibilité des paramètres de la

couverture. (conf. Chapitre 3.6.1.3)

Légende des tableaux 13.1, 13.2, 13.3 et 13.4:

V Matériau Comble Couleur extérieure

variante de couverture étudiée

DP - dalle pleine DPI - dalle pleine isolée FB - tôle en fibrocement TM - tôle métallique TTC - tuile en terre cuite

CF - comble fermé CV - comble ventilé SC - sans comble

0,3 - claire 0,5 - grise 0,7 - grise vieillie 0,9 - bitumée (pour les dalles)

A- SANS/FERMÉ B- COMBLE FERMÉ/VENTILÉ

matériau l'écart matériau l'écart matériau l'écart matériau l'écart C TTC V24-V1 0 DP V41-V43 0,98 TTC V1-V3 4,02 DP V43-V47 0,3 O V25-V2 0,03 V42-V44 1,42 V2-V4 3,95 V44-V48 0,69 M V26-V27 0 V11-V45 3,81 V27-V28 3,89 V45-V13 1,09 B FB V29-V30 4,89 V12-V46 6,7 FB V30-V31 0,33 V46-V14 0,98 L V5-V7 4,66 DPI V49-V51 1,03 V7-V9 0,63 DPI V51-V55 0,16 E V6-V8 3,93 V50-V52 2,19 V8-V10 0,42 V52-V56 0,34

TM V32-V35 4,24 V15-V53 1,33 TM V35-V38

0,51 V53-V17 0,5

V33-V36 3,46 V16-V54 0,49 V36-V39 0,31 V54-V18 0,68 V34-V37 2,68 V37-V40 0,1

Tableau 13.1 -Etude de l'influence du type de comble sur les toitures (même matériau et alpha)

0,3-0,5 l'écart 0,5-0,7 l'écart 0,7-0,9 l'écart

C sans comble O TTC V24-V25 1,57 V25-V26 0,21 U FB V29-V5 0 V5-V6 0 L TM V32-V33 0 V33-V34 0 E DP V41-V42 3,24 V42-V11 3,24 V11-V12 3,23 U DPI V49-V50 1,15 V50-V15 1,16 V15-V16 1,15 R comble fermé

TTC V1-V2 1,6 V2-V27 0,18 FB V30-V7 0,23 V7-V8 0,73 TM V35-V36 0,78 V36-V37 0,78 DP V43-V44 0,84 V44-V45 0,85 V45-V46 0,34 DPI V51-V52 0,31 V52-V53 0,3 V53-V54 0,31 comble ventilé

TTC V3-V4 1,53 V4-V28 0,12 FB V31-V9 0,53 V9-V10 0,52 TM V38-V39 0,58 V39-V40 0,57 DP V47-V48 0,45 V48-V13 0,45 V13-V14 0,45 DPI V55-V56 0,13 V56-V17 0,14 V17-V18 0,13

Tableau 13. 2 - Etude des influences de la couleur sur les couvertures

Annexe 13 213

MATERIAU (même couleur, même type de comble)

mat. sans comble comble fermé comble ventilé

0,3 0,5 0,7 0,3 0,5 0,7 0,3 0,5 0,7

TTC-FB

V24-V29

15,17 V25-V5

13,6 V26-V6

13,39 V1-V30

10,28 V2-V7

8,91 V27-V8

9,46 V3-V31

6,59 V4-V9

5,59 V28-V10

5,99

TTC-TM

V24-V32

15,17 V25-V33

13,6 V26-V34

13,39 V1-V35

10,93 V2-V36

10,11 V27-V37

10,71 V3-V38

7,42 V4-V39

6,47 V28-V40

6,92

TTC-DP

V24-V41

12,79 V25-V42

14,46 V26-V11

17,49 V1-V43

13,77 V2-V44

13,01 V27-V45

13,68 V3-V47

9,45 V4-V48

8,37 V28-V13

6,9

TTC-DPI

V24-V49

10,36 V25-V50

9,9 V26-V15

12,85 V1-V51

13,35 V2-V52

12,06 V27-V53

12,18 V3-V55

9,17 V4-V56

7,77 V28-V17

7,79

FB-TM

V29-V32

0 V5-V33

0 V6-V34

0 V30-V35

0,65 V7-V36

1,2 V8-V37

1,25 V31-V38

0,83 V9-V39

0,88 V10-V40

0,93

FB-DP

V29-V41

2,38 V5-V42

0,86 V6-V11

4,1 V30-V43

3,49 V7-V44

4,1 V8-V45

4,22 V31-V47

2,86 V9-V48

2,78 V10-V13

0,91

FB-DPI

V29-V49

4,85 V5-V50

3,7 V6-V15

2,54 V30-V51

3,07 V7-V52

3,15 V8-V53

2,72 V31-V55

2,58 V9-V56

2,18 V10-V17

1,8

TM-DP

V32-V41

2,38 V33-

V42

0,86 V34-V11

4,1 V35-V43

2,84 V36-V44

2,9 V37-V45

2,97 V38-V47

2,03 V39-V48

1,9 V40-V13

1,78

TM-DPI

V32-V49

4,85 V33-V50

3,7 V34-V15

2,54 V35-V51

2,42 V36-V52

1,95 V37-V53

1,47 V38-V55

1,75 V39-V56

1,3 V40-V17

0,87

DP-DPI

V41-V49

2,47 V42-V50

4,56 V11-V15

6,64 V43-V51

0,42 V44-V52

0,95 V45-V53

1,5 V47-V55

0,28 V48-V56

0,6 V13-V17

0,91

pour les dalles 0,9: V12- V16 8,72 pour les dalles 0,9: V46- V54 1,53 pour dalles 0,9 V14 -V18 1,23

Tableau 13. 3 - Etude des influences du matériau sur les couvertures

-

Annexe 13 214

Var. dh d'inc matériau comble couleur V1 22,04 TTC CF 0,3 Dh

d'inconfort moyen par catégorie

V24 22,04 TTC SC 0,3 Matériau V25 23,61 TTC SC 0,5 TTC FB TM DP DPI V2 23,64 TTC CF 0,5 25 34 35 38 35

V27 23,82 TTC CF 0,7 V26 23,82 TTC SC 0,7 Couleur V3 26,06 TTC CV 0,3 0,30 0,50 0,70 0,90

V19 27,56 TTC CV 0,5 33 33 33 38 V28 27,71 TTC CV 0,7 V30 32,32 FB CF 0,3 Type de comble V49 32,36 DPI SC 0,3 sans fermé ventilé V7 32,55 FB CF 0,5 35 33 33

V31 32,65 FB CV 0,3 V35 32,97 TM CF 0,3 Etude par matériau V9 33,18 FB CV 0,5 TTC (dh d'inc moyen = 25): V8 33,28 FB CF 0,7

V38 33,48 TM CV 0,3 Type de comble Couleur V50 33,51 DPI SC 0,5 sans fermé ventilé 0,3 0,50 0,70 V10 33,7 FB CV 0,7 1,64 1,63 -2,86 1,62 0,1 -0,12 V36 33,75 TM CF 0,5 V39 34,06 TM CV 0,5 FB (dh d'inc moyen = 34): V37 34,53 TM CF 0,7 V40 34,63 TM CV 0,7 Type de comble Couleur V15 34,67 DPI SC 0,7 sans fermé ventilé 0,3 0,50 0,70 V41 34,83 DP SC 0,3 -3,21 1,28 0,82 -0,06 -0,3 -0,73 V55 35,23 DPI CV 0,3 V56 35,36 DPI CV 0,5 TM (dh d'inc moyen = 35): V51 35,39 DPI CF 0,3 V17 35,5 DPI CV 0,7 Type de comble Couleur V47 35,51 DP CV 0,3 sans fermé ventilé 0,30 0,50 0,70 V18 35,63 DPI CV 0,9 -2,54 0,92 0,61 0,11 -0,3 -0,79 V52 35,7 DPI CF 0,5 V43 35,81 DP CF 0,3 DP (dh d'inc moyen = 38): V16 35,82 DPI SC 0,9 V48 35,96 DP CV 0,5 Type de comble Couleur V53 36 DPI CF 0,7 sans fermé ventilé 0,30 0,50 0,70 0,90 V54 36,31 DPI CF 0,9 -0,07 1,35 2,04 2,62 0,40 0,41 -1,75 V13 36,41 DP CV 0,7 avec 0,9: V44 36,65 DP CF 0,5 -1,69 1,05 1,82 V14 36,86 DP CV 0,9 V29 37,21 FB SC 0,3 DPI (dh d'inc moyen = 35): V5 37,21 FB SC 0,5 V6 37,21 FB SC 0,7 Type de comble Couleur

V32 37,21 TM SC 0,3 sans fermé ventilé 0,3 0,50 0,70 0,9 V33 37,21 TM SC 0,5 1,487 -0,70 -0,36 0,67 0,14 -0,39 -0,92 V34 37,21 TM SC 0,7 avec 0,9: V45 37,5 DP CF 0,7 0,91 -0,85 -0,43 V46 37,84 DP CF 0,9 V42 38,07 DP SC 0,5 V11 41,31 DP SC 0,7 V12 44,54 DP SC 0,9

Tableau 13.4 - Etude de la hiérarchie des itérations des éléments de la couverture

la climatisation naturelle: modelisation … · iii résumé des résultats dans certaines régions...

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