Soutenance mémoire
Présentation de la recherche
Contexte
Steele (1997) définit l’architecture durable (“sustainable architecture”) ainsi: “An architecture that meets the need of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs”.
D’après Bigorne (2012), la construction des villes est très étroitement liée à la disponibilité en énergie. Pour lui, elle a connu trois phases :
– La première, avant la révolution industrielle : l’énergie étant très limitée, les bâtiments étaient construits en cohérence avec le climat ;
– La deuxième, à partir de la révolution et pendant les trente glorieuses: l’énergie n’étant plus une contrainte, les bâtiments négligent le climat ;
– La troisième, aujourd’hui: les bâtiments doivent renouer avec le climat pour réduire les dépenses énergétiques, qui ne cessent d’augmenter.
Parallèlement, il est reconnu que la ville compacte est intéressante pour le gain d’espace qu’elle peut offrir, mais aussi pour ses performances énergétiques (Arantes et al. 2016). Mais la compacité, qui permet notamment de réduire les pertes énergétiques, « pose aussi des problèmes d’accessibilité des bâtiments voisins à la ressource solaire, en diminuant leurs possibilités d’exploitation de cette ressource pour combler leurs besoins de chauffage et d’éclairage » (Ribault et al. 2016).
C’est donc dans ce contexte contradictoire que les villes cherchent aujourd’hui à se construire. On cherche à s’exposer aux rayons du soleil, pour en capter l’énergie, mais on souhaite aussi réduire le phénomène d’îlot de chaleur urbain résultant notamment du piégeage radiatif. Le soleil, à la fois source d’énergie à exploiter et contrainte, devient donc un enjeu complexe à prendre en compte dans l’aménagement urbain. Et si le bâtiment est au cœur de la problématique, les espaces publics n’en sont pas pour autant négligeables. En effet, centres attractif de la ville, ces espaces sont directement impactés par le soleil. Notre recherche s’inscrit dans le cadre du projet MERUBBI: Méthodes d’Exploitation des Ressources Utiles du Bâtiment Bioclimatique dans son Ilot. L’objectif est de permettre la construction raisonnée de bâtiments neufs, en s’appuyant sur deux piliers : les principes bioclimatiques et les principes d’isolation. Nous nous intéresserons au premier. Ceux-ci consistent à exploiter l’énergie naturelle (vent, soleil, etc.) au profit des bâtiments. Notre étude s’intéresse plus particulièrement au rayonnement solaire, et surtout à sa dimension lumineuse. Le soleil est une source d’énergie pour les panneaux photovoltaïques, mais permet aussi des économies énergétiques en chauffant et éclairant de manière naturelle. Le défi est donc de préserver l’accès au soleil pour exploiter les apports énergétiques qu’il offre sous plusieurs formes .
Etat de l’art
Accès au soleil
En 1967, Twarowski définissait les courbes de niveau solaire. Celles-ci se basent sur une parcelle définie et caractérisée par une contrainte d’ensoleillement, et imposent un volume aux bâtiments voisins afin de respecter la contrainte (Siret, 2011). Cette méthode est l’une des premières à s’intéresser à la question du gabarit d’ensoleillement. En 1980, Ralph Knowles développe le concept des enveloppes solaires comme le « volume d’enveloppe maximal qui ne projette pas d’ombre sur les constructions voisines pendant une période prédéfinie » (Raboudi et al. 2012). Contrairement à Twarowski, Knowles crée donc un volume constructible pour la parcelle.
L’enveloppe solaire est un moyen de réglementer l’accès au soleil. Elle permet en effet de « contraindre » le concepteur à respecter des dimensions de manière à ne pas projeter d’ombres sur les bâtiments voisins. On peut résumer sa construction comme ceci :
– Elévation « à l’infini » de la parcelle
– Tracé des rayons du soleil atteignant la limite que l’ombre portée ne devra pas franchir pendant la période prédéfinie
– Découpage du volume avec les rayons.
La complexité de la trajectoire solaire fait que la construction de l’enveloppe solaire se fait de préférence numériquement.
Cet outil présente des avantages certains, comme la clarté de ses résultats (constructible/pas constructible), mais reste néanmoins compliqué à mettre en œuvre. Si la construction de l’enveloppe solaire en elle-même est simple, une enveloppe solaire « exploitable » nécessite un travail préliminaire. Il faut en effet déterminer la période d’ensoleillement qui nous intéresse (date, heure, durée). On peut décider d’en combiner plusieurs. Ensuite, il faut choisir la limite que l’ombre ne doit pas franchir la « clôture d’ombre » de Raboudi et al. (2012). Ces deux paramètres dépendent beaucoup du contexte et de l’usage du bâtiment, ainsi que de sa localisation.
Capeluto et al. (2001) élargit le concept des enveloppes solaires en développant trois volumes différents :
– The Solar Right Envelope (SRE)
– The Solar Collection Envelope (SCE)
– The Solar Volume (SV)
Le SRE, enveloppe des “droits”, correspond au volume maximum que peut prendre le bâtiment sans projeter d’ombres sur le voisinage. Il correspond à la première définition des Enveloppes Solaires de Knowles. Le SCE correspond au volume minimal que doit atteindre le bâtiment pour ne pas être pénalisé par les constructions voisines. Le toit du bâtiment doit avoir accès au soleil dans le cas où il serait équipé de collecteurs solaires. Le SV représente la combinaison des deux volumes précédents. Dans l’idéal, le bâtiment doit dépasser le SCE tout en étant inclus dans le SRE. Certaines configurations urbaines ne permettent pas la combinaison des deux. Imaginons par exemple une parcelle à Manhattan. Pour avoir une toiture exposée au soleil, notre bâtiment devrait atteindre une hauteur importante. Cette hauteur impliquerait nécessairement des ombres portées sur les bâtiments voisins, et ne respecterait donc pas le SRE. L’outil reste néanmoins applicable dans de nombreuses situations, et peut être utile dans tous les cas pour se faire une idée de la situation solaire de notre bâtiment .
Si l’enveloppe solaire apparaît principalement comme un outil géométrique en 3 dimensions spatiales, elle dépend aussi de la dimension temporelle. Ralph Knowles (2003) souligne la différence entre l’enveloppe solaire créée au solstice d’hiver et au solstice d’été. Il définit donc l’« interstitium », qui représente la différence entre le volume minimal et le volume maximal de l’enveloppe solaire. Cet espace ne peut être bâti, pour éviter de projeter des ombres aux moments les plus défavorables, mais peut permettre la mise en place d’éléments modulables, adapté aux saisons. En hiver, les rayons sont au plus bas : le volume doit être compact pour ne pas pénaliser le voisinage. L’interstitium n’est pas exploitable pendant cette période. En revanche, c’est l’été qu’il prend son sens, puisqu’on peut élever des éléments au sein de ce volume. Knowles nous donne comme exemple des conduits d’aération, qui iraient capter l’air frais, ou encore des paresoleils, qui protégeraient le bâtiment des températures extrêmes.
Effets de la lumière
Nous nous intéressons ici aux effets de la lumière. Cette approche a pour but de nous familiariser avec la dimension lumineuse, et sur les effets qu’elle peut avoir. Plusieurs sources abordent les effets de la lumière, sous différents angles.
Les définitions de tous ces effets sont présentes dans les ouvrages cités. Nous constatons que le sujet est étudié par les chercheurs (la liste présentée n’étant absolument pas exhaustive). Le deuxième constat que nous pouvons faire est que les effets ne sont pas vraiment « sensibles », ils ne touchent pas les sens. Ce sont des effets plus objectifs. Jachet (1999), étudie la définition de l’effet, et en tire cinq sens :
– Illusion : on est abusé
– Impression : on perçoit un phénomène
– Action : on provoque un phénomène
– Résultat : on obtient un phénomène
– Nomination : on est affecté par un phénomène .
Les cinq termes donnés par Jachet sont définis avec le mot « phénomène ». Plusieurs définitions de ce terme existent, mais nous en retiendrons trois du Larousse :
– Fait naturel constaté, susceptible d’étude scientifique, et pouvant devenir un sujet d’expérience
– Fait observé, en particulier dans son déroulement ou comme manifestation de quelque chose d’autre
– Ce qui apparaît à la conscience, ce qui est perçu par les sens ; chez Kant, ce qui relève du monde sensible, par opposition à noumène.
Le phénomène est donc quelque chose qui est lié à la perception, au ressenti, au sensible. C’est donc dans ce sens que nous irons. Notons que le sens d’impression (percevoir le phénomène) et de nomination (être affecté par le phénomène) sont signifiantes pour l’usager. Dans une optique de conception, il faudrait plutôt privilégier l’action (provoquer le phénomène) et le résultat (obtenir le phénomène).
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Table des matières
Introduction
1 Présentation de la recherche
1.1 Contexte
1.2 Problématique
1.3 Hypothèses
1.4 Méthodologie
2 Etat de l’art
2.1 Accès au soleil
2.2 Effets de la lumière
2.3 Règlementation existante
2.3.1 En France : les PLU
2.3.2 Autres réglementations
2.3.3 Bilan
2.4 Enquête
2.4.1 Anna Ponizy : les tâches solaires
2.4.2 Paola Moreno : la présence d’usagers sur les supports de promotion
2.4.3 Jean-Claude Kaufmann : l’entretien compréhensif
3 Mise en place d’un questionnaire
3.1 Choix méthodologiques
3.2 Elaboration du questionnaire
4 Réalisation de l’enquête
4.1 Conditions de l’enquête
4.2 Affinement de la démarche
4.3 Retours sur la démarche
5 Analyse des résultats
5.1 Présentation des résultats
5.1.1 Profil des usagers
5.1.2 Horaires d’ensoleillement recherchés
5.1.3 Les notations des photos
5.2 Analyse des résultats
5.3 Limites
6 Conclusion
6.1 Conclusion
6.2 Discussion
6.3 Perspectives
7 Bibliographie
8 Annexes
