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ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE : CONCEPTS ET OUTILS

12-03-2019
L'approche bioclimatique a pour but de créer une architecture de grand confort tout en utilisant peu de systèmes de climatisation mécaniques. La stratégie est de travailler avec les forces de la nature et d'utiliser les ressources naturelles en notre faveur pour créer les conditions les plus appropriées. Avant de commencer la conception, on réalise une évaluation bioclimatique basée sur l'analyse des conditions climatiques locales, de l'environnement et des demandes de l'utilisateur. Cette recherche demande d'entrer dans différents champs scientifiques comme par exemple la climatologie, la biologie, la physique ou l'architecture.

Dans le dernier article  j'ai parlé de  l'architecture bioclimatique vernaculaire basée sur l'expérience acquise au fil du temps et incorporée à la culture autochtone. Je voudrais aujourd'hui analyser ce thème d'un point de vue plus scientifique.

L'être humain est la mesure et l'objectif de toute conception architecturale, son bien-être est donc la finalité la plus importante. L'environnement physique est composé de nombreux éléments qui sont liés entre eux de forme complexe. On peut essayer de découvrir et de comprendre les composantes environnementales comme la lumière, le son, le climat, le vent, l'humidité, etc. Elles agissent toutes directement sur le corps humain qui peut les absorber ou essayer de s'opposer à leurs effets. Les réactions physiques et psychologiques sont le résultat de la relation entre corps et environnement. Le corps humain cherche à dépenser le minimum d'énergie possible pour s'adapter à son environnement. Quand il y arrive, il est dans sa « zone de confort ». Le bâtiment est le principal outil pour accéder au bien-être et ainsi à la zone de confort.

L'approche bioclimatique a pour but créer une architecture de grand confort tout en utilisant peu de systèmes mécaniques de climatisation. La stratégie est de travailler avec les forces de la nature et d'utiliser les ressources naturelles pour créer des conditions de vie agréables. « Le confort » peut se définir comme l'absence de sensations négatives.

Pour créer des conditions de confort en utilisant l'architecture bioclimatique, il est nécessaire de réaliser une évaluation bioclimatique antérieure à la conception. Celle-ci passera par l'analyse des conditions climatiques locales, de l'environnement et des demandes de l'usager. Cette recherche fait appel à différents champs de la science comme par exemple la climatologie, la biologie, la physique ou l'architecture, entre autres.

Olgyay (un des pionniers de l'approche bioclimatique en architecture) divise ce processus en 4 étapes (img 1) :

  1. Recueil et analyse de données climatiques

Pour comprendre le climat, il faut considérer et analyser les éléments suivants :  la température (img 2), la radiation (img 3), l'humidité  (img 4)  et les effets du vent (img 5,6). Les sources les plus fiables de données sont les stations météorologiques, qui en accumulent continuellement.

  1. Évaluation biologique basée sur les sensations humaines

L'introduction des données climatiques dans le diagramme bioclimatique (img 7, 8) nous fournira des informations sur la réponse du corps humain au climat. L'analyse des résultats nous indiquera les périodes favorables et défavorables et le moment de plus grand désagrément, qui pourrait être, par exemple, trop de chaleur, trop de froid, ou une humidité excessive. En fonction de ces informations nous saurons quelle est la stratégie bioclimatique la plus appropriée.

  1. Solution technologique

Si nous prenons en compte l'analyse précédente, la solution technologique correcte se trouve dans :

- L'orientation optimale vers le soleil, qui variera si nous voulons obtenir de l'énergie solaire ou au contraire nous protéger de ses rayons. Dans les climats tempérés, il faut souvent trouver un équilibre entre « période de froid », quand on cherche l'ensoleillement et « période de surchauffe » quand on veut l'éviter.

Quantité et disposition des éléments qui apportent de l'ombre (img 9,10,11). Le calcul de la quantité désirée d'ombrage est la stratégie parfaite pour éviter la surchauffe en été. Pour en faire l'estimation, on analyse la trajectoire du soleil et la géométrie du bâtiment et de son environnement extérieur.

Forme optimale.  Dans chaque environnement ou climat, il existe des formes plus ou moins appropriées. La forme du bâtiment doit être sensible au milieu en répondant aux impacts favorables et

défavorables des conditions thermiques. Par exemple, dans des climats extrêmes on a besoin de bâtiments compacts car ils ont moins de surface de façade et donc moins de superficie d'échange de température entre l'intérieur et l'extérieur. Un clair exemple en est l'igloo : sa forme sphérique implique une superficie minimale de contact avec l'extérieur.

Évaluation des effets du vent.  Selon la force qu'il a, le mouvement de l'air peut être considéré comme un facteur qui améliore (quand il fait chaud) ou empire le confort (quand il fait froid). Le calcul se base sur la vitesse du flux de l'air qui traverse l'édifice. Le mouvement de l'air affecte directement la sensation de refroidissement du corps. Il ne diminue pas la température, mais il génère une perte de chaleur par convection et augmente la capacité d'évaporation du corps.

Équilibre de température intérieure. La température intérieure optimale peut être atteinte grâce à l'application de matériaux appropriés et à une quantité appropriée d'isolant. Les critères d'équilibre s'évaluent en analysant le flux de chaleur qui sort du bâtiment en hiver, qui doit être minime, et l'apport de chaleur durant la période estivale, qui doit être minimal aussi.

  1. Application architecturale

Tous les points antérieurs nous servent de norme pour la création de la forme architecturale idéale pour notre climat. De cette façon, les matériaux de l'enveloppe doivent fournir du confort thermique en contrôlant l'échange de chaleur entre l'intérieur et l'extérieur. La réalisation d'ouvertures doit prendre en compte que celles-ci peuvent apporter de l'énergie en été, mais peuvent aussi causer des pertes de chaleur en hiver. Ajouter des éléments qui apportent ombre et végétation protègera contre la surchauffe et le mouvement de l'air et la ventilation naturelles peuvent améliorer la sensation de chaleur en été.

Les architectes tendent à privilégier l'esthétique visuelle, mais ils n'oublient pas pour autant la fonctionnalité et la climatologie. Mettre en œuvre une approche scientifique améliore la qualité de l'architecture. De plus, aujourd'hui, l'accès à la connaissance et à l'information climatologique est simple grâce à une grande variété d'outils informatiques qui aident dans les processus de recherche et de conception.

  

Bibliographie :

Olgyay V., Design with Climate Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism, New York,  1992, Van Nostrand Reinhold, ISBN 0-442-01110-5

 

Sources des images :

img 1: dessin adapté de Design with Climate Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism,

img 2: https://es.wikipedia.org/wiki/Clima_mediterr%C3%A1neo

img 3: https://www.eumetsat.int/website/wcm/idc/idcplg?IdcService=GET_FILE&dDocName=PDF_CONF_P61_S2_07_SANCHO_P&RevisionSelectionMethod=LatestReleased&Rendition=Web

img 4: https://weather-and-climate.com/average-monthly-Rainfall-Temperature-Sunshine,barcelona,Spain

img 5: https://i.pinimg.com/originals/ad/89/24/ad8924b3de6f28c6d686f8d1a38963e4.jpg

img 6: https://www.pinterest.es/pin/475129829418824400/

img 6: https://ecosocialhouse.wordpress.com/2015/04/03/carta-bioclimatica-de-olgyay/

img 8: https://pedrojhernandez.com/2014/03/03/diagrama-bioclimatico-de-givoni-2/

img 9: https://www.pinterest.es/pin/351632683378654322/

img 10: http://www.studioseed.net/blog/simulaciones-climaticas-y-comprobaciones-en-el-proyecto-arquitectonico-con-ecotect/


Textes pour les images :

1 : Ressources naturelles dans l'approche bioclimatique

2: Champs inter-connectés associés à l'architecture bioclimatique

3: Données climatiques : températures

4 : Données climatiques : radiation solaire et humidité

5 : Données climatiques : vent

6 : Diagramme bioclimatique Olgyay

7 : Diagramme bioclimatique Givoni

8 : L'orientation

9 : Ombrage et dispositifs de protection solaire

10 : La forme

11 : Effets du vent

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