Aide à la conception de l'éclairage naturel

dans la phase d'esquisse architecturale

et son impact sur l'énergétique du bâtiment

 

Thèse de doctorat en énergétique, soutenue en décembre 96

par Ljubica MUDRI

Directeur de thèse : Albert DUPAGNE

 

 

  1. 1 Introduction
  2.  

    1.1 Situation du travail

     

    Pendant longtemps, seule la lumière naturelle a fourni l'éclairage nécessaire aux activités humaines, les sources de lumière artificielle étant insuffisantes. Dans les quarante dernières années seulement, la lumière électrique est devenue un complément et remplaçant performant de la lumière naturelle, et s'est répandue de manière générale. Aujourd'hui, l'éclairage des bâtiments requiert une consommation d'énergie considérable et représente des coûts importants.

     

    Les technologies modernes dans le domaine de l'éclairage, ont le potentiel de réduire considérablement cette consommation énergétique tout en augmentant le confort. En outre, les nouvelles stratégies politiques, en Europe, aux Etats-Unis tendent à diminuer, très sérieusement, l'énergie électrique utilisée pour l'éclairage tout en augmentant les performances et le confort de l'ambiance lumineuse d'un espace intérieur.

     

    Une prise de la lumière du jour bien étudiée peut aussi considérablement diminuer le besoin en éclairage électrique. De nombreuses recherches tendent à étudier et promouvoir les dispositifs de technologie avancée, en permettant une répartition plus performante de l'éclairement dû à la lumière naturelle, ce qui implique donc une amélioration de la rentabilité énergétique.

     

    Le concept de prise de lumière du jour étant déterminé très tôt dans la conception, les outils d'aide à la conception de cette ambiance lumineuse doivent naturellement être utilisables dans la phase très amont de la conception, dans la phase d'esquisse.

     

    Les concepts de l'éclairage naturel de l'espace intérieur ont beaucoup varié en fonction des données climatiques, socioculturelles, psychologiques, économiques, politiques, etc... Les approches conceptuelles ont été d'abord plutôt intuitives et qualitatives. C'est avec l'industrialisation, puis avec la crise énergétique que la question de l'énergie est véritablement devenue une contrainte de plus dans la conception du bâtiment et que cette contrainte forte a rendu les problèmes traités par la physique du bâtiment plus aigus. De ce fait, l'approche quantitative a été favorisée. De plus, la présence quotidienne des outils informatiques a renforcé le développement des connaissances techniques et l'application des méthodes quantitatives dans la problématique de l'éclairage naturel.

     

    Ces "connaissances techniques" ne peuvent représenter une réalité indépendante de l'architecture comme création artistique. La manière dont un faisceau lumineux sera reçu et réparti dans un espace intérieur est un choix artistique de l'architecte et correspond à une qualité d'ambiance lumineuse. Or, ce choix détermine naturellement un concept technique d'éclairage (et de thermique) pour cette ambiance. Dans la réalité de la conception, il n'est pas question de "créer l'architecture" puis de réfléchir à la question des "concepts techniques". En fait, c'est l'architecte qui, par son appréhension synthétique du projet, doit apporter la solution la plus judicieuse à l'ensemble des contraintes.

     

    Il convient de dire que les décisions et les choix fondamentaux du concept architectural, sont décidés dans la phase très amont de la conception, dans la phase d'esquisse architecturale, et que c'est dans ce concept architectural que les autres concepts, dont le concept énergétique sont implicites.

     

    1.2 Objectif

     

    Notre objectif est de fortifier les interrelations entre approche quantitative et qualitative de l'ambiance lumineuse dès la phase d'esquisse pour faciliter la recherche du confort et de la rentabilité énergétique de la prise de la lumière du jour. L'objectif est de nous introduire dans la phase d'autovalidation de l'architecte. Nous souhaitons nous placer "en avant" dans l'analyse des conséquences de ses choix exprimés en esquisse par rapport à ses intentions exprimées littéralement (en termes de grandeurs physiques fixées par les normes ou par l'architecte lui-même et encore en termes poétiques spécifiques à la démarche créative de l'architecte). Cet objectif s'inscrit dans le mouvement général de meilleur prise en compte des considérations techniques et en particulier énergétiques dans la continuation des métamorphoses de l'objet architectural. L'architecte pourrait ainsi mieux comprendre l'incidence du climat lumineux et les apports possibles des technologies avancées tout en restant dans la voie de ses intentions.

     

    Nous proposons donc mettre en place une procédure d'évaluation interactive du projet en exploitant les informations déduites de la phase d'esquisse, puis nous utilisons des méthodes scientifiques pour fournir une évaluation relative aux intentions de l'architecte.

     

    Notre approche touche à un grand nombre de domaines. Nous nous sommes consciemment restreints et nous nous intéressons dans ce travail essentiellement à la notion d'ambiance en éclairage naturel. Ce travail se situe, malgré tout, à l'intersection de plusieurs domaines dans un contexte multidisciplinaire : conception architecturale, éclairage naturel, énergétique et informatique. En effet, nous proposons d'utiliser les ressources de l'informatique pour aider l'architecte lors de la conception sur le thème de l'éclairage naturel et de son impact sur la rentabilité énergétique pour une ambiance lumineuse confortable.

     

    Nous avons donc tenté d'aider la conception de la prise et de la répartition de la lumière du jour dans les espaces intérieurs et de faciliter la compréhension de son impact sur les conséquences sur le plan énergétique des besoins en éclairage comme appoint.

     

    1. 2. Conception architecturale et validations : positionnement du travail dans la pratique de la conception

 

Ce passage reprend le contenu des parties 1 et 2 de la thèse consacrées à une étude de la conception architecturale et des outils d'aide à la conception proposée. Cet état de l'art des pratiques et des techniques nous a permis de tirer quelques conclusions.

 

2.1 Place souhaitable des outils d'évaluation dans la conception

 

Nous avons constaté que les éléments fondamentaux du concept de l'ambiance lumineuse sont définis très tôt dans la conception architecturale. Le processus de cette étape de la conception consiste en une transformation des états de l'esquisse de l'objet. Sur le plan de l'autovalidation, que l'architecte opère sur sa propre conduite en contrôlant ses esquisses par le flou des informations qu'elle exprime par rapport à la fois à ses propres intentions et à l'environnement des contraintes, l'architecte maintient volontairement une imprécision graphique conditionnelle pour s'aménager constamment une marge de manoeuvre. En effet, l'architecte tend à préciser d'abord les objets qui ont une implication directe sur ses intentions en précisant les autres objets plus tard.

 

2.2 Place actuelle des outils d'évaluation

 

Classiquement, d'autres validations, celle des experts, se passent en phase Avant Projet Détaillé. Nous avons conclu également que, si le dialogue entre l'architecte et l'expert se passe sur la base d'un projet déjà bien avancé (ce qui permet l'application des méthodes classiques des ingénieurs), l'amélioration des certaines caractéristiques du bâtiment risque de dégrader d'autres aspects symbolique, philosophique, esthétique, fonctionnel, etc. déjà conçus, et, augmente le coût et le temps de travail. Alors, il est souhaitable de ramener les validations le plus possible dans les phases amonts de la conception.

Ce passage est subtil car l'objet est défini avec un degré d'imprécision et d'incomplétude et, de plus, il est nécessaire que le dialogue avec l'outil soit en temps réel de la conception. Nous avons constaté que les outils actuels d'aide à la conception de prise de la lumière du jour dans le cadre de la conception architecturale ne résolvent pas les problèmes évoqués et nous avons rappelé que ces outils ne sont pas utilisés de la part des architectes (sauf exception).

 

Dans un contexte plus large, en parlant des outils d'aide à la conception des aspects énergétiques du bâtiment, il est constaté (M. Plazy, pendant le séminaire Altener, ENTP Lyon mai 96) "qu'il y a des bons outils informatiques pour l'énergétique du bâtiment que les ingénieurs ont conçus, mais que les architectes ne les utilisent pas". A notre avis, il s'agit d'une estimation douteuse du moment où ces outils pourraient être intégrés dans la conception. Par rapport aux types des données (précises et complètes) et à la façon dont ces données sont demandées en entrée (peut être trop d'information pour l'architecte et en langage quantitatif), ces outils sont, en effet, plutôt adaptés à la fin de la conception (quand toutes les données du projet sont connues et précises). Alors, c'est pourquoi les architectes ne les utilisent pas durant la conception.

 

Notre travail est donc fondé sur une opinion : les méthodes actuellement disponibles ne sont pas adaptées à la pratique quotidienne de la conception.

 

 

3 Méthodes proposées

 

Pour tenter de suivre au plus près la conception et pousser l'intégration de l'informatique vers le début de la conception, nous avons proposé des méthodes pour manipuler l'imprécision et l'incomplétude; nous avons également pris garde à rester en temps réel de la conception et de rendre possible les liaisons entre termes quantitatifs et qualitatifs spécifiques aux architectes.

 

3.1 Utilisation de la logique des sous-ensembles flous

 

Nous avons montré comment les sous-ensembles flous peuvent être utilisés avec bénéfice pour améliorer nos capacités à traiter les données imprécises issues d'une esquisse.

Les sous-ensembles flous et les logiques multivaluées associées nous ont également permis de modéliser les opinions subjectives et les préférences exprimées par l'architecte. Durant ce processus, les caractéristiques de l'ambiance lumineuse du projet ont été liées à l'objectif de l'architecte, mais également aux contraintes techniques imposées par l'environnement. Dans ce cadre, notre procédure d'évaluation a permis de donner des indications aux différents stades du processus de conception, ce qui permet, d'une part, de prévenir de possibles divergences de l'objectif (intention) et, d'autre part, d'indiquer de nouvelles informations vers de possibles modifications de l'esquisse toujours dans la poursuite de l'intention architecturale.

 

3.2 Mise en place d'une structure d'indices de base

 

Sur la base de ces techniques et de l'étude des méthodes classiques en éclairage naturel, nous avons proposé une structure d'indices de base dont le langage est partagé par les ingénieurs et les architectes. De plus, nous avons suggéré des structures spécifiques d'indices possédant un langage plus complexe et plus évolutif qui soit plus proche de celui de l'architecte mais tout en conservant des liens avec la structure de base.

Il convient de dire que dans ce travail, indice ne renvoie pas à une méthode indicielle, c'est-à-dire dans laquelle les résultats seraient exprimées dans des unités abstraites que nous aurions définies. Les évaluations que nous proposons, sont, en général, liées à des grandeurs physiques. Cependant, les expressions utilisées pouvant être de nature variée, nous avons choisi d'utiliser le terme indice pour unifier l'ensemble de la structure et des résultats proposés. Il convient de prendre ici le terme indice dans le sens le plus large d'indicateurs, d'éléments d'informations.

3.2.1 La première validation, dans le cadre de l'indice de climat, donne une image significative de l'environnement devant chaque surface vitré et, donc, des indications sur l'intégration de l'objet dans le climat lumineux. Le projet peut alors être déjà modifié au vu des éléments fournis par cet indice de climat. De plus, il est un indicateur pour les stratégies ultérieures : la continuation des métamorphoses de l'objet architectural dans la suite de la conception, pourra être, à notre avis, mieux accommodée au climat lumineux (climat décrit en fonction de données que l'architecte ne peut toujours connaître parfaitement, ni calculer, ni rechercher à l'instant de la conception). Les indications, contenues dans l'indice de climat, sont présentées afin que l'architecte ait mieux conscience de l'environnement lumineux à l'extérieur pour disposer d'une base plus riche pour prévoir et imaginer les répartitions du flux lumineux à l'intérieur. En effet, l'architecte pourra disposer d'informations sur l'importance de la pénétration des rayons directs visibles en termes de durée, d'angle d'incidence et de niveau d'éclairement. Enfin, nous pensons qu'il donne une représentation du climat lumineux de la région tout à fait importante juste à ce moment de la conception où les ouvertures et leur protection sont encore à modéliser.

Pour toutes ces raisons, nous croyons que cet indice de climat est bien adapté à cet instant de la conception. Nous avons développé quelques outils informatiques permettant de tester la faisabilité des méthodes proposées dans cet indice. Ils démontrent aussi la possibilité de traiter de manière réelle les valeurs imprécises au moyen des sous-ensembles flous.

 

3.2.2 Dans la suite des évaluations, nous nous sommes intéressés aux répartitions d'éclairements et de luminances sur les zones des surfaces internes du local en termes de fréquence de certains niveaux. Cette évaluation s'intègre naturellement dans la structure d'indices que nous avons définie. Dans cette optique, nous avons effectué un grand nombre de simulations pour construire un réseau de données de départ et de résultats correspondants liés directement. Pour construire ce réseau, il a été nécessaire de déterminer la structure des cas de figure qui a été simulé et, pour cela, nous avons modélisé le local et l'environnement, (un modèle évolutif car le modèle de local et l'environnement très détaillé est possible seulement dans l'optique d'un outil évolutif).

 

Nous avons défini le modèle en fonction de quatre paramètres et, à partir de cela, nous avons cherché les règles de variations des éclairements en fonction des variations de la morphologie des locaux. Nous en avons détecté certaines et nous estimons que les autres métamorphoses de la morphologie, dont nous avons proposé quelques exemples ici, méritent d'être suivies dans l'objectif d'une détermination de nouvelles règles. Nous avons donc observé la relation Ist (indice de surface totale), qui est le rapport entre l'aire de la surface vitrée considérée (Sv) et l'aire de toutes les autres parois (So) (sol, plafond, murs) à l'exception de la paroi contenant la vitre en question : Ist = Sv / So.

Nous nous intéressons aux variations de Ist lorsque la forme du local varie, Ip et Isv restant constants. Comme seule la forme nous intéresse, on peut supposer fixe une des dimensions, soit c (hauteur du local). Ip et b (profondeur du local) étant fixés, on voit que Ist est une fonction homographique de a (largeur du local). La constance de Ip implique la constance de c et Ist ne dépend que de a.

Une faible augmentation de Ist nécessite des augmentations de a de plus en plus importantes. Lorsque a est suffisamment grand, Ist est approximativement égal à c / 2b+c ce qui est, bien entendu, constant.

Le résultat précédent nous a amené à nous poser la question de savoir comment, en laissant constants Ip, Isv et la disposition de la fenêtre (quelle que soit cette disposition), la distribution de l'éclairement entre les diverses zones dépend de Ist. Comme, rappelons-le, la définition même des zones dépend de la forme du sol, on peut se demander si, après une renormalisation qui resterait à définir, cette distribution ne serait pas essentiellement constante. Nous allons voir que la situation n'est pas loin d'être aussi simple et qu'on peut la décrire assez facilement à partir d'un système de perturbations linéaires du schéma "simpliste" qui vient d'être évoqué. Plus précisément, l'éclairement d'une zone donnée à une heure fixée dépend linéairement de Isv, et on peut donc associer à chaque zone et à chaque heure un coefficient qui définit cette variation. On constate alors que ce coefficient est indépendant du temps.

Le caractère linéaire affine de la dépendance de l'éclairement en fonction de Ist peut se tester numériquement de la façon suivante : si x1, x2, x3 sont trois valeurs de Ist, et y1, y2, y3 les valeurs correspondantes de l'éclairement, on doit avoir :

( y3- y2) / (y2 - y1) = ( x3 - x2) / (x2 - x1) et on peut ne faire la vérification que pour les valeurs consécutives de x1, x2, x3.

 

Ces règles de variation d'éclairement représentent des "raccourcis" dans le raisonnement sur la répartition des éclairements. Lorsque nous les avons constatées, il était naturel de tenter de remplacer les calculs classiques d'éclairement (fondés sur la définition) par une déduction par analogie avec les cas d'un certain répertoire de référence (basé sur les règles de raccourcis).

Nous avons ensuite détecté, dans une structure de cas que nous proposons, 'les situations clés' - supposées être calculées de la manière classique (un nombre fini de cas que nous avons appelés : cas prédéfinis) et les autres cas de figure dont l'éclairement peut être déduit par analogie en partant des cas prédéfinis (un nombre de cas infini : les cas virtuels).

Nous avons montré sur un exemple, la démarche de détermination d'éclairement d'un cas virtuel.

 

 

Malgré le fait que nous ayons une structure de cas prédéfinis, il ne s'agit pas ici de l'application de la méthode Case based reasonning. Néanmoins, nous pouvons penser à un recours à ces méthodes en imaginant les cas de figure sur l'esquisse qui ne sont pas vraiment dans l'espace des cas virtuels prévus, alors il serait envisageable de rechercher les solutions de cas très proches en espérant que l'architecte va déduire par analogie l'approximation adéquate.

 

La précision de ces données pourrait être, dans notre travail, améliorée, la démarche décrite dans l'annexe 2 mérite des raffinements. Le calcul des possibilités et des nécessités n'introduit pas des nouvelles imprécisions des résultats mais il inclut par sa nature un degré d'incertitude qui est dû à l'imprécision de l'esquisse. Sur cette incertitude se rajoute l'incertitude due aux données météorologiques utilisées, car ces données s'appuient sur le passé (une année type parmi de nombreuses années de mesures) tandis que nous estimons les ambiances virtuelles qui seront intégrées dans leurs environnements dans le futur.

 

Nous avons donc, défini ici, une structure d'indices de base, qui permet des évaluations successives de l'esquisse au fur et à mesure de sa définition. Cette structure permet, d'exprimer les fréquences des répartitions des éclairements et des luminances sur les zones des parois internes des locaux dans les périodes demandées par l'architecte, ce qui permettrait également de calculer l'énergie électrique nécessaire comme appoint.

 

3.3 Une proposition pour la création d'indices spécifiques

 

Ces résultats sont appelés donc, les indices de base et à partir de cette base et d'autre critère spécifiques, nous avons proposé une possibilité de dériver des indices spécifiques plus complexes, et subjectifs, plus proches de la question d'agrément, et nous avons proposé une méthode permettant que cette partie de l'outil soit personnalisée.

 

Cela nous permet d'avoir des résultats en terme des indices de base et spécifiques pour n'importe quel local parallélépipédique avec la prise de la lumière du jour en parois verticales, et nous pouvons envisager une extension pour la prise de lumière zénithale aussi que par des parois inclinées, dans un environnement assez complexe. Il est tout à fait envisageable d'appliquer la même méthode sur les autres morphologies des locaux, il conviendrait de développer le modèle de ce nouveau local.

 

3.4 Conclusion sur la méthode

 

La méthode ALIEEEN, que nous proposons, permet un jeu de temps, pour demeurer dans le temps réel de l'esquisse, elle permet l'utilisation des données imprécises et incomplètes, respecte le langage spécifique des architectes et ses intentions, elle intègre la possibilité de l'estimation de la rentabilité énergétique pour l'éclairage comme appoint (par zones). Elle aide la conception, car elle donne des informations sur les conséquences du concept lu sur l'esquisse par rapport aux intentions architecturales, que l'architecte ne pourrait pas savoir uniquement à partir de son expérience. L'architecte est aidé également par une mise en évidence des objets à l'origine de ces intentions. Enfin en gardant à l'esprit la contrainte de ne pas encadrer la créativité de l'architecte, en sachant que la créativité est propre à la personnalité, nous envisageons une personnalisation d'une partie de l'outil, celle relative aux images de références et aux termes spécifiques de référence.

 

Pour toutes ces raisons, nous croyons qu'une telle approche ne doit pas être considérée comme limitant la créativité de l'architecte mais, au contraire, comme une tentative pour améliorer la coopération entre les techniques et la conception.

 

  1. 4 Principaux résultats

 

  1. Une structure d'indices permettant des évaluations successives de l'esquisse architecturale.
  2. Une méthode d'évaluation des qualités du projet du point de vue énergétique lié à l'éclairage comme appoint et de l'ambiance lumineuse en éclairage naturel par rapport aux intentions de l'architecte, en termes variés (quantitatifs et qualitatifs).
  3. Un moyen de traiter les données imprécises et incomplètes de l'esquisse.
  4. Une technique pour approximer et stocker les données de manière simple, peu coûteuse et rapide.
  5. Une proposition pour la construction d'indices spécifiques directement par les architectes et dans leur langage.
  6. Une amélioration des liens entre approches qualitative et quantitative et une facilitation de l'intégration des dispositifs de technologie moderne liés à l'éclairage naturel.

 

 

5 Perspectives

 

Nous pensons que ce travail offre des voies de recherche intéressantes dans les domaines suivants : amélioration des liens qualitatif-quantitatif pour l'ambiance lumineuse et énergétique, développement d'un outil permettant la construction et l'utilisation d'une structure d'images de références (personnalisée pour chaque architecte), typologie des concepts et des modèles de prise de lumière du jour dans les espaces intérieurs, mise en évidence d'une structure d'objets du bâtiment spécifique à l'éclairage naturel, mise en évidence des critères relatifs au modèle flou du bâtiment, développement de liens avec un modeleur graphique pouvant être utilisé en esquisse, le développement d'un didacticiel, etc.

 

 

6 Collaborations

 

Conception architecturale : Vincent Brossy, Cuno Brullmann, Eric Desplanches, Albert Dupagne, Laurent Israël, Jean-Claude Moreau, François Pelegrin, Alain Pellissier, Jean Philippe, Jacques Pochoy, François Potonet, Philippe Villien.

Eclairage et lumière naturelle : Pierrette Chauvel et Michel Perraudeau, Division éclairage, CSTB Nantes.

Logique floue : Patrice PERNY, Laforia, Université Paris VI et Pero Subasic, Université de Belgrade

Réseaux de neurones : Gérard DREYFUS, Laboratoire d'électronique, ESPCI.

 

 

 

Publications

1 - L. MUDRI, (1996), Qualitative Approach in the design of Luminous Ambiance (the case of daylighting), In International Conference "Architecture in theTurn of Millennium", Belgrade, november 96.

2 - L. MUDRI, (1995), Interaction between Qualitative and Quantitative Approaches in the Teaching of Architectural Design, In Florence International Conference for Teachers of Architecture, Florence,septembre 95.

3 - L. MUDRI, (1994), A dynamic structure of criteria in daylighting and energy to support the teaching in architectural design, In European Conference on Energy Performance & Indoor Climate in Buildings, Lyon, Novembre 1994.

4 - L. MUDRI, P. PERNY, P. CHAUVEL, (1994), An approach to design support using fuzzy models of architectural objects, congrés AID'94, Août 1994, Lausanne, publié dans J.S. GERO & F. SUDWEEKS, Artificial Intelligence and Design, Kluwer Academic Publishers, 1994.

5 - A. CUTTING-DECELLE, A.M. DUBOIS, B. FERRIES, L. MUDRI, (1993), Etude comparative de modèles conceptuels de données pour le bâtiment - Eléments en vue de la définition d'un modèle de référence, Normalisation Française Z 68-370, Fascicule de documentation AFNOR.

6 - L. ADOLPHE, L. MUDRI, (1991a), Multi-approaches of comfort in architectural design of buildings, in EuropIA '91, Athènes.

7 - L. ADOLPHE, L. MUDRI, (1991b), Multi-approaches of comfort in architectural design of residential buildings, in Building Simulation '91, Sophia Antipolis.

8 - L. MUDRI, (1991c), Communication between knowledges in a CABD program, In Workshop "Computer building representation for integration", Aix les Bains.

9 - L. MUDRI, (1985), Un langage de requête pour l'architecture d'habitat, 7th International Symposium on Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing, Zagreb.

Rapports d'études

1 - L. MUDRI, (1996), Structuration des indices spécifiques regroupant les données nécessaires à l'évaluation de l'ambiance lumineuse d'un projet architectural en phase d'esquisse,projet individuel, Rapport final B.R.A.

2 - L. MUDRI, (1994), Didacticiel pour une meilleure intégration de l'éclairage naturel dans l'enseignement du projet d'architecture, dans le cadre de l'appel d'offres sur projet individuel d'enseignant-chercheur du B.R.A.

3 - L. ADOLPHE, L. MUDRI & al., (1992), Le projet AMACH, approche multi-acteurs du confort dans l'habitat, Rapport final AFME, Paris.

4 - I. BLANC-SOMMEREUX, B. POLSTER, L. MUDRI, B. PEUPORTIER, (1992), Aide à la conception climatique par simulation simplifiée, Rapport final de la convention n° 1.04.0008, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Paris.

5 - L. MUDRI, (1991a), Structure d'objets, document Armines, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Paris.

6 - L. MUDRI, (1991b), Base de connaissances en thermique de l'été, document Armines, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Paris.

7 - L. MUDRI, (1990), Base de connaissances en acoustique, document Armines, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Paris.

8 - L. MUDRI, (1987), Base de connaissances pour le micro-urbanisme parisien, mémoire de CEAA, CIMA et Ecole d'Architecture Paris-Villemin, Paris.

9 - L. MUDRI, (1983), Etude des possibilités d'élaboration des projets architecturaux à l'aide de l'informatique avec un aperçu particulier sur le choix optimal des matériaux, Centre d'Etudes Multidisciplinaires, Belgrade et Ljubljana.

 

 

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Ljubica MUDRI - Thèse de doctorat en Energétique

 

Aide à la conception de l'éclairage naturel dans la phase d'esquisse architecturale et son impact sur l'énergétique du bâtiment

 

Composition du jury :

 

Alain Constans : Professeur à l'Ecole d'Architecture Paris-Val de Marne,

Directeur du laboratoire EVCAU,

Maître de conférences à l'Université Paris VI.

 

Jean-Jacques Delétré - Professeur à l'Ecole d'Architecture de Grenoble,

Chargé de recherches CNRS au laboratoire CRESSON

 

Albert Dupagne - Professeur à l'Université de Liège,

Directeur du laboratoire LEMA.

 

Renaud Gicquel - Professeur à l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris,

Directeur des centres d'Energétique des Ecoles des Mines.

 

Jean-Claude Mangin - Professeur à l'Université de Savoie,

Directeur du laboratoire Génie Civil et Habitat.

 

Michel Perraudeau - Ingénieur éclairagiste au CSTB Nantes - Division Eclairage.

 

Jacques Pochoy - Architecte, Professeur à l'Ecole Spéciale d'Architecture.

 

Ljubica Mudri

laboratoire EVCAU, Ecole d'architecture Paris -Val de Marne

11 rue du Séminaire de Conflans, 94220 Charenton le Pont

 

L'art et la science pour l'ambiance lumineuse en éclairage naturel

 

Le faisceau de la lumière naturelle et la matière sont des outils des architectes dans leurs démarches esthétique de création des ambiances lumineuses. Or c'est le même faisceau lumineux qui détermine le niveau d'éclairement (en termes quantitatifs) prévue par les normes et c'est encore le même faisceau qui apporte la chaleur à un espace intérieur et détermine l'ambiance thermique, prévue par le réglementation. C'est ainsi que la lumière naturel est également un domaine technique et scientifique.

Il se trouve que c'est surtout en éclairage naturel (plus qu'en thermique où en acoustique) que les deux approches sont très accentués et différés ;

 

Contexte. Nous nous intéressons ici surtout aux étudiants en architecture. La grande majorité des écoles d'architecture, favorisent une approche uniquement intuitive et qualitative, disons artistique dans l'enseignement de l'éclairage naturel. Approche scientifique est presque ignoré dans l'enseignement des architectes (ce qui n'est pas le cas en matière de thermique, d'acoustique et d'éclairage artificiel).

Les raisons pour cette situation sont sûrement multiple. Nous allons avancer un seul qui nous parait fondamental :

les architectes, même s'il maîtrisent bien certains méthodes quantitatives, ne peuvent pas les utiliser et les appliquer dans la phase amont de la conception pour faire autovalidation (à cause de temps de réponses qui esté court, à cause des données imprécises qu'ils possèdent à ce moment de la conception et à cause de différence du langage entre approche qualitative et approche quantitative). Les méthodes scientifiques classiques n'apportent pas vraiment une aide à la conception architectural de l'ambiance lumineuse.

Mais, il est, bien évidement, dommage d'accepter cette situation ou les étudiants ne sont pas dans la situation de profiter les connaissance d'experts et la technologie moderne en matière de l'éclairage naturel.

Cependant, ces dernières années, quelques parmi de ces architectes dans plusieurs pays d'Europe (en sentant besoin de changer la situation) sont étudier dans le cadre de leurs thèses, la question de lien entre approche qualitative et quantitative pour l'ambiance lumineuse en éclairage naturel et mixte. Ceci dans l'objectif d'apporter la facilitation de prise en considération des critère relatives à l'ambiance lumineuse, durant la conception architectural.

 

Objectif. Nous souhaitons renforcer le flux d'informations sur les avancées technologiques concernant la prise et la répartition de la lumière naturelle dans l'espace intérieur et également la protection contre les rayonnements excessifs, dans l'enseignement des architectes. Nous souhaitons qu'il soit établi un lien plus directe et concret entre les résultats de la recherche scientifique dans ce domaine et des enseignements des jeunes architectes ; ce qui pourrait être vu comme la suite naturel des études faites par les thésards soutenues par certains (rare) laboratoires de recherche comme notamment CSTB à Nantes.

Nous insistons sur le liens entre approche qualitative et quantitative car nous souhaitons surtout que ces connaissances soient utilisées dans la conception des projets dans les atelier des écoles (favorisant actuellement uniquement approche intuitive).

 

 

 

Démarche proposé. Pour s'approcher à cet objectif nous proposons une discussion sur les tendances actuelles traditionelles et nouvelles dans l'enseignement, une table ronde entre les architectes fessant les thèses en éclairage naturel, les chercheurs du SCTB du division éclairage et les architectes des ateliers favorisant approche intuitive et encore d'autres personnes pouvant avancer cet discussion lié à l'enseignement de l'éclairage naturel dans des écoles d'Architecture.

 

La liste des architectes ayant soutenu leurs thèses (ou étant vers la fin) dans le domaine d'aide à la conception architectural de l'ambiance lumineuse en éclairage naturel et mixte :

 

arch. Alessandro Rogora, thèse soutenu à l'Université de Milan, Italy 94

"Il ruolo della luce naturale nel processo di progettacione"

 

arch. Brnard Paul, thèse en cours à l'Université de Lausan, Suisse

 

arch. Claude MH Demers, thèse en cours à l'Université de Cambridge, England

 

arch. Laurent Dulcie, thèse en cours à l'Ecole des Pont, Paris, France

 

arch. Ljubica Mudri, thèse soutenu à l'Ecole des Mines de Paris, France, 96

"Aide à la conception de l’éclairage naturel dans la phase d’esquisse architecturale et son impact sur l’énergétique du bâtiment"

 

 

Cette liste est constituée à partir des articles publiés aux congres et également à partir de la connaissance personnelle entre ces architectes, elle n'est naturellement pas définitive.

 

Ljubica Mudri

laboratoire EVCAU, Ecole d'architecture Paris -Val de Marne

11 rue du Séminaire de Conflans, 94220 Charenton le Pont

 

L'art et la science pour l'ambiance lumineuse en éclairage naturel

 

Contexte. Le faisceau de lumière naturelle et la matière sont les deux outils dont disposent les architectes dans leurs démarches esthétiques de création des ambiances lumineuses. Or, c'est ce même faisceau de lumière naturelle qui détermine les niveaux d'éclairement (quantitatifs à que l'ion compare ensuite aux normes. Et c'est encore ce même faisceau qui apporte de la chaleur à l'espace intérieur et qui détermine l'ambiance thermique que l'on compare aux règlements. La lumière est donc à la fois un outil de la création artistique en architecture et un facteur important des domaines techniques et scientifiques du bâtiment.

Or, ces deux démarches (artistique et scientifique) sont, en éclairage naturel, souvent complètement dissociées voire opposées. La grande majorité des écoles d'architecture favorise, dans leur enseignement de l'éclairage naturel, l'approche intuitive, qualitative, disons artistique, au détriment de l'approche scientifique qui est quasiment ignorée (ce qui n'est pas le cas en thermique, acoustique ou éclairage artificiel). La raison principale de cette situation réside, à notre avis, l'inadaptation des méthodes scientifiques actuelles aux caractéristiques de temps réel, d'imprécision et de langage de la conception, ce qui rend ces méthodes inappropriées à l'aide à la conception architecturale de l'ambiance lumineuse. Cet écart se creuse d'autant plus que les progrès en matière d'éclairage naturel ne sont pas retransmis dans l'enseignement.

Cependant; quelques architectes de plusieurs pays d'Europe ont récemment étudié ce problème de lien entre approche qualitative et quantitative en éclairage naturel dans le cadre de leur thèse et avec le soutien de certains laboratoires de recherche comme le CSTB à Nantes.

 

Objectif. Cette table ronde est l'occasion de réunir des architectes enseignants dans les écoles d'architecture, des scientifiques de l'éclairage et ces architectes qui travaillent sur les liens possibles entre approche artistique et scientifique. L'objectif est d'établir un lien plus direct et concret entre les résultats de la recherche scientifique et les enseignements, d'étudier les moyens et les limites de l'intégration d'aspects scientifiques de l'éclairage naturel dans l'enseignement de la conception.

 

Démarche proposée. Cette table ronde pourrait être organisée autour de différents thèmes : dispositifs de haute technologie pour l'éclairage naturel, présentation du climat lumineux, expertise et éclairage naturel, par exemple. Chaque thème pourrait faire l'objet d'un exposé d'un enseignant, puis d'un expert ou d'un architecte chercheur. Ces deux présentations pourraient amorcer une discussion pour étudier comment les connaissances scientifiques peuvent être intégrées dans l'enseignement et quelles seraient leur utilité pour les étudiants et les jeunes architectes.

 

Participants. A titre d'exemple, les architecte suivants travaillent actuellement sur les aspects d'intégration de l'éclairage naturel dans la conception.

 

Alessandro Rogora, thèse soutenu à l'Université de Milan, Italy 94

"Il ruolo della luce naturale nel processo di progettacione"

 

Bernard Paul, thèse en cours à l'Université de Lausanne, Suisse

 

Claude MH Demers, thèse en cours à l'Université de Cambridge, England

 

Laurent Doulcier, thèse en cours à l'Ecole des Pont, Paris, France

 

Ljubica Mudri, thèse soutenu à l'Ecole des Mines de Paris, France, 96

"Aide à la conception de l’éclairage naturel dans la phase d’esquisse architecturale et son impact sur l’énergétique du bâtiment"

 

 

Cette liste est constituée à partir des articles publiés aux congrés et à partir des connaissances personnelles entre ces architectes, elle n'est naturellement pas définitive.

 

 

 

Ljubica Mudri

laboratoire EVCAU, Ecole d'architecture Paris -Val de Marne

11 rue du Séminaire de Conflans, 94220 Charenton le Pont

 

L'art et la science pour l'ambiance lumineuse en éclairage naturel

 

Contexte. Le faisceau de lumière naturelle et la matière sont les deux outils dont disposent les architectes dans leurs démarches esthétiques de création des ambiances lumineuses. Or, c'est ce même faisceau de lumière naturelle qui détermine les niveaux d'éclairement (quantitatifs) que l'on compare ensuite aux normes. Et c'est encore ce même faisceau qui apporte de la chaleur à l'espace intérieur et qui détermine l'ambiance thermique que l'on compare aux règlements. La lumière est donc à la fois un outil de la création artistique en architecture et un facteur important des domaines techniques et scientifiques du bâtiment.

Or, ces deux démarches (artistique et scientifique) sont, en éclairage naturel, souvent complètement dissociées voire opposées. La grande majorité des écoles d'architecture favorise, dans leur enseignement de l'éclairage naturel, l'approche intuitive, qualitative, disons artistique, au détriment de l'approche scientifique qui est quasiment ignorée (ce qui n'est pas le cas en thermique, acoustique ou éclairage artificiel). La raison principale de cette situation réside, à notre avis, l'inadaptation des méthodes scientifiques actuelles aux caractéristiques de temps réel, d'imprécision et de langage de la conception, ce qui rend ces méthodes inappropriées à l'aide à la conception architecturale de l'ambiance lumineuse. Cet écart se creuse d'autant plus que les progrès technologiques en matière d'éclairage naturel ne sont pas retransmis dans l'enseignement.

Cependant, quelques architectes de plusieurs pays d'Europe ont récemment étudié ce problème de lien entre approche qualitative et quantitative en éclairage naturel dans le cadre de leur thèse et avec le soutien de certains laboratoires de recherche comme le CSTB à Nantes.

 

Objectif. Cette table ronde est l'occasion de réunir des architectes enseignants dans les écoles d'architecture, des scientifiques de l'éclairage et ces architectes qui travaillent sur les liens possibles entre approche artistique et scientifique. L'objectif est d'établir un lien plus direct et concret entre les résultats de la recherche scientifique et les enseignements, d'étudier les moyens et les limites de l'intégration d'aspects scientifiques de l'éclairage naturel dans l'enseignement de la conception.

 

Démarche proposée. Cette table ronde pourrait être organisée autour de différents thèmes : dispositifs de haute technologie pour l'éclairage naturel, présentation des climats lumineux, expertise et éclairage naturel, par exemple. Chaque thème pourrait faire l'objet d'un exposé d'un enseignant, puis d'un expert ou d'un architecte chercheur. Ces deux présentations pourraient amorcer une discussion pour étudier comment les connaissances scientifiques peuvent être intégrées dans l'enseignement et quelles seraient leur utilité pour les étudiants et les jeunes architectes.

 

Participants. A titre d'exemple, les architectes suivants travaillent actuellement sur les aspects d'intégration de l'éclairage naturel dans la conception.

 

Alessandro Rogora, thèse soutenu à l'Université de Milan, Italy 94

"Il ruolo della luce naturale nel processo di progettacione"

 

Bernard Paul, thèse en cours à l'Université de Lausanne, Suisse

 

Claude MH Demers, thèse en cours à l'Université de Cambridge, England

 

Laurent Doulcier, thèse en cours à l'Ecole des Pont, Paris, France

 

Ljubica Mudri, thèse soutenu à l'Ecole des Mines de Paris, France, 96

"Aide à la conception de l’éclairage naturel dans la phase d’esquisse architecturale et son impact sur l’énergétique du bâtiment"

 

 

Cette liste est constituée à partir des articles publiés aux congrés et à partir des connaissances personnelles entre ces architectes, elle n'est naturellement pas définitive.