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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE & POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPE

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE & POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Institut de Génie civil, hydraulique et Architecture Département d’architecture Mémoire : En vue de l’obtention du diplôme de magistère en architecture Option : la conception architecturale Réalisé par : Ahmed Motie DAICHE Encadré par : Pr. Saïd MAZOUZ Titre : MEMBRE DE JURY GRADE AFFILIATION STATUT Pr. ARROUF Abdelmalek Professeur Université de Batna Président Dr. AMRI Brahim M.C.A Université de Batna Examinateur Dr. BELAKEHAL Azeddine M.C.A Université de Biskra Examinateur Dr. AMRANE Salima M.C.B Université de Batna Examinateur Pr. MAZOUZ Saïd Professeur Université d'Oum El-Bouaghi Encadreur Année universitaire 2014/2015 Vers un outil d’aide à l’optimisation de l’éclairage naturel dans le processus de conception architecturale -Approche inverse- Vers un outil d’aide à l’optimisation de l’éclairage naturel dans le processus de conception architecturale -Approche inverse- Ahmed Motie DAICHE Remerciement À l’issue de ce projet, qui est tout autant un cheminement personnel qu’une construction collaborative, je tiens particulièrement à remercier mon encadreur Pr. MAZOUZ Said pour son enseignements sur le métier de chercheur ; les enseignants : Pr. MOUMI Abdelhafide, Dr. BADA Yacine, et Mr. NANI Youcef pour leurs conseils si avisés ainsi que les membres du jury Pr. ARROUF Abdelmalek, Dr. BELAKHAL Azzedine, Dr. AMRI Brahim et Dr. AMRANE Salima qui participent à la finalisation de ce travail. Je termine par un grand remerciement pour mes chers parents, ma sœur, mon beau-frère, notre petite Sarah, mes amis et toutes les personnes qui m’aiment auxquels je dédie ce mémoire. Résumé Parmi les diverses entités que doit manipuler tout concepteur au cours de son travail de conception d’un nouveau projet d’architecture, vient le confort et précisément le confort visuel avec les différentes ambiances lumineuses créées, souvent négligé au profit du côté morphique et traité en aval par rapport aux étapes de conception. L’évolution du domaine de la simulation numérique de l’éclairage intérieur s’est accompagnée d’une augmentation du nombre des logiciels scientifiques et commerciaux permettant de faire une simulation imaginaire des bâtiments mais, dans la plupart des cas, les résultats en termes de niveau d’éclairement ne correspondent pas à la réalité. La finalité de ce travail de recherche est de développer un modèle numérique de simulation inverse de l’éclairage naturel permettant l’expression, par le concepteur, de ses intentions d’ambiance lumineuse dès les prémisses de la conception. Le développement de ce modèle est donc focalisé sur le calcul des apports lumineux extérieurs venant d’un élément de ciel situé dans la voute céleste. A la base de ces données, un deuxième calcul numérique est ensuite réalisé afin de dégager un dimensionnement d’un élément d’ouverture (fenêtre ou autres) permettant la concrétisation d’une intention d’ambiance lumineuse à son niveau quantitatif. Le modèle est validé de manière théorique par des tests de simulation directe et de manière pratique par une application dans une situation réelle de conception auprès des concepteurs (étudiants d’architecture). Les résultats de comparaison donneront une idée sur les possibilités d’intégration de cette méthode dans le travail de conception des projets d’architecture. Notre travail est divisé en deux parties, une première englobant toutes les notions de base sur la lumière naturelle, sur le domaine de la C.A.O, sur l’approche inverse en éclairage naturel ainsi que sur l’état de l’art des logiciels de simulation de la lumière naturelle ; elle regroupe les chapitre I et II. La deuxième partie de ce travail est celle qui apporte du nouveau dans cette recherche, elle représente notre modèle numérique développé et appliqué dans une situation réelle de conception architecturale ; elle regroupe les chapitre III et IV. Les mots clés : La lumière naturelle, L’approche inverse, CAO, Modèle numérique, Simulation informatique, Validation expérimentale. Abstract Among the various entities that any designer must handle when designing a new project, comes comfort and in more precise terms visual comfort, often overlooked in favor of morphic appearance and always treated downstream design steps. The evolution of the field of numerical simulation of interior lighting has been accompanied by an increasing number of scientific and commercial software to make an imaginary simulation of buildings but in most cases, the result in terms of level lighting is not suitable to reality. The objective of this work is to develop a numerical model of inverse simulation of natural lighting allowing the expression, by the designer, of his luminous atmosphere intentions right from the start of the design. The development of this model is focused on the calculation of the external light input from a sky element in the celestial sphere. On the basis of these data, a second numerical computation is then performed to achieve a design of an opening element for the realization of an intention to bright atmosphere. The model is validated theoretically by direct simulation tests and practical way by an application in a real design from designers. Comparing the results give an idea about the possibilities of integrating this method in the architectural design work. Keywords: Natural light, the reverse approach, CAD, Numerical model, computer simulation, experimental validation. ملخص ٍِ ٍِت اىعذٌذ ٍِ اىعْاصش ًاىت ٌت٘خة عيى مو ٌٍَص ٍعَاسي ٍشاعاتٖاعْذ اىششٗع ًف ٔعَي ًٍََاىتص ْٕاك عْصش اىشفإٍح ٗخاصح اىشفإٍح اىثصشج . ٕٓز ،األخٍشج ٌٗتاىشغ ٍِ ،إٍَٔتٖا تيقى ًف أغية ُاألزٍا تدإال ٍِ طشف ٍََِاىَص ٌِاىز ٌُ٘٘ى إتَاٍا أمثش ىيداّة ًاىشني خاله اىخط٘اخ األٗىى ٍِ ٌٍَاىتص. اىٖذف ٍِ ٕارا اىثسث ٕ٘ اى٘ص٘ه إىى تطٌ٘ش َّ٘رج عذدي ًٍْث عيى أعاط اىَساماج اىعنغٍح ىيض٘ء ًاىطثٍع ٗ راىل ٍِ أخو اىغَاذ ٌَىيَص تطشذ ٗتدغٍذ ّٓ٘اٌا ًف ٍا ٌخص ًّظا اىتشٍَظ إّطالقا ٍِ اىَشازو األٗىى ٌٍَىيتص .تطٌ٘ش ٕارا اىْ٘رج تشمض ًف تذاٌح األٍش عيى زغاب مٍَح اىض٘ء اىَت٘اخذج ًف اىَسٍظ ًاىخاسخ ٗاىقادٍح ٍِ عْصش ٍٍِع ًف اىغَاء .إّطالقا ٍِ ٍِ ،ٕارا ٌت إخشاء عيغيح زغاتاخ ثاٍّح ٕذفٖا ٍعشفح األتعاد ًاىالص إعطائٖا ىيْ٘افز ٗأ اىفتساخ تشنو ًعا ٍِ أخو اىسص٘ه عيى مٍَح اإلظاءج اىَثتغاج . اىتسقق ٍِ صسح اىْتائح اىَسصو تعذ تطٌ٘ش اىَْ٘رج ُما تشنو ّظشي عثش تشاٍح ٍساماج ٍثاششج ىإلضاءج اىطثٍعٍح ٗتشنو ًتطثٍق تاعتعَاه اىَْ٘رج ًف تدشتح ٌت ًاىقٍا تٖا تاإلعتعاّح تطيثح اىْٖذعح اىَعَاسٌح .اىَقاسّح ٍِت ٍختيف اىْتائح تغَر تعذ راىل ٌِ٘تتن فنشج ز٘ه إٍناٍّح إدٍاج ٗإعتعَاه اىَْ٘رج اىَط٘س َِض قائَح اى٘عائو ِاىََن اإلعتعاّح تٖا خاله اىَشازو األٗىى ٍِ ٌٍَاىتص اىَعَاسي ٍخاصح ٌٍَتص ًّظا اإلضاءج اىطثٍعٍح داخو اىَداه اٍعَاسي . كلمات البحث،ً: اىض٘ء اىطثٍع التصميم بمساعدة الحاسوب، اىَساماج ،اىعنغٍح اىَْ٘رج ،اىعذدي .ًاىتسقق اىتدشٌث TABLE DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE Introduction ………………………………………….……………….....…………………I Problématique …..…………………………………….……….………..…..………........II Hypothèses …..………………………………………………….………….…………….VI Objectifs………………………………………………………………………….…...…..VI Méthodologie………………………………………………………………………...…….V CHAPITRE I : La notion de l’éclairage naturel dans la conception architecturale……………………………………………………1 Introduction ………………………………………………………………………………2 I. La conception comme processus de "Résolution de Problèmes" ………………………3 I. 1. Le processus de conception chez les Anglo-saxons………………………………….3 I. 1.1. La contribution de John Christopher Jones ……………………………………..…….3 I.1.2. La contribution de Christopher Alexandre …………………………………….………4 I.1.3. La contribution d’Herbert Simon…………………………………………………..…..4 I.1.4. La contribution de Geoffrey Broadbent…………………………………………..……5 I.1.5. La contribution de Horst Rittel…………………………………………………………..6 I.1.6. La contribution de Karl Popper……………………………………………………..……6 I.1.7. La contribution de Nigel Cross ……………………………………………………...…..7 I.2. Le processus de conception chez les Français…………………………………..........8 I.2.1. La contribution de Jean-Charles Lebahar……………………………………….….….. 8 I.2.2. La contribution de Philippe Boudon……………………………………….…….………9 I.2.3. La contribution de Dominique Raynaud…………………………………..…………...10 I.2.4. La contribution de Robert Prost……………………………………………….….……11 I.3. Récapitulation…………………………………..……………………………………12 I.3.1. Tableau récapitulatif……………………………………………………………….…...13 I.3.2. Caractéristiques des problèmes de conception…………………………….……...……14 I.3.3. Modèle du projet architectural proposé par Daniel Siret………………………..…..…14 II. L’ambiance lumineuse comme l’un des problèmes de conception architecturale….16 II.1. Définitions…………………………………………………………….…………….16 II.2. Exemples de prise en compte de l’éclairage naturel dans la conception des projets architecturaux………………………………………………………….…17 II.2.1. L’exemple du "Dôme du Palais du Reichstag" par Norman Foster …………………18 II.2.2. L’exemple de "De Syllas House" par Justin De Syllas …………………………….…19 II.2.3. L’exemple de "Orchard Learning and Resource Centre" par Ahrends Burton, Koralek et Ove Arup and Partners………………………………………………………………..20 II.2.4. L’exemple de la "American Community School, Sports Centre" par les architectes du Studio E Architects……………………………………………………………..….…21 II.2.5. L’exemple de "Gridshell Building, Weald and Downland Museum" par Edward Cullinan et Buro Happold………………………………………………….….….…22 II.3. Récapitulation…………………………………………………………………….....23 III. La lumière naturelle comme support physique de l’éclairage naturel………………24 III.1. Un bref aperçu …………………………………………………………………….24 III.2. Introduire la lumière de jour au bâtiment………………………………….……24 III.3. Caractérisation de l’environnement lumineux extérieur ………………………25 III.3.1. Modèle de ciel de Moon & Spencer………………………………………….………26 III.3.2. Modèle de ciel de Richard Kittler ……………………………………………………26 III.3.3. Modèles de ciel de Nakamura et Igawa………………………………………..……27 III.3.4. Modèle de ciel de Michel Perraudeau ………………………………………………27 III.3.5. Modèle de ciel de Richard Pérez ………………………………………….…………27 IV.4. Evaluation de la lumière de jour ………………………………………………...28 IV.4.1. Unité d’évaluation quantitative………………………………………………………28 IV.4.2. Evaluation qualitative ……………………………………………………………..…30 Conclusion………………………………………………………………………………32 CHAPITRE II : Simulation classique et simulation inverse de l’ensoleillement dans le projet architectural…………………………………..33 Introduction …………………………………………………………………………..…34 I. Etat de l’art de la simulation directe de l’ensoleillement …………………………..….35 I.1. Conception Assistée par Ordinateur …………………………………………….…35 I.1.1. Logiciel informatique …………………………………………………………..………35 I.1.2. Simulation numérique ………………………………………………………………….35 I.1.3. Logiciels de simulation directe de l’ensoleillement …………………………………36 I.2. Validation d’un Logiciel de Simulation de l’Eclairage …………………………37 I.2.1. Validation analytique …………………………………………………….……38 I.2.2. Validation expérimentale ………………………………………………….…...38 I.2.3. Validation comparative …………………………………………………….….38 I.3. Exemple de Logiciels de Simulation d’Eclairage Naturel …………………......39 I.3.1. ADELINE ………………………………………………………………………....…39 I.3.2. DIALux ………………………………………………………………………..…….39 I.3.3. ECOTECT ……………………………………………………………………….......39 I.3.4. GENELUX ……………………………………………………………………......….40 I.3.5. INSPIRER …………………………………………………………………..…….….40 I.3.6. LesoDial / DIAL-Europe ………………………………………………………….....41 I.3.7. LIGHTSCAPE ………………………………………………………………..……...41 I.3.8. RADIANCE …………………………………………………………………..….…..42 I.3.9. SUPERLITE ……………………………………………………………………....…42 I.3.10. VELUX DAYLIGHT VISUALIZER ……………………………………….…....42 I.3.11. Synthèse comparative des logiciels de simulations directe de l’ensoleillement …………………………………………………………………………………….43 I.4. Exemple de travail avec uploads/Ingenierie_Lourd/ gha-said-mazouz-pdf.pdf