Concevoir des espaces extérieursen environnement urbain:

une approche bioclimatique

Le matériel présenté dans cette publication est un résultat du projet RUROS – Rediscovering the Urban Realm and Open Spaces – coordonné par le CRES, Département des bâtiments (http://alpha.cres.gr/ruros/) Editeur : Dr Marialena Nikolopoulou. coordinatrice du projet Centre for Renewable Energy Sources, Department of Buildings

Auteurs Introduction 1 1. Modèles de confort thermique pour les espaces extérieurs en milieu urbain 2 Dr Marialena Nikolopoulou, Spyros Lykoudis and Maria Kikira Centre for Renewable Energy Sources, Department of Buildings, Greece 2. Prise en compte du vent dans les espaces urbains 8 Niels-Ulrik Kofoed and Maria Gaardsted Esbensen Consulting Engineers Ltd., Denmark 3. Evaluation des conditions de rayonnement dans les espaces urbains 14 Prof. Gianni Scudo, Dr Valentina Dessi and Prof. Alessandro Rogora B.E.S.T. Building Environmental Science and Technology Department, Milan Polytechnic, Italy 4. Morphologie urbaine 20 Dr Koen A. Steemers, Marylis C. Ramos and Maro Sinou The Martin Centre for Architectural and Urban Studies, Department of Architecture, University of Cambridge, UK 5. Cartographie du confort thermique et zonage 26 PD Dr Lutz Katzschner, Ulrike Bosch and Mathias Roettgen Faculty of Urban and Landscape Planning, Department of Climatology, University of Kassel, Germany 6. Confort visuel dans les espaces urbains 32 Dr Raphaël Compagnon and Joëlle Goyette-Pernot Haute Ecole Spécialisée de Suisse Occidentale: Ecole d’ingénieurs et d’architectes de Fribourg, Suisse 7. Environnement sonore et confort acoustique dans les espaces urbains 38 Prof. Jian Kang, Wei Yang and Dr. Mei Zhang School of Architecture, University of Sheffield, UK 8. Principes de conception et applications 44 Prof. Niobe Chrisomallidou, Prof. Max Chrisomallidis and Dr. Theodore Theodosiou Laboratory of Building Construction and Building Physics, Faculty of Civil Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, Greece 9. Considérations sociales dans la conception des espaces publics urbains 50 Kallisteni Avdelidi National Centre for Social Research, Greece 10. Evaluation des outils 57 Dr Marialena Nikolopoulou avec les contributions des auteurs des chapitres respectifs Glossaire 62

Mise en page et supervision de la production : Maria Kikira Centre for Renewable Energy Sources, Department of Buildings

Avertissement légal Les auteurs sont seuls responsables des informations contenues dans cette publication. Les avis exprimés dans cette publication ne représentent pas nécessairement ceux de la Commission européenne. Ni la Commission européenne, ni aucune personne agissant au nom de la Commission européenne, n’est responsable de l’usage qui pourrait être fait des informations contenues dans cette publication. ISBN: 960-86907-2-2 (pour la version Anglaise) Copyright 2004, Centre for Renewable Energy Sources (C.R.E.S.) Des extraits de cette publication peuvent être reproduits pour autant que la source soit mentionnée. Imprimé en Grèce.

Fribourg

Kassel

Copenhagen Sheffield

Cambridge

Thessaloniki

Alimos

Milan

La qualité des espaces publics urbains présente un intérêt majeur et il est reconnu que ces espaces peuvent contribuer à une bonne qualité de vie en milieu urbain tout comme, à l’opposé, accroître l’isolement et l’exclusion sociale. Ceci dépend de l’environnement physique et du tissu social ; en effet les hypothèses sous-jacentes sont que ces conditions affectent le comportement des usagers dans les espaces extérieurs. Ce guide étudie la conception des espaces publics selon un certain nombre de critères bioclimatiques, tels qu’évalués dans le cadre du projet RUROS. Une méthodologie commune a été élaborée visant à l’étude des espaces publics urbains, combinant l’environnement physique (microclimat, confort thermique, visuel et acoustique, morphologie urbaine, etc.) avec les desiderata des usagers ainsi que leur degré de satisfaction. Différents modèles ainsi que des outils de complexités diverses ont été développés, permettant de traiter les différents aspects physiques de l’environnement ainsi que les performances qui en résultent. Ceux-ci offrent un aperçu des différents aspects de l’environnement ainsi que des moyens d’analyse pour différents degrés de complexité et divers usagers allant du débutant à l’expert. Les outils développés comprennent notamment : • Des modèles simplifiés permettant la prédiction des conditions de confort thermique à partir des données météorologiques disponibles pour le public de même que des critères de sensation thermique et des caractéristiques d’adaptation. • Une méthodologie permettant l’évaluation du profil de vent dans un espace urbain de conception simplifiée, accompagnée de recommandations portant sur les effets du voisinage sur les conditions de vent dans les espaces publics. • Un outil graphique permettant d’évaluer le confort thermique d’un projet en fournissant une variation des charges thermiques radiatives en fonction de l’utilisation des différents matériaux. • Une méthodologie pour l’évaluation de l’impact environnemental de formes urbaines alternatives, examinant la performance environnementale des textures urbaines et contribuant à l’analyse de la température, du soleil et du vent. • Une méthode permettant de dessiner des cartes de confort, se concentrant sur l’analyse spatiale des zones de confort thermique. • Des relations entre des paramètres mesurables et la perception des usagers à propos de l’environnement lumineux ainsi qu’une méthode permettant d’évaluer la pénétration cumulée de la lumière du soleil dans un espace donné à l’aide de projections multi stéréographiques. • Une méthodologie permettant de décrire l’environnement acoustique d’un espace public, considérant des caractéristiques des différentes sources sonores, l’effet acoustique de l’espace, des aspects sociaux et autres ainsi que des modèles simplifiés de la propagation du son dans les places urbaines. • Une méthodologie faisant le lien entre les aspects sociaux de la vie urbaine contemporaine et les propriétés physiques caractérisant les espaces publics. Les indicateurs et questions qui en sont ressortis permettent de faire un lien entre la fonction sociale de l’espace public urbain et les analyses descriptives d’un certain nombre d’espaces en accord avec une procédure de développement.

Le projet RUROS a produit une base de données unique, rassemblant des campagnes extensives de mesures micro-climatiques et de modélisations effectuées sur plusieurs espaces publics urbains répartis en Europe. Ces campagnes ont été réalisées à l’aide d’interviews guidées par des questionnaires soumis aux usagers de ces espaces. Deux espaces publics de typologies différentes ont été étudiés dans chacune des 7 villes concernées par l’étude (Athènes [GR], Thessalonique [GR], Milan [IT], Fribourg [CH], Cambridge [UK], Sheffield [UK], Kassel [D]). En tout, la base de données regroupe plus de 10.000 interviews et données environnementales associées, le tout formant la base des différents modèles présentés dans cette publication.

Ces modèles et outils sont destinés à être employés par des architectes, planificateurs ou urbanistes au stade de l’avant projet pour évaluer l’impact environnemental de différentes variantes projetées. Certains de ces outils (par exemple : les modèles de confort thermique, les modèles acoustiques, l’effet des matériaux et l’analyse de l’environnement radiatif) peuvent être employés directement par le concepteur en suivant les descriptions et les différentes étapes présentées dans les chapitres respectifs. Les autres outils, comme l’analyse de la texture urbaine et l’effet sur le microclimat ou la cartographie de l’environnement thermique, nécessitent divers logiciels pour leur application dans des cas où une information détaillée est désirable.

Pour démontrer comment ces nouvelles connaissances peuvent être employées, une évaluation des divers outils et méthodologies est présentée dans le cadre d’un projet de future voie piétonne à Thessalonique. L’environnement physique de la zone à l’étude est identifié et analysé selon ses performances environnementales, ainsi que les paramètres sociaux et les caractéristiques des différents groupes de population qui la fréquentent.

Dans l’ensemble ce guide propose un pas significatif vers l’identification des paramètres importants qui doivent être considérés au stade de la conception d’espaces publics, lors d’interventions sur le tissu urbain ou même lors de nouveaux développements urbains. L’approche proposée offre une assistance dans la conception des villes par la planification d’espaces extérieurs et de leurs usages en favorisant différentes activités ainsi que des interactions sociales, ce qui redonne vie aux espaces publics urbains. Finalement, ces connaissances systématiques peuvent contribuer au développement durable des villes de demain.

1

INTRODUCTION

1. MODÈLES DE CONFORT THERMIQUE POUR LES ESPACES EXTÉRIEURS EN MILIEU URBAIN

1.1 Introduction

Un des premiers objectifs de la conception environnementale dans un contexte urbain est la création de zones urbaines offrant des espaces extérieurs confortables. De ce fait les paramètres microclimatiques sont de prime importance du point de vue des activités qui ont lieu sur le site et jusqu’à un certain point, déterminent l’usage que l’on en fait. Les réponses au microclimat sont la plupart du temps inconscientes mais montrent néanmoins souvent des usages différents associés à des conditions climatiques différentes (Fig. 1.1) [1]. C’est pourquoi, comprendre la richesse des caractéristiques microclimatiques d’un espace extérieur en milieu urbain ainsi que les implications en terme de confort des usagers, ouvre de nouvelles possibilités au développement d’espaces urbains.

Les paramètres influençant les conditions thermiques à l’extérieur bien que semblables à ceux rencontrés à l’intérieur, occupent une plus grande palette et sont plus variables. C’est pourquoi, du fait de cette complexité en terme de variabilité, temporelle et spatiale aussi bien que du fait du grand nombre d’activités humaines impliquées, les tentatives de compréhension du confort en conditions extérieures demeurent peu nombreuses.

Figure 1.1: Différents types d’usages de l’espace sous différentes conditions microclimatiques, haut _ journée d’été, bas _soirée d’été.

-2

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0

1

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/- 1

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ev

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Mea

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SV +

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0

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5 10 15 20 25 30 35 40

Tair (oC)Tair (0C)

Mea

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SV +

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St.D

evM

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ASV

+/-

1 St

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. 1.2 Adaptation

Dans la plupart des études portant sur le confort thermique des espaces extérieurs, un modèle purement physiologique est employé impliquant un modèle mathématique de thermorégulation du système permettant de calculer un indice de satisfaction thermique dépendant des conditions environnementales, de l’activité de la personne et de son degré d’habillement.

Les mesures faites sur le terrain ont cependant révélé qu’une approche purement physiologique est inadéquate pour caractériser les conditions de confort thermique à l’extérieur alors que la notion d’adaptation devient de plus en plus importante. Cela implique tous les processus par lesquels l’individu passe pour améliorer l’adéquation entre l’environnement et ses propres besoins, autant d’un point de vue physique que psychologique. Dans le contexte des espaces extérieurs, cela implique des changements personnels [2] tels que la modification de l’habillement selon la saison ou la variation de la chaleur métabolisée à partir de la consommation de boissons froides, mais aussi des changements de posture et de position. Psychologiquement parlant [3], le choix personnel, la mémoire et les attentes ont montré qu’ils étaient des paramètres déterminants sur la satisfaction avec un environnement thermique.

Wind Speed (m/s)Wind Speed (m/s)

Figure 1.2: Distribution de vote moyen de sensation effective (ASV), en fonction respectivement de la température de l’air (haut) et la vitesse du vent (bas), à partir des enquêtes menées à Athènes.

0%

5%

10%

15%

20%

25%

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35%

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45%

50%

-6 -4 -2 0 2 4 6ASV, PMV

Freq

uenc

y (%

)

PMV

ASV 1.3 Sensation thermique

Dans le contexte du projet actuel, les conditions de confort thermique extérieur ont été évaluées à partir d’une campagne de mesures sur le terrain dans 14 sites répartis en Europe. La sensation thermique exprimée par les individus a été évaluée sur une échelle présentant 5 niveaux allant de « très froid » à « très chaud » et a été définie comme étant le vote de sensation effective (ASV : Actual Sensation Vote). L’analyse des données collectées a révélé des corrélations entre paramètres microclimatiques et ASV.

Figure 1.3: Comparaison entre les votes de sensation effective (ASV) obtenus à partir des questionnaires et le vote prévisible moyen (PMV) d’Athènes, calculé à partir du modèle mathématique, pour chaque interview.

2

La Figure 1.2 montre la variation de l’ASV en fonction de la température de l’air et de la vitesse du vent. En examinant les valeurs moyennes de l’ASV, la corrélation est évidente avec les deux variables. Comme attendu, la corrélation est légèrement négative avec la vitesse du vent, signifiant que l’ASV diminue avec l’augmentation de la vitesse du vent. Cependant, les corrélations relativement faibles entre les paramètres microclimatiques et l’ASV montrent qu’un seul paramètre n’est pas suffisant pour traiter des conditions de confort thermique.

Les données subjectives collectées à partir des interviews ont été comparées à un indice thermique appelé le Vote Prévisible Moyen (PMV: Predicted Mean Vote) [4], développé à l’origine pour des conditions environnementales intérieures et depuis, graduellement employé en confort extérieur également. Dans son calcul, le PMV prend en compte les paramètres environnementaux objectifs moyens enregistrés pendant la durée de l’interview tels que le degré d’habillement et le taux de métabolisme de chaque personne interviewée. En comparant le PMV individuel avec l’ASV correspondant, on note un grand fossé entre les deux indices, ceci du fait que le confort thermique effectif semble être bien plus élevé que le niveau de celui-ci résultant du modèle mathématique (Fig. 1.3).

La grande variété des conditions micro climatiques dans les espaces extérieurs renforce le fait qu’une approche purement physiologique est insuffisante pour parvenir à caractériser des conditions de confort à l’extérieur étant donné que la notion d’adaptation devient de plus en plus importante. Changements personnels, avec adaptation de la tenue vestimentaire en fonction de la saison (Fig. 1.4), variation du taux de métabolisme grâce à la consommation de boissons fraîches [2], déplacement et variations de posture (Fig. 1.5), de même que psychologiquement [3] avec le choix personnel, la mémoire et les attentes (Fig. 1.6) ont été identifiés comme des paramètres déterminants.

L’importante différence entre le confort théorique et le confort effectif en milieu extérieur nous a amenés à chercher et à développer des modèles de confort thermique adaptés pour l’étude du confort à l’extérieur. Ils se basent sur des données empiriques recueillies pendant les mesures faites sur le terrain et provenant des presque 10.000 interviews réalisées en Europe, plutôt que sur des modèles théoriques existants.

Figure 1.4: Variation saisonnière de l’habillement (clo) en fonction de la température de globe (°C), Athènes (gauche) et Kassel (droite).

Autumn Summer

Tglobe, degC

403020100

8

6

4

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0

8

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Tglobe, degC

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Tglobe, deg C Tglobe, deg C

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Season code

Spring Winter

Karaiskaki Square Autumn Sea-shore of Alimos Autumn

Karaiskaki Square Winter Sea-shore of Alimos Winter

Karaiskaki Square Spring Sea-shore of Alimos Spring

Karaiskaki Square Summer Sea-shore of Alimos Summer

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Standing in the sunStanding in the sun Standing in the sun

Piazza Petazzi Summer Piazza IV Novembre Summer

Piazza Petazzi Autumn Piazza IV Novembre Autumn

Piazza Petazzi Winter Piazza IV Novembre Winter

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Piazza Petazzi Piazza IV Novembre Karaiskaki Square Sea-shore of Alimos

Standing in the sunStanding in the sun Standing in the sun

Figure 1.5: Variation saisonnière des individus se tenant au soleil (standing in the sun) ou à l’ombre en différents sites d’Athènes (gauche) et Milan (droite).

y = 0.9433xR2 = 0.4883

-10

-5

0

5

10

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C)

1.4 Modèles de confort thermique Du point de vue de la conception, il est très utile de développer des modèles simples qui permettent de prédire les conditions de confort thermique en utilisant des données aisément accessibles. Des modèles linéaires simples ont été développés qui emploient des données météorologiques disponibles et publiques d’une station de proximité. Ces modèles sont importants pour la prédiction de l’ASV de façon adéquate étant donné qu’ils peuvent être une sorte de plateforme pour l’élaboration de nomogrammes du confort thermique extérieur et de cartes. Il faut garder à l’esprit que les paramètres personnels que les individus apportent avec eux dans les espaces publics extérieurs de même que les effets de l’adaptation physique et psychologique, sont intrinsèques dans les modèles présentés ci-dessous.

Meteorological air temperature (degC)Meteorological air temperature (deg C)

Figure 1.6: Neutralité thermique, ex. Lorsque les personnes ne ressentent ni le chaud ni le froid, tout près de la température météorologique de l’air (°C), de tous les questionnaires effectués en Europe, c’est une indication de l’influence de l’expérience récente de ces personnes.

Table 1.1: Conditions météorologiques pour les nomogrammes.

Temperature de l’air (ºC)

Radiation solaire (W.m-2)

Humidité relative (%)

Vitesse du vent (m.s-1)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

100 400 800

20 40 80

0.1 1.0 3.0 5.0

1.4.1 Indice de confort urbain Les modèles permettant le calcul de l’ASV sont présentés pour différentes villes, correspondant à différentes zones climatiques et se basant sur des données horaires. Les paramètres employés sont la température de l’air (Tair_met, °C), la radiation solaire globale (Sol_met, W.m-2), la vitesse du vent(V_met, m.s-1)et l’humidité relative (RH_met,%): • Athènes (GR):

ASV = 0.034 Tair_met + 0.0001 Sol_met – 0.086 V_met – 0.001 RH_met – 0.412 (r = 0.27)

3

Figure 1.7: Part des usagers se sentant confortables pour différents ASV, dans différentes villes selon la saison (Summer=été, Autumn=automne, Spring= printemps, Winter=hiver).

• Thessalonique (GR): ASV = 0.036 Tair_met + 0.0013 Sol_met – 0.038 V_met + 0.011 RH_met – 2.197 (r = 0.51)

• Milan (IT): ASV = 0.049 Tair_met – 0.0002 Sol_met + 0.006 V_met + 0.002 RH_met – 0.920 (r = 0.44)

• Fribourg (CH): ASV = 0.068 Tair_met + 0.0006 Sol_met – 0.107 V_met – 0.002 RH_met – 0.69 (r = 0.68)

• Kassel (D): ASV = 0.043 Tair_met + 0.0005 Sol_met – 0.077 V_met + 0.001 RH_met – 0.876 (r = 0.48)

• Cambridge (UK): ASV = 0.113 Tair_met + 0.0001 Sol_met – 0.05 V_met – 0.003 RH_met – 1.74 (r = 0.57)

• Sheffield (UK): ASV = 0.07 Tair_met + 0.0012 Sol_met – 0.057 V_met – 0.003 RH_met – 0.855 (r = 0.58)

Ces modèles qui indiquent les plus importantes contributions de Tair_met et V_met, peuvent être employés pour obtenir un indice de confort pour une ville et différentes saisons. La combinaison des données initiales avec les données saisonnières agrégées de chaque site, a permis de développer un modèle combiné après qu’il soit clairement apparu que les niveaux du vote de sensation effective ne pouvaient pas être interprétés uniformément, en terme de confort/inconfort, soit pour une ville ou une saison. C’est pourquoi nous avions besoin d’un modèle pour le calcul de l’ASV et d’un autre pour obtenir le rapport confort/inconfort pour une ville donnée (Fig. 1.7).

De la Figure 1.7, il est clair que les conditions « très froides » sont plus tolérables durant l’été et le printemps comparativement aux deux autres saisons dans le cas de toutes les villes. Les conditions « très chaudes » sont considérées comme confortables principalement en automne et au printemps.

1.4.2 Nomogrammes de confort

Pour des applications en architecture, il est utile de pouvoir offrir au concepteur des modèles présentés sous la forme de nomogrammes. De tels graphiques (nomogrammes) donnant une valeur moyenne de l’ASV ont été établis selon un modèle combiné pour l’Europe et présenté ci-dessous. Une série de paramètres météorologiques sélectionnés ont été utilisés, typiquement représentatifs de zones climatiques différentes dans les villes européennes à l’étude.

• Modèle combiné pour l’Europe: ASV = 0.049 Tair_met + 0.001 Sol_met – 0.051 V_met + 0.014 RH_met – 2.079 (r = 0.78)

Les valeurs de radiation solaire de 100, 400 et 800 W.m-2 correspondent respectivement à de faibles niveaux d’insolation (ex. ciel couvert ou de fin d’après midi ensoleillée), à des valeurs moyennes (ex. ciel partiellement couvert ou ciel d’hiver dégagé) ainsi qu’à des conditions de forte luminosité (ex. ciel estival dégagé). Les valeurs d’humidité relative de 20%, 40% et 80% correspondent respectivement à des conditions très sèches, moyennes et humides. Enfin, des vitesses de vent allant de 0.1, à 1 puis 3 et 5 m.s-1 correspondent à des conditions stables, de légère brise et de vent fort étant donné qu’au-delà de 5 m.s-1 les effets mécaniques du vent se font sentir de façon beaucoup plus importante que les effets thermiques (Section 2.1).

Pour les valeurs spécifiques des paramètres météorologiques, le concepteur peut se référer à ces modèles (soit au modèle européen soit

0

0,2

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1

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nASV 100 W/m²

400 W/m²800 W/m²

à ceux spécifiques à chaque ville) et calculer les valeurs du vote de sensation effective correspondantes. On doit attirer l’attention sur le fait que le plus petit nombre d’interviews réalisées en conditions plus extrêmes de température (« très chaud » et « très froid ») a entraîné un léger biais vers les valeurs centrales. Il n’y a aucun moyen statistique d’y remédier. Pour cette raison, le concepteur doit être avisé de n’utiliser le modèle et les nomogrammes que pour une gamme de températures allant de 5 à 35°C. A cause de l’ambiguïté associée à l’interprétation de la valeur moyenne de l’ASV en termes de confort/inconfort, les résultats peuvent ensuite être combinés aux courbes spécifiques des villes afin d’obtenir la part des personnes se sentant confortables avec cette valeur moyenne du vote de sensation effective.

Le concepteur est ainsi en mesure de calculer ou d’estimer la valeur d’ASV correspondant aux conditions climatiques de la région d’intérêt, en utilisant soit l’équation du modèle soit les nomogrammes présentés en Figure 1.8. Il peut ensuite entrer cette valeur dans la courbe de la Figure 1.7 afin d’obtenir la part d’usagers qui devraient se sentir effectivement confortable. Enfin, en employant des facteurs tenant compte des modifications micro climatiques associées à certains types d’options de conception et en répétant cette tache, il peut ainsi évaluer en quoi les options du plan de développement retenues peuvent affecter le pourcentage d’usagers confortables.

Figure 1.8: Nomogrammes pour le vote moyen de sensation effective (ASV) pour différents paramètres météorologiques. 5

1.4.3 Indice de confort à micro échelle

Dans le cas de régions présentant une grande variété d’espaces, allant de la végétation dense avec ombrage excessif à des zones complètement exposées au soleil et au vent, les données de la station météorologique ne peuvent pas représenter adéquatement les conditions micro climatiques du site. Les modèles de confort doivent être en mesure d’approcher la micro échelle pour les besoins de la conception et faire la distinction entre une zone ombragée et une zone ensoleillée, entre une zone protégée et une zone dégagée du vent, ce qui finalement affecte directement les conditions de confort thermique dans un espace donné. Il est de ce fait important d’imaginer un moyen d’ajouter des paramètres relatifs à la conception dans les données environnementales.

L’identification de facteurs de correction simplifiés entre des conditions mesurées localement sur le terrain et celles de la station météorologique, peut permettre de mettre à jour les modifications apportées au micro climat. De tels facteurs de correction peuvent être ensuite employés en tant que paramètres modifiés pour les modèles orientés vers la conception du confort en reflétant la micro échelle, d’importance pour les concepteurs.

Dans ce contexte la végétation peut affecter le microclimat de nombreuses façons en réduisant la température de l’air comparativement à des surfaces non végétales, en procurant de l’ombrage et améliorant la protection au vent. En faisant référence aux modèles présentés dans la Section 1.4.1, il est possible d’inclure de tels effets pour évaluation. Dans le contexte urbain [5], une réduction de la température environnante de 1-2°C est attendue avec l’installation d’un bosquet dense (Fig. 1.9) alors que la radiation solaire entrante peut être réduite de 20-60% suivant la densité des arbres. De tels taux de réduction sont attendus en été, pour des journées avec ciel dégagé alors que ces facteurs de correction ne devraient pas être utilisés sous conditions nuageuses. Concernant le vent, un facteur de perméabilité de 0.4 peut être employé afin d’évaluer la réduction de la vitesse du vent du fait de la végétation qui peut être réduit à 0.2 dans le cas où la végétation est employée comme coupe vent.

Ex. Dans le cas d’Athènes, en été, à midi (typiquement Tair=33°C, Sol_met=1000W.m-2, V_met=1m.s-1, RH_met=30%), l’effet d’un groupe dense d’arbres sur l’ASV peut être calculé en employant le modèle présenté à la Section 1.4.1:

ASV = 0.034 (Tair_met–2) + 0.0001(0.2 x Sol_met) – 0.086 (0.4 x V_met) – 0.001 RH_met – 0.412.

ASV=0.034x(33–2) + 0.0001x(0.2x1000) – 0.086(0.4x1) – 0.001x30 – 0.412 = 0.6, présentant une réduction de 14% de la valeur sans ombrage.

Figure 1.9: Variation du microclimat due à la végétation

1.5 Liste de contrôles Les différentes étapes suivantes peuvent être suivies: • Déterminer la localisation géographique et obtenir les données

météorologiques. • Identifier la ville présentant les plus grandes similarités climatiques

avec la ville à l’étude ou employer le modèle européen. • Calculer l’ASV pour la ville correspondante ou lire la valeur à partir du

nomogramme prenant en compte les valeurs approximatives. • Lire à partir des courbes le pourcentage de personnes se sentant

confortables. • Inclure dans les paramètres de la conception de l’espace les facteurs

de correction afin de calculer l’ASV pour différents espaces, répondant à différentes options de conception.

6

• Lire à partir des courbes le pourcentage de personnes se sentant confortables.

• Répéter les étapes précédentes, autant que nécessaire.

1.6 Conclusions

La méthodologie présentée ci-dessus peut être employée aux premiers stades de la conception afin d’identifier différentes zones à problème, évaluer différentes stratégies génériques, ex. ombrage, protection au vent, etc. Ce ne sont pas des modèles de précision permettant de justifier les actions des concepteurs et ils se doivent d’être combinés au reste du travail présenté dans ce guide, concernant le rôle des matériaux (Section 3), etc.

A l’occasion de la conception d’espaces extérieurs, le contact avec la nature est un des objectifs prioritaires en vue de l’utilisation de l’espace et doit être mis en valeur par la conception. La stimulation environnementale est une raison importante de l’utilisation d’un espace pour différents types d’activités, tout au long de l’année et un développement prudent peut contribuer à aller dans ce sens en tenant compte du fait que les variations journalières ou saisonnières nécessitent des solutions différentes (Section 4.3.6).

Le concepteur urbain dispose de différents choix de solutions ; forme des bâtiments, matériaux, végétation, éléments à base d’eau, certains équipements urbains peuvent même contribuer au succès d’un projet urbain en offrant protection contre des aspects négatifs ou exposition à d’autres aspects positifs du climat accroissant ainsi l’usage de cet espace tout au long de l’année.

1.7 Références [1] Nikolopoulou, M., Baker, N. and Steemers, K. (2001). Thermal comfort in outdoor

urban spaces: the human parameter, Solar Energy, Vol. 70, No. 3. [2] ISO 7730 (1994). Moderate thermal environments - determination of the PMV and

PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort, International Standards Organization, Geneva.

[3] Nikolopoulou, M., Baker, N. and Steemers, K. (1999). Thermal comfort in urban spaces: different forms of adaptation, Proc. REBUILD 1999: The Cities of Tomorrow, Barcelona.

[4] Nikolopoulou, M. and Steemers, K. (2003). Thermal comfort and psychological adaptation as a guide for designing urban spaces, Energy and Buildings, Vol. 35, No.1.

[5] Dimoudi, A. and Nikolopoulou, M. (2003). Vegetation in the urban environment: microclimatic analysis and benefits, Energy and Buildings, Vol. 35, No.1.

7

2 PRISE EN COMPTE DU VENT DANS LES ESPACES URBAINS 2.1 Environnement éolien

Un des facteurs les plus importants influençant les conditions de confort des piétons dans les espaces ouverts extérieurs est le vent. L’environnement éolien est difficile à prévoir puisqu’il est influencé par un nombre de facteurs globaux, régionaux, et locaux. A l’échelle globale, l’air se déplace des zones de hautes pressions vers des zones de basses pressions. La vitesse du vent ainsi que sa direction, générés par les systèmes météorologiques à l’échelle synoptique sont par la suite modulés par la topographie régionale et locale. Il est alors important de comprendre qu’il peut y avoir de grandes différences dans l’environnement éolien d’une partie de la ville comparativement à une autre ou même à micro-échelle d’un lieu à un autre.

Le vent n’est pas un phénomène constant – il varie constamment en direction et en grandeur (rafales) et ses variations peuvent être saisonnières ou annuelles. Les vitesses du vent dans ce guide font ainsi toujours référence à des valeurs moyennes.

Les effets directs du vent peuvent être divisés en deux catégories principales – effets mécaniques et effets thermiques [1]. Les effets mécaniques peuvent être ressentis avec des vitesses du vent supérieures à 4-5 m.s-1. Au-dessus de 10 m.s-1, la marche sera malaisée, et au-dessus de 15m.s-1 il existe un risque réel d’accidents [2]. Considérant les effets thermiques, le critère de confort de 5 m.s-1 du Tableau 2.1 peut être utilisé, si nous présumons que les gens adaptent leur comportement et leurs vêtements selon la saison [3]. Le tableau peut être utilisé pour une température de l’air supérieure à 10ºC.

Il est à relever que, selon le climat, un vent d’une certaine intensité pourrait être perçu comme peu souhaitable ou même souhaitable. Dans des climats froids, le vent diminuera presque toujours les conditions de confort à l’extérieur, tandis que l’inverse est vrai dans des climats chauds.

Tableau 2.1: Caractéristiques du critère 5 m/s. A= Acceptable, I= Inconfortable,

TI= Très inconfortable / Dangereux [3].

2.2 Les données de vent

Le vent en altitude non influencé par la surface terrestre est appelé le vent géostrophique. L’altitude géostrophique varie d’environ 275 m à environ 500 m selon la rugosité de la surface (α) terrestre (Fig. 2.1 et Tableau 2.2).

Les données locales de vent sont essentielles pour l’évaluation de l’environnement éolien dans les espaces extérieurs. La donnée la plus importante est la vitesse moyenne du vent et sa direction pendant la période ou l’espace est occupé. Si un espace est occupé toute l’année, les données doivent être disponibles sur une base saisonnière et mensuellement si des différences importantes existent durant les mois d’une même saison. La vitesse et la direction du vent sont habituellement mesurées à 10 m au-dessus du sol dans des stations météorologiques situées à l’extérieur des villes. Des données sur le vent peuvent être trouvées dans des atlas - les roses des vents pour différentes régions d’un pays peuvent généralement être procurées par les centres météorologiques nationaux. La rose des vents est une représentation graphique simple illustrant les vitesses et directions des vents locaux pour une région particulière basée sur des mesures effectuées sur une longue période de temps (Fig. 2.2).

Une vitesse de vent mesurée à une hauteur de 10 m par une station météorologique située dans un lieu plat et à découvert peut être transformée en un vent représentatif d’une surface urbaine pour une hauteur (H) en utilisant le Tableau 2.3. H est la hauteur au-dessus de la

Surface Hauteur (m) α

Terrain plat 275 0.16

Boisé, banlieue 400 0.28

Ville densément bâtie

500 0.4

Figure 2.1: profils de vitesses du vent pour trois différents types de surfaces. La rugosité α est plus forte dans une ville dense avec des immeubles hauts.

Tableau 2.2: La hauteur géostrophique et la rugosité pour trois

types de surface [1,2]

Caractéristiques Activité Emplacement

A I TI

Marche rapide

Chaussée, chemins

43% 50% 53%

Déambuler Parcs, rues marchandes

23% 34% 53%

Debout / assis pour une courte période

Parcs, espaces urbains

6% 15% 53%

Debout / assis pour une longue période

Restaurants extérieurs

0.1% 3% 53%

Exemple : l’environnement éolien sera acceptable pour des personnes assises à l’extérieur pour de courtes périodes si la vitesse moyenne du vent n’excède pas 5 m.s-1 plus de 6% du temps. Si ces personnes restent assises pour de plus longues périodes, les 5 m.s-1 ne doivent pas être dépassés plus de 0.1% du temps.

8

Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

19 ο χλμ. Λεωφ. Μαραθώνος, Πικέρμι Αττική

Τηλ: 210 6603300, Fax: 210 6603301-2

http://www.cres.gr

ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ

ΝΕΑ ΔΙΟΙΚΗΣΗ ΣΤΟ ΚΕΝΤΡΟ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Πικέρμι, 4 Αυγούστου 2004

Με απόφαση του Υπουργού Ανάπτυξης κ. Δημήτρη Σιούφα διορίστηκε και ανέλαβε τα καθήκοντά του το νέο Διοικητικό Συμβούλιο στο Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ).

Πρόεδρος του νέου Δ.Σ. ανέλαβε ο κ. Ιωάννης Αγαπητίδης. Ο κ. Αγαπητίδης είναι Πολιτικός Μηχανικός με M.Sc. Περιβαλλοντική Μηχανική και MBA-Διοίκηση Επιχειρήσεων, και έχει διατελέσει διευθυντικό στέλεχος της Ελληνικής Εταιρείας Τοπικής Ανάπτυξης & Αυτοδιοίκησης και της Μονάδας Οργάνωσης της Διαχείρισης του Κοινοτικού Πλαισίου Στήριξης.

Η τελετή εγκατάστασης του νέου Δ.Σ. έγινε την Τρίτη 3 Αυγούστου, παρουσία του Γενικού Γραμματέα Έρευνας & Τεχνολογίας, καθηγητή κ. Ιωάννη Τσουκαλά. Ο κ. Τσουκαλάς κατά την ομιλία του εξέφρασε την πρόθεση του να εξαλείψει τις στρεβλώσεις που είχαν παρατηρηθεί στο παρελθόν και να επιφέρει τη διαφάνεια στον τομέα της επιστημονικής έρευνας. Επίσης, αναφέρθηκε στην επαναφορά του θεσμού της αριστείας και στην αναγκαιότητα διασύνδεσης των ερευνητικών ιδρυμάτων με τα πανεπιστήμια και το χώρο της αγοράς.

Καθήκοντα αντιπροέδρου του Δ.Σ. του ΚΑΠΕ ανέλαβε ο καθηγητής του Εθνικού Μετσόβειου Πολυτεχνείου κ. Εμμανουήλ Ρογδάκης. Το Διοικητικό Συμβούλιο απαρτίζουν ως μέλη οι:

Κωστόπουλος Θεόδωρος, αν. καθηγητής ΕΜΠ, εκπρόσωπος ΔΕΗ

Καμπεζίδης Χάρης, δρ. φυσικός, ερευνητής Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών

Παπασταματίου Παναγιώτης, δρ. μηχανολόγος μηχανικός

Δεληγιάννης Φωκίων, μηχανολόγος μηχανικός, εκπρόσωπος ΣΕΒ

Η θητεία του Διοικητικού Συμβουλίου ορίστηκε τριετής.

_____________

Natasha�ESBEN_chapter2 [_5_].doc�

Tableau 2.3:

Valeurs de S = VH / V10 pour différentes hauteurs H en environnement suburbain et urbain.

surface en milieu urbain et S représente la relation existant entre la vitesse du vent en milieu urbain à hauteur H (VH) et la vitesse du vent en milieu plat à découvert à 10 m de hauteur (V10). Ainsi, S = VH / V10.

Notons que les données du Tableau 2.3 ne sont valides que pour des altitudes situées au-dessus de la surface urbaine (au-dessus des toits) et pas aux endroits où les obstacles locaux influencent la vitesse et la direction du vent comme c’est le cas pour les immeubles. Ainsi, le Tableau 2.3 peut être utilisé pour calculer les conditions de vents au-dessus des toits pour une surface où sont situés les espaces ouverts et non pas pour calculer les conditions de vents pour la zone piétonnière dans cet espace.

VH ou V10 peuvent être modifiées en une vitesse et une direction du vent pour la zone piétonnière en utilisant des simulations réalisées dans une soufflerie ou par des simulations numériques en dynamique des fluides. Une alternative est d’utiliser des diagrammes illustrant des relations simples entre VH ou V10 et la vitesse du vent dans la zone piétonnière [1, 2, 6], qui ont été dérivés à partir de mesures ou de calculs avancés. Cependant, il n’est pas conseillé de transférer les résultats d’une étude générique ou d’un cas spécifique à un autre espace dans des conditions réelles. La complexité de l’écoulement de l’air dans une zone piétonnière en milieu urbain est grande et même de petits changements dans l’aménagement de cet espace ou de son voisinage peuvent modifier de façon drastique les flux d’air dans cet espace. Ainsi donc, chaque espace doit être étudié comme un cas particulier.

H [m] S (suburbain)

S (urbain)

10 0.6 0.36

20 0.73 0.47

30 0.82 0.55

40 0.89 0.62

50 0.94 0.68

60 0.99 0.73

70 1.04 0.77

80 1.08 0.82

90 1.11 0.86

100 1.14 0.89

110 1.18 0.93

120 1.21 0.96

130 1.24 0.99

140 1.27 1.02

150 1.29 1.05

Exemple: la vitesse du vent à une hauteur de 100m en zone urbaine correspond à 89% de la vitesse du vent à une hauteur de 10 m sur un site plat et dégagé.

2.3 Tests grandeur nature, tests en soufflerie ou simulations numériques

Il existe plusieurs possibilités pour évaluer la distribution du vent dans un espace ouvert. Il est possible de prendre des mesures (grandeur nature sur le site ou dans une soufflerie) ou d’utiliser un modèle numérique afin de simuler l’écoulement de l’air.

Les mesures sur le site ont l’avantage que les résultats obtenus sont ceux d’une situation réelle, où l’influence de tous les immeubles et des obstacles sont inclus. L’inconvénient d’une telle démarche est que celle-ci peut devenir coûteuse puisque, idéalement, la période de mesures devrait être assez étendue pour couvrir les combinaisons de vitesses et de directions de vent les plus fréquentes, ce qui nécessite un grand nombre de points de mesure. Il est difficile, aussi, d’évaluer de nouvelles configurations d’aménagement.

Les tests en soufflerie ont l’avantage que des résultats fiables pour un grand nombre de combinaisons de vitesses et de directions du vent peuvent être obtenus rapidement. Il est également possible de tester l’environnement éolien pour de nouvelles surfaces lorsque ces dernières sont encore en stade de planification, et de tester de nouveaux aménagements. Cependant, il est essentiel de faire appel à un laboratoire expérimenté et de développer un modèle précis de la surface concernée ainsi que de ses environs. Ainsi, des essais en soufflerie peuvent être coûteux en temps et en argent.

Une alternative à la soufflerie est de développer un modèle numérique de l’espace et de ses environs afin d’y simuler la circulation de l’air – une sorte de soufflerie virtuelle. Les programmes pour ce type de simulations sont appelés «logiciels de simulation en dynamique des fluides» (CFD) et comportent l’avantage que n’importe laquelle des combinaisons de vitesses et de directions du vent et de configuration de l’espace et des environs peuvent être évaluées. Cependant, les calculs impliquent des ressources informatiques considérables et il est nécessaire que l’utilisateur de ces logiciels soit expérimenté et qu’il comprenne bien cette problématique complexe de circulation d’air.

Figure 2.2: Rose des vents et données tabulées, aéroport de Copenhague (DK), (1993-2002). Exemple : durant 4% de l’année, le vent vient de l’ouest avec une vitesse supérieure à 7.5 m.s-1 (source: Danish Meteorological Institute).

9

2.4 Un exemple d’analyse des conditions de vents avec CFD

Les objectifs de cet exemple d’étude sont d’évaluer les effets de différents paramètres sur les conditions de vent au niveau du piéton (1.5m au-dessus du sol), dans un espace quadrilatère entouré d’immeubles. La topographie des lieux environnants est incluse dans le modèle CFD pour prendre en compte les effets des structures urbaines environnantes (Fig. 2.3). La hauteur du voisinage considéré est de 18 m (HNeighbourhood). L’étude prend en compte les paramètres suivants :

1. Les dimensions du quadrilatère (ASquare): 1600m² et 3600m². Figure 2.3: Représentation graphique du modèle CFD avec les directions du vent (0°, 15°,30°, 45°). Le square est situé au centre du modèle et entouré par un voisinage suburbain modélisé par des blocs de 18 m de haut.

2. La vitesse du vent en site dégagé à 10 m de hauteur (V10): 2.5m.s-1 et 5m.s-1.

3. La hauteur des immeubles aux bords (HBoundary): 9 m, 18 m, 27 m. 4. La direction du vent: 0º, 15º, 30º, 45º (Fig. 2.3). 5. Largeur et position des quatre ouvertures du quadrilatère (Figs. 2.4 –

2.5).

2.4.1 Observations et conclusions de l’étude

Observations: • Plus le quadrilatère est grand – plus intense est la vitesse du vent

dans cet espace, avec une relation quasi-linéaire entre ASquare et la vitesse du vent.

• Plus le quadrilatère est grand – plus l’écoulement est turbulent. Figure 2.4: Square avec les ouvertures au milieu – largeur: 10 m, 20 m, 30 m. • Plus la vitesse du vent V10 est grande – plus la vitesse du vent dans

le quadrilatère est grande, avec une relation quasi-linéaire entre V10 et la vitesse du vent.

• La configuration et le niveau de l’écoulement ne sont presque pas influencés par V10.

• Plus hauts sont les immeubles aux bords par rapport aux voisins - plus intense est le vent dans le quadrilatère (Fig. 2.6).

Figure 2.5: Square avec les ouvertures en coin – largeur: 7 m, 14 m, 21 m. • Plus hauts sont les immeubles aux bords par rapport aux voisins -

plus intense est la turbulence éolienne (Fig. 2.7). • Il n’existe pas de relation claire entre la direction générale du vent et

la vitesse du vent dans le quadrilatère (Fig. 2.6). • Plus grand est l’angle d’admission du vent – plus intense est la

turbulence. Il existe une tendance claire que l’écoulement devient plus chaotique lorsque la direction du vent s’écarte de l’orientation principale de cet espace.

• Il n’existe pas de relation claire entre la vitesse du vent dans le quadrilatère et la position des ouvertures donnant sur le quadrilatère.

V(Max) / V(10)

0,00

0,20

0,40

0,60

0,25 0,75 1,25 1,75H(Boundary) / H(Neighbourhood)

45° 30°15° 0°

• Les ouvertures dans les coins du quadrilatère produisent un écoulement plus turbulent que des ouvertures situées au milieu de ce dernier (Fig. 2.8).

• Plus les ouvertures sont grandes – plus le vent est turbulent dans le quadrilatère.

Les conclusions – le quadrilatère devrait être configuré :

• Le plus petit possible: un grand quadrilatère – un environnement plus venteux.

• Avec des immeubles aux bords plus bas que le voisinage environnant. Plus les immeubles dépassent leurs voisins – plus venteux est l’environnement.

Figure 2.6: VMax/V10 en fonction de HBoundary / HNeighbourhood. Une vitesse de vent inférieure est observée quand les immeubles aux bords sont moins élevés que ceux du voisinage.

Exemple: VMax vaut environ 20% de V10 dans cette situation.

• Avec des ouvertures au milieu de l’espace et avec l’axe principal du quadrilatère orienté parallèlement à la direction des vents dominants et de l’orientation dominante des alignements des rues voisines.

10

2.5 Paramètres de l’aménagement, recommandations et solutions

2.5.1 Paramètres de l’aménagement

Il existe un nombre de paramètres généraux à prendre en considération en vue de l’évaluation des conditions de vent dans un espace ouvert.

La localisation géographique, ou la zone climatique à laquelle l’espace ouvert appartient. Est-ce qu’un niveau de vent est souhaité ou non souhaité ? Est-ce un endroit venteux où des vents violents peuvent survenir ?

Le type d’espace, par exemple la forme de l’espace ainsi que les caractéristiques des environs. Est-ce que l’espace est couvert ou situé dans un espace ouvert ? Est-ce que les immeubles peuvent influencer l’écoulement du vent dans l’espace ouvert ?

Le dernier paramètre à considérer est le type d’utilisation, c.-à-d., qui utilise cet espace, quand est-il fréquenté et pourquoi l’est-il ? Un parc est un exemple d’un espace ouvert où les usagers sont invités à demeurer pour de longues périodes, ce qui impose des exigences élevées pour l’environnement extérieur.

2.5.2 Recommandations d’aménagement Figure 2.7: Graphique vectoriel montrant les directions et vitesses du vent dans le square. Hauteur des bâtiments aux bords: 9 m (haut) et 27 m (direction du vent 15°). Plus hauts sont les bâtiments aux bords comparativement au voisinage, plus le vent est turbulent.

Il est important de considérer chaque espace comme un cas unique. Il est ainsi difficile de proposer des recommandations détaillées pour l’aménagement des espaces urbains. Cependant, il est possible de proposer des recommandations à propos des aspects sur lesquels les concepteurs doivent prêter attention.

Éviter de placer un espace urbain près des immeubles qui sont plus hauts que la hauteur moyenne de l’espace urbain environnant. De tels immeubles peuvent générer des mouvements verticaux gênants s’écoulant le long des façades vers le bas des immeubles (downwash) ainsi qu’un fort vent autour des coins (Fig. 2.9). Plus l’immeuble est haut, plus le vent est intense. Le résultat peut s’avérer être un environnement venteux autour de la base et des coins de l’immeuble et un vent horizontal s’éloignant de l’immeuble à l’encontre du vent dominant (effet Wise). Des contres mesures visent en premier lieu de construire moins haut. Si un immeuble haut ne peut être évité, alors une possibilité est d’introduire une structure qui puisse dévier l’écoulement descendant (downwash), par exemple une véranda (Fig. 2.10). Les effets de coins sont difficiles à éviter mais au niveau des piétons, ils peuvent être réduits en utilisant des paravents.

Éviter de placer un espace urbain en ligne directe avec de longues avenues linéaires. Les structures urbaines linéaires comme les immeubles peuvent créer un effet de canalisation où le vent peut s’accélérer et ainsi engendrer un environnement désagréable. Cet effet peut survenir lorsque les voies sont plus longues que 100 – 125 m [4]. L’effet peut même être pire si les rues forment un entonnoir (effet Venturi, Fig. 2.11). Des contres mesures sont par exemple, d’éviter des voies directes entre l’espace et la rue, de faire des rues plus courtes (nouveaux espaces), d’éviter la construction de rues dans le sens du vent dominant, de casser l’alignement de la rue (des rues incurvées ne conviennent pas car la résistance au vent est faible dans de telles rues) et de reboiser la rue afin d’augmenter la résistance au vent.

Les passages situés entre ou sous les immeubles menant à un espace ouvert peuvent aussi former une sorte d’entonnoir où le vent peut s’accélérer et de ce fait engendrer un environnement déplaisant. Cet effet peut être radicalement aggravé lorsqu’il est combiné à de hauts immeubles ou de longues avenues linéaires (voir ci-dessus).

Figure 2.8: Graphique vectoriel montrant les directions et vitesses du vent dans le square avec une ouverture de taille moyenne placée au milieu (haut) et aux coins (direction du vent 15°). Les ouvertures aux coins donnent l’écoulement le plus turbulent.

11

Les dimensions des espaces urbains peuvent être conçues de manière à ce que le vent s’écoule plutôt au-dessus et non dans cet espace réservé aux piétons en créant ainsi des conditions inconfortables. Cet effet est appelé effet de maille [4, 5]. Un facteur important est la relation existant entre la surface de l’espace urbain et la hauteur des immeubles avoisinants (ou celle d’autres structures comme les paravents), facteur qui s’exprime comme suit : ASpace/ (HBoundary)² = K.

K est un paramètre sans dimension dont la valeur ne doit pas dépasser 6. Il est important que la largeur des ouvertures en direction de l’espace ne soit pas supérieure à 25% de la longueur du périmètre de la place. Un exemple est donné par l’espace du quadrilatère de la section 1.4, où HBoundary = 18 m. Dans ce cas, la surface maximale du quadrilatère devrait être ASpace = 18² x 6 = 1944m² (44 x 44 m²) et la largeur maximale des ouvertures = 0.25 x 4 x 44 = 44m. Avec quatre ouvertures de même taille cela donne une largeur 44/4 = 11m par ouverture. Il est préférable que les ouvertures ne fassent pas face à la direction du vent dominant. L’effet de maille est aussi valide dans les cas d’autres formes que des quadrilatères et des rectangles. Il existe une relation complexe entre la configuration du vent dans la zone piétonnière et la largeur et longueur de cet espace (LSpace, WSpace), la hauteur des structures aux bords (HBoundary) et la direction du vent. Une étude réalisée en soufflerie pour des espaces rectangulaires a démontré [6] qu’avec des espaces réduits et moyennement réduits (WSpace / HBoundary = 1-4), la longueur optimale de l’espace est de 4 à 5 fois la hauteur des bords. Avec de grands espaces (WSpace / HBoundary = 8), la longueur optimale de l’espace est de 6 à 8 fois la hauteur des bords.

Des paravents peuvent être utilisés pour protéger les piétons dans l’espace urbain des vents intenses et de la turbulence et peuvent être à la fois des structures entières (immeubles, murs, etc.) ou partielles (végétation, clôtures, etc.). Des paravents entiers peuvent être efficaces près des structures, mais tendent à accélérer le vent et à créer des turbulences dans leur sillage. Ainsi, dans la plupart des cas, il est préférable d’employer des structures partielles. La végétation constitue un paravent efficace car les branches et les feuilles ralentissent le vent sans pour autant créer beaucoup de turbulence (Fig. 2.12). Des études ont montré qu’une plate bande de bonne densité produit la meilleure protection et la plus uniforme (50-65% de la surface ouverte) [7]. Il est impératif que la plate bande produise la même protection en pleine hauteur, ainsi il est nécessaire de combiner différent type de végétation par exemple en utilisant des arbres pour protéger en hauteur et des arbustes/buissons pour la protection près du sol. De telles plates bandes peuvent protéger efficacement sur une distance équivalent à 4 à 5 fois leur hauteur en aval de la barrière [4]. Il est important que les ouvertures dans la barrière soient distribuées sur toute la surface ainsi plusieurs petits trous produiront un vent plus agréable à supporter qu’un petit nombre de trous de plus grandes dimensions.

Figure 2.9: Trajectoire de l’écoulement du vent autour d’un haut et d’un bas bâtiment.

Figure 2.10: Exemple d’une contre mesure sur l’écoulement descendant (downwash) – une véranda à la base d’un haut bâtiment.

Figure 2.11: Un cas particulier de l’effet de canalisation – l’effet Venturi.

2.6 Liste de contrôles

• Définir le climat, le type d’espace et le type d’utilisation.

• Définir les critères de confort approprié pour cet espace – les critères peuvent éventuellement être différents pour les différentes parties de cet espace (Tableau 2.1).

• Etablir les statistiques du vent pour le site en question (vent moyen V10 selon les mesures effectuées à la station météorologique la plus proche et selon le profil du vent de la région avoisinante (Fig. 2.1 et Tableau 2.2).

Figure 2.12: La végétation utilisée comme paravent. • Analyser comment le voisinage et l’espace influencent les conditions

de vent sur l’espace en utilisant des mesures sur le site, des tests en

12

soufflerie, des simulations CFD ou des suggestions d’aménagements simplifiées (par exemple, Sections 2.4 et 2.5).

• Comparer les résultats des analyses avec les critères de confort et changer la disposition de l’espace et de son voisinage si les conditions ne sont pas acceptables.

2.7 Références

[1] Penwarden, A.D. and Wise, A.F.E. (1975). Wind environment around buildings. Department of the Environment BRE, Her Majesty’s Stationery Office, London.

[2] Bjerregaard, E. and Nielsen, F. (1981). SBI direction 128 Wind environment around buildings. (In Danish): Danish Buildings Research Institute, Hørsholm.

[3] Davenport, A.G. (1972). An Approach to Human Comfort Criteria for Environmental Wind Conditions, Swedish National Building Research Institute, Stockholm.

[4] Houlberg, C. (1979). An introduction to wind environment part II: Wind and Shelter in Built-up Aareas with commented stock of bibliography for BSA. (In Danish): The Royal Danish Academy of Fine Arts, Copenhagen.

[5] Gandemer, J. (1977). Wind environment around buildings: Aerodynamic concepts, Proc.: Fourth International Conference on Wind Effects on Buildings and Structures, Cambridge University Press.

[6] Smith, F. and Wilson, C.B. (1977). A parametric study of airflow within rectangular walled enclosures, Building and Environment, Vol. 12, pp. 223-230.

[7] Houlberg, C. (1976). An introduction to wind environment part I: Living fences and windscreens with commented stock of bibliography, 2nd edition. (In Danish): The Royal Danish Academy of Fine Arts, Copenhagen.

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3. ÉVALUATION DES CONDITIONS DE RAYONNEMENT DANS LES ESPACES URBAINS

3.1 Introduction

La recrudescence de l’intérêt porté à la qualité des espaces urbains ouverts est liée au besoin essentiel des gens à accroître leur vie sociale en relation avec un environnement physique confortable. Peu d’études analytiques sont disponibles visant à évaluer les exigences de confort liées aux microclimats urbains spécifiques générés par la morphologie des lieux, par les matériaux, par l’eau et la végétation, et elles sont malheureusement trop compliquées ou peu adéquates pour la pratique.

Les conditions de confort thermique dans les espaces urbains sont déterminées par une combinaison de facteurs socio-psychologiques et physiques qui ont été étudiés dans le cadre du projet de recherche RUROS [1], [2], et [3]. Les facteurs physiques concernent l’adaptation au microclimat local déterminée par l’environnement physique ambiant.

Les objets qui constituent l’environnement urbain,– incluant les matériaux de construction, les abris, la végétation –, jouent un rôle important dans la modification du microclimat et des conditions de confort thermique. Leurs températures superficielles influencent le bilan thermique et le confort par des échanges radiatifs qui sont dominants dans un environnement peu ventilé, ce qui correspond aux conditions les plus fréquentes des espaces urbains à la hauteur des piétons.

Figure 3.1: Longueurs d’ombrage dans des rues orientées NS. (a.m. = matin, p.m. = après-midi)

Tandis que l’effet général des matériaux de construction sur le microclimat, dans un contexte urbain lié à des dispositions spécifiques, a été étudié en détail en climatologie urbaine (l’îlot de chaleur urbain estival et hivernal, la distribution des albédos, les flux radiatifs dans les canyons, etc) les effets de matériaux particuliers n’ont été étudiés que récemment [4]. Toutes ces études, cependant, ne sont pas destinées à la problématique de l’aménagement, puisqu’elles sont constituées soit de mesures, soit d’études de cas ou de simulations réalisées avec des modèles complexes.

EW oriented street - time: 3 p.m.

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0,06 0,17 0,28 0,39 0,50 0,61 0,72 0,72 0,61 0,50 0,39 0,28 0,17 0,06

W/HCopenhagen Milan Athens

Figure 3.2: Valeurs de MRT dans les rues de référence orientées EW (Est-Ouest).

NS oriented street-time: 3 p.m.

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0,05 0,16 0,27 0,38 0,5 0,6 0,72 0,72 0,61 0,5 0,38 0,27 0,16 0,05

W/HCopenhagen Milan Athens

Figure 3.3: Valeurs de MRT dans les rues de référence orientées NS.

Le but de ce guide est de fournir un outil graphique simplifié permettant aux concepteurs de développer une sensibilité « au rayonnement » dans la conception d’espaces urbains thermiquement confortables. En d’autres termes, cet outil aide les concepteurs à évaluer les conditions de confort thermique du schéma d’aménagement proposé, en indiquant une variation de la température moyenne radiante (Mean Radiant Temperature ou MRT), en fonction de l’utilisation de différents matériaux (et de morphologie).

3.2 Méthodologie d’évaluation des conditions de rayonnement

Une méthode graphique simplifiée destinée à évaluer les conditions de rayonnement dans un contexte urbain a été développée sur la base de simulations numériques avec le logiciel Solene [5]. Les résultats de cette méthode constituent une approximation de la MRT qui peu être utilisée pour calculer des indices de confort comme la PET ou d’autres [6].

Un intérêt particulier de la recherche visait l’étude des variations spatio-temporelles du champ de rayonnement selon l’utilisation de divers matériaux et de leurs propriétés physiques, qui est considérée comme variable principale, dans un aménagement urbain nouveau ou rénové. Trois régions climatiques ont été considérées : l’Europe du nord, celle du centre, et celle du sud, correspondant respectivement aux villes de Copenhague, Milan et Athènes.

La condition de référence a été définie comme une valeur constante de MRT dans un plan horizontal illimité. Un plan vertical (simulant une

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Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

19 ο χλμ. Λεωφ. Μαραθώνος, Πικέρμι Αττική

Τηλ: 210 6603300, Fax: 210 6603301-2

http://www.cres.gr

ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ

ΝΕΑ ΔΙΟΙΚΗΣΗ ΣΤΟ ΚΕΝΤΡΟ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Πικέρμι, 4 Αυγούστου 2004

Με απόφαση του Υπουργού Ανάπτυξης κ. Δημήτρη Σιούφα διορίστηκε και ανέλαβε τα καθήκοντά του το νέο Διοικητικό Συμβούλιο στο Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ).

Πρόεδρος του νέου Δ.Σ. ανέλαβε ο κ. Ιωάννης Αγαπητίδης. Ο κ. Αγαπητίδης είναι Πολιτικός Μηχανικός με M.Sc. Περιβαλλοντική Μηχανική και MBA-Διοίκηση Επιχειρήσεων, και έχει διατελέσει διευθυντικό στέλεχος της Ελληνικής Εταιρείας Τοπικής Ανάπτυξης & Αυτοδιοίκησης και της Μονάδας Οργάνωσης της Διαχείρισης του Κοινοτικού Πλαισίου Στήριξης.

Η τελετή εγκατάστασης του νέου Δ.Σ. έγινε την Τρίτη 3 Αυγούστου, παρουσία του Γενικού Γραμματέα Έρευνας & Τεχνολογίας, καθηγητή κ. Ιωάννη Τσουκαλά. Ο κ. Τσουκαλάς κατά την ομιλία του εξέφρασε την πρόθεση του να εξαλείψει τις στρεβλώσεις που είχαν παρατηρηθεί στο παρελθόν και να επιφέρει τη διαφάνεια στον τομέα της επιστημονικής έρευνας. Επίσης, αναφέρθηκε στην επαναφορά του θεσμού της αριστείας και στην αναγκαιότητα διασύνδεσης των ερευνητικών ιδρυμάτων με τα πανεπιστήμια και το χώρο της αγοράς.

Καθήκοντα αντιπροέδρου του Δ.Σ. του ΚΑΠΕ ανέλαβε ο καθηγητής του Εθνικού Μετσόβειου Πολυτεχνείου κ. Εμμανουήλ Ρογδάκης. Το Διοικητικό Συμβούλιο απαρτίζουν ως μέλη οι:

Κωστόπουλος Θεόδωρος, αν. καθηγητής ΕΜΠ, εκπρόσωπος ΔΕΗ

Καμπεζίδης Χάρης, δρ. φυσικός, ερευνητής Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών

Παπασταματίου Παναγιώτης, δρ. μηχανολόγος μηχανικός

Δεληγιάννης Φωκίων, μηχανολόγος μηχανικός, εκπρόσωπος ΣΕΒ

Η θητεία του Διοικητικού Συμβουλίου ορίστηκε τριετής.

_____________

emilio c'è�DITEC_chapter3 [_6_].doc�

Figure 3.4: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation EW (Est-Ouest) – en matinée. sunny area= zone ensoleillée shaded area=zone ombrée

Figure 3.5: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation NS – en matinée.

Figure 3.6: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation EW (Est-Ouest) – à midi.

façade d’un immeuble) modifie la valeur de MRT autour de cet espace en fonction de la taille, de l’orientation et des matériaux (Fig. 3.2, 3.3).

Le modèle prend en considération différentes configurations spatiales variant d’une rue de largueur infinie (avec seulement une façade) à une rue étroite, ainsi que les effets de coins. Les dimensions sont spécifiées par un rapport Largeur/Hauteur (W/H).

Les simulations impliquent des variations des paramètres suivants :

• Latitude (Copenhague, Milan, Athènes) • Orientation des éléments verticaux (S-N, E-W) • L’albédo de la chaussée (0.2, 0.8) • Dimensions de la rue (100, 50, 26, 16, 12 de largeur, 18 de hauteur) • Effets de coins (toutes les unités sont en m. 30x30, 60x60, 30x60,

60x30, 18 hauteur)

Les simulations considèrent un vent faible (moins de 1.5 m.s-1), valeur typique dans un contexte urbain durant une journée ensoleillée d’été, et les températures de l’air sont typiques d’une journée chaudes (Tableau 3.1). Tableau 3.1: Les températures de l’air pour cinq périodes à Milan, Athènes et Copenhague[7]

Température de l’air (°C) Milan Athènes Copenhague

Matinée 24 26 20

Midi 30.5 33.5 24.5

Après-midi 32.5 37 25.5

Soirée 29 33.5 22.5

Nuit 22 24.5 17

Les conditions de rayonnement qui varient constamment ont été divisées en cinq périodes de conditions « semblables » : nuit, matinée, midi, après-midi, et soirée. Pour chacune d’elles, les valeurs de MRT à l’ombre ou au soleil ont été évaluées. Durant ces périodes les conditions de rayonnement sont considérées constantes, constituant les variations contrôlées par les mécanismes physiques et psychologiques d’adaptation.

Dues aux différents rayonnements récoltés, les valeurs de MRT calculées pour des surfaces adjacentes peuvent changer de façon significative. Les valeurs moyennes de MRT sont reportées dans les différents tableaux en association avec les variations prévues durant ces mêmes périodes.

3.3 Critères d’évaluation

Zones climatiques : Trois villes ont été retenues en Europe: Copenhague (Latitude 55°), Milan (Latitude 45°) et Athènes (Latitude 37°).

Type de matériaux : Les matériaux sont regroupés en deux classes dépendant de l’albédo et de la capacité thermique. Les matériaux frais sont normalement ceux possédant une couleur claire et une forte capacité thermique, tandis que les matériaux chauds diurnes sont ceux possédant une couleur sombre et une capacité thermique faible.

Les urbanistes traditionnels choisissent des matériaux sur la base de différentes exigences techniques, lesquelles remplissent des besoins et des usages locaux spécifiques, satisfaisant aussi des législations au niveau de la perception visuelle, de la sécurité, de la santé, de la durabilité, du coût, etc. Les considérations environnementales ne sont habituellement pas prises en compte. Ainsi, afin de promouvoir le confort

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Figure 3.7: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation NS – à midi.

Figure 3.8: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation EW (Est-Ouest) – dans l’après-midi.

Figure 3.9: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation NS – dans l’après-midi.

thermique dans les espaces extérieurs, il est nécessaire d’associer ces exigences techniques avec celles liées à l’environnement, comme décrit ci-après.

Le rayonnement est contrôlé par la couleur (albédo), la capacité thermique par la masse.

La méthode simplifiée considère les matériaux les plus fréquemment utilisés comme revêtement : le béton. Ce matériau est défini par ses propriétés thermiques, c.-à-d., sa chaleur spécifique (1000 J.Kg-1K-1), sa densité (2200 Kg.m-3), et sa conductivité (0.9 W.m-1K-1).

Les modifications du rayonnement ont été considérées par l’albédo. Plus précisément, un matériau clair réfléchissant 80% du rayonnement solaire incident et un matériau sombre ne réfléchissant que 20% ont été retenus (Tableau 3.2). Tableau 3.2: Classification des matériaux en trois catégories en fonction de leur albédo [8]

Albédo 0.1 – 0.3

Albédo 0.4 – 0.6

Albédo 0.7 – 0.9

Surfaces

Asphalte noir Béton sombre Pelouse Ardoise

Béton clair Cuivre oxydé Brique rouge Pierre

Pierre calcaire Marbre blanc Peinture blanche

Type d’espace : la méthode simplifiée est appropriée pour des espaces urbains tels que rues et places. Une large plage de rapports W/H a été considérée allant des plus petits 0.06, où une façade d’un coté n’influence pas les conditions climatiques de l’autre coté de la rue, à des valeurs plus élevées 0.72, où les deux cotés de la rue exercent une influence combinée sur le microclimat de toute la section. L’effet intéressant à évaluer sur les places est l’effet de coins dû au croisement de deux façades perpendiculaires formant une niche microclimatique. Le comportement thermique de la niche est considéré comme une variation de la rue correspondante (avec le même rapport dimensionnel).

Les places avec des rues le long des façades, c.-à-d., sans effet de coins, ont un comportement semblable aux rues à cause de la pénétration du rayonnement solaire sur les côtés.

Type d’utilisation : la méthode simplifiée est adéquate pour assister les concepteurs à planifier des activités et des équipements dans les espaces urbains, selon les conditions de confort thermique de ceux-ci. Par exemple, les activités « au repos » à faible niveau métabolique comme la lecture, etc, ont des besoins différents que les activités de « déplacement », comme la marche ou le jogging, qui peuvent aussi être considérées, mais d’une façon plus critique [9].

Le temps : cinq périodes temporelles ont été prises en considération afin de couvrir le cycle diurne : la matinée, le midi, l’après-midi, la soirée et la nuit.

3.4 La végétation

Les deux effets principaux de la végétation sont l’effet d’ombrage du rayonnement solaire (la plupart des arbres feuillus ont une transmissivité faible à l’égard du rayonnement solaire, entre 2 et 5%) et la conservation d’une température du feuillage proche de celle de l’air, soit entre 20-35 °C inférieurs aux températures des surfaces des matériaux urbains communs, comme l’asphalte, les blocs de béton, etc. Comme résultat, la température de globe sous un grand arbre est habituellement de 15 à 20 °C plus faible que la température de globe de la même surface sans ombre.

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Les effets microclimatiques de la végétation dépendent aussi de la maturité de cette dernière. Les arbres âgés ont des températures de feuillage légèrement inférieures à celle de l’air, tandis que les jeunes arbres et les pergolas ont des températures de feuillage quelques degrés au-dessus de celle de l’air.

Figure 3.12: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation EW (Est-Ouest) – en soirée.

Figure 3.10: Variation de MRT aux centres de places de différentes géométries comparativement à des rues d’orientations et de dimensions similaires. Night=nuit, Morning=matinée, Noon=midi, Afternoon=après-midi, Evening=soirée.

Figure 3.11: Variation de MRT aux coins d’une Place de différentes géométries comparativement à des rues d’orientations et de dimensions similaires.

3.5 L’Application de la méthode simplifiée pour évaluer MRT

La méthode graphique pour définir en gros les conditions de confort thermique dans les espaces urbains est facile d’usage. La méthode procure une information sur les valeurs de MRT et leurs variations pour les cinq périodes de la journée (Figs. 3.4-3.9 et 3.12-3.15), en période estivale à un moment ensoleillé en fonction des paramètres suivants : (i) la latitude, (ii) l’albédo de la chaussée, (iii) la protection solaire, et (iv) de la géométrie de l’espace et (v) de son orientation.

Les étapes pour appliquer la procédure sont les suivantes :

1. Définir la latitude du lieu à l’étude, 2. Vérifier l’orientation de l’espace urbain ainsi que les sections en

termes de rapport H/W, 3. Définir la période du jour, 4. Lire la valeur approximative de MRT sur le graphique approprié.

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Figure 3.13: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation NS – en soirée.

Figure 3.14: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation EW (Est-Ouest) – durant la nuit.

Figure 3.15: Variation de MRT dans les rues de référence – orientation NS – durant la nuit.

* sun protection in a sunny area= dans une zone ensoleillée avec protection solaire

Les valeurs de MRT ainsi que leurs variations moyennes, en fonction de l’albédo et de la protection solaire locale, peuvent êtres lues sur les graphiques des rues (Figures 3.4 -3.9 et 3.12-3.15).

Les valeurs de MRT se réfèrent à : i) des surfaces totalement ombragées, ii) surfaces ensoleillées, iii) surfaces ensoleillées disposant d’une protection locale contre le rayonnement solaire direct (100%). L’interpolation est possible pour des conditions différentes, c.-à-d., pour une protection solaire ayant une transparence de 50%. Comme les valeurs de MRT sur une place sont différentes de celles sur une rue de dimension similaire, les Figures 3.10 et 3.11 indiquent les valeurs de MRT à différents endroits de la place (en terme de différence par rapport à la valeur de MRT prévue dans une rue de dimensions semblables). Quatre places ont été simulées avec des dimensions et orientations différentes ; pour chaque place les différences de MRT en 5 points sont indiquées, comme des niches microclimatiques (centres et coins).

Par exemple, si nous considérons une rue 18H, 50W, orientée NS à Milan, la valeur de MRT prévue durant la matinée est environ 24°C avec une variation de ±3°C au soleil et de 12.5°C à l’ombre, tandis que pour la surface ensoleillée avec une protection solaire locale la valeur de MRT prévue est de 15°C ± 1°C.

Si nous considérons une place rectangulaire de 30x60m, 18H, à Milan, la température prévue durant la matinée est de 0.5°C supérieure dans le coin SE (à l’ombre) comparée à la valeur sur la rue de dimension semblable. Dans des conditions identiques, dans le coin NE la MRT prévue sera de 13°C plus élevée.

3.6 Législation (lignes directrices) 2001. TOROC (Torino Organising Committee XX Olympic Winter Games) - Linee guida di sostenibilità nel progetto, nella costruzione e nell' esercizio dei villaggi olimpici". 2003. ITACA. Protocollo ITACA (Istituto per la Trasparenza, l’Aggiornamento e la Certificazione degli Appalti)- Gruppo di lavoro interregionale in materia di bioedilizia. “Protocollo ITACA” per la valutazione della qualità energetica ed ambientale di un edificio.

3.7 Liste de contrôles

• Niche microclimatique

• Conditions de rayonnement

• Albédo de la chaussée

• Morphologie

3.8 Références

[1] Nikolopoulou, M. and Steemers, K. (2003). Thermal comfort and psychological adaptation as a guide for designing urban spaces, Energy and Buildings, Vol. 35, No.1.

[2] Katzshner, L. (2002). Bioclimatic characterization of urban microclimates for the usage of open spaces, Proc.: Architectural and Urban Ambient Environment, Nantes. air temperature in Milan

air temperature in Athens air temperature in Copenhagen [3] Scudo, G., Rogora, A. and Dessì, V. (2002). Thermal comfort perception and evaluation in urban space, Proc.: EPIC 2002 AIVC, Lyon.

[4] Asaeda, T. and Ca Thanh, V. (1996). Heat storage of pavements and its effect on the lower atmosphere, Atmospheric Environment, Vol. 3°, No 3.

[5] SOLENE++ Guide d’Utilisation, Laboratoire CERMA, École d’ Architecture de Nantes.

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[6] Dessì, V. (2001). Evaluation of microclimate and thermal comfort in open space, Proc.: 18thPassive and Low Energy Architecture (PLEA) International Conference, Florianópolis.

[7] http://www.meteotest.ch [8] Santamouris M. and Doulos L. (2001). Comparative Study of Almost 70 Different

Materials for Streets and Pavements, M.Sc. Final Report, University of Athens, Department of Physics, Athens.

[9] Dessì, V. (2002). People’s behaviour in an open space as design indicator – comparison between thermal comfort simulation and users’ behaviour in an open space, Design with the environment, Proc.: 19th Passive and Low Energy Architecture (PLEA) International Conference, Toulouse.

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Figure 4.1: Modèle tri-dimensionnel du All Saint’s Garden, Cambridge.

Figure 4.2: Modèle d’élévation numérique (DEM). Une image 2D en niveaux de gris avec des valeurs comprises entre 0 (noir) et 255 (blanc), où le noir et le blanc correspondent respectivement aux hauteurs maximales et minimales de la zone.

Figure 4.3: Carte d’occupation du sol. Une image en noir et blanc où le noir indique une zone construite et le blanc un espace ouvert.

Figure 4.4: Carte du facteur de vue du ciel. Les tons clairs correspondent aux facteurs de vue du ciel élevés. (Algorithme Matlab de Ratti [1])

4 MORPHOLOGIE URBAINE

4.1 Introduction

Des recherches, menées au Martin Centre à Cambridge, ont montré que des applications innovantes de techniques d’analyses d’images sur des textures urbaines tri-dimensionnelles permettent de relier, à un niveau simplifié, les caractéristiques micro-climatiques avec la forme urbaine. Plus précisément, des paramètres de la forme urbaine ont été extraits à l’aide de techniques d’analyses d’images. Celles-ci se sont avérées très utiles pour explorer les corrélations entre la forme urbaine et divers aspects des performances environnementales concernant l’environnement solaire et éolien ainsi que la consommation d’énergie. Ceci ouvre la possibilité de progrès significatifs dans la caractérisation du micro climat urbain et dans la capacité d’évaluer, sans la nécessité de modèles élaborés, l’impact environnemental de formes urbaines alternatives ainsi que de propositions de changements.

Les paramètres environnementaux qui ont été identifiés comme jouant un rôle majeur sur le confort dans le contexte urbain à une échelle locale sont ceux qui sont directement influencés par les altérations micro climatiques dues à l’urbanisation. Les facteurs micro climatiques clefs comprennent la température (effet d’îlot de chaleur), l’ensoleillement, le mouvement du vent, l’environnement acoustique et la propagation du bruit urbain. L’analyse morphologique urbaine peut principalement contribuer à l’étude de la température, de l’ensoleillement et du vent, ainsi que procurer un aperçu des questions relatives à la propagation du bruit.

4.2 Morphologie urbaine

En parlant de ‘morphologie urbaine’ on signifie simplement la forme tri-dimensionnelle d’un groupe de bâtiments ainsi que les espaces qu’ils créent. La raison principale de travailler avec cette façon de voir la forme urbaine est qu’elle permet aux concepteurs et planificateurs de comprendre les conséquences de choix stratégiques sans perdre les questions de détails architecturaux. La morphologie urbaine est d’importance primordiale pour le micro climat extérieur.

Pour décrire la morphologie urbaine, on utilisera une gamme de descripteurs de forme qui permettent de faire des liens avec les performances environnementales. Par exemple, on peut discuter de l’influence de la géométrie des bâtiments sur l’ensoleillement, le vent ou le bruit dans un espace ouvert. Le but n’est pas de décrire en détail la physique ou la complexité des phénomènes mais de définir des relations simplifiées.

4.3 Paramètres morphologiques et leurs influences sur les espaces urbains ouverts.

4.3.1 Introduction

Une gamme de paramètres géométriques et leurs relations avec le micro climat urbain sont décrits ci-dessous. L’accent est porté sur les facteurs morphologiques qui ont un impact sur le confort extérieur.Une collection de paramètres morphologiques est listée à la Figure 4.4, qui indique aussi le flux d’information entre les diverses cartes produites par analyses d’images ainsi que la façon dont elles sont superposées et combinées pour servir au processus de conception. Pour ces recommandations relatives à la morphologie urbaine, le site du All Saint’s Garden à Cambridge (UK) a été retenu comme étude de cas.

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Figure 4.5: Organigramme du processus d’analyse de la morphologie urbaine. INPUT=données d’entrée, OUTPUT=données de sortie.

Figure 4.6: Carte d’ombrage solaire. Les gris les plus sombres correspondent aux zones qui demeurent le plus souvent à l’ombre en moyenne annuelle.

Figure 4.7: Carte de durée d’insolation produite à partir de la carte d’ombrage solaire (Figure 4.6). Chaque couleur correspond au nombre moyen d’heures d’ensoleillement.

En spécifiant un modèle 3D (Figure 4.1), un modèle d’élévation numérique (DEM) (Figure 4.2), une carte d’occupation du sol (Figure 4.3) ainsi que des données géographiques et micro climatiques, des sorties telles que des cartes du facteur de vue du ciel, d’ombrage solaire et d’obstruction du vent peuvent être produites afin de caractériser les espaces