لجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبيةا

وزارة التعليم العالي و البحث العلمي

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Mohamed Khider - Biskra

Faculté des Sciences et de la technologie

Département d'Architecture

Ref …………

بسكرةخيضرجامعة محمد

كلية العلوم و التكنولوجيا

قسم الهندسة المعمارية

.........المرجع

Mémoire présenté en vue de l'obtention

du diplôme de

Master en Architecture

Option : Architecture et environnement dans les zones arides et semi-arides

Les fonctions de la fenêtre et leurs

impacts sur le confort lumineux dans

les régions à climat sec et aride

Présentée par :

BERKOUK Djihed

Devant le jury composé de :

Pr. ZEMMOURI Noureddine Président Université de Biskra

Mr. MEZERDI Toufik Rapporteur Université de Biskra

Melle. HAMEL Khalissa Examinateur Université de Biskra

Melle. MERZOUKI Wafia Examinateur Université de Biskra

Année Universitaire 2013-2014

Sous la direction de : Mr . MEZERDI Toufik

I

Résumé

Durant des millénaires, l’homme utilisait les ouvertures des abris et d'habitations

uniquement pour l'aération de l'espace intérieur. Et avec l'apparition des nouvelles tâches et

activités domestiques la lumière naturelle est devenue comme une nouvelle fonction de ses

ouvertures. Donc la fenêtre et devenue un des composants les plus complexes des édifices.

Ceci est dû aux rôles contradictoires qu'allait jouer la fenêtre notamment dans l’éclairage et

l’occultation, la vue sur l’extérieur et la recherche d’intimité, l'exploitation et la protection

solaire, et enfin l'aération et la protection contre les intempéries. Et avec l'invention des

énergies artificielles telles que l'électricité, ainsi après le développement technologique et

avec l'invention du chauffage et du climatiseur les architectes ont petit à petit commencé à

négliger l'importance de la fenêtre. Malheureusement la plupart des architectes algériens

considèrent la fenêtre comme un détail technique ou esthétique et laissant aux électriciens

d'ajouter les équipements d’éclairage, pour avoir soit disant le confort lumineux optimal à

l’intérieur. Cette conduite pose de sérieux problèmes économiques dus à la forte demande en

matière d'énergie électrique. De cela il est impératif de s'orienter vers l'architecture passive et

bioclimatique qui marche avec le développement durable pour donner un rôle plus important

aux fonctions de la fenêtre en matière d'éclairage naturel.

L’objectif de cette recherche est d’évaluer quantitativement, les performances

lumineuses du système d’éclairage latéral d’une salle de lecture d’une bibliothèque

municipale, située dans une région à climat chaud et aride, afin de voir les différents points

positifs et les points négatifs des dispositifs de la fenêtre de cette salle de lecture pour avoir un

confort lumineux à l’intérieur. Pour aboutir à cet objectif nous proposons une simulation

informatique par l’utilisation des logiciels Radiance. Et pour la modélisation et l’intégration

des données climatiques de la ville de Biskra on a utilisé le logiciel Ecotect. Dans cette

recherche, on a changé un seul indicateur, qui est le type de protection qui consiste en i)

l’auvent unique, ii) l’auvent subdivisé iii) et le Light-Shelf, pour étudier le niveau

d’éclairement sur le plan de travail pour avoir un confort lumineux à l’intérieur de cette salle

de lecture. Notre travail est structuré en deux parties, la première englobe toutes les notions de

base des fonctions de la fenêtre et de l’éclairage naturel, le climat lumineux, et le confort

lumineux dans les salles de lecture. Cette partie regroupe les cinq premiers chapitres. La

deuxième partie est celle qui apporte de nouveau dans cette recherche, elle représente le

gisement lumineux à Biskra et les différentes étapes de la réalisation de notre model, les

résultats obtenus par la simulation pour la détermination du meilleur composant (dispositif)

architectural de la fenêtre dans les régions désertiques à intervenir pour garantir un confort

lumineux optimal, elle regroupe les chapitre VI et VII.

Les mots-clés : les fonctions de la fenêtre, l’éclairage naturel, le climat lumineux, le confort

lumineux, salle de lecture, le niveau d’éclairement sur le plan de travail, les types de protecti

II

ملخص

منذ االف السنين, كان االنسان يستعمل فتحات االكواخ و مناطق العيش من أجل تهوية المجال. وبظهور النشاطات

وأكثرها هذا أصبحت النوافذ من أحد أهم العناصر المنزلية, أصبحت االضاءة الطبيعية كوظيفة جديدة لهذه الفتحات. ومن

في المباني. وهاذا يعود الى الوظائف المتناقضة التي تلعبها النافذة, نتخصص بالذكر االضاءة و الحجب, النظرة نحو تعقيدا

الطبيعية. و الخارج و البحث عن الخصوصية, التعرض و الحماية من أشعة الشمس و أخيرا التهوية و الحماية من العوامل

مع اكتشاف الطاقات االصطناعية كالكهرباء, ومع تطور التكنلوجيا و اكتشاف السخان و المبرد, بدأ المهندسون المعماريون

بالتخلي عن أهمية النافذة. لألسف معظم المهندسين المعمارين الجزائريين يعتبرون النافذة كتفصيل تقني ويتركون

الضاءة, للحصول على راحة اإلنارة في المجال الداخلي. هذا التوجيه أدى الى ظهور مشاكل الكهربائيين إلضافة تجهيزات ا

اقتصادية تعود الى االستهالك الكبير للطاقة الكهربائية. ومن هذا يستوجب علينا التوجه نحو العمارة الخضراء التي تتماشى

..ي مجال االضاءة الطبيعيةمع االستدامة, وهذا بإعطاء أهمية كبيرة لوظائف النافذة وخاصة ف

الهدف من هذا البحث هو التقييم الكمي لمؤثرات االنارة لنظام االنارة الطبيعية الجنبية )عبر النافذة( لقاعة مطالعة

نافذة خاصة بمكبة بلدية, تقع في منطقة جافة ذات مناخ حار وجاف, ألجل إظهار مختلف النقاط الجابية و السلبية إلضافات ال

الخاصة بقاعة المطالعة, للحصول على راحة اإلنارة في المجل الداخلي. للوصول الى هذا الهدف اقترحنا محاكات

بالكمبيوتر باستعمال برنامج االضاءة راديونس. وبالنسبة للتجسيم وإضافة المعطيات الطبيعية لمدينة بسكرة, استعملنا

يتضمن،ير مؤشر واحد والذي هو نوعية الحماية من أشعة الشمس و الذي البرنامج ايكوتاك. في هذا البحث قمنا بتغي

المقدمة األحادية المقدمة المقسمة, نظام الرف المضيء, لدراسة كمية الضوء الساقط على مكتب العمل للحصول على راحة

ساسية لوظائف النافذة و االضاءة اإلنارة داخل قاعة المطالعة. ينقسم بحثنا الى جزئيين, الجزء األول يشمل كل المفاهيم األ

الطبيعية, الجو المضيء و راحة االنارة في قاعة المطالعة. هاذا الفصل يتضمن الخمس فصول االولى األولى. الجزء الثاني

هو الذي جاء بالجديد في هذا البحث, حيث يقدم الجزء المضيء لمدينة بسكرة و مختلف مراحل تكوين النماذج, النتائج

ليها بالمحاكات من أجل تحديد أحسن اضافة معمارية لنافذة المناطق الجافة, لتحقيق راحة االنارة. ويتضمن المحصل ع

.الفصل السادس و السابع

وضائف النافذة, اإلضاءة الطبيعية, الجو المضيء, راحة اإلنارة, قاعة المطالعة, كمية الضوء فوق مكتب الكلمات المفتاح:

.ايكوتاك, راديونسالعمل, نوعية الحماية,

Introduction générale

1

Introduction

Depuis la naissance de l'être humain, l'homme cherchait sa sécurité, et c’est à partir de

ce besoin à la sécurité que la notion de la protection avait été énoncée. Cette protection était

contre le vent, les intempéries et les menaces extérieures soit par des paires (être humain) soit

par les animaux. Et après avoir satisfait son premier besoin à la protection, l'homme a

commencé à chercher l'amélioration du confort. Et pour en assurer ce dernier il fallait trouver

une relation forte entre l'intérieur et l’extérieur, c'est pour cela l'homme a essayé au fil des

siècles à satisfaire son besoin au confort à partir de ce que lui offre la nature en matière de

lumière d’air et de chaleur. De cela est apparue l'importance de la fenêtre.

La fenêtre s'est développée de la fenêtre traditionnelle en passant par la fenêtre

horizontale jusqu'à ce qu'elle est devenue l'enveloppe du bâtiment. De cela les fonctions de la

fenêtre se sont développées en parallèle avec le développement de l’architecture. De ce fait il

est préférable lors de la conception des fenêtres de penser à la séparation de la fonction

visuelle (la vue vers l’extérieur) de ses fonctions énergétiques (l’éclairage, le chauffage et la

ventilation).

1. Raisons du choix du thème de la recherche

Chaque chercheur doit choisir à étudier un thème précis selon ce que ce thème énonce

comme un problème qui mérite d'être d’étudié ou bien ce choix peut survenir à la suite

d’autres causes.

Mais les raisons qui sont derrière le choix du thème de la présente recherche sont:

oo Le chercheur s'intéresse au confort thermique intérieur et à l’éclairage naturel pour

voir si on assure ces deux variables on peut arriver à minimiser la consommation

énergétique.

oo L'étude de la fenêtre c'est une étude de l’éclairage naturel et du confort thermique à la

fois.

2. Problématique et questionnement

Durant des millénaires, l’homme utilisait les ouvertures des abris et d'habitations

uniquement pour l'aération de l'espace intérieur. Et avec l'apparition des nouvelles taches et

activités domestiques la lumière naturelle est devenue comme une nouvelle fonction de ses

ouvertures. Donc la fenêtre et devenue un des composants les plus complexes des édifices.

Ceci est dû aux rôles contradictoires qu'allait jouer la fenêtre notamment l’éclairage et

l’occultation, la vue sur l’extérieur et la recherche d’intimité, l'exploitation et la protection

solaire, et enfin l'aération et la protection contre les intempéries.

Avec l'invention des énergies artificielles telles que l'électricité, ainsi après le

développement technologique et avec l'invention du chauffage et du climatiseur les

Introduction générale

2

architectes ont petit à petit commencé à négliger l'importance de la fenêtre. Malgré cela il y'a

des architectes qui donnent de l'importance à cet élément tel que le Corbusier (1946) qui

affirme que « L’histoire de l’architecture moderne c’est une histoire de fenêtre ».

Malheureusement la plupart des architectes algériens considèrent la fenêtre comme un

détail technique ou esthétique et laisse aux électriciens d'ajouter les équipements d’éclairage,

pour avoir soit disant le confort lumineux optimal à l’intérieur. Cette conduite pose de

sérieux problèmes économiques dus à la forte demande en matière d'énergie électrique. De

cela il est impératif de s'orienter vers l'architecture passive et bioclimatique qui marche avec

le développement durable pour donner un rôle important aux fonctions de la fenêtre en

matière d'éclairage naturel.

Donc cette recherche essaye de répondre au questionnement suivant :

oo Pour une fenêtre dans les régions à climat chaud et aride, quelles seraient les

composantes architecturales à faire intervenir pour garantir un confort

thermique et lumineux optimal ?

3. Hypothèse

En réponse au questionnement de cette recherche qui se concentre sur la possibilité de

donner un éclairage naturel optimal en régions désertiques, on suggère l’hypothèse suivant:

((Le traitement spécifique des fonctions de la fenêtre et son accompagnement par

des dispositifs intérieurs et extérieurs appropriés aboutiraient à des conditions

d'environnement intérieur lumineux optimal)).

4. Objectif du travail

L’objectif principal de cette étude est d’évaluer quantitativement, les performances

lumineuses du système d’éclairage latéral d’une salle de lecture d’une bibliothèque

municipale, située dans une région à climat chaud et aride, afin de voir les différents points

positifs et les points négatifs des dispositifs de fenêtre de cette salle de lecture pour avoir un

confort lumineux à l’intérieur.

5. Méthodologie de recherche

Le contexte d'étude se limite aux régions arides à climat chaud et sec .Pour cela, on a

choisi la ville de Biskra comme lieu d'étude qui se situe dans ces régions.

Dans la ville de Biskra il y a plusieurs bibliothèques dont les fenêtres de différentes

caractéristiques (orientations, formes, tailles et protections) et cela dans différents espaces

notamment les espaces de lecture qui constituent le cas d'étude de la présente recherche.

Et pour répondre aux questionnements énoncées dans cette étude on va utiliser un

logiciel de simulation pour simulé une salle de lecture.

Introduction générale

3

6. Structure du mémoire

Ce mémoire est présenté dans sept chapitres, précédés par une introduction et termine

par une conclusion. Une partie théorique constituée de cinq chapitres sur les connaissances

des recherches dans le domaine. La partie pratique : englobe l’étude de mesures et la

simulation de niveau d’éclairement d’une salle de lecture virtuelle dans les trois jours annuelle

pour avoir un confort lumineux optimal.

Conclusion générale

127

1. Conclusion générale

En somme, ce mémoire est structuré en deux parties. La première partie comprend cinq

chapitres. Le premier chapitre a été initié par un aperçue historique sur la fenêtre, en

commençant par la fenêtre dans l'architecture Egyptienne et termine par la fenêtre dans

l'architecture contemporaine en passant par les différentes étapes essentielles de l'évolution de

la fenêtre. Et à la fin de ce chapitre on a vu les problèmes causés par l'effet négatif de la

transparence, ou de la grande baie vitrée sur le confort thermique et lumineux, sur les

bâtiments contemporains dans les régions à climat sec et aride. Comme, d’autre part on a

trouvé que la plupart des architectes algériens considèrent la fenêtre comme un détail

technique ou esthétique en laissant aux électriciens d'ajouter les équipements d’éclairage, pour

avoir soit disant le confort lumineux optimal à l’intérieur.

Le second chapitre qui on l’a intitulé le model conceptuel, et qu’on a peu d'écrit comme

les fonctions de la fenêtre, parce qu’il traite les différentes fonctions de celle-ci. A la fin de ce

chapitre nous avons proposé notre propre model conceptuel.

Dans ce model conceptuel on a traité des fonctions de la fenêtre qui sont reliées entre

elles et parfois contradictoires et on a donné un cadre pour notre recherche qui a une relation

avec le confort lumineux. Ensuite on a choisi un indicateur quantitatif qui est "le niveau

d'éclairement sur le plan de travail". Et à partir de ce model conceptuel, on a déterminé les

autres chapitres qui ont une relation avec la première et la deuxième fonction de la fenêtre et

qui sont, la fourniture de la lumière du jour et le filtre du soleil et de lumière. « Voir le model

conceptuel page 42 »

Dans le troisième chapitre qui étudié l'éclairage naturel. On a vu les différentes sources

lumineuses diurnes et les différents types de l'éclairage naturel, ensuite on a étudié les

différentes stratégies de l'éclairage naturel et on a vu aussi les caractérisations de la lumière

naturelle.

Dans le quatrième chapitre, dénommé le climat lumineux on a vu le mouvement annuel

de la terre autour du soleil et dans lequel on a vu les quatre positions clés. Ensuite on a étudié

la durée d’ensoleillement, la latitude et la trajectoire apparente du soleil sur la voute céleste et

on a vue aussi les différents diagrammes solaires, le rayonnement solaire et les différents type

de ciel.

Le cinquième chapitre, le confort lumineux dans les salles de lecture, dans lequel on a

présenté notre propre définition du confort lumineux et à partir de cette définition

opérationnelle on a étudié la quantité et la qualité de l'éclairage naturel dans les salles de

lecture.

La deuxième partie de ce mémoire comme par un chapitre qui traite du protocole

expérimentale dans lequel on a vu le gisement lumineux à Biskra et les différentes étapes de

la réalisation de notre model selon la géométrie du local, l'orientation de notre model, la

forme et la position de la fenêtre dans cette façade, le type de vitrage et le type de

photométrie. La réalisation des modèles à simuler dans les trois jours annuelles a été effectuée

Conclusion générale

128

à l'aide du logiciel Ecotect en deux étapes. La première étape consiste à concevoir le volume

de la salle de lecture avec l'intégration des fenestrations sur la façade Sud. La deuxième étape

consiste à intégrer les différentes protections associées à cette orientation.

Dans le septième chapitre on a interprété tous les résultats pour chaque model dans ces

trois jours annuelle. Ensuite on a fait des comparaisons entre ces résultats et enfin on a

déterminé le meilleur composant (dispositif) architectural de la fenêtre dans les régions

désertiques qui est le Light-Shelf à intervenir pour garantir un confort lumineux optimal. Ce

qui est, d'ailleurs l'objectif final de notre recherche.

2. Recommandations

Pour garantir un confort lumineux optimal dans les salles de lectures dans les régions à

climat sec et aride, la salle de lecture doit être conçue selon notre point de vue:

o Avec une superficie de 150 m² avec 15 m, de longueur et 10 m, de largeur et avec une

hauteur de 4.2 m.

o Un type de photométrie claire d'un Coefficient de réflexion de 33% pour le sol et 67%

pour les murs et 70% pour le plafond.

o Avec une surface vitrée de 30 m², dont 12 m de longueur et 2.5 m de largeur, orientée

vers le Sud.

Et la fenêtre de cette salle de lecture doit être :

o Equipée d'un Light-Shelf.

o Avec un vitrage clair, qui n'a pas un grand impact sur la quantité et la qualité de

l'éclairage naturel.

3. Les limites de recherche et les axes futures

Dans cette recherche, on a changé un seul indicateur, qui est le type d’occultation (le

type de protection) qui est i) l’auvent unique, ii) l’auvent subdivisé iii) et le Light-Shelf, afin

d’étudier le niveau d’éclairement sur le plan de travail, et ceci pour avoir un confort lumineux

dans les salles de lecture.

Mais si on change d’autres indicateurs, on trouve d’autres résultats, par exemple, quand

on change le type de vitrage, on arrivera aux autres résultats de niveau d’éclairement sur le

plan de travail et la même chose pour les autres indicateurs, comme : l’orientation, l’indice

d’ouverture dans la façade, la position de la fenêtre ….etc « Voir Annexe IV ».

Et on peut intégrer aussi, l’indicateur de la vision, ou la position de l’usager par rapport

à la fenêtre, qui nous donne d’autres phénomènes, comme le phénomène de l’éblouissement

direct.

Donc, il nous reste plusieurs indicateurs, qu’on peut traiter dans d’autres études

postérieures (Enchalah), comme le montre notre modèle conceptuel.