Mémoire Online: Vers un outil d’aide à l’optimisation de l’éclairage naturel dans le processus de conception architecturale (Approche inverse)

Sommaire: Vers un outil d’aide à l’optimisation de l’éclairage naturel dans le processus de conception architecturale

Introduction
Problématique
Hypothèses
Objectifs
Méthodologie
CHAPITRE I : La notion de l’éclairage naturel dans la conception architecturale
Introduction
I. La conception comme processus de « Résolution de Problèmes »
I. 1. Le processus de conception chez les Anglo-saxons
I. 1.1. La contribution de John Christopher Jones
I.1.2. La contribution de Christopher Alexandre
I.1.3. La contribution d’Herbert Simon
I.1.4. La contribution de Geoffrey Broadbent
I.1.5. La contribution de Horst Rittel
I.1.6. La contribution de Karl Popper
I.1.7. La contribution de Nigel Cross
I.2. Le processus de conception chez les Français
I.2.1. La contribution de Jean-Charles Lebahar
I.2.2. La contribution de Philippe Boudon
I.2.3. La contribution de Dominique Raynaud
I.2.4. La contribution de Robert Prost
I.3. Récapitulation
I.3.1. Tableau récapitulatif
I.3.2. Caractéristiques des problèmes de conception
I.3.3. Modèle du projet architectural proposé par Daniel Siret
II. L’ambiance lumineuse comme l’un des problèmes de conception architecturale
II.1. Définitions
II.2. Exemples de prise en compte de l’éclairage naturel dans la conception des projets architecturaux
II.2.1. L’exemple du « Dôme du Palais du Reichstag » par Norman Foster
II.2.2. L’exemple de « De Syllas House » par Justin De Syllas
II.2.3. L’exemple de « Orchard Learning and Resource Centre » par Ahrends Burton, Koralek et Ove Arup and Partners
II.2.4. L’exemple de la « American Community School, Sports Centre » par les architectes du Studio E Architects
II.2.5. L’exemple de « Gridshell Building, Weald and Downland Museum » par Edward Cullinan et Buro Happold
II.3. Récapitulation
III. La lumière naturelle comme support physique de l’éclairage naturel
III.1. Un bref aperçu
III.2. Introduire la lumière de jour au bâtiment
III.3. Caractérisation de l’environnement lumineux extérieur
III.3.1. Modèle de ciel de Moon & Spencer
III.3.2. Modèle de ciel de Richard Kittler
III.3.3. Modèles de ciel de Nakamura et Igawa
III.3.4. Modèle de ciel de Michel Perraudeau
III.3.5. Modèle de ciel de Richard Pérez
IV.4. Evaluation de la lumière de jour
IV.4.1. Unité d’évaluation quantitative
IV.4.2. Evaluation qualitative
Conclusion
CHAPITRE II : Simulation classique et simulation inverse de l’ensoleillement dans le projet architectural
Introduction
I. Etat de l’art de la simulation directe de l’ensoleillement
I.1. Conception Assistée par Ordinateur
I.1.1. Logiciel informatique
I.1.2. Simulation numérique
I.1.3. Logiciels de simulation directe de l’ensoleillement
I.2. Validation d’un Logiciel de Simulation de l’Eclairage
I.2.1. Validation analytique
I.2.2. Validation expérimentale
I.2.3. Validation comparative
I.3. Exemple de Logiciels de Simulation d’Eclairage Naturel
I.3.1. ADELINE
I.3.2. DIALux
I.3.3. ECOTECT
I.3.4. GENELUX
I.3.5. INSPIRER
I.3.6. LesoDial / DIAL-Europe
I.3.7. LIGHTSCAPE
I.3.8. RADIANCE
I.3.9. SUPERLITE
I.3.10. VELUX DAYLIGHT VISUALIZER
I.3.11. Synthèse comparative des logiciels de simulations directe de l’ensoleillement
I.4. Exemple de travail avec les logiciels de simulation de l’éclairage naturel
I.4.1. Présentation du modèle d’espace pour la simulation directe
I.4.2. Les étapes du travail avec DIALux 4.11.0.2
I.4.3. Les étapes du travail avec « ECOTECT V 5.50 »
I.4.4. Comparaison entre DIALux 4.11.0.2 et ECOTECT V 5.50
I.4.5. Proposition d’un diagramme de simulation de l’éclairage
II. L’approche inverse comme solution au problème de conception d’éclairage
II.1. Modélisation déclarative
II.1.1. Présentation
II.1.2. Avantages de la modélisation déclarative
II.1.3. Etapes de la modélisation déclarative
II.2. L’Approche inverse en éclairage naturel
II.2.1. Présentation
II.2.2. Niveaux de simulation inverse de l’ensoleillement
II.2.3. Méthodes de simulation inverse de l’ensoleillement
II.2.4. Expressions des intentions
III.3. Exemple de programmes informatiques de simulation inverse de l’ensoleillement 
II.3.1. Le logiciel TRNSHD
II.3.2. Le logiciel WINSHADE
II.3.3. Le logiciel SUSTARC
II.3.4. Le logiciel CALCSOLAR
Conclusion
CHAPITRE III : Vers un modèle numérique de calcul des ouvertures par simulation inverse de l’ensoleillement
Introduction
I. Présentation et argumentation du choix du modèle d’espace et des points de calcul
I.1. Présentation et argumentation du modèle d’espace choisi pour le calcul
I.1.1. Géométrie et dimensions
I.1.2. Présentation et argumentation du choix des points de calcul
I.2. Les étapes de calcul
I.2.1. Etape (1) : calcul du flux extérieur Φext
I.2.2. Etape (2) : Calcul des surfaces des éléments d’ouverture
I .3. Validation des résultats du calcul
I.3.1. Résultats du calcul avec DIALux 4.11
I.3.2. Résultats du calcul avec Ecotect Analysis 2011
I.3.3. Remarque et interprétation des résultats de la validation
I.3.4. Evaluation statistique des écarts des résultats
I.4. Le modèle développé MSNIEN
I.4.1. Présentation
I.4.2. Utilisation de MNSIEN
Conclusion
CHAPITRE Iv : Application du modèle dans une situation réelle de conception des ouvertures
Introduction
I. Présentation de l’expérience 
I.1. Environnement de l’expérience
I.1.1. Lieu de l’expérience
I.1.2. Date et heure de l’expérience
I.1.3. Outils utilisés durant l’expérience
I.1.4. Sujets de l’expérience
I.2. Déroulement de l’expérience
I.2.1. Phase « cours »
I.2.2. Phase « exercice »
II. Résultats de l’expérience 
II.1. Résultats du groupe A (utilisant DIALux 4.11.02)
II.2. Résultats du groupe B (utilisant MNSIEN)
III. Etude des résultats de l’expérience 
III.1. Evaluation des résultats
III.1.1. Evaluation des résultats du Groupe A
III.1.2. Evaluation des résultats du Groupe B
III.1.3. Synthèse de l’évaluation des résultats
III.2. Rapprochement des résultats
III.2.1. Paramètre « dimensions » de l’élément d’ouverture
III.2.2. Paramètre « surface » de l’élément d’ouverture
IV. Tableau de comparaison montrant l’avantage de MNSIEN par rapport à DIALux  
Conclusion
Conclusion générale et Perspectives
Annexe
Liste des figures
Liste des tableaux
Bibliographie

Extrait du mémoire vers un outil d’aide à l’optimisation de l’éclairage naturel dans le processus de conception architecturale

Chapitre I : La notion de l’éclairage naturel dans la conception architecturale.
I. La conception comme processus de « Résolution de Problèmes »
Conséquence de son importance et de sa complexité, l’activité de conception faisait et continue de faire l’objet d’étude par les chercheurs dans différents domaines afin d’arriver à une véritable compréhension de cet acte. Les différentes contributions réalisées peuvent être organisées sous trois paradigmes : le paradigme introspectif à base de conjectures sur la manière dont les humains conçoivent, le paradigme applicationniste qui emprunte des modèles à d’autres domaines de connaissance en vue d’étudier la conception architecturale et celui des sciences de l’architecture qui offre un cadre scientifique pour le développement de recherches sur la conception architecturale. [Arrouf, 2006] Vu le cadre dans lequel s’insère notre recherche, l’objectif de cette section n’est pas de faire une analyse approfondie sur le processus de conception mais de tenter, à travers une revue des différentes contributions, d’englober la majorité des points de vue des chercheurs dans ce domaine afin d’en extraire une de ces principales caractéristiques.
I. 1. Le processus de conception chez les anglo-saxons
Chez les anglo-saxons, les modes de conception ont été souvent associés aux  « design-methods » dont l’objectif était de mieux comprendre les principales vérités essentielles en vue d’aboutir à des solutions plus globales afin de réaliser une meilleure expérience pour les utilisateurs avec les systèmes dont ils dépendent.
Malgré l’existence d’autres approches et méthodes développées par cette communauté, le choix des « Design-methods » comme représentant était basé sur le caractère philosophique qui couvre ces approches. Les « Design-methods » représentent une partie que l’on peut qualifier comme majeure de la vision des anglo-saxons envers la conception en général et la conception architecturale en particulier. [Mazouz, 2008]
I. 1.1. La contribution de John Christopher Jones
L’organisateur de la conférence de Londres de 1962, John Christopher Jones, est considéré comme l’un des pionniers de la scientification de la conception, notamment avec son œuvre « design-methods » ; un ouvrage qui a été pour longtemps vu comme l’un des textes majeurs en conception/design.
La contribution de J.C Jones dans le domaine de la conception était sa déclaration que la conception se décompose en : premièrement, « divergence » : cette étape est selon lui « ….l’acte de l’extension de la limite d’une situation de conception de manière à avoir un  assez grand espace de recherche fructueuse dans lequel on essaie de trouver une solution ; on cartographie le territoire du problème. A la fin de cette étape, le problème se décompose en sous-problèmes qui peuvent chacun être résolu dans un isolement spécifique et en rapport avec des personnes différentes ». Deuxièmement, « la transformation » : cette étape est selon lui « ….le modélisme, le plaisir des éclairs de perspicacité, le jeu de changement ; cette étape peut se traduire de façon inattendue, à tout moment, mais…….ne doit être appliquée qu’après que la divergence ait été faite, c’est une étape pendant laquelle il y a une liberté de changer les sous-objectifs, d’ajouter ou de supprimer des fonctionnalités. » Troisièmement, « convergence »: à ce stade, le problème est défini, les variables ont été identifiées et les objectifs ont été connus ; le travail du concepteur consiste à réduire les incertitudes secondaires progressivement jusqu’à ce que seulement un des nombreux modèles alternatifs possibles sera choisi ou laissé. [Hileman, 1998]  Selon J.C Jones, si un sous-problème imprévu se révèle, le processus de conception doit revenir au mode de transformation là ou toutes les variables peuvent être considérées.

………….

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Vers un outil d’aide à l’optimisation de l’éclairage naturel dans le processus de conception architecturale (Approche inverse) (10.58 MB)  (Rapport PDF)
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