Mémoire de master
Janvier 2014
Directeurs de mémoire
Jean-François Blassel
Pascale Joffroy

Le confort en ville :
Étude de...
Marie Rouger
Eléonore Wimart
Mémoire de master
Matières à penser
Janvier 2014
Directeurs de mémoire :
Jean-François Blasse...
Résumé

	 Les villes sont constituées de multiples configurations urbaines : immeubles
alignés sur rue, tours sur dalle, b...
Abstract

	Cities are made of multiple urban configurations : building lining the
street, towers established on a slab, li...
Sommaire

Introduction	1

1.	

Le microclimat : un phénomène urbain 	

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De quelle manière le microclimat impacte-t...
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Interprétation par critère : quelles grandes règles de conception urbaine et
architecturale pouvons-nous tirer des an...
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Introduction

	 Aujourd’hui, il est devenu évident que les villes doivent se penser « avec le climat »
et non pas « en ...
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d’approximer et de quantifier le confort. Cette méthode se veut accessible aux
concepteurs en indiquant d...
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Conclusion

	 La démarche protocolaire que nous mettons en place permet une approximation
simple du confort dans l’esp...
Conclusion

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ouverts (comme les rues pré-haussmanniennes) ?
L’usage de dispositifs ponctuels comme les brumisateurs ou ...
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Bibliographie

Microclimat et Formes urbaines :
- ATHANEMA, Khaled. Thèse de doctorat : Modélisation et simulation des...
Bibliographie

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Nantes, 29 novembre 2000.

Îlots de Chaleur :
- APUR. Les îlots de chaleur urbains à Paris, phase 1, dé...
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Dissertation of degree (abstract)

  1. 1. Mémoire de master Janvier 2014 Directeurs de mémoire Jean-François Blassel Pascale Joffroy Le confort en ville : Étude de l’impact de la forme urbaine sur le confort du piéton Cas des formes urbaines génériques Comment modéliser le microclimat en vue d’une utilisation dans la conception architecturale et urbaine ? Marie Rouger Eléonore Wimart
  2. 2. Marie Rouger Eléonore Wimart Mémoire de master Matières à penser Janvier 2014 Directeurs de mémoire : Jean-François Blassel Pascale Joffroy
  3. 3. Résumé Les villes sont constituées de multiples configurations urbaines : immeubles alignés sur rue, tours sur dalle, barres enserrant une place… La complexité morphologique des ces aménagements urbains modifie fortement les microclimats à l’échelle locale, en perturbant l’écoulement du vent, en amplifiant ou non l’accès solaire et en modifiant significativement la température ressentie dans l’espace public. Ces paramètres climatiques - tributaires de la morphologie urbaine influent significativement sur le confort des usagers. Ce travail de mémoire vise à étudier, par le biais de l’élaboration d’un protocole d’analyse microclimatique, la relation entre les formes urbaines génériques, le microclimat qu’elles génèrent et le confort ou l’inconfort supposé dans leurs espaces publics. L’objectif du mémoire est de mettre en place une démarche objectivante permettant de quantifier une notion difficilement appréhendable comme le confort du piéton. Pour caractériser l’impact de la forme urbaine sur le confort, nous avons créé un protocole se basant sur des observations volumétriques et des simulations solaires (Logiciel Ecotect Analysis), couplé à des seuils microclimatiques théoriques (issus de la littérature existante) et à une réinterprétation graphiques de zones d’inconfort ou de confort. Cette démarche permet de simuler les différents paramètres physiques impactant le microclimat et d’améliorer la compréhension du confort d’un site sans avoir recours à des relevés expérimentaux longs et fastidieux. Nous avons par la suite appliqué le protocole d’analyse à neuf configurations urbaines génériques représentatives de différents modes d’urbanisation particulièrement présents dans Paris et sa banlieue. Les résultats de cette étude ont été croisés avec l’étude d’indicateurs géométriques menée en parallèle, afin d’évaluer les effets de la géométrie urbaine sur les ambiances dans les espaces extérieurs. De plus, une lecture comparative des différents sites a abouti à un classement de ces derniers en fonction du confort qu’ils généraient. Les conclusions de cette recherche ont permis l’élaboration de quelques recommandations sur la conception et l’adaptation de tissus urbains pour les architectes et les urbanistes. Mots clés Morphologie urbaine, microclimat urbain, modélisation climatique, confort du piéton, paramétrique, tissus génériques, aide à la conception architecturale
  4. 4. Abstract Cities are made of multiple urban configurations : building lining the street, towers established on a slab, linear building enclosing a square… The morphological complexity of those urban plannings induce significant changes in the microclimatic parameters at local scale by affecting the local wind field, increasing or not solar access and modifying air feelings in public space. Those parameters, dependent of urban morphology have an impact on the pedestrians comfort. This research work aims to study the relations between generic urban shapes, the microclimate they create and the expected comfort or discomfort in public spaces, through the elaboration of an analysis protocol. The work purpose is to develop an objective approach allowing us to quantify a complex notion such as the pedestrian comfort. To characterize the impact of urban plannings on comfort, we developed a protocol based on volumetric reports and solar simulations (Ecotect Analysis Software) linked to microclimatic levels (from the existing literature) and graphic translations of comfort and discomfort areas. This approach allows us to simulate the physical conditions impacting the microclimate and to improve the comfort understanding without using records in situ. We have conducted this analysis protocol on nine sites which are a representative panel of generic urban configurations in Paris and its suburbs. The results were crossed with the study of geometrical indicators that we carried out in parallel, to evaluate the effects of urban geometry on outdoor space environment. Furthermore, we made a comparative reading of sites to create a classification according to the comfort. The conclusion of this research led in the elaboration of some recommendations on urban design and adaptation for architects and urban planners Keywords Urban morphology, urban microclimate, climatic modeling, pedestrian comfort, parametric, generic urban fabric, architectural design tools
  5. 5. Sommaire Introduction 1 1. Le microclimat : un phénomène urbain 5 1.1 De quelle manière le microclimat impacte-t-il le confort du piéton ? 5 1.2 Les facteurs urbains générant le microclimat 9 a. Les facteurs de volumétrie 9 b. Les facteurs de surface c. Les facteurs additionnels 1.3 23 25 Création d’une grille de critères 29 2. Création d’un protocole d’analyse microclimatique appliqué à la conception architecturale et urbaine 31 2.1 Comment quantifier le confort ? 31 2.2 Affinement de la méthode pour une utilisation des concepteurs 33 a. L’importance du relevé sur site 33 b. Interprétation des résultats chiffrés 35 c. Résultats graphiques : comment les comparer et les relier à la notion de confort ? 37 d. Résultats non quantifiables : comment les prendre en compte dans les études ? 39 d. Coefficients pondérateurs : comment hiérarchiser l’analyse ? 43 2.3 Création d’un protocole d’analyse 45 3. Étude comparée de neuf fragments urbains 49 3.1 Choix de configurations urbaines génériques à Paris et sur la Dorsale Est 49 Présentation des sites 51
  6. 6. 3.2 Interprétation par critère : quelles grandes règles de conception urbaine et architecturale pouvons-nous tirer des analyses de site ? 55 a. L’Accès Solaire : générer une répartition égalitaire du confort sur l’année 55 b. L’Albédo : penser une répartition judicieuse des matériaux 61 c. Les Mouvements Aérauliques : préférer les tissus poreux 63 d. La Chaleur Anthropique : réduire la pollution thermique 65 Interprétation par site : quel confort pour quelle typologie ? 67 a. Morphologies génériques et confort 67 b. Un classement du confort ? 77 c. La recette du confort microclimatique 77 Vers une paramétrisation du protocole 81 a. Limites de la démarche 81 b. Comment automatiser l’analyse ? 81 3.3 4. Conclusion 87 Bibliographie 91 ANNEXES 95 ANNEXE 1 : Application des critères d’analyse sur neuf sites d’étude (dépliant) ANNEXE 2 : Protocole d’analyse (dépliant) 97 101 ANNEXE 3 : Application du protocole d’analyse sur neuf sites d’étude (dépliant) 103 ANNEXE 4 : Commentaires et classement des neuf sites d’étude (dépliant) 107
  7. 7. 1 Introduction Aujourd’hui, il est devenu évident que les villes doivent se penser « avec le climat » et non pas « en faisant abstraction du climat ». En effet, tout aménagement urbain entraîne une modification locale du climat. Les épisodes de surchauffe caniculaire en ville - les îlots de Chaleur Urbains - en sont la preuve. Le contrôle et l’amélioration du confort dans les espaces extérieurs sont donc devenus primordial pour les concepteurs. Depuis quelques années, on observe une multiplication des études scientifiques sur le thème de l’analyse des microclimats urbains : on cherche à les comprendre, à les quantifier, à les comparer et parfois même à les prédire. Les résultats de ces études s’appuient le plus souvent sur des modèles numériques dynamiques permettant de simuler des comportements climatiques mais qui restent très difficiles d’accès. La démarche proposée dans ce mémoire est de revenir à une compréhension morphologique et raisonnée du microclimat et de proposer une méthode d’approximation du confort se basant sur des réflexions directement liées à la forme urbaine à la manière de Serge SALAT dans Les villes et les formes sur l’urbanisme durable, 2011. Nous avons testé cette méthode d’analyse sur neuf formes urbaines correspondant à différents modes d’urbanisation qui ont marqués l’histoire de Paris et de sa banlieue afin d’en tirer des conclusions relatives au confort. A partir de ces éléments, deux questions peuvent se poser : Comment modéliser le microclimat en vue d’une utilisation dans la conception architecturale et urbaine ? Quelles sont les formes urbaines de la métropole parisienne les plus thermiquement favorables en terme de confort extérieur ? Notre mémoire s’articule de la manière suivante : En premier lieu (Partie 1), nous nous intéressons au rapport morphologie urbaine/ microclimat du point de vue du confort des usagers. Nous étudions pour ce faire les différentes caractéristiques morphologiques responsables de la modification du confort extérieur. Cette étude purement théorique de compréhension du phénomène du microclimat nous amène ensuite à l’élaboration d’un protocole d’analyse (Partie 2) permettant
  8. 8. Introduction 3 d’approximer et de quantifier le confort. Cette méthode se veut accessible aux concepteurs en indiquant directement l’emplacement de « zones de confort » en fonction du critère climatique considéré. Nous avons ensuite appliqué notre protocole d’étude à neuf fragments urbains à Paris et sur la Dorsale Est (Partie 2). Les sites d’études choisis correspondent à des formes urbaines génériques, diversifiées et connues, afin de renseigner les spécificités climatiques propres à chacune de ces configurations urbaines. Nous avons alors pu classer ces neuf sites d’études en fonction du confort que leur microclimat générait et ce de manière (quasi) objective. Enfin (Partie 4), nous avons interrogé la possible automatisation du protocole à l’aide d’outils paramétriques.
  9. 9. 87 Conclusion La démarche protocolaire que nous mettons en place permet une approximation simple du confort dans l’espace public en se basant sur une interprétation raisonnée de critères morphologiques. Cette méthode démontre l’efficacité de certaines formes urbaines, comme les rues dans les tissus Haussmanniens, de type « HBM » ou encore de type « îlots ouvert ». Plus précisément, notre protocole montre l’intérêt des configurations poreuses -  admettant en leur sein des cours semi-ouvertes sur rue - pour le confort des usagers, que ce soit d’un point de vue aéraulique, thermique ou radiatif. Au delà de l’impact de la volumétrie pure sur le confort dans les espaces publics, la méthode que nous avons élaborée, renseigne également le rôle prépondérant que jouent la répartition des arbres ou des revêtements de surface sur le sol public : les résultats de confort en sont fortement dépendants, quels que soient les sites. Néanmoins, la démarche proposée admet quelques limites : l’impact de certains critères ne peut pas être quantifié (c’est le cas de la chaleur anthropique ou des mouvements convectifs), la marge d’erreur due aux approximations successives et aux interprétations reste très élevée, et le processus d’analyse reste long et fastidieux. Nous avons donc envisagé une automatisation du protocole à l’aide de logiciels paramétriques afin d’améliorer ce dernier point. La démarche que nous proposons, nous l’avons vu, est orientée comme outil d’aide à la conception microclimatique de nouveaux aménagements urbains en relation avec le confort. Mais les analyses menées durant ce mémoire ouvrent la réflexion sur une autre problématique liée au microclimat : comment améliorer le confort des formes urbaines déjà existantes ? Nous avons déjà formulé certains éléments de réponse : la plantation judicieuse d’arbres permet d’améliorer le confort d’été, le choix de revêtement de sol à albédo élevé permet de diminuer la surchauffe estivale et certaines bonnes pratiques énergétiques peuvent significativement diminuer la chaleur anthropique. Mais de nombreuses pistes de recherche restent à considérer : comment adapter les tissus trop ouverts au ciel (comme les grands ensembles) et ceux trop peu
  10. 10. Conclusion 89 ouverts (comme les rues pré-haussmanniennes) ? L’usage de dispositifs ponctuels comme les brumisateurs ou les miroirs d’eau (arrosage de la voirie) est il une solution efficace pour lutter contre la surchauffe ? Comment optimiser les cours d’immeubles ? L’adaptation du territoire est aujourd’hui indispensable, mais elle doit se penser de manière microlocale : à chaque fragment urbain correspond une réponse microclimatique particulière. Notre protocole d’analyse de site prend alors tout son sens dans l’objectif de dégager des solutions d’adaptation propre à chaque site.
  11. 11. 91 Bibliographie Microclimat et Formes urbaines : - ATHANEMA, Khaled. Thèse de doctorat : Modélisation et simulation des microclimats urbains : Étude de l’impact de la morphologie urbaine sur le confort dans les espaces extérieurs. Cas des éco quartiers, École Centrale de Nantes, 11 octobre 2012. - BENZERZOUR, Mohamed. Thèse de doctorat : Transformations urbaines et variations du microclimat : Application au centre ancien de Nantes et proposition d’un indicateur «morpho-climatique», École polytechnique de l’Université de Nantes, 15 octobre 2004. - GIVONI, Baruch. Climate Considerations in Building and Urban Design, John Wiley & Sons, 1998, p.239-441. - GIVONI, Baruch. L’homme, l’architecture et le climat, Le Moniteur, 1978. - OLGYAY, Victor. Design with climate, bioclimatic approach for architectural regionalism, Princeton University Press, 1963. - PENICAUD, Hubert. Microclimats urbains étudiés sous l’angle du confort à l’extérieur des bâtiment, Paris : Plan construction, 1978. - RATTI C., BAKER N., STEEMERS K. «Energy consumption and urban texture», Energy and Buildings, 2004. - SALAT, Serge. Les villes et les formes sur l’urbanisme durable, Hermann, 2011, p.171188. - VINET, Jérôme. Thèse de Doctorat : Contribution à la modélisation thermo-aéraulique du microclimat urbain. Caractérisation de l’impact de l’eau et de la végétation sur les conditions de confort en espaces extérieurs, École polytechnique de l’Université de
  12. 12. Bibliographie 93 Nantes, 29 novembre 2000. Îlots de Chaleur : - APUR. Les îlots de chaleur urbains à Paris, phase 1, décembre 2012. http://www.apur.org/sites/default/files/documents/Ilots_chaleur_urbains_paris. pdf - VALETTE, Emmanuelle et CORDEAU, Erwan. Les îlots de chaleur urbains, Répertoire de fiches connaissance, IAU Ile de France, novembre 2010. Vent : - GANDEMER, Jacques et GUYOT, Alain. Intégration du phénomène vent dans la conception du milieu bâti, Ministère de l’équipement, La documentation française, CSTB Nantes, 1976. Végétation : - CABANEL J. et STEFULESCO C. L’urbanisme végétal, Paris : IDF, 1993. - EQUIPE ARTOPOS. Morphologie, végétal et microclimats urbains. Cas d’Aix-enProvence et de Nîmes. Tome 1, le contexte, analyse urbaine, Plan urbain, Ministère de l’Equipement, 1997. - GANDEMER, Jacques et GUYOT, Alain. La protection contre le vent, Paris : CSTB, 1981. - GUYOT, Alain. L’arbre urbain un composant du confort pour l’architecture, Intervention de cours - conférence en 4eme année à l’école d’architecture de Marseille Luminy. http://www.marseille.archi.fr/~imagine/pedagogie/vegetal/coursveg.html

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