[PDF] Processus de conception énergétique de bâtiments durables

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QVERTISSEMENTr

r r soutenancer etr misr ˆr dispositionr der lmensembler der lar communautŽruniversitairerŽlargiedr r Ilr estr soumisr ˆr lar propriŽtŽr intellectueller der lmauteurdr Cecir lÕutilisationrdercerdocumentdr r -mautrer partér touter contrefaonér plagiatér reproductionr r illiciter encourtrunerpoursuiterpŽnaledr r r r r r r LIENS r r r r 1 École Doctorale RP2E (Ressources, Procédés, Produit, Environnement) Équipe de Recherche sur les Processus Innovatifs (ERPI) Centre de Recherche en Architecture et Ingénierie (CRAI) Thèse présentée en vue de l"obtention du grade de Docteur de l"Institut National Polytechnique de Lorraine en Génie des Systèmes Industriels par

Vida Gholipour

Soutenance le 01 juillet 2011

Jury

M. Jean-Jaque TERRIN

Rapporteur

Professeur, HDR, l"École nationale supérieure d"architecture de Versailles

M. Bernard YANNOU

Rapporteur

Professeur, HDR, École Centrale Paris

M. Mohammad-Mehdi MAHMOUDI

Examinateur

Professeur, Faculté de l"architecture et de l"urbanisme, Université de Téhéran

M. Riad BENELMIR

Examinateur

Professeur, HDR, LERMAB, Université Henri Poincaré, Nancy

M. Jean-Claude BIGNON

Co-directeur de thèse

Professeur, HDR, CRAI, Institut National Polytechnique de Lorraine

Mme. Laure MOREL

Directeur de thèse

Professeur, HDR, ERPI, Institut National Polytechnique de Lorraine Équipe de Recherche sur les Processus Innovatifs, 8, , rue bastien Lepage- 54 010 Nancy Centre de Recherche en Architecture et Ingénierie : 2, rue bastien Lepage- 54 000 Nancy Éco-conception collaborative de bâtiments durables 2 ÉCO-CONCEPTION COLLABORATIVE DE BATIMENTS DURABLES 3

À Mahin et Yaghob

À Ava et Taha

4 " Ask a difficult question, and the marvelous answer appears. » Molavi Rumi, the poem Joy at Sudden Disappointment ÉCO-CONCEPTION COLLABORATIVE DE BATIMENTS DURABLES 5

Remerciements

NTRRTROUTC GÉALUGTE. É2R.2T.A.UETR PLUÉ2UCTURAT1 .LRE.2T'PAAÉSP ÉRLP2GR PLRTT2R T AVB.LTETT'OT 'OTU. ATU4 P'TUU.U322PeÉRL1Uso43rTRATNT2R TETT'OT 'OTT2i 'OLRT'R. TTR T232"G2LT LTsNi3rETAV32URLR.RnÉRLP2ÉA4PA$RT'O2LB.TETaP ÉL2TcoAATÉGRG1L2É2'GTÉ .2T ÉAAP'ÉRLP2ET T'OT 'OTE.mL2LUR TETAVo2UTL"2TmT2RU.G LT. TRETAÉT'OT 'OTETAÉp É2'TclT RLT2Ux TmT 'LT 'T.tB.LP2RT mLUAÉ GÉALUÉRLP2ET'TRRTROUTé lT TmT 'LTUL2' TmT2RumTaÉ. TudoaC4 P1TUUT. ETU-2LeT ULRGUTR6L T'RT. ETAVo43P. UP2 1ATT2RÉ2RB.TEL T'R L'TET'TRRTROUTCP. UTU'P2UTLAU G'LT.tTRATU2PmS T.UTU TAT'R. TUTR

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Résumé

Aider les concepteurs à améliorer la qualité environnementale de leur projet durant la phase

d"esquisse peut contribuer à un meilleur profil environnemental des réalisations finales.

Face aux nouvelles exigences liées au développement durable (ressources énergétiques,

matériaux de proximité...), les concepteurs doivent conduire un travail d"ajustement entre le contexte du projet et les solutions architecturales qui est de plus en plus complexe. Pour aider les concepteurs dans ce travail, nous proposons une méthode fondée sur l"usage de patrons de conception orientés environnement que nous nommons éco-modèles. Ces patrons

s"apparentent à des solutions types éprouvées par de nombreux concepteurs. Les éco-modèles

et les réalisations où ils ont été utilisés ont été implémentés dans un outil numérique appelé

éco.mod. Grâce à une interface spécifique, les concepteurs peuvent naviguer dans cette base

de données, sélectionner des éco-modèles et construire un scénario environnemental adapté à

leurs projets architecturaux. L"outil éco.mod leur permet de visualiser les conséquences

environnementales de leurs choix.

Deux expérimentations, assistées par cet outil, ont largement confirmé nos hypothèses sur la

pertinence de la méthode proposée et l"outil associé.

Mots-clés : éco-conceINTRODUIC GÉGUALÉGE.TGGÉDU2RO2ÉINTROU 02CTNÉ2N.0 PÉDU12R-:RA'PÉ, outil

n umérique 8 ÉCO-CONCEPTION COLLABORATIVE DE BATIMENTS DURABLES 9

Abstract

Assisting designers in improvement of environmental quality of their project, early in the sketch phase, could result in a better environmental profile of the final product. Designers are facing new necessities related to sustainable development, such as considering sources of energy and usage of local materials, among others. To find a compromise between the project"s context and architectural solutions, one has to carry out complex adjustment tasks to address this issue. To help designers with these tasks, we proposed a method founded on the usage of environment-oriented "design patterns", which we have named "eco-models". By being used in their projects, these eco-models are approved by many designers as plausible solutions. The eco-models and the actual projects in which they have been used are gathered and implemented in a (web-based) digital tool, named "eco.mod." The interface of eco.mod enable designers to navigate in the database, and select appropriate eco-models to create an environmental scenario for their own architectural project. The eco.mod tool allows users to visualize the environmental consequences of theirs choices. Two experiments assisted by this tool have been conducted, and have mainly confirmed our hypothesis about efficacy of this proposed method and its associated tool. Keywords: eco-design, sketch phase, architectural design, eco-models, digital tool 10 ÉCO-CONCEPTION COLLABORATIVE DE BATIMENTS DURABLES 11

Table des matières

NTROUCTON GÉNÉRALE ....................................................................................................................... 2I

PARTE 1 ÉTAT E L'ART SUR LA CONCEPTON ENVRONNEENTALE E BTENTS .. 24I \b \b \b\b\b\b\b \bI \b \b \b I \b \b I \b !I

1.3.1. Les ori"ines .................................................................................................................................................................. 2$I

1.3.2 La reconnaissance ...................................................................................................................................................... 34I

"\b#\b \b I

1.4.1. La complexité et l'incertitude de l'éco-conception ....................................................................................... 36I

1.4.2. L'a1ustement pro"ressif dans un processus d'éco-conception ................................................................. 33I

\b$\b \b \b \b "%I

1.5.1. Le pro1et architectural de 67timent ................................................................................................................... 4I

1.5.2. L'importance de la phase amont dans la conception architecturale ..................................................... 43I

\b\b \b \b\b \b \b\b \b\bI \b$&$\b\b '\b \b \b(")I

2.1.1. Conception collective ............................................................................................................................................... 4$I

2.1.2. Retour d'expérience ................................................................................................................................................. 51I

2.1.3. Réutilisation des précédents ................................................................................................................................ 55I

\b $\b'\b\b\b \b \b I

2.2.1. La "énération des formes ....................................................................................................................................... 6I

\b$'\b \b \b *I

2.3.1. Les outils de mesure ................................................................................................................................................. 64I

2.3.2. Les approches par référentiels et la6ellisations ........................................................................................... 67I

2.3.3. Les approches com6inées ...................................................................................................................................... 71I

\b$'\b \b "I

2.4.1. Critique des approches du "roupe 1 .................................................................................................................. 77I

2.4.2. Critique des approches du "roupe 2 .................................................................................................................. 32I

2.4.3. Critique des approches du "roupes 3 ................................................................................................................ 33I

\b\b I PARTE 2 ÉLABORATON 'UN OUTL 'AE ; L'ECO-CONCEPTON COLLABORATVE E

BATENTS ..................................................................................................................................................... 3$I

\b \b\b\b\b \b\b\b !\b\b I \b \b#\b(!I 12

3.1.1. L'a6straction et la scénarisation au travers des éco-mod

3.1.2. Les Éco-od

3.1.3. Les éco-mod \b \b#\b(%%I

3.2.1. dentification des éco-mod

3.2.2. Contextualisation des éco-mod

3.2.3. odélisation des éco-mod -\b $\b\b I

3.3.1. dentification de l'Atrium .................................................................................................................................... 131I

3.3.2. Contextualisation de l'Atrium ............................................................................................................................ 133I

3.3.3. odélisation de l'Atrium ..................................................................................................................................... 137I

\b \b \b\b\b\b\b\b "I "/\b\b \b\b0!I

4.1.1. Besoins pressentis ................................................................................................................................................. 14I

4.1.2. Fonctions ................................................................................................................................................................... 141I

4.1.3. Environnement de parta"e et nteractions .................................................................................................. 142I

"1 \b\b0"*I

4.2.1. Supports du test Pro1et de conception d'un 67timent d'accueil de la ferme expérimentale de la

Bou>ule ................................................................................................................................................................................... 146

I

4.2.2. éroulement du test .............................................................................................................................................. 143I

4.2.3. Retours et analyses ................................................................................................................................................ 14$I

4.2.4. Bilan du test points d'amélioration et limites ........................................................................................... 152I

"/\b\b \b "I

4.3.1. Base de données ...................................................................................................................................................... 154I

4.3.2. nterface de consultation d'éco.mod ............................................................................................................... 156I

\b\b $I PARTE 3 E@PÉRENTATON E L'OUTL PROPOSE SUR EU@ CAS .................................... 166I \b\b\b\b \b&\b\b\b#'\b $I

2\b\b\b

\b *)I

5.1.1. Support de l'expérimentation la ferme expérimentale de la Bou>ule ............................................. 163I

5.1.2. éroulement des séances .................................................................................................................................... 16$I

5.1.3. Choix de l'outil de présentation ........................................................................................................................ 171I

3 \b I

5.2.1. O6servations ............................................................................................................................................................ 173I

5.2.2. Évaluation environnementale ........................................................................................................................... 176I

5.2.3. Questionnaire .......................................................................................................................................................... 177I

0 )"I

5.3.1. Analyse des o6servations .................................................................................................................................... 134I

5.3.2. Analyse des profils environnementaux ......................................................................................................... 137I

5.3.3. Analyse des questionnaires ................................................................................................................................ 1$I

\b$\b\b\b% #\b\b\b \b\b(( "I ÉCO-CONCEPTION COLLABORATIVE DE BATIMENTS DURABLES 13

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