Méthode d`aide à la conception architecturale basée

N°d’ordre 05 ISAL : 2005-ISAL-0024 année 2005
RESUME DE LA THESE EN FRANÇAIS
presentée
DEVANT L’INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON ET
L’UNIVERSITE FEDERALE DE RIO DE JANEIRO
pour obtenir
LE GRADE DE DOCTEUR
PAR
Eduardo Breviglieri Pereira de Castro
Ingénieur et Master of Sciences de l’Université Fédérale de Juiz de Fora, Brésil
METHODE D’AIDE A LA CONCEPTION ARCHITECTURALE BASEE
SUR L’ANALYSE MULTICRITERE ET SUR DES DONNEES
SIMULEES DES COMPORTEMENTS DES BATIMENTS – Vol. 2
Soutenue le 18-04-2005 devant la Commission d’Examen
Jury
.
Leopoldo Eurico Gonçalves Bastos, D.Sc. Directeur de Thèse
Joseph Virgone, D.Sc. Directeur de Thèse
Cláudia Barroso-Krause, D.Sc. Rapporteur
Gilbert Achard, D.Sc. Rapporteur
Manuel Ernani de Carvalho Cruz, Ph.D. Examinateur
Jean Jacques Roux, D.Sc. Examinateur
Francisco José da Cunha Pires Soeiro, Ph.D. Examinateur
Sylvie Barraud, D.Sc. Examinateur

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RESUME
Au cours des premières étapes de la conception architecturale, il est rare que des outils
servant à analyser quantitativement ou qualitativement les diverses alternatives de projet
soient utilisés. Néanmoins, c’est pendant ces phases initiales de la procédure de conception
que des décisions importantes sont prises et vont influencer profondément le comportement
du bâtiment en termes de consommation d'énergie et de confort environnemental. Donc, il est
important de disposer d'une méthode qui puisse assister le concepteur dans le choix d’une
solution architecturale permettant d’aboutir à un bâtiment qui présente une bonne
performance sur les critères de confort et de la consommation d'énergie.
Ce travail présente une méthode d'aide à la conception architecturale pouvant être
utilisée dans cette phase initiale de la conception des bâtiments. Pour son développement,
nous nous sommes basé sur la méthode de l'analyse multicritère pour le classement des
alternatives de projet. Les critères considérés ont été : le confort thermique; le confort visuel;
la quantité de lumière naturelle; la qualité de l'air et la consommation d'électricité. Les
performances des solutions de projet concernant ces critères ont été obtenues à travers des
simulations, en utilisant pour cela des codes informatiques développés pendant la recherche et
des programmes commerciaux (TRNSYS 15). Les différentes alternatives architecturales sur
lesquelles les choix vont se porter seront en relation avec par exemple l’orientation de
l'immeuble, la direction du vent, la dimension des fenêtres et le type de climatisation des
locaux, qu’il faut définir au cours de l'avant-projet. La méthode est basée sur l’application de
règles générales de comportement issues des performances simulées de la construction.
Nous présentons un exemple d'application de la méthode dans lequel est considérée
comme typologie architecturale un immeuble de bureaux de plusieurs niveaux. Les
simulations ont été réalisées en considérant des conditions de climat tropical humide de la
ville de Rio de Janeiro. Des résultats des simulations et les règles de tendance obtenues (qui
décrivent les comportements du bâtiment) sont montrés sous forme de courbes et de
graphiques.
Finalement, nous présentons un logiciel mettant en œuvre la méthode sous forme d'un
outil informatique d'aide à la conception des bâtiments pour la phase d'avant-projet.

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ABSTRACT
AN ARCHITECTURAL CONCEPTION AIDING METHOD BASED ON
MULTICRITERIA ANALYSIS AND ON BUILDING SIMULATED
DATA
The study of architectural conception shows that, during its first stages, tools are rarely
used to analyze quantitatively or qualitatively the project alternatives. However, it is in these
initial phases of the conception process that important decisions are taken and will deeply
influence the building behavior in terms of energy consumption and ambient comfort.
Therefore, it is important to have a method that can assist the designer to choose an
architectural solution that will turn into a building that presents a good performance related to
those criteria.
This work presents an architectural conception aiding method to be used in the initial
phase of a building design. It is based on a multicriteria analysis method for the ranking of the
project alternatives. The considered criteria were: the thermal comfort; the visual comfort; the
amount of natural light; the air quality and the electricity consumption. The performances of
each project solution related to these criteria were obtained by means of simulation. The
computational codes used in the research were developed within the thesis or consisted of
commercial programs (TRNSYS 15). The differences between the architectural designs are
given by some building parameters generally available during the sketch phase, like building
orientation, wind direction, windows sizes and the type of environment climatization. The
application of the method is based on general rules of behavior derived from the simulated
performances of the construction.
An example of the method application is presented. The architectural typology
considered was a multi-story office building. The simulations were carried out considering the
hot humid climate conditions of Rio de Janeiro. Both the simulation results and some
tendency rules describing the building behaviors are shown, in the form of curves and graphs.
Finally, a microcomputer code is presented implementing the method in the form of a
computational tool to aid conceptors during the first stages of building design.

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SOMMAIRE
Introduction ..................................................................................................................................6
Chapitre 1. Conception Architecturale et Décision Multicritère...........................................11
1.1 – La conception architecturale...............................................................................................11
1.2 – Méthodes et Outils d'Aide à la Conception des Bâtiments...............................................12
1.3 – La Décision Devant la Multiplicité de Critères. ................................................................15
1.4 – La Méthode ELECTRE III..................................................................................................16
Chapitre 2. Ventilation et Comportement Thermique du Bâtiment....................................19
2.1 – La Ventilation de l'Espace Bâti ..........................................................................................19
2.2 – Evaluation de la Qualité de l'Air Intérieur........................................................................21
2.3 – Evaluation du Confort Hygrothermique...........................................................................22
2.4 – Simulation du Comportement Thermique du Bâtiment..................................................23
2.5 – Le Couplage du Problème Thermo-aéraulique.................................................................24
2.6 – Le Logiciel de Simulation de Ventilation Naturelle .........................................................25
2.7 - Validation Indirecte du Code..............................................................................................26
2.8 – Le Couplage du Code AeolusMZ au Système TRNSYS ....................................................26
Chapitre 3. La Lumière Naturelle et Le Bâtiment ................................................................29
3.1 – La Lumière Naturelle et sa Mesure ...................................................................................29
3.2 – Le Confort Visuel ...............................................................................................................29
3.3 – Haute Qualité Environnementale Concernant le Confort Visuel.................................... 30
3.4 – Le Calcul de l'Eblouissement dû à Une Fenêtre ...............................................................31
3.5 – Calcul de l’Eclairement Idéal en Termes de Consommation Energétique ......................32
3.6 - Le Soleil et le Ciel comme Sources de Lumière Naturelle.................................................35
3.7 – Validation du modèle de Dogniaux...................................................................................37
3.8 – Le Logiciel de Simulation de la Lumière Naturelle..........................................................39
Chapitre 4. Consommation Energétique d'un Bâtiment du Secteur Tertiaire ....................42
4.1 – Consommation d'Energie Electrique dans les Bâtiments.................................................42
4.2 – L'Initiative Brésilienne pour la Réduction de la Consommation Energétique dans les
Bâtiments ....................................................................................................................................43
4.3 – Le Concept d'Immeuble Efficace en Termes Energétiques..............................................44
4.3.1 – L’Efficacité absolue d’un bâtiment ........................................................................44
4.3.2 – L’Efficacité relative d’un bâtiment........................................................................45
4.4 – Stratégies pour Minimiser la Consommation d'Energie dans les Bâtiments..................46
4.5 – Simulation de la Consommation Energétique d'un Bâtiment .........................................47
Chapitre 5. Simulation Numérique d’un Bâtiment...................................................................49
5.1 – Simulation et Modélisation d’un Bâtiment .......................................................................49
5.2 – Le Modèle de Bâtiment......................................................................................................51

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5.2.1 – Typologie et caractéristiques générales du bâtiment adopté................................51
5.2.2 – Caractéristiques des matériaux et composition des murs....................................53
5.2.3 – Caractéristiques des ouvertures externes et internes...........................................53
5.3 – Le Modèle Climatique........................................................................................................54
5.4 – Le Modèle d'Occupation et d'Utilisation...........................................................................55
5.5 – Objectifs des Simulations ..................................................................................................57
5.6 – Description des Règles Expertes.......................................................................................58
5.7 – Détermination des Règles Expertes ................................................................................. 60
5.8 – Détermination de Stratégies de Projet à partir des Simulations ...............................62
Chapitre 6. Résultats des Simulations et Logiciel d’Aide à la Conception................................63
6.1 – Comportements du Bâtiment pour Différentes Inerties Thermiques..............................63
6.2 – Comportements du Bâtiment en Été et en Hiver ............................................................ 66
6.3 – Conclusion des Etudes de Comportement pour les Périodes d'Été/Hiver et pour des
Inerties Thermiques Distinctes ..................................................................................................67
6.4 – Les Règles Expertes pour la Période d’Eté .......................................................................67
6.4.1 – Les règles expertes rapportées à la lumière naturelle.......................................... 68
6.4.2 – Les règles expertes pour des salles avec climatisation artificielle........................70
6.4.3 – Les règles expertes pour des locaux avec ventilation naturelle ...........................72
6.5 – Application des Règles Expertes à l’Analyse Multicritère................................................74
6.6 – Le Logiciel d’Aide à la Conception Architecturale............................................................75
6.7 – Exemple d'Application du Logiciel d'Aide à la Conception..............................................79
Conclusion.................................................................................................................................. 84
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ..................................................................................... 86