conception de bâtiments solaires : méthodes et outils des

CONCEPTION DE BÂTIMENTS SOLAIRES : MÉTHODES ET OUTILS DES
ARCHITECTES DANS LES PHASES INITIALES DE CONCEPTION
Mémoire
Émilie Bouffard
Maîtrise en sciences de l’architecture
Maître en sciences de l’architecture (M.Sc.Arch)
Québec, Canada
© Émilie Bouffard, 2013

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Résumé
L’énergie solaire disponible sur la terre constitue une ressource naturelle abondante et
renouvelable. Toutefois, l’utilisation de cette énergie demeure, à ce jour, relativement peu
répandue dans la pratique courante de l’architecture. Afin de contrer cette tendance,
l’Agence Internationale de l’énergie (AIE) a mis sur pied la Tâche 41 "Énergie solaire et
Architecture", dont le but principal est d’encourager et d’accélérer le développement d’une
architecture solaire de haute qualité à l’échelle internationale.
Réalisée dans le cadre de la Tâche 41 de l’AIE, cette recherche a pour objectif d’analyser
des projets d’architecture choisis pour leur utilisation de l’énergie solaire, afin d’élargir les
horizons des créateurs du domaine de la construction et, de manière plus générale, des
citoyens concernés par leur environnement bâti. En marge de cet objectif, la recherche vise
à présenter des méthodes et des outils d’exploitation du solaire pour les phases initiales du
processus de conception de projets par les architectes.

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TABLE DES MATIÈRES
RÉSUMÉ ........................................................................................................................................................ III
ABSTRACT................................................................................................................................................... VII
AVANT-PROPOS ........................................................................................................................................... IX
REMERCIEMENTS ...................................................................................................................................... XI
LISTE DE TABLEAUX .............................................................................................................................. XIII
LISTE DES FIGURES ................................................................................................................................. XV
1. INTRODUCTION ........................................................................................................................................ 1
1.1 DÉVELOPPEMENT DURABLE EN ARCHITECTURE : LES ÉNERGIES RENOUVELABLES ................................... 1
1.1.1 Le rayonnement solaire jusqu’au bâtiment ...................................................................................... 5
1.1.2 L’intégration de l’énergie solaire à l’architecture ........................................................................... 9
1.1.3 Les obstacles à l’intégration .......................................................................................................... 12
1.2 OBJECTIFS DE RECHERCHE ...................................................................................................................... 15
1.3 MÉTHODES ET OUTILS ............................................................................................................................. 16
1.3.1 Constats .......................................................................................................................................... 19
2. ARCHITECTURE SOLAIRE ................................................................................................................... 23
2.1 ÉCLAIRAGE NATUREL .............................................................................................................................. 23
2.2 PRODUCTION DE CHALEUR UTILE ............................................................................................................ 26
2.2.1 Le solaire thermique passif ............................................................................................................ 26
2.2.2 Le solaire thermique actif ............................................................................................................... 29
2.2.2.1 Production de chauffage de l’eau ........................................................................................... 31
2.2.2.2 Production de chauffage de l’air ............................................................................................. 36
2.3 PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ .................................................................................................................. 40
2.4 SYSTÈMES HYBRIDES .............................................................................................................................. 45
2.5 CONSTATS DE L’INTÉGRATION DES SYSTÈMES SOLAIRES À L’ARCHITECTURE ......................................... 48
3. PROCESSUS DE CONCEPTION DES ARCHITECTES ...................................................................... 55
3.1 PROCESSUS DE CONCEPTION PAR LE BIAIS DES CARACTÉRISTIQUES ........................................................ 55
3.2 PROCESSUS DE CONCEPTION PAR LE BIAIS DES ACTIONS ......................................................................... 58
3.3 PROCESSUS DE CONCEPTION PAR LE BIAIS DES PHASES ........................................................................... 60
3.3.1 Processus de conception traditionnel ............................................................................................. 60
3.3.2 Processus de conception intégré .................................................................................................... 62
3.4 PROCESSUS DE CONCEPTION ABORDÉ À PARTIR DES MÉTHODES DE CONCEPTION EMPIRIQUES ................ 68
3.5 CONSTATS DE L’INTÉGRATION DE LA VARIABLE SOLAIRE DANS LE PROCESSUS DE CONCEPTION DES
ARCHITECTES ................................................................................................................................................ 72
4. EXEMPLE DE MÉTHODES ET D’OUTILS DE CONCEPTION SOLAIRE .................................... 75
4.1 LES GUIDES SOLAIRES EXISTANTS ........................................................................................................... 75
4.2 LES MÉTHODES ET OUTILS SOLAIRES ....................................................................................................... 78
4.2.1 Les méthodes et outils qui concernent l’éclairage naturel ............................................................. 78
4.2.2 Les méthodes et outils qui concernent la production de chaleur utile ........................................... 89
4.2.3 Les méthodes et outils qui concernent la production d’électricité ................................................. 92
4.3 CONSTATS À TIRER DES EXEMPLES DE MÉTHODES ET OUTILS SOLAIRES .................................................. 94