Blog #11

#11 BIOCLIMATIC

Chapelle, Los Angeles, Lloyd Wright

Revue d’atelier Marc Vaye

Automne 2012

Bioclimatic Physique et ĂŠthique

Temps Latin : tempus. Exprime la notion de mélange. Dérivés : tempête, intempérie, tempéré, température… Il est à noter que la langue française ne retient qu’un mot pour exprimer le temps, là où la langue anglaise en retient deux et distingue ainsi le temps qu’il fait, weather, du temps qui passe, time.

Climats Si la nature était parfaite nous n’aurions pas besoin de maison. Emilio Ambasz Dans les théories architecturales, le climat, est considéré comme une donnée fondamentale. Les premières architectures seraient apparues pour assurer la protection de l’humanité contre les rigueurs et les excès du climat, mais aussi contre les bêtes sauvages et autres ennemis appartenant à l’espèce humaine. Il y aurait donc à l’origine de toute forme architecturale un impératif : se préserver des intempéries, se préserver de l’imprévisibilité climatique.

Mélanges turbulents Le Verrier, astronome français, publie la première carte météorologique en 1855.

Nous n'avons donc pas beaucoup de mémoire sur les sciences du temps qu'il fait.

L'histoire des sciences est, faut-il le rappeler, depuis Descartes, toujours sous la raison du calcul : celui du temps compté, du temps qui passe, celui de la mécanique céleste, du soleil ou de l'horloge. La planète est un corps solide mais l'accessoire, océans et atmosphère, sont fluides. La mécanique ne sait pas attraper le volatile.

Les sciences dures traitent de l’univers des corps solides, comme ceux de la géométrie constructive. Les sciences floues sont celles des météors, plongées dans le chaos de l’univers du fluctuant, du flottant, du fluide. Il serait temps d'élaborer une théorie des flux généralisée. Flux d'eau à travers l'air, la pluie. Flux d'air à travers l'air, le vent. Flux d'onde électro-magnétique à travers le vide, le rayonnement solaire. Il est à noter que les flux sont rarement laminaires, mais plutôt turbulents. Traiter de la question du temps qu'il fait, c'est avoir affaire à des mélanges turbulents. Nous sommes invités à dépasser le rationalisme mécaniste issu de la seconde modernité (à partir de 1850) et qui a donné naissance au taylorisme, fordisme, keynésianisme, corbuséisme. C’est-à-dire aller au-delà des méthodes d'analyse et de représentation, qui percevant la réalité comme emprunte de complications, tendaient à oeuvrer par simplification souvent abusives, procédaient par séparation. En résumé entreprendre une critique du fonctionalisme au bénéfice d’une pensée fondée sur la relation complexe.

Paramètres climatiques Pression atmosphèrique.

Vent (direction, vitesse, turbulence, occurrence).

Température de l'air (moyennes, extrêmes).

Degré d'humidité de l'air (moyennes, extrêmes).

Rayonnement solaire (direct, diffus, global) (rayonnement total, solaire et terrestre) (bilan des échanges énergétiques sol / atmosphère).

Visibilité (brumes et brouillards qui atténuent le rayonnement solaire).

Nébulosité (nature et quantité de nuages qui infléchissent le rayonnement terrestre et solaire).

Evaporation, pouvoir récepteur de l'atmosphère en vapeur d'eau (fonction température, humidité de l'air et vent).

Précipitations (pluies, neige).

Un contexte particulier peut transformer notablement les termes généraux d’un climat introduisant la notion de microclimat.

Relief (configuration et orientation des pentes).

Nature du sol et de sa végétation.

Proximité d'une forêt (régulateur hydraulique), de la mer (régulateur thermique), d'une agglomération urbaine…

1 / Zone de chaleur et de lumière rayonnante.

2 / Panache de fumée et d’air chaud sous le vent.

Parabole de Reyner Banham Un groupe de bons sauvages, dans une clairière disposant de bois, veut installer un campement provisoire. Deux méthodes s’offrent à eux. Construire un abri contre le vent et la pluie. Se rassembler autour d’un feu, un foyer.

Solution structurelle ou solution énergétique ?

The architecture of the well-tempered environment, Reyner Banham,1969.

Indian Tales

Gizmo, combiné domestique transportable.

Reyner Banham, 1965, “a home is not a house”.

Eden et au-delà La réalisation d’un univers clos, isolé du monde et des phénomènes météorologiques, hante l’Utopie. Dans les romans d’anticipation le maintien du climat à une température constante a valeur de symbole du confort futuriste alors que les techniques rudimentaires de l’habitat vernaculaire ne faisaient qu’adoucir le climat. Superstudio propose la climatisation des corps, leur augmentation par manipulation génétique.

Les nouvelles symbioses portent sur les mécanismes de thermorégulation. Les cyborgs résistent au froid comme au chaud. Hollein substitue la thérapie médicamenteuse à tout acte constructif. Avec le Spray ou la pilule architecturale (1967), il suggère une architecture qui fonctionne par ses effets et non plus par sa présence.

L’homme est à la recherche du paradis perdu. A l’origine, il ignorait qu’il soit possible d’agir sur le climat naturel, le jour viendra où nous saurons nous passer de matériaux de construction. Otto Frei L’aménagement d’une région libre de la pollution du design est très similaire à la conception d’un paradis terrestre. Superstudio Il n’est plus besoin de construire pour le contrôle du climat et de l’environnement en général, la nouvelle architecture est faite d’informations. Hans Hollein

Poupées russes Le corps et sa peau, les vêtements, l’objet architectural voire la mégastructure comme chez Buckminster Fuller. Autant de bulles incluses les unes dans les autres comme des poupées russes, autant de peaux qui se superposent et démontrent si nécessaire la diversité et la complémentarité des stratégies élaborées à toutes les échelles pour satisfaire la quête du confort thermique.

Combinaisons spatiales, 1965.

Physiologie du confort thermique Le confort est perçu comme une absence d'inconfort. Il existe une infinité de situations expérimentées comme confortables qui résultent de la combinaison favorable des différents paramètres en jeu. Nous sommes des êtres vivants capables d'autoréguler la température de notre corps, au froid par apport de chaleur métabolique, au chaud par perte par évaporation (transpiration). La physiologie du confort est l'accomplissement de l'équilibre thermique avec l'apport minimum de thermorégulation. D'un point de vue calorifique notre corps est composé d'un épiderme doté d'avertisseurs qui contrôlent le flux de sang et d'un noyau central générateur de chaleur. La température de notre corps, 37°C, est en fait celle du sang. La notion de confort intègre aussi des facteurs relatifs au sujet, comme son degré d’activité, sa tenue vestimentaire, ses attendus culturels.

Sept conditions sont requises pour éprouver une sensation de confort : Réalisation de l'homéothermie (autorégulation) Température cutanée moyenne optimale de 33°C Sudation maximale limitée à 100g/h Maintien de la peau sèche Maintien du métabolisme Non dessication des muqueuses Humidité relative inférieure à 75/80 % La zone de confort, dite polygone de confort, est circonscrite par cinq limites.

Deux sont fixes (tension de vapeur minimale pour non dessication des muqueuses et courbe d'humidité relative de 80 %). Trois sont variables (température opérative inférieure au-dessous de laquelle le maintien de l'homéothermie impose une augmentation du métabolisme, température opérative supérieure au-delà de laquelle le maintien de l'homéothermie exige une sudation supérieure à 100 g/h, limite de l'humidité d'ambiance au-delà de laquelle l'évaporation de la sueur sécrétée n'est pas totale).

Thermorégulation C’est l'ensemble des fonctions qui règlent la production (thermorégulation chimique) et le transport (thermorégulation physique) de la chaleur en fonction des conditions thermiques de l'environnement de telle sorte que la température centrale de notre corps reste constante à environ 37°C.

Métabolisme Le métabolisme est le processus par lequel la nourriture est transformée en énergie avec un rendement de 20 % car 80 % sont dégradés en chaleur. Le métabolisme est dépendant de la respiration, fonction du degré d'activité du corps et pondéré par le poids, l'âge et l'état de santé. A un degré d'activité donné, la chaleur métabolique produite est le résultat de la thermorégulation nécessaire pour assurer l'équilibre thermique du corps.

Métabolisme de base 60/70 kcal/h Métabolisme d'activité sédentaire 100/120 kcal/h Métabolisme d'activité modéré 300/480 kcal/h Métabolisme du travail de force 600/750 kcal/h

Bilan thermique = M +/- R +/- C - E M : apport de chaleur générée par l'activité métabolique, chaleur de base.

R / C : bilan des apports et pertes par rayonnement, conduction, convection.

E : perte par respiration et transpiration (fonction de l'humidité relative, de la vitesse et de la température de l'air, de la température de rayonnement).

E

Chaleur rayonnante

R

Tout corps plus chaud que le milieu dans lequel il se trouve émet un rayonnement, c’est-à-dire de l'énergie en transit qui s'oriente toujours du plus chaud vers le plus froid. La puissance du rayonnement est fonction de la température du corps.

Le rayonnement est constitué d’ondes électromagnétiques dont la longueur d'onde est principalement située dans l'infrarouge. Quand un rayonnement frappe un corps, l'énergie transportée est renvoyée (réflexion diffusion), transmise (refraction), absorbée (transformée, c’est-à-dire dégradée, en chaleur).

Chaleur perceptible C conduction et convection La température d'un corps est l'expression de son degré d'excitation moléculaire.

La conduction est le phénomène par lequel l'excitation moléculaire se répand à travers un corps solide ou d'un corps solide à un autre et ceci des températures les plus hautes vers les plus basses. Le tranfert se fait de proche en proche et est fonction de sa capacité thermique (qualité d'un corps à accumuler de la chaleur en son sein en fonction de sa masse et de sa chaleur massique) et de sa résistance thermique (qualité d'un corps à s'opposer plus ou moins au transfert de chaleur).

La convection est au milieu fluide ce que la conduction est au milieu solide, sachant que les parties les plus chaudes d’un fluide devenant moins denses, elles s'élèvent formant ainsi des courants de convection.

Chaleur latente C'est la chaleur contenue dans la matière même selon son état. Chaleur requise pour transformer un liquide en gaz (vaporisation). Chaleur restituée lorsqu'un gaz se liquéfie (condensation).

Températures La température d'une ambiance est définie pour moitié par la température de surface des objets situés dans l'environnement proche et pour moitié par la température de l'air.

La température effective résulte de la pondération de la température d’ambiance par la correction due au degré d’humidité de l’air. Plus le taux d’humidité est élevé moins une température d’ambiance est perçue comme confortable (31°C à 20% d’humidité est équivalent à 27,5°C à 50% ou encore à 25°C à 80%).

La température résultante est une grandeur fictive qui intègre toutes les composantes du climat : la température d'air, la température radiante des objets situés dans l'environnement proche, la vitesse et le taux d’humidité de l'air.

Propriétés des matériaux L'absorptivité est le rapport entre l'énergie reçue et l’énergie absorbée.

L'émissivité d'un corps est l'énergie rayonnée à une température donnée, par unité de temps et de surface.

La conductibilité thermique d'un matériau est sa capacité à se faire traverser par la chaleur.

La réflexivité d'un matériau est sa capacité à réfléchir les radiations qu'il reçoit.

Un corps est d'autant plus radiateur qu'il a une grande émissivité et absorptivité.

Un corps est d'autant plus isolant qu'il a une faible conductivité, absorptivité, émissivité et une grande réflexivité.

Un corps est d'autant plus accumulateur qu'il a une grande absorptivité, capacité thermique et une faible émissivité, réflexivité.

Effet serre L'effet serre consiste à piéger l'énergie contenue dans le rayonnement solaire en enveloppant le corps exposé avec du verre ou du film plastique par exemple, c’està-dire d'un matériau qui est à la fois transparent au rayonnement solaire et opaque au rayonnement thermique.

Décomposition du phénomène Le rayonnement solaire est de l’énergie en transit.

Le rayonnement solaire traverse le verre (en moyenne environ 80%).

Lorsque la part transmise du rayonnement, poursuivant son chemin, heurte un corps opaque, son énergie se dégrade en chaleur.

La température du corps s’élève.

Devenu plus chaud que les corps environnants, celui-ci rayonne à son tour.

Ce rayonnement est qualifié de thermique.

Sa longueur d’onde lui interdit de traverser le verre.

La chaleur est piégée à l’intérieur du dispositif.

La température augmente....

Vernaculaire Verna : esclave attaché à une maison. Il existe un riche gisement de formes diverses et appropriées dans les architectures vernaculaires. Ce sont des architectures ordinaires, des architectures sans architectes, adaptées aux modes de vie, fondées sur une tradition orale transmise de générations en générations et sur une économie drastique de moyens. L’architecture sans architectes a des leçons d’intelligence constructive, d’inventivité formelle, de diversité d’usage à donner aux architectures contemporaines. C’est l’exposition Architecture without architects de Bernard Rudovsky (MOMA 1964) qui nous l’a rappelé.

Trullis, maison de pierres sèches, Pouilles, Italie

Tours à vents, maison à patio semi enterré, Yazd, Iran

Serre La serre est la première invention d’architecture météorologique, dont la nouveauté tient autant à sa structure allégée qu’au milieu artificiel qu’elle parvient à produire en maîtrisant lumière, température et humidité de l’air, ventilation. La serre appartient à la typologie des architectures à éclairage zénithale, c’est une clôture protectrice,

un modèle de la domination des hommes sur la nature. Elles annoncent une vision dynamique et énergétique du milieu et non plus une vision hyperstatique et structurelle. La serre est un jardin couvert, c’est-à-dire la conjonction magique d’un symbole et d’une fable, de l’image du paradis et du mythe de la protection.

De la serre au jardin d’hiver La serre passive traditionnelle est née à Leyde aux Pays-Bas au XVIIe siècle pour la culture de fleurs, de fruits et légumes ou de plantes médicinales. Elle est appuyée sur un mur est-ouest derrière une large surface vitrée orientée au sud. Il y a trois catégories de serres pour trois climats protégés différents. La serre froide à deux versants exposés à l’est, l’ouest ou le nord, mais pas au sud. La serre tempérée à un ou deux versants, qui accepte toutes formes et dispositions intérieures, orientée du sud-est au sud-ouest. La serre chaude sèche, en appentis, à un versant, au sud.

Bientôt, dans certains cas, la serre se sépare du mur, s’autonomise par le développement d’une structure légère et résistante (association innovante du fer et du

verre) de façon à générer un volume vaste favorable à l’exposition des plantes et à la promenade et devient jardin d’hiver. Il en résulte le développement de nouveaux objets inclassables comme la Palm House (ci-dessus) à Kew Garden de Turner & Burton (1848), le jardin d’hiver des Champs Elysées de Charpentier (1848), le Crystal Palace de Paxton (1851), la Palmenhall à Francfort de Friedrich Kaiser (1870), la Galleria Vittorio Emmanuelle à Milan de Giuseppe Mengoni (1877), où il ne s’agit plus uniquement de conserver des plantes mais d’abriter la vie urbaine, de protéger des intempéries et de la nuisances des transports mécaniques.

L’architecture de verre viendra quelque temps après.

Essaimage John Claudius Loudon est avant tout comme Paxton, un botaniste, jardinier, paysagiste et architecte de serres. Il développe des serres à structure curviligne qui améliorent les performances ded captage du rayonnement solaire, puis en réponse à l’augmentation de l’échauffement introduit des châssis ouvrants (en bas et en haut). Il invente et il n’est pas le seul, les serres deviennent l’enjeu de nombreuses innovations technologiques (chauffage par le sol, préfiguration du chauffage central, ventilation mécanique, thermostats, récupération de l’eau de pluie…).

Loudon est aussi directeur d’une revue d’architecture, The architectural magazine (1834/38), où il transpose à l’habitat les principes développés pour les serres et pense la maison comme une machine distributrice d’énergies, c’est-à-dire en terme de contrôle technologique du milieu.

Vivre avec le climat

C’est nomadiser au rythme des variations jou et des ambiances intérieures à la recherche d voir des organisations spatiales relatives qui

C’est chercher à tisser un dialogue harmon l’ambiance et l’usager. C’est créer des lieux o permettent de tirer le meilleur parti des flux

Du climat à l’ambiance

Transformer le climat, incontrôlable et inco confortable, par l'intermédiaire d'un filtre sél du climat externe avec lequel elle continue à en matériaux et le minimum d'apport énergéti

urnalières et saisonnières du climat extérieur u lieu de confort optimum. Il s’agit de conceincluent le temps.

nieux entre trois pôles : le dispositif spatial, où la mobilité et la responsabilité des usagers d'énergies disponibles.

onfortable, en une ambiance, contrôlable et ectif qui permet de dériver l'ambiance interne réagir et ceci avec une économie de moyens ique.

Prototype / Triplex

Maison(s) Latapie / Habiter les interstices Dans leur ensemble, les travaux des architectes Anne Lacaton & Jean-Philippe Vassal sont porteurs d’une quête éperdue d’économie de moyens. La maison Latapie réalisée à Floirac près de Bordeaux en 1993 incarne d’autant cette éthique projectuelle qu’elle est aussi porteuse des préoccupations bioclimatiques.

La première version du projet, présentée ci-contre, n’a pas été réalisée car son coût excédait les moyens des commanditaires. Seule la deuxième version, présentée ci-après, moins chère, a été réalisée mais en vérité, sur le fond, il s’agit bien du même projet. Les deux versions sont fondées sur la même double volonté : à la fois placer l’habitant au cœur du dispositif et construire avec économie un maximum d’espace avec un minimum de matière.

La mise en œuvre d’un ready made, une serre horticole standard avec double paroi gonflable fixée sur une infrastructure en béton de un niveau, contenant des cabanes en bois dédiées aux chambres, séjour et bains (cloisonnement minimum) permet de générer de larges espaces interstitiels où la vie se répand. Ces espaces non chauffés artificiellement sont appropriables par les habitants selon leur fantaisie.

Ce sont même, en terme de temps d’occupation, les espaces les plus utilisés et qui sont à ce titre de véritables pièces à vivre dotées de mobilier.

Espace interstitiel

Volume B Chambre

Terrasse

Espace interstitiel Chambre Volume B Chambre

Volume A Bains

Espace interstitiel

Volume B Garage

Volume A SĂŠjour

Espace interstitiel

Cabane

La mobilité et la responsabilité de l’habitant sont stimulées. Celui-ci est au cœur du dispositif et peut adapter de façon fine avec de simples artefacts son climat d’habitant (stores, filtres, anémomètres, sondes pluviométriques, thermostats,..).

Le projet combine deux catégories complémentaires d’espaces : espace chauffé isolé et protégé et enveloppe bioclimatique non chauffée (boite isolée et chauffée dans une serre horticole). Entre chaque, des systèmes simples d’ouverture et de passage (portes coulissantes ou repliables, filtres, rideaux, isolants mobiles) offrent la liberté d’aller de l’espace intérieur isolé vers l’intermédiaire et au-delà vers le jardin ou directement de l’espace isolé vers le jardin.

Le système est dynamique et permet des combinaisons variées selon les saisons.

L’habitation est un espace bioclimatique. Entre intérieur et extérieur, il y a un rapport de porosité, d’échange et de passage.

La serre, ouverte à l’est, attrape les premiers rayons du matin et supprime le besoin de chauffage. L’été un système d’ombrage et une large ventilation naturelle permet à l’air chaud de s‘échapper vers le haut. L’hiver l’air est conservé, l’ouverture des portes des cabanes permet de les chauffer gratuitement. Le projet conjugue simplement économies d’énergie, confort et plaisir d’habiter.

Vide sur serre

Chambre

Chambre

Etage Rez de chaussée / Fermé

Serre

Cuisine Garage

Séjour

Version réalisée / Duplex

Rez de chaussée / Ouvert

Serre

Cuisine Garage

Séjour

#11

Bioclimatic Physique et éthique Cour inaugural Revue d’atelier Marc Vaye Automne 2012 à lire...

Reyner Banham, L’architecture de l’environnement bien tempéré, Collection Restitutions, Editions HYX, 2011.

Climats, Les conférences de Malaquais #2, In folio éditions, 2012.

Pierre Lefèvre, Ressources de l’architecture pour une ville durable, Editions Apogée, 2012.

Crédits © Marc Vaye sauf © Architectural Review, page 6 in Editions HYX, 2011. © Jaime de Angulo, page 7 in Shelter Publications, 1973. © François Dagognet, page 8 in Ambiances, Editions Parenthèses, 1998. © AIA Journal, pages 9 in Editions HYX, 2011. © Jean-Louis Izard, page 12 in ArchiBio, Editions Paranthèses, 1980. © Anne Lacaton & Jean-Philippe Vassal, pages 26 à 31 in Climats, Conférences de Malaquais #2, In folio éditions, 2012. in Editions Sens & Tonka, 1989.

Citations © Emilio Ambasz, © Reyner Banham, © Otto Frei, © Superstudio, © Hans Hollein.