Façade Adaptative_ Quoc Huy TRINH_ Mémoire Master en Architecture_ ENSA Paris Val-de-Seine by trinhquochuyarch

REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier mon directeur de mémoire, Monsieur Bruno Person, qui m'a accompagné du séminaire: Enveloppes structurelles, m'a inspiré pour réaliser ce mémoire. Merci de ses précieux conseils et ses corrections assidues. Je souhaite remercier mes deux amis qui ont relu et corrigé lors de la rédaction de ce mémoire: Philippine Marie et Duncan Driffort. Enfin, J’aimerais remercier mon amie Thanh Tu Phan qui m'a donné des mots d'encouragement et des commentaires critiques. À tous ces intervenants, je présente mes remerciements, mon respect et ma gratitude.

SOMMAIRE

INTRODUCTION

II. DÉFINITION DE L’ADAPTATION ET L’ENVELOPPE DU BÂTIMENT 1. 2. 3. 4.

Notion "adaptation" et son histoire Qu’est-ce qu’une enveloppe adaptative ? Classification de l’enveloppe adaptative Concepts adaptatifs émergents

III. ANALYSE DE LA DURABILITÉ DES ENVELOPPES ADAPTATIVES EN PRATIQUE 1. Méthodologie d’analyse durable 2. Institut du Monde Arabe 3. Centre national de natation de Pékin IV. UN NOUVEAU REGARD SUR LES ENVELOPPES DES BÂTIMENTS EN TANT QU’INFRASTRUCTURE URBAINE

5 11 13 19 27 57 69 71 75 95 115

L'extérieure appartient à la ville, l'intérieur appartient au bâtiment 2. Les surfaces urbaines adaptatives en pratique

117 119

V. L'ENVELOPPE "RESPONSIVE" - LA TENDANCE FUTURE DE L’ENVELOPPE ADAPTATIVE

137

1. L'enveloppe "responsive" 2. Le facteur humain dans la performance des bâtiments

139 141

VI. CONCLUSION

143

VII. BIBLIOGRAPHIE

149

INTRODUCTION

FaĂ§ade adaptative pour la rĂŠduction de la charge de vent dans les tours Source: https://www.tudelft.nl/bk/studeren/studentenwerk/building-technology/puttakhun-vongsingha/

ZEBRA 2020 La durabilité de la société et de l’économie européennes reposera sur les énergies renouvelables et une efficacité élevée des ressources. Pour le secteur du bâtiment, cela implique le déploiement à grande échelle de bâtiments à énergie quasi nulle (nZEB). La législation européenne (refonte de la directive sur la performance énergétique des bâtiments) fait des nZEB une norme pour les nouveaux bâtiments d’ici 2020. ZEBRA2020 couvre 17 pays européens et environ 89% du parc immobilier et de la population européens. Ainsi, il contribue activement à atteindre l’objectif ambitieux de 100% de part de nZEB pour les nouveaux bâtiments à partir de 2020 et une augmentation substantielle des rénovations profondes de nZEB.2020 et une augmentation substantielle des rénovations profondes de nZEB.

Au 21e siècle, la question de l’épuisement des combustibles fossiles et de la pollution de l’air est de plus en plus examinée de toute urgence au niveau mondial. Les bâtiments sont responsables de plus d’un tiers de la consommation de ressources dans le monde. En ce qui concerne la nouvelle construction, de nouvelles réglementations ont été établies, qui impose que d’ici 2020, tous les nouveaux bâtiments construits dans l’UE atteignent des niveaux d’énergie presque zéro. Les bâtiments traditionnels ont été construits au moyen de systèmes passifs manquant de flexibilité pour répondre aux changements climatiques et aux variations de température afin d’offrir un confort thermique, résultant en un environnement intérieur désagréable. La consommation d’énergie élevée actuelle dans les bâtiments est attribuable à des choix architecturaux non optimaux, à la faible performance de l’enveloppe du bâtiment, à la faible efficacité des systèmes de CVC et d’éclairage artificiel, ainsi qu’à une utilisation encore faible des sources d’énergie renouvelables. L’enveloppe du bâtiment joue un rôle important dans la performance énergétique et environnement intérieur du bâtiment, affectant de manière significative les niveaux de confort intérieur. Dans la période récente, la conception des façades a considérablement évolué grâce à l’application de simulations environnementales et d’algorithmes génétiques. Cette évolution indique l’importance croissante des considérations durables dans la conception des façades. L’utilisation d’études paramétriques dans le but d’améliorer la performance des bâtiments qui promet des systèmes optimisés est devenue courante. I - Introduction

La nécessité croissante de la question de durabilité dans les environnements construits conduit à l’adoption de l’enveloppe adaptative. Grâce au développement continu de la technologie électronique et de la technologie des matériaux, nous sommes en mesure de trouver des solutions alternatives aux enveloppes passives avec de nouvelles formes modernes capables de répondre de manière dynamique, de réagir aux conditions climatiques non-continues et en constante évolution, le confort des occupants et les exigences d’efficacité énergétique.

1. KRONENBURG, Robert, Flexible: Architecture that Responds to Change, Londres, Laurence King Publishers, mai 2007, 240 pages.

Le terme “architecture adaptative“ est difficile de définir de manière précise et complète, car il peut être attribué à beaucoup de fonctionnalités différentes. “ C’est une architecture qui s’adapte au lieu de stagner, transforme plutôt qu’elle ne limite, est motrice plutôt que statique, interagit avec ses utilisateurs plutôt que de les restreindre à une utilisation prédéfinie. Transdisciplinaire et multifonctionnelle par essence, elle innove souvent et soulève les problèmes de conception contemporains. “ 1 Grâce au potentiel prometteur, les enveloppes adaptatives deviennent progressivement une tendance de plus en plus populaire des nouveaux bâtiments, bien qu’elles soient encore loin de représenter la norme. Au cours des trois dernières décennies, de nombreux exemples sont apparus qui nous donnent une vision multidimensionnelle de ce champ dans la réalité, il semble néanmoins reste un sujet peu traité dans les écrits théoriques. Les documents référent des ouvrages construit ne vont guère en profondeur d’un système de définition, de classification et d’évaluation de durabilité de l’enveloppe adaptative. La majorité de la société juge encore des I - Introduction 8

enveloppes adaptatives à travers le symbolisme esthétique plutôt que leur véritable efficacité ce qui doit être évalué sur la base de critères d’énergie et de confort qu’il apporte aux utilisateurs à l’intérieur et à l’extérieur du bâtiment. D’un point de vue à l’échelle urbain, l’enveloppe du bâtiment est considérée comme les surfaces dures des rues et des trottoirs. La surface verticale et horizontale à l’extérieur des bâtiments urbains contribue au chauffage constant des grandes villes du monde. Cependant, peu est fait pour concevoir cette surface au profit de l’espace publique. Au lieu de cela, la façade d’un bâtiment soit comme un élément qui se concentre uniquement sur la qualité du confort pour les occupants intérieurs, tout en ignorant les effets sur l’extérieur du bâtiment, soit comme une esthétique identifiable pour les propriétaires du bâtiment. Dans ce cadre de ce mémoire, intitulé “L’enveloppe adaptative, fabrication de la ville”, je voudrais m’engager dans une étude afin d’organiser systématiquement la définition, les classifications et les différentes tendances de conception ainsi que la recherche d’une solution en vue d’évaluer objectivement le potentiel durable de l’enveloppe adaptative. L’observation du passage de la conception à la construction, l’utilisation des projets réalisés est nécessaire de faire des commentaires exacts sur le processus de développement de ce champ au cours des trente dernières années. Dans le but d‘évaluer l’efficacité de différents matériaux et méthodes de construction ainsi que de faire en sorte des prévisions sur le développement futur de l’enveloppe adaptative, nous avons besoin d’effectuer une comparaison globale basant I - Introduction 9

sur les performances d’économie d’énergie ainsi que sur le confort apporté aux utilisateurs des trois projets très différents ont été construits de 1987 à 2012: Institut de Monde Arabe(1987), Centre national de natation de Pékin(2008), Hôpital Manuel Gea Gonzalez(2012). Pour approfondir ce sujet en exploitant plus de potentiels de l’enveloppe adaptative, je propose de repenser la façade en tant que gardien du bien-être des piétons en plein air, et la conception de la santé publique en tant qu’une fonction supplémentaire de l’enveloppe du bâtiment. Afin de tirer parti des possibilités prometteuses de l’enveloppe adaptative en produisant des effets positifs sur la qualité de l’air ainsi qu’améliorer le confort de l’espace public, nous avons besoin de considérer les surfaces de l’enveloppe comme une partie de l’infrastructure de la ville. L’étude s’organise en quartes parties. La première abordera des bases théoriques essentielles pour présenter la définition et les différentes manières de classification de l’enveloppe adaptative. Dans un deuxième temps, nous questionnerons le potentiel durable de l’enveloppe adaptative à travers deux études de cas abordée ci-dessus. L’efficacité des projets sera observée et vérifiée. La troisième partie proposera un nouveau regard sur les enveloppes en tant qu’infrastructure urbaine. La quatrième section prédira à la tendance du développement à l’avenir et mettra en question le facteur humain dans la performance énergétique des bâtiments.

I - Introduction 10

DÉFINITION DE L’ADAPTATION ET L’ENVELOPPE DU BATIMENT

Bund Finance Center Source: https://architizer.com/idea/2256460/

2. LARROUSSE, Lexicographie. [en ligne]. https://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/ adaptation/1003?q=adaptation#996

II.1 - Notion “ adaptation” et son histoire “Adaptation - adaptatif” est une notion qui a un large éventail d’utilisations dans de nombreux domaines de la société. Cependant, en raison du développement continu de la technologie et du changement constant des formes architecturales, nous n’avons pas encore eu le temps le prendre de recul nécessaire afin de dénommer clairement ce que je désigne comme “l’architecture adaptative”. C’est la raison pour laquelle je voudrais commencer par réfléchir à une définition terminologique pour assurer que les éléments de vocabulaire employés tout au long de l’étude sont limpides et précises, notamment pour le terme “adaptation”. ADAPTATION: 2 nom féminin (latin médiéval “adaptatio”) from ad (“to, towards, at”) +apto (“adjust, adapt; prepare”) Action d’adapter ou de s’adapter à quelque chose : Adaptation aux circonstances. Action d’adapter une œuvre, un texte pour un public, une technique artistique différents ; œuvre ainsi réalisée. Géographie Conformité du relief ou du drainage aux indications de la structure, c’est-à-dire aux données lithologiques ou tectoniques. Médecine Ensemble de phénomènes qui permettent à l’œil de percevoir des objets de moins en moins lumineux.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 13

Musique Transformation d’une œuvre pour la rendre propre à une autre destination.

3. LARROUSSE, Encyclopedie. [en ligne]. https://www.larousse. fr/encyclopedie/divers/adaptation/18627

Utilisation d’œuvres musicales déjà existantes, pour servir de commentaire à des œuvres dramatiques, chorégraphiques, etc. Biologie 3 Changement (morphologique, physiologique ou comportemental) survenu chez un individu animal ou végétal, à une lignée ou à une espèce, et qui augmente leurs chances de survie et de reproduction dans le milieu où ils vivent ; résultat de ce changement. L’adaptation est un phénomène essentiel chez les êtres vivants, un élément majeur de l’évolution des espèces. Lorsque leur environnement change, seuls peuvent survivre et se maintenir ceux qui possèdent – ou développent – les caractéristiques morphologiques, physiologiques ou comportementales adéquates, qui leur permettent d’utiliser les ressources de leur milieu, de se reproduire, de se défendre contre leurs prédateurs, de se protéger des aléas climatiques et de toute autre condition néfaste. L’adaptation se fait toujours par rapport à un milieu, à des conditions environnementales données.

II.1 - Notion "adaptative" et son histoire 14

4. SCHNÄDELBACH, Holger, Adaptive Architecture - A Conceptual Framework, in proceedings of MediaCity , Weimar, Allemagne, 2010.

Architecture adaptative Toutes les définitions multidisciplinaires mentionnées ci-dessus nous ont fourni une perspective multidimensionnelle sur la notion “adaptation” qui est employé dans des disciplines souvent liée à des éléments des organismes vivants. En utilisant ce terme dans l’architecture, nous pouvons comprendre qu’il se réfère à des bâtiments qui ont la capacité d’aller au-delà de la définition classique d’un abri statique. L’architecture adaptative est un cadre qui modifie sa structure, son comportement ou ses ressources en fonction de la demande. Il s’agit d’une approche pluridisciplinaire portant sur des bâtiments totalement pilotés par des données internes mais aussi des bâtiments conçus pour s’adapter à leur environnement, à leurs habitants et à leurs objets. “ Toute l’architecture est adaptable à un certain niveau, car les bâtiments peuvent toujours être adaptés “manuellement” d’une manière ou d’une autre. L’utilisation du terme “architecture adaptative “ doit donc être considérée dans ce contexte global et les délimitations suivantes entre adaptable et adaptatif: l’architecture adaptative concerne les bâtiments spécifiquement conçus pour s’adapter (à leur environnement, à leurs habitants, aux objets qui s’y trouvent) que ce soit automatiquement ou par une intervention humaine. ” 4 Actuellement, Il existe deux types d’architecture adaptative, la dynamique et la statique. La solution statique consiste à utiliser une combinaison de paramètres climatiques à l’aide d’algorithmes pour créer des concepts

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 15

bioclimatiques afin d’optimiser la forme du bâtiment ainsi que l’aménagement de l’espace intérieur dans le but de répondre mieux aux besoins des utilisateurs. La solution dynamique est souvent présenté sous la forme d’enveloppes de bâtiments (enveloppe adaptative) capables de réagir en permanence aux changements de la météo au long de la journée, de produire de l’énergie et d’augmenter les niveaux de confort. Avec cette méthode, nous n’avons pas besoin d’intervenir profondément dans l’espace à l’intérieur du bâtiment et de pouvoir l’appliquer efficacement aux bâtiments patrimoniaux qui ont été construits il y a longtemps pour améliorer les performances tout en respectant la structure existante.

5. BRAND, Stewart, How buildings learn: what happens after they’re built, Londres, Royaume-Uni, Viking, 1994. 243 pages.

“ La tentation de modifier un bâtiment en fonction d’une nouvelle technologie est toujours énorme, et il est presque toujours inutile. La technologie est relativement plus légère et plus flexible chaque décennie. Laissez la technologie s’adapter au bâtiment plutôt qu’inversement, et vous ne serez pas bousculés quand la prochaine technologie arrivera. “ 5

II.1 - Notion "adaptative" et son histoire 16

Exemple de l’architecture adaptative: Sliding House dRMM Architects Suffolk, East Anglia, GB - 2005

Source: https://weburbanist.com/2015/03/11/adaptive-architecture-12-transforming-breathing-buildings/

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 17

Sliding House se compose d’un deuxième manchon coulissant qui enveloppe tout l’ensemble et peut donc être disposé dans de nombreuses positions différentes. En été, le toit coulissant protège du soleil tandis qu’en hiver, il fonctionne de manière inversée, permettant des gains solaires passifs pendant la journée et un blindage contre les pertes de chaleur pendant la nuit.

Source: https://weburbanist.com/2015/03/11/adaptive-architecture-12-transforming-breathing-buildings/

II.1 - Notion "adaptative" et son histoire 18

6. SCHITTICH, Christian, In Detail: Building Skins—Concepts, Layers, Materials, Bâle, Birkhauser, 2001. 198 pages.

II.2 - Qu’est-ce qu’une enveloppe adaptative? Histoire de peau de bâtiments “ Le concept de peau de bâtiments n’est né qu’après le XIXe siècle, lorsque la révolution industrielle a apporté au monde de nouveaux matériaux et méthodes de production libérant de plus en plus l’architecture de la contrainte du mur porteur. ” 6 On peut trouver des exemples de ce changement en commençant par des structures légères en fer et en verre comme le Crystal Palace de Paxton (1851) or le Familistère de Guise de Jean-Baptiste André Godin (1884), puis dans les gratte-ciel américains conçus par Raymond Hood ou Mies van der Rohe des années 1930 à 1950, jusqu’aux bâtiments contemporains de Gehry, Herzog et de Meuron. Depuis que la construction de la peau est devenue un rideau à la fin du XIXe siècle, de nouvelles possibilités dans son utilisation ont été permises et de nouvelles tâches ont commencé à lui être associées. L’éclairage, la protection contre l’éblouissement, la protection contre le bruit, l’efficacité acoustique, la protection contre les incendies, l’interaction homme-bâtiment, etc. sont également de plus en plus pris en considération.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 19

Crystal Palace de Paxton (1851), source: https://materiauxenarchitecturemoderne.wordpress.com/crystal_palace_london1329079259958/

Familistère de Guise de Jean-Baptiste André Godin (1884), source: http://www.8-18lumiere.com/projet/pavillon-central-familistere-de-guise/

II.2 - Qu’est-ce qu’une enveloppe adaptative ? 20

Seagram Building de Mies van der Rohe (1958), source: https://www.pinterest.com/pin/9710955419842104/

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 21

Comme une interface plutôt qu’une séparation La plupart des définitions d’une enveloppe de bâtiment l’établissent comme une enceinte, une séparation entre l’environnement intérieur et extérieur, qui assure les fonctions suivantes: support, contrôle, finition (esthétique) et distribution des services. Cependant, je m’intéresse davantage à l’enveloppe du bâtiment, sans distinction entre murs et toiture, comme une interface et non pas une séparation, entre les facteurs environnementaux extérieurs et les exigences intérieures des occupants.

7. SADINENI, Suresh B., MADALA, Srikanth, BOEHM, Robert F., Passive building energy savings: Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elsevier, Octobre 2011.

“ L’enveloppe du bâtiment est le facteur clé qui détermine la qualité et contrôle les conditions intérieures indépendamment de l’extérieur transitoire. ” 7 Par conséquent, les enveloppes de bâtiments, les peaux architecturales ou les façades ont un rôle important dans la régulation et le contrôle de gaspillage d’énergie, car ils agissent comme des filtres intermédiaires entre les conditions environnementales externes et les exigences souhaitées à l’intérieur. L’enveloppe du bâtiment est l’un des paramètres les plus importants de conception déterminant l’environnement physique intérieur, affectant ainsi les utilisations énergétiques des bâtiments. Les concepteurs architecturaux ont actuellement franchi une étape importante vers des solutions réactives qui peuvent réagir de façon situationnelle en développant des systèmes de l’enveloppe adaptative.

II.2 - Qu’est-ce qu’une enveloppe adaptative ? 22

8. DEWIDAR, Y., MOHAMED, N., ASHOUR, Y., Living Skins: A New Concept of Self Active Building Envelope Regulating Systems, L’Université britannique en Egypte, département de génie architectural, El Shorouk, Égypte, 2013.

Enveloppe adaptative

9. LOONEN, R.C.G.M., TRCKA, M., COSTOLA, D., HENSEN, J.L.M., Climate adaptive building shells: state-of-the-art and future challenges, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013.

“ La capacité d’un système à régler par lui-même par rapport à un environnement changeant. Un système adaptatif, comme dans le cas des peaux des bâtiments, a la capacité d’adapter les caractéristiques, le comportement ou la configuration de l’environnement externe. “ 8

10. LUIBLE, A., AELENEI, L., BRZEZICKI, M., KNAACK, U., PERINO, M., WELLERSHOFF, F., Adaptive facade network – Europe, TU Delft Open, 2015.

Au fil des ans, certaines personnes ont tenté d’expliquer la notion “façades adaptatives”. Certaines de ces explications sont les suivantes:

“ Une façade adaptative au climat a la capacité de modifier de manière répétée et réversible certaines de ses fonctions, caractéristiques ou comportements au fil du temps en réponse à des exigences de performance changeantes et à des conditions limites variables et ce dans le but d’améliorer les performances globales du bâtiment. “ 9 “ La capacité de répondre ou de bénéficier des conditions climatiques externes pour répondre efficacement et plus efficacement aux exigences de confort et de bien-être des occupants. ” 10 À partir de ces explications, il devient clair que l’adaptabilité confère une flexibilité systématique qui permet aux données optimales de fluctuer compte tenu des changements spécifiques des stimuli. Dans un autre sens, les systèmes adaptatifs sont essentiellement auto-optimisés; ils permettent à façade de compenser les fluctuations climatiques et l’évolution des besoins des occupants en fonction des conditions transitoires qu’ils détectent.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 23

“ Dans un scénario adaptatif, l’optimisation se produit de manière situationnelle plutôt que globale. Le système calcule en continu des performances optimales en fonction de points spécifiques dans le temps plutôt que de points statiques prédéterminés avant la mise en œuvre. L’adaptation confère une polyvalence qui peut tenir compte de la variabilité saisonnière, des fluctuations quotidiennes des conditions météorologiques ou même de la dérive climatique future. A tout moment, peu importe les conditions de sa conception initiale, un bâtiment peut être optimisé pour ses conditions environnantes. ” 11

11. HENRIKSEN, Ryan, - UNStudio Team, Optimisation vs. Adaptation: Adaptive Facades. [en ligne]. https://www.unstudio.com/en/page/8645/optimisation-vs-adaptation-adaptive-facades

Similaire à celle de la peau humaine, la future peau du bâtiment doit être capable de s’adapter pleinement aux conditions environnementales de manière dynamique, en assurant une gestion efficace, continue et automatique des flux d’énergie en fonction du climat, du comportement des utilisateurs et des conditions du marché d’énergie. Une caractéristique clé d’une enveloppe adaptative de bâtiment est sa capacité à modifier les flux d’énergie à travers l’enveloppe du bâtiment par régulation, amélioration, atténuation, rejet ou piégeage. De plus, un système d’enveloppe adaptative peut continuellement optimiser sa forme pour résister aux conditions environnementales en utilisant la mécanique dynamique et les smart matériaux. Il s’ensuit que ces systèmes doivent conserver une certaine flexibilité et intelligence pour répondre activement aux fluctuations des stimuli environnementaux.

II.2 - Qu’est-ce qu’une enveloppe adaptative ? 24

12. DEL GROSSO, A. E., BASSO, P., Adaptive building skin structures, Smart Materials and Smart Materials and Structures, Volume 19, Issue 12, article id. 124011, Novembre 2010.

“ La recherche d’aujourd’hui rend l’objectif encore plus ambitieux, faisant évoluer le concept vers celui d’une peau sensible. Cette tendance s’est développée pour des raisons venant de domaines différents mais surtout de l’architecture de forme libre, de la durabilité et du contrôle structurel. Le mouvement représente la dernière étape du processus de fabrication de formes de plus en plus organiques tandis que les caractéristiques adaptatives visent à augmenter les performances et à satisfaire un éventail plus large de besoins; des études sur les systèmes actifs, semi-actifs, les structures de morphing et déployables, les smart matériaux, etc. nous fournissent la technologie requise. “ 12 Après avoir étudié les idées principales de base de ce qui est une enveloppe adaptative et comment il fonctionne, un schéma a été fait avec les paramètres qui sont directement liés à la création et la fonction d’une enveloppe adaptative du point de vue de mes recherches.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 25

Agents adaptatifs extérieurs

Conception architecturale

Mécanique système

ENVELOPPE Adaptative

Smart materiaux

Agents adaptatifs intérieurs

Contrôle

Entretien

Figure 1: schéma des paramètres directement liés à la création et au fonctionnement de l’enveloppe adaptative.

II.2 - Qu’est-ce qu’une enveloppe adaptative ? 26

13. BASARIR, B., et ALTUN, M. C., A Classification Approach for Adaptive Facades, ICBEST Istanbul: Interdisciplinary Perspectives for Future Building Envelopes, Istanbul, Turquie, 2017.

II.3 - Classification de l’enveloppe adaptative Dans cette section, une classification de l’enveloppe adaptative, basé sur de nombreux aspects différents, est présenté dans le but de mettre en avant ses caractéristiques et d’en acquérir des connaissances. Le but ultime est de donner un point de vue d’ensemble des anciennes et nouvelles technologies adaptatives, quelle que soit la manière dont elles sont développées ou largement utilisées. Grâce aux classifications et comparaisons des exemples donnés, nous pouvons déterminer les tendances futures de la conception des enveloppes adaptatives et du développement de nouvelles technologies adaptatives en fonction de l’évaluation des bâtiments adaptatifs existants à la pointe de la technologie et principalement des recherches actuellement menées. Cette approche de classification vise à classer le système en fonction de l’événement de changement. “ Un événement de changement peut être caractérisé par trois éléments: l’agent du changement, le mécanisme du changement et l’effet du changement. L'agent du changement est le déclencheur du changement. Le mécanisme du changement est le chemin que le système doit prendre pour passer de son état antérieur au post-état, y compris les composants, conditions, ressources et contraintes nécessaires au changement. L’effet de changement est la différence entre les états avant et après un changement qui a eu lieu. ” 13

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 27

La classification des variables liées à ces éléments est importante pour avoir une connaissance approfondie du processus d’adaptation. De cette façon, la possibilité d’une classification déficiente diminue.

L’agent de changement

état 1

mécanisme

état 2

Figure 2: définition du changement comme transition d’état Sur la base de l’analyse des approches de classification et des études de cas existantes, un nouveau système de classification est proposé, qui représente les concepts d’enveloppe adaptative de manière globale. Cette classification est construite sur 5 variables de description du changement. Ces variables qui constituent les critères de classification sont décrites ci-dessous: 1. Agent d’adaptation 2. Réponse à l’agent d’adaptation 3. Contrôle de l’adaptabilité 4. Objectif d’adaptation 5. Degré d’adaptabilité

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 28

14. SCHNÄDELBACH, Holger, Adaptive Architecture - A Conceptual Framework, in proceedings of MediaCity , Weimar, Allemagne, 2010.

1.Agent d’adaptation Les mécanismes adaptatifs sont censés répondre à un déclencheur. C’est ce qu’on appelle l’agent d’adaptation. “L’agent d’adaptation peut s’agir d’un être humain, de l’environnement, extérieur ou intérieur, ou d’un objet. “ 14

Rayonnement solaire Environnement Température extérieur Humidité Vent Précipitations Bruit Lumière Température Environnement Humidité intérieur Échange d’air Vitesse de l’air Niveau sonore Habitants Objets

Environnement

Agent d’adaptation

L’environnement extérieur et intérieur peut être divisé en paramètres plus spécifiques comme indiqué.

Table 1 : Classification de l’enveloppe adaptative selon l’agent d’adaptation.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 29

2.Réponse à l’agent d’adaptation “ Les façades adaptatives sont capables de répondre à l’agent d’adaptation de manière statique ou dynamique. ” 15

15. OGWEZI B., BONSER R., COOK G., SAKULA J., Multifunctional, Adaptable Facades, TSBE Conférence EngD, TSBE Centre, Université de Reading, le 5 Juillet 2011.

Une enveloppe peut modifier ses propriétés physiques et réagir de manière prédéterminée aux conditions internes et externes en réalisant le potentiel des smart matériaux, appelé réponse statique. Les enveloppes adaptatives qui réagissent de manière dynamique à l’agent d’adaptation sont celles à parties mobiles, appelées enveloppes cinétiques.

Statique Réponse à l’agent d’adaptation Dynamique/ Cinétique Table 2 : Classification de l’enveloppe adaptative selon la réponse à l’agent d’adaptation.

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 30

Exemple de la classification en fonction de l’agent d’adaptation: Fire and Police Station Sauerbruch Hutton Berlin, Allemagne - 2004 Agent extérieur d’adaptation: rayonnement solaire. Agent intérieur d’adaptation: lumière, température, échange d’air.

source: http://architectuul.com/architecture/view_image/fire-and-police-station/21925

source: http://www.sauerbruchhutton.de/en/project/fpr

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 31

Caserne de pompiers et de police de Berlin est une extension d’une structure du XIXe siècle, actuellement indépendante et sa façade est constituée de grands bardeaux de verre rouges et verts. Lorsqu’ils sont fermés, les bardeaux de verre sont légèrement inclinés, ce qui provoque la création de reflets du ciel sur le volume du bâtiment. Ceux qui sont placés devant les fenêtres peuvent être ouverts individuellement afin de fournir un pare-soleil et de protéger contre l’éblouissement. Ces volets mobiles en verre créent des variations de couleurs selon qu’ils sont ouverts ou fermés. L’objectif de la conception était de réduire la dépendance aux systèmes mécaniques et de permettre au bâtiment et à ses utilisateurs d’interagir avec l’environnement extérieur en maximisant la ventilation naturelle et l’éclairage naturel.

https:divisare.com/projects/327154-sauerbruch-hutton-noshe-a-selection-of-sauerbruch-hutton-s-projects-by-noshe

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 32

Exemple de la classification en fonction de la réponse à l’agent d’adaptation : CH2 Melbourne City Council House 2 DesignInc Melbourne VIC, Australie - 2006 Réponse à l’agent d’adaptation : dynamique.

source: https://www.arch2o.com/ch2-melbourne-city-council-house-2-designinc/

source: https://specifier.com.au/rise-of-biomimicry-worlds-first-global-competition/ch2-architectuul/

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 33

Le bâtiment réagit au soleil et au vent pour optimiser la lumière naturelle et la ventilation. En particulier, la façade ouest est protégée du soleil grâce à un système d’ombrage en écrans de bois recyclé. De plus, la lumière du jour est intégrée par des conduits de ventilation effilés. En raison de l’orientation de la façade, le système d’ombrage tourne horizontalement en fonction de la position du soleil. La vue n’est jamais complètement obstruée car les panneaux ne se ferment pas complètement.

source: https://hiveminer.com/Tags/ch2%2Ccouncil

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 34

Exemple de la classification en fonction de la réponse à l’agent d’adaptation : The SwissTech Convention Center Richter Dahl Rocha & Associés Université de Lausanne, Suisse - 2014 Réponse à l’agent d’adaptation : statique.

source: https://www.archdaily.com/491135/richter-dahl-rocha-develop-innovative-facade-for-swisstech-convention-center/

source: https://www.archdaily.com/519434/epfl-quartier-nord-swisstech-convention-center-retail-and-student-housing-richter-dahl-rocha-and-associes

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 35

SwissTech Convention Center est la première salle de congrès à grande échelle à utiliser les cellules solaires sensibilisées aux colorants de l’EPFL. Ceux-ci sont intégrés dans des panneaux qui constituent l’enveloppe du bâtiment. Les cellules solaires à colorant de l’EPFL ont été inventées par Michael Grätzel et, différemment des cellules solaires courantes, ont les mêmes performances indépendamment de l’angle d’incidence de la lumière. Un deuxième avantage est que ces cellules solaires sont translucides et protègent donc le bâtiment du rayonnement solaire, permettant le passage de la lumière du jour, mais réduisant le gain solaire et donc la demande énergétique pour le refroidissement en été.

source: https://www.archdaily.com/519434/epfl-quartier-nord-swisstech-convention-center-retail-and-student-housing-richter-dahl-rocha-and-associes

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 36

16. LOONEN, R. C. G. M., Climate Adaptive Building Shells - What can we simulate?, Faculté d’architecture, de construction et d’urbanisme, Eindhoven, PaysBas, TU Eindhoven, 2010. 17. LOONEN, R.C.G.M., TRCKA, M., COSTOLA, D., HENSEN, J.L.M., Climate adaptive building shells: state-of-the-art and future challenges, Renewable and Sustainable Energy Reviews 25(Supplement C): 483493, 2013.

3.Contrôle de l’adaptabilité Un contrôle efficace est un élément clé pour le bon fonctionnement de l’enveloppe adaptative. Il existe deux types avec lesquels une façade adaptative réagit aux conditions changeantes: contrôle closed-loop et contrôle open-loop. “La distinction peut être établie par le fait qu’un système closed-loop est “automatisé”, alors qu’un système open-loop est “automatique” ”16 Contrôle closed-loop: Dans le système closed-loop, il existe trois éléments de base impliqués comme représenté sur la Figure 3: des capteurs, des processeurs et des actionneurs. Il existe également un quatrième composant possible, le contrôleur, qui n’est pas toujours présent. Un capteur est un composant technique qui peut détecter les conditions ambiantes physiques ou chimiques spécifiques (tels que: la température, l’humidité, la pression, le son, la luminosité ou l’accélération). Ces paramètres sont enregistrés au moyen d’effets physiques ou chimiques et invariablement transformés en quantités (des signaux électriques ou des données numériques) qui peuvent être interprétées par un processeur. Le processeur est le composant qui collecte les signaux et les données provenant de tous les capteurs et contrôleurs. Cette logique de calcul est interprétée et se traduit par la suite par un signal de commande univoque qui est transmis aux actionneurs.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 37

Le troisième composant, l’actionneur, est un "appareil" qui convertit input data sous la forme d’un signal de commande en une action mécanique, chimique ou physique. “ La qualité distinctive du contrôle closed-loop est la possibilité de tirer parti de la rétroaction. La rétroaction implique que les effets de la configuration actuelle (action) peuvent être comparés à l’effet souhaité et, si nécessaire, le comportement de l’enveloppe du bâtiment peut être ajusté activement. ” 17 Le comportement adaptatif closed-loop peut être contrôlé à deux niveaux différents: niveau 1: distribué, par calcul intégré dans les processeurs locaux. niveau 2: centralisé, piloté par une unité centrale de contrôle de supervision éventuellement liée au système de gestion énergétique du bâtiment ou renforcée par l’interaction avec l’usager.

niveau 2 niveau 1 entrée

capteur

donnée

processeur

signal

actionneur

contrôleur Figure 3: Concepts de contrôle de l’adaptabilité: contrôle closed-loop.

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 38

18. FOX, Michael A., et YEH, Bryant P., Intelligent kinetic systems in architecture, In: Nixon P., Lacey G., Dobson S. (eds) Managing Interactions in Smart Environments , Londres, Royaume-Uni, Springer, 2000.

Contrôle open-loop: La capacité d’adaptation avec le contrôle open-loop est une caractéristique intrinsèque du sous-système de l’enveloppe adaptative. L’enveloppe de ce type sont auto-réglables car le comportement adaptatif est automatiquement déclenché par des stimuli environnementaux tels que: température, humidité relative, précipitations, vitesse et direction du vent, rayonnement solaire, couverture nuageuse ou niveau de CO2. Ce type de contrôle autonome est également appelé “contrôle direct” dans l’article “Intelligent Kinetic Systems” 18 car les impacts environnementaux sont directement transformés en actions sans composante externe de prise de décision. On peut dire que les éléments dans le concept du contrôle open-loop de l’enveloppe adaptative sont à la fois capteur et actionneur. Le comportement adaptatif est généralement réversible et reproductible et agit de manière prévisible, ce qui rend les concepts fiables. Un avantage important par rapport à l’enveloppe adaptative avec le contrôle closed-loop est que ces types de systèmes peuvent influencer immédiatement le climat d’un bâtiment sans dépenser de carburant ou d’électricité pour son fonctionnement. Par conséquent, nous pouvons limiter le nombre de composants grâce à l’absence d’équipements de contrôle, de processeurs ou de fils. Pour cette raison, elle implique également un nombre limité de composants comme on peut également le voir sur la figure 4 et donc moins de complexité, ce qui est sans aucun doute un avantage.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 39

Un des principaux inconvénients des enveloppes adaptatives avec contrôle open-loop est donc le fait que les systèmes ne peuvent s’adapter qu’en réponse aux variations attendues au stade de la conception. L’impossibilité d’une intervention manuelle et l’intégration dans des systèmes de contrôle centralisés de haut niveau sont considérées comme des inconvénients supplémentaires. entrée

enveloppe adaptative

action

Figure 4: Concepts de contrôle de l’adaptabilité: contrôle open-loop.

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 40

Exemple de la classification en fonction du contrôle de l’adaptabilité SDU Campus Kolding Henning Larsen Architects Campus de Kolding, Danemark- 2014 Contrôle de l’adaptabilité : closed-loop.

source: https://www.archdaily.com/590576/sdu-campus-kolding-henning-larsen-architects

source: https://www.e-architect.co.uk/denmark/kolding-campus-university-southern-denmark

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 41

La façade modifie sa composition en fonction du rayonnement solaire afin d’ajuster la lumière du soleil vers l’intérieur. La façade est composée de 1600 panneaux de forme triangulaire en acier perforé qui changent de position en fonction de la lumière du jour. Ce dernier est mesuré par certains capteurs qui détectent la lumière et la chaleur en modifiant la position des volets du plat le long de la façade, à l’ouvrir et perpendiculairement à la façade, apportant la lumière naturelle. De cette façon, l’aspect du bâtiment change continuellement.

source: http://arcdog.com/portfolio/sdu-university-of-southern-denmark-campus-kolding/

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 42

Exemple de la classification en fonction du contrôle de l’adaptabilité BIQ house Splitterwerk Architects & Arup Hambourg, Allemagne- 2013 Contrôle de l’adaptabilité : open-loop.

source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:IBA_Hamburg_BIQ_(2).nnw.jpg

source: https://www.reddit.com/r/biosolar/comments/at4d6i/biosolar_panels_with_chlorella_algae_on_a/

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 43

La façade «bio-adaptative» est constituée de micro-algues vivantes qui sont utilisées comme bioréacteurs et poussent dans des persiennes en verre qui recouvrent les façades sud-est et sud-ouest du bâtiment afin de générer des énergies renouvelables et de fournir de l’ombre en même temps Les algues sont continuellement alimentées en nutriments liquides et en dioxyde de carbone via un circuit d’eau traversant la façade. Le soleil encourage la croissance des algues pour fournir plus d’ombre, tout en absorbant la chaleur pour réchauffer le réservoir d’eau chaude du bâtiment. En se développant, les algues sont capables de produire de la biomasse, qui est ensuite convertie en biocarburant et par conséquent le processus de photosynthèse est responsable d’une réponse dynamique à l’ombrage solaire requis. En même temps, les algues créent de l’énergie récoltable, dont l’excédent peut être stocké ou revendu au réseau local.

source: https://www.archilovers.com/projects/103626/biq-house.html

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 44

Exemple de la classification en fonction du contrôle de l’adaptabilité Media-TIC Office Building Enric Ruiz Geli Barcelone, Espagne - 2009 Contrôle de l’adaptabilité : closed-loop.

source: https://projects.archiexpo.com/project-26963.html

source: source: https://specifier.com.au/rise-of-biomimicry-worlds-first-global-competition/ch2-architectuul/ https://www.dezeen.com/2012/05/18/world-architecture-festival-2012-media-ict-by-cloud-9/

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 45

Media-TIC Office Building utilise des capteurs distribués pour contrôler l’ombrage solaire par le revêtement ETFE (éthylène tétrafluoroéthylène). La surface de revêtement en ETFE a deux configurations différentes pour faire correspondre l’orientation du bâtiment au soleil. La façade sud-ouest filtre le rayonnement solaire à travers un écran de panneaux verticaux rembourrés remplis d’azote, qui ressemble à un écran solaire “nuage”.

source: https://www.designboom.com/architecture/waf-2011-building-of-the-year/

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 46

La façade sud-est est constitué d’un système de revêtement de coussin constitué par de l’ETFE polymère avec des lamelles minces enrobés dont les mécanismes pneumatiques sont déclenchés automatiquement par le biais des capteurs de lumière lorsqu’il est exposé à la lumière du soleil.

source: http://www.utilityprojects.co.uk/notes/new-blog-entry-21/

source: https://www.designboom.com/architecture/waf-2011-building-of-the-year/

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 47

Le revêtement se compose de trois couches de substance sur la façade qui ont exposé à beaucoup de soleil. Ces couches sont gonflées automatiquement à l’aide de capteurs pour créer deux chambres vides. La première couche d’ETFE est transparente tandis que les deuxième et troisième couches ont une conception de motif inversé qui, lorsqu’elle est gonflée ou dégonflée, rend la façade transparente ou opaque. Cela évite l’entrée de lumière et de chaleur en cas d’ensoleillement maximal. C’est ce qu’on appelle la configuration «Diaphragme ETFE». Le système peut ajuster la pénétration de l’air à travers la façade, avec des objectifs appropriés en termes d’efficacité énergétique. Au total, Media-TIC Office Building réalise 20% d’économies d’énergie en utilisant 2500m2 de revêtement ETFE.

source: http://www.22barcelona.com/documentacio/pdfangles.pdf

source: https://www.ruiz-geli.com/projects/built/media-tic.php

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 48

19. LOONEN, R.C.G.M., RICO-MARTINEZ, J.M., FAVOINO, F., BRZEZICKI, M., MENEZO, C., LA FERLA, G., AELENEI, L., Design for façade adaptability – Towards a unified and systematic characterization, 10e conférence sur Advanced Building Skins, Berne, Suisse, 2015.

4.Objectif d’adaptation L’objectif final de l’enveloppe adaptative est les effets qui définissent le type d’altérations qui se produisent dans les caractéristiques de l’interface entre les états avant et après un changement adaptatif. L’objectif peut être le confort thermique, la qualité de l’air intérieur, le confort visuel et l’éclairage, la production acoustique et de l’énergie. “ Chaque enveloppe adaptative devrait viser à atteindre un ou plusieurs de ces objectifs, tout en les équilibrant avec la consommation d’énergie globale, les émissions de CO2 et le coût du cycle de vie. Ces objectifs peuvent être exprimés à l’aide d’indicateurs de performance et sont souvent basés sur des codes du bâtiment ou des normes. ” 19 Confort thermique Qualité de l’air intérieur Performance visuelle (éclaireObjectif ment, éblouissement, vue) d’adaptation Qualité acoustique Production d’énergie Contrôle de l’usager Table 3 : Classification de l’enveloppe adaptative selon l’objectif d’adaptation.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 49

“ Les fonctions réactives de l’enveloppe sont directement associées à ces objectifs.” 20 Confort thermique : Empêcher, rejeter, admettre ou moduler (stocker, distribuer) les gains solaires et le flux de chaleur rayonnant conducteur, convectif et à ondes longues.

20. LOONEN, R.C.G.M., RICO-MARTINEZ, J.M., FAVOINO, F., BRZEZICKI, M., MENEZO, C., LA FERLA, G., AELENEI, L., Design for façade adaptability – Towards a unified and systematic characterization, 10e conférence sur Advanced Building Skins, Berne, Suisse, 2015.

Qualité de l’air intérieur: Porosité contrôlée pour l’échange et la filtration de l’air extérieur. Performance visuelle (éclairement, éblouissement, vue): Empêcher, rejeter, admettre ou rediriger la lumière visible. Qualité acoustique: Empêcher, rejeter, admettre ou rediriger la pression acoustique. Production d’énergie: Collecter et convertir l’énergie éolienne et la lumière du soleil en électricité et en énergie thermique. Contrôle de l’usager Interaction des utilisateurs et adaptation aux besoins individuels.

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 50

Exemple de la classification en fonction de l’objectif d’adaptation: Post Tower Bonn Helmut Jahn Architects Bonn, Allemagne- 2003 L’objectif d’adaptation : confort thermique, qualité de l’air intérieur, performance visuelle, contrôle de l’usager.

source: https://www.archdaily.com/231521/flashback-post-tower-murphyjahn

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 51

Post Tower Bonn a une façade à double coque, la coque externe étant entièrement en verre. Le système utilisé est un mur-rideau unifié avec une couche extérieure conçue sur mesure. La façade à double vitrage compense le gain de chaleur, assurant une ventilation sans système mécanique central. Les stores et les fenêtres opérables facilitent le contrôle du climat, tandis que les capteurs de lumière naturelle ajustent automatiquement les niveaux d’éclairage du bureau en réduisant la consommation énergétique. Post Tower offre à ses occupants un énorme contrôle sur leurs environnements, étant en mesure d’ajuster à la fois le système d’ombrage pris en sandwich entre le mur-rideau à deux couches et les fenêtres opérables. Le but de la conception consiste à intégrer comme élément essentiel, l’idée que la peau du bâtiment module son propre climat et donc que les unités d’installation décentralisées soient situées sur la dalle de plancher directement derrière la couche de façade.

source: https://www.archilovers.com/projects/103626/biq-house.html https://www.archdaily.com/231521/flashback-post-tower-murphyjahn

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 52

21. LOONEN, R.C.G.M., RICO-MARTINEZ, J.M., FAVOINO, F., BRZEZICKI, M., MENEZO, C., LA FERLA, G., AELENEI, L., Design for façade adaptability – Towards a unified and systematic characterization, 10e conférence sur Advanced Building Skins, Berne, Suisse, 2015.

5.Degré d’adaptabilité “ Le degré d’adaptabilité exprime dans quelle mesure l’enveloppe peut s’adapter aux conditions aux limites changeantes. Les façades non adaptatives offrent des fonctions fixes ou une configuration de fonctionnement. Le type d’opération marche-arrêt permet un faible degré d’adaptabilité et lorsque nous parlons d’adaptation progressive, nous avons besoin pour déterminer l’intervalle de valeurs que l’élément peut fournir pour une propriété / fonction donnée; la largeur et les marches de cet intervalle informeront de son degré d’adaptabilité. L’échelle spatiale est également liée au degré d’adaptabilité en tant que taille du composant de construction permet d’avoir des performances différentes à différentes positions de l’enveloppe. “ 21 Le changement adaptatif se produit soit progressivement, directement, soit un mélange des deux, qui peut être qualifié d’hybride. Exemple: l’ouverture d’une fenêtre provoque une altération directe de l’environnement intérieur, tandis que l’utilisation du PCM conduit à une adaptation progressive car il faut des heures au PCM pour changer son état de solide à liquide et de manière réversible. Un système hybride est constitué de panneaux PV qui commencent à absorber instantanément la lumière du soleil lorsqu’elle atteint leur surface, mais cette procédure peut durer aussi longtemps que le soleil les atteint, ce qui en fait une procédure progressive en même temps.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 53

Degré d’adaptabilité

Marche-arrêt (directement) Gradual (progressivement) Hybride

Table 4 : Classification de l’enveloppe adaptative selon le degré d’adaptabilité.

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 54

Exemple de la classification en fonction du degré d’adaptabilité. Kiefer Technic Showroom Ernst Giselbrecht and Partner Bad Gleichenberg, Autriche- 2007 Degré d’adaptabilité : marche-arrêt (directement)

source: https://www.archdaily.com/89270/kiefer-technic-showroom-ernst-giselbrecht-partner

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 55

La façade de Kiefer Technic Showroom se compose de volets électroniques à écran solaire en aluminium préformé. Ceux-ci peuvent être régulés automatiquement pour optimiser le climat intérieur, ou ils peuvent être personnalisés par les utilisateurs selon leurs préférences. La façade change au cours de la journée en fonction de la position du soleil qui détermine la position du système d’ombrage. Par conséquent, le bâtiment peut passer d’une configuration complètement fermée à une façade vitrée transparente ouverte.

source: https://www.archdaily.com/89270/kiefer-technic-showroom-ernst-giselbrecht-partner

source: https://www.archdaily.com/231521/flashback-post-tower-murphyjahn source: https://www.archilovers.com/projects/103626/biq-house.html https://www.archdaily.com/89270/kiefer-technic-showroom-ernst-giselbrecht-partner

II.3- Classification de l’enveloppe adaptative 56

22. CHAYAAMOR HEIL, N., et HANNACHI BELKADI, N., Towards a Platform of Investigative Tools for Biomimicry as a New Approach for Energy-Efficient Building Design, Buildings 2017, mars 2017. 23. CHAYAAMOR HEIL, N., et HANNACHI BELKADI, N., Towards a Platform of Investigative Tools for Biomimicry as a New Approach for Energy-Efficient Building Design, Buildings 2017, mars 2017. 24. LÓPEZ, M., RUBIO, R., MARTÍN, S., CROXFORD, B., How plants inspire façades. From plants to architecture: Biomimetic principles for the development of adaptive architectural envelopes, Renewable and Sustainable Energy Reviews 67, 2017.

II.4 - Concepts adaptatifs émergents Après avoir étudié la définition et la classification des enveloppes adaptatives à travers certains des exemples mentionnés ci-dessus, nous reconnaissons qu’il existe certaines tendances générales dans la conception des enveloppes adaptatives. Ces conceptions sont fortement influencées par les tendances mondiales de conception architecturale de chaque époque ainsi que par le niveau des technologies de l’information, de l’électronique et des technologies des matériaux, qui sont en constante évolution chaque année. Biomimétisme: Le biomimétisme est une approche innovante et un domaine émergent en architecture. Des similitudes peuvent être observées dans la façon dont les dispositifs de la nature et la conception architecturale marche, qui peuvent être vus sur l’exemple présenté sur la figure 5. De nos jours, il existe déjà un certain nombre de bâtiments, pour lesquels les architectes se sont inspirés par l’étude des principes de conception naturelle. Cela signifie que le bâtiment imite un organisme spécifique ou la façon dont un organisme se comporte ou se rapporte à son environnement. Cette corrélation avec la nature peut s’exprimer par la forme, le matériau, la construction, le processus ou la fonction du bâtiment. Cependant, nous avons besoin d’ajuster la conception pour éviter les conflits avec les parties intégrées du concept.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 57

Figure 5: un exemple de la relation entre biologie et architecture dans un projet appelé Réseau Bayésien 22 “ Alors que le rôle des biologistes est d’alimenter la base de données sur les connaissances biologiques et le rôle des architectes est d’alimenter les connaissances en conception architecturale en parallèle. Après formalisation de la relation des deux domaines, une aide au choix multicritères et un outil d’aide à la décision pourraient être introduits selon la spécificité de chaque projet. “ 23 Une autre étude a indiqué que l’approche la plus pertinente est celle des adaptations à l’environnement par les plantes. “ Les plantes, en raison de leur immobilité en tant qu’individus, sont un excellent matériel biologique pour détecter les phénomènes climatiques. Les animaux sont rejetés comme source d’inspiration car les plantes en raison de leur immobilité ne peuvent pas être cachées ou chercher protection contre les éléments. Les plantes, comme les bâtiments, manquent de mouvement et restent soumises à un emplacement spécifique, et elles sont exposées aux changements environnementaux, de sorte qu’elles doivent résister aux conditions météorologiques qui les affectent à tout moment. “ 24 II.4- Concepts adaptatifs émergents 58

Exemple du concept de l’enveloppe adaptative biomimétique One Ocean, Thematic Pavilion Expo 2012 Soma ZT GmbH Yeosu, Corée du Sud - 2012

source: https://specifier.com.au/rise-of-biomimicry-worlds-first-global-competition/ch2-architectuul/

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 59

One Ocean est pleinement intégré dans son contexte urbain et son environnement naturel et est devenu un point de repère emblématique de la région. La façade cinétique se compose de polymères renforcés de fibres de verre (GFRP) créant divers motifs animés afin de contrôler les conditions d’éclairage intérieur. L’effet est obtenu par des surfaces continues qui se tordent de l’orientation verticale à l’orientation horizontale créant une connexion de l’espace intérieur et extérieur. Plus une lamelle est longue, plus l’angle d’ouverture peut devenir large et plus la zone affectée par la lumière qui pénètre dans le bâtiment est grande. Après le coucher du soleil, l’effet visuel des lamelles mobiles est amélioré par les LED.

source: https://www.youtube.com/watch?v=iCAGlu4vPog

source: https://www.bioinspiration.net/post/one-ocean-thematic-pavilion

II.4- Concepts adaptatifs émergents 60

L’inspiration des éléments cinétiques de la façade de SOMA vient de la fleur d’oiseau de paradis (Strelitzia). Cette fleur a une plateforme d’atterrissage pour les oiseaux. Lorsqu’un oiseau atterrit sur cette "plate-forme" pour la pollinisation, il se penche vers le bas et en plus les deux ailes du même pétale rabat sur le côté, ce qui crée un mouvement d’ouverture. Au lieu d’une charge ponctuelle perpendiculaire à la direction du pétale, on peut supposer une charge ponctuelle en compression parallèle à la direction du pétale. Cette force de compression provoquera le même mouvement de flexion de celui utilisé dans les lamelles de la façade cinétique de One Ocean.

source: https://specifier.com.au/rise-of-biomimicry-worlds-first-global-competition/ch2-architectuul/

source: https://specifier.com.au/rise-of-biomimicry-worlds-first-global-competition/ch2-architectuul/ source: HAIDARI H., Decisive design aspects for designing a kinetic façade.

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 61

Les lamelles sont supportés sur le bord supérieur et inférieur par des supports fixes sur un coin et des actionneurs extensibles sur l’autre coin. Les actionneurs induisant des forces de compression pour créer la déformation élastique complexe. Ils réduisent la distance entre les deux roulements et induisent ainsi une flexion qui entraine une rotation latérale des lamelles.

source: https://www.youtube.com/watch?v=iCAGlu4vPog

actionneurs extensibles

supports fixes

source: https://www.youtube.com/watch?v=iCAGlu4vPog

II.4- Concepts adaptatifs émergents 62

25. RITTER, Axel, Smart materials in architecture, interior architecture and design, Basel, Birkhauser, Novembre 2006, 191 pages. 26. KLOOSTER, Thorsten, Smart Surfaces and their application in Architecture and Design, Basel, Birkhauser, 2009.

Smart matériaux: Au cours des dernières décennies, les nouvelles exigences écologiques ont été le moteur du développement des évolués technologies de construction, telles que le développement de matériaux. Les smart matériaux sont l’une des avancées et présentent un comportement dynamique en réponse à des stimuli externes, mais leur application est encore limitée. Une définition de smart matériaux est présentée: “ Les smart matériaux sont un terme relativement nouveau pour les matériaux et produits qui ont des propriétés variables et sont capables de changer de manière réversible leurs propriétés thermophysiques ou optiques en réponse à une certaine influence physique ou chimique. “ 25 “ Les smart matériaux sont parfois utilisés comme matériau en vrac, mais trouvent plus souvent leur application dans les revêtements; la couche limite d’un matériau qui peut changer radicalement les performances totales. ” 26 Il y a cinq caractéristiques qui distinguent les matériaux intelligents des matériaux traditionnels: 1. Transitoire - réponse à plusieurs états environnementaux 2. Sélectivité - réponse discrète et prévisible 3. Immédiateté - réponse en temps réel 4. Auto-actionnement - réponse interne du matériau ou du système 5. Franchise - réponse locale

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 63

Grâce à leur nature dynamique et responsable, les smart matériaux sont bien adaptés pour une application dans l’enveloppe adaptative. “ Les types courants de matériaux intelligents incluent: électrochromique, électroluminescent, hygroactif, photochromique, piézoélectrique, thermochromic matériaux thermoélectriques et thermostrictifs, alliages à mémoire de forme (sma) et matériaux à changement de phase (pcm). “ 27

27. LOONEN, R. C. G. M., Climate Adaptive Building Shells - What can we simulate?, Faculté d’architecture, de construction et d’urbanisme, Eindhoven, PaysBas, TU Eindhoven, 2010.

Le concept de smart matériaux est très prometteur, cependant, leur application est encore rare. Pour devenir de plus en plus populaires, les smart matériaux intelligents doivent trouver des réponses aux problèmes associés: le rapport efficacité / coût, la capacité d’assemblage ainsi que la construction dans la plupart des conditions actuelles et l’esthétique du bâtiment appliqué des smart matériaux.

II.4- Concepts adaptatifs émergents 64

Exemple du concept de l’enveloppe adaptative appliqué de smart matériaux Homeostatic Facade System Decker & Yeadon New York, États-Unis - 2013

source: https://materialdistrict.com/article/homeostatic-facade-system/

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 65

source: https://materialdistrict.com/article/homeostatic-facade-system/

source: source: https://www.designboom.com/architecture/waf-2011-building-of-the-year/ https://materialdistrict.com/article/homeostatic-facade-system/

II.4- Concepts adaptatifs ĂŠmergents 66

Le système de façade homéostatique comprend un ruban d’ingénierie, à l’intérieur de la cavité d’une façade en verre à double peau. Le ruban est constitué d’élastomères diélectriques: matériaux polymères qui peuvent être polarisés en appliquant un courant électrique. Ces matériaux sont également flexibles et consomment très peu d’énergie.

source: https://materialdistrict.com/article/homeostatic-facade-system/

II - Définition de l’adaptation et enveloppe du bâtiment 67

Les deux côtés du matériau diélectrique sont recouverts d’électrodes en argent. Cette couche d’argent réfléchit la lumière et distribue également la charge électrique à travers le matériau, provoquant sa déformation. Cela aide la façade à réguler la température à l’intérieur du bâtiment. Lorsque les conditions environnementales changent, la charge dans la couche d’argent provoque un mouvement à l’aide d’un actionneur sensible. Un muscle artificiel est créé en enveloppant le matériau diélectrique sur un noyau polymère flexible. Une charge accrue provoque l’expansion de l’élastomère, ce qui fait que le noyau se plie et tire le matériau élastomère d’un côté. Cela provoque à son tour le pliage des moitiés du ruban. L’effet est que la façade se ferme, l’enveloppe opaque bloquant la lumière. L’énorme avantage de ce système est un contrôle solaire hautement régulé et spécifique dans une façade.

source: source: https://www.designboom.com/architecture/waf-2011-building-of-the-year/ https://materialdistrict.com/article/homeostatic-facade-system/

II.4- Concepts adaptatifs émergents 68

ANALYSE DE LA DURABILITÉ DE L’ENVELOPPE ADAPTATIVE EN PRATIQUE

Tours dâ&#x20AC;&#x2122;Al Bahr Source: http://stevediggins.com/2018/03/24/light-matters-translating-tradition-into-dynamic-facades/

II.1 - Méthodologie d’analyse durable Dans cette partie de l’étude, je voudrais m’engager dans l’analyse de l’efficacité du fonctionnement de l’enveloppe dans le but de répondre au besoin d’adaptation des bâtiments. J’ai sélectionné deux bâtiments mettant en place une architecture adaptative en enveloppe. Ces bâtiments sont construit à différents moments (1987 et 2012), il est donc influencé par la diversité de la technologie mécanique, la technologie des matériaux, la technologie de l’information, de chaque période ainsi que différentes tendances architecturales. Il s’agit de l’institut du Monde Arabe à Paris (1987), et du Centre national de natation de Pékin (2008) Avant de commencer l’étude de cas, il est indisponible d’expliquer la méthodologie choisie afin de précéder à l’analyse des enveloppes adaptatives considérées les représentants du développement durable. Cette méthodologie consiste à étudier l’enveloppe adaptative en fonction de trois thématiques participant au caractère écoresponsable d’un bâtiment : la performance énergétique, le fonctionnement et le confort d’usager. L’enveloppe sera considéré comme durable à condition qu’elle satisfasse ces trois domaines d’étude. performance énergétique l’enveloppe adaptative

fonctionnement confort d’usager

Figure 6: La méthodologie de l‘analyse durable III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 71

Pour chaque partie, l’exposé présenté par les concepteurs sera comparé à des observations en pratique en vue d’évaluer la durabilité de l’enveloppe adaptative. Autrement dit, je confronte les objectifs et expectatives exprimés par le concepteur aux constats sur la réalité vécue des projets, à compter de témoignages et de calculs énergétique. Performance énergétique

GES (Gaz à effet de serre) Les gaz à effet de serre (GES) sont des composants gazeux qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre et contribuent ainsi à l’effet de serre. L’augmentation de leur concentration dans l’atmosphère terrestre est l’un des facteurs à l’origine du réchauffement climatique. Un gaz ne peut absorber les rayonnements infrarouges qu’à partir de trois atomes par molécule, ou à partir de deux si ce sont deux atomes différents.

Afin de m’informer de l’exposé porté par l’équipe de conception sur le plan énergétique de l’enveloppe, j’ai collecté des informations des cas d’études via les sites d’internet, les articles spécialisés, les transcriptions des conférences et des ouvrages littéraires. L’objectif premier est d’obtenir les données chiffrées d’économie d’énergie liée au système adaptative. Dans un deuxième temps, je fais des calculs de l’énergie grise de tout le système de l’enveloppe adaptative (uniquement de l’enveloppe et non de tout le bâtiment) dans le but de comparer les résultats entre différents systèmes d'enveloppe, ainsi que les comparer à la consommation moyenne dans les pays où le bâtiment est construit. Ainsi, nous pouvons répondre à la question de son efficacité énergétique. Selon l’analyse du cycle de vie (ACV) de la consommation d’énergie des bâtiments à faible consommation d’énergie existants, la consommation énergétique globale sur la durée de vie est largement influencée par l’énergie grise. L’énergie grise de tout le système de l’enveloppe adaptative est calculée par l’addition de l’énergie grise de ses matériaux et l’émission en GES des prestations de transport. Premièrement, il faut diviser la grande surface en unités III.1- Méthodologie d’analyse durable 72

28. VICTORIA UNIVERSITY OF WELLINGTON, Embodied Energy Coefficients – Alphabetical. [en ligne]. http://www.victoria. ac.nz/cbpr/documents/pdfs/ ee-coefficients.pdf 29. DICTIONNAIRE ENVIRONNEMENT, Energie Grise est une définition du dictionnaire environnement et développement durable. [en ligne]. https://www.dictionnaire-environnement.com/energie_grise_ ID5863.html

identiques ou en unités de surface similaire. Dans certains cas, la limite entre les unités sont clairement remarquant, d’autres ne le sont pas. Deuxièmement, il faut déterminer les matériaux grâce aux informations accumulées, dimensionner les éléments d’une unité du mécanisme et calculer leur poids grâce à la masse volumique du matériau associé. En me référant un tableau des coefficients de l’énergie grise du centre de recherche sur la performance des bâtiments de l’école d’architecture Wellington 28, je suis en mesure de prendre connaissance de l’énergie grise de chaque matériau. En multipliant par le poids des éléments, j’obtiens l’énergie grise d’une unité de l’enveloppe, et poursuit en multipliant par le nombre d’unité formant l’enveloppe. Après, je compare les résultats entre différents systèmes d'enveloppe pour clarifier les avantages et les inconvénients de chaque type, ainsi que les comparer à la consommation moyenne dans les pays où le bâtiment est construit afin d’évaluer la dette en énergie grise qu'ils ont la responsabilité de rembourser tout au long de son cycle de vie. “L’Energie Grise correspond à la dépense énergétique totale pour l’élaboration d’un matériau, tout au long de son cycle de vie, de son extraction à son recyclage en passant par sa transformation, une énergie évaluée en kWh/ tonne. L’Energie Grise est un ordre de grandeur essentiel pour saisir l’impact environnemental des matériaux. Cette énergie est dès aujourd’hui un critère de choix pour toutes les constructions réalisées dans le cadre d’une démarche HQE (Haute Qualité Environnementale) ” 29

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 73

Fonctionnement Il faut s’informer sur la façon dont le système fonctionne afin de répondre aux stimules externes, les variations d’adaptation en fonction des moments précis au cours de la journée ou des saisons au long de l’année, la manière d’entretenir le système mensuellement ou annuellement, ce qui est envisagé en cas de dysfonctionnement, ou en cas de réparation. J’ai recueilli ces informations par les articles publiés sur les sites académiques tels que https://www. researchgate.net ou https://www.academia. edu. Comme précédemment, j’ai tenté de comparer ces données aux observations concrètes du fonctionnement de l’enveloppe adaptative.

30. BOUGDAH, H., et SHARPLES, S., Environment, technology and sustainability, Taylor & Francis, septembre 2019, 320 pages.

Confort d’usage “ Dans les pays développés, la plupart des gens passent en moyenne 90% de leur temps à l’intérieur. ” 30 Par conséquent, il est très important que les bâtiments offrent aux habitants le confort souhaitable, qui est aujourd’hui considéré comme un élément très important du développement durable. J’ai collecté les avis évalué par la presse, les témoignages du confort d’usage des occupants pour comparer à ce que les architectes et les ingénieurs souhaitaient offrir dans les bâtiments en vue d’améliorer la qualité de la vie. La mise en œuvre de l’étude en considérant ces trois paramètres nous aide à avoir une perspective globale sur l’efficacité énergétique et le caractère durable de l’enveloppe d’adaptation.

III.1- Méthodologie d’analyse durable 74

31. INSTITUT DU MONDE ARABE, Architecture. [en ligne]. https://www.imarabe.org/fr/architecture

II.2 - Institut du monde arabe Informations de base Maître d’ouvrage: Fondation de l’Institut du monde arabe Programme: Centre culturel Localisation : Paris, France Date d’achèvement : 1987 Superficie : 26 900 m2 Terrain : 7250 m2 Architecte : Jean Nouvel, Architecture-Studio, Gilbert Lezenes, Pierre Soria Entreprises : Nord France (G.O.), Baudin Chateauneuf (C.M.) B.E.T. Structure : SETEC Bâtiment Superficie de l’envloppe adaptative : 2000 m2 Coordonnées : 48050’ N, 2021’ E Température moyenne : Max Juin 26°C, Min Jan 8°C Climat : Océanique Introduction L’Institut du monde arabe (IMA) est un institut culturel français consacré au monde arabe. Il est situé, sur les bords de Seine, au cœur du Paris historique, dans le 5e arrondissement, sur la place Mohammed-V, entre le quai Saint-Bernard et le campus de Jussieu. Ce bâtiment a été conçu et réalisé par une équipe d’architectes constituée de Jean Nouvel, Architecture Studio (Martin Robain, Rodo Tisnado, Jean-François Bonne, Jean-François Galmiche), Gilbert Lèzenes et Pierre Soria, qui tente un symbole architectural moderne du dialogue entre la culture occidentale et le monde arabe. 31

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 75

L’Institut du monde arabe a été fondé en 1987 par la France et les États de la Ligue arabe pour faire connaître et rayonner la culture arabe sous toutes ses formes. L’institut du monde arabe est un lieu de rencontre et d’échange d’idées qui contribue depuis 30 ans à la consolidation des liens culturels, politiques, économiques et sociaux entre la France et le monde arabe. L’édifice a deux volumes principaux englobant une cour intérieure avec la masse nord s’élevant à neuf étages et la partie sud s’élevant à onze étages. Une place pavée offre un élément de séparation de l’Université de Jussieu adjacente et le volume principal du bâtiment. Les espaces intérieurs abritent de nombreuses typologies dont un restaurant, un musée, un espaces d’expositions temporaires, un auditorium accueillant des spectacles, projections cinéma et conférences, d’une médiathèque, d’un centre de langues et civilisations, d’une libraire-boutique et de prestigieux espaces de réception. La bibliothèque et la partie nord du quatrième étage ont augmenté les hauteurs d’étage à plafond en vue de l’intégration de nombreuses terrasses et une mezzanine.

Moucharabieh Le moucharabieh est un dispositif de ventilation naturelle forcée fréquemment utilisé dans l’architecture traditionnelle des pays arabes. La réduction de la surface produite par le maillage du moucharabieh accélère le passage du vent. Celui-ci est mis en contact avec des surfaces humides, bassins ou plats remplis d’eau qui diffusent leur fraîcheur à l’intérieur de la maison.

Typique de l’œuvre d’architecture de Jean Nouvel est son attention sur des détails de façade, et cette conception ne fait pas exception. Une caractéristique principale et un élément innovant de l’IMA est le brise-soleil métallique réactif avancé sur la façade sud. La proposition de Nouvel pour ce système a été bien accueillie pour grâce à la particularité et à son renforcement d’un élément archétypal de l’architecture arabe - le moucharabieh. Il s’est inspiré du travail traditionnel en treillis qui a été utilisé pendant des siècles au Moyen-Orient pour protéger les III.2- Institut de Monde Arabe 76

32. ARCHDAILY, AD Classics: Institut du Monde Arabe / Enrique Jan + Jean Nouvel + Architecture-Studio. [en ligne]. https:// www.archdaily.com/162101/adclassics-institut-du-monde-arabe-jean-nouvel

occupants du soleil et leur assurer l’intimité. 32 La façade sud est composée de nombreux diaphragmes métalliques sensibles à la lumière qui régulent la quantité de lumière autorisée à pénétrer dans le bâtiment. Pendant les différentes phases de la lentille, un motif géométrique changeant est formé et présenté à la fois comme la lumière et la vide. Il y a 240 panneaux hermétiquement pris en sandwich entre verre et chacun incorpore les formes géométriques utilisées dans l’architecture islamique arabe telles que les carrés, les cercles et les formes octogonales qui sont produits dans un mouvement fluide lorsque la lumière est modulée en parallèle. Les espaces intérieurs sont considérablement modifiés, ainsi que l’apparence extérieure. L’effet entier est comme un écran géant islamique percé. Bien que ces dispositifs oculaires créent un effet esthétique incroyable, ils sont également fonctionnels du point de vue des contrôles environnementaux. Les diaphragmes sont actionnés par des servomoteurs à commande électronique qui répondent aux changements d’intensité du soleil. Ces diaphragmes fonctionnent comme l’obturateur d’un appareil photo, s’ouvrant et se fermant pour contrôler l’intensité de la lumière à l’intérieur. Alors le gain solaire est facilement atténué en fermant ou en réduisant les tailles d’ouverture des diaphragmes. Grâce à la synthèse des éléments d’architecture arabe dans un concept d’architecture modern adaptable aux changements environnement externe, l’institut du monde arabe a remporté le Prix Aga Khan d’architecture en 1989 et l’Equirre d’Argent pour l’architecture français en 1987.

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 77

source: https://www.sortiraparis.com/actualites/fete-de-la-musique/articles/73275-fete-de-la-musique-2018-a-linstitut-du-monde-arabe-de-paris

source: https://www.imarabe.org/fr/actualites/l-ima-au-jour-le-jour/2018/l-alexandrie-cafe-un-restaurant-ephemeresur-le-parvis-de-l

III.2- Institut de Monde Arabe 78

source: https://www.facebook.com/institutdumondearabe/posts/2560638447296436/

source: https://www.archdaily.com/510226/light-matters-mashrabiyas-translating-tradition-into-dynamic-facades

III - Analyse de la durabilitĂŠ des enveloppes adaptatives en pratique 79

source: https://www.sortiraparis.com/actualites/fete-de-la-musique/articles/73275-fete-de-la-musique-2018-a-linstitut-du-monde-arabe-de-paris

source: https://www.la-croix.com/Monde/Moyen-Orient/Polemique-autour-dune-carte-LInstitut-monde-arabe-2019-10-10-1201053280

III.2- Institut de Monde Arabe 80

Performance d’énergie L’institut du monde arabe est l’un des premiers exemples de l’adoption d’une architecture adaptative sur l’enveloppe dans le monde. Dans les années 90s, lorsque la technologie de l’information et la technologie des matériaux n’est pas assez développée, seule la technologie mécanique joue un rôle important dans la réalisation de ce projet ambitieux. Une façade sud de 2000m2 se compose de 240 moucharabiehs correspondant à des milliers de pièces en alliage d’aluminium aéronautique, en acier et en bronze. Mais les solutions hautement mécaniques tendent à se briser facilement, et les différentes parties ne sont pas faciles à remplacer quand cela arrive. C’est la raison pour laquelle, les ouvertures nécessitaient plus d’entretien que l’Institut du monde arabe n’était en mesure de fournir et, en quelques années, le système avait cessé de fonctionner. D’autre terme, la conception de la transmission par articulation a tellement de détails qu’elle conduit à beaucoup d’énergie consommée en raison de frottement. Donc la quantité d’énergie nécessaire au fonctionnement du système est importante. D’un point de vue énergétique, la conception de l’enveloppe adaptative de l’Institut du monde arabe de Jean Nouvelle n’a réalisé aucune économie, mais il agit historiquement un fier pionnier qui comprenait le potentiel d’une enveloppe adaptative pour contribuer à la performance d’un bâtiment. Bien que l’efficacité énergétique de cette enveloppe soit négligeable, je voudrais quand même évaluer sa qualité durable à partir du coût énergétique de sa réalisation dans le but d’obtenir les données chiffrés précis en III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 81

comparant à celles qui d’autres enveloppes adaptatives. Afin de calculer l’énergie grise de tout le système de l’enveloppe du sud du bâtiment, il nous faut connaitre précisément sa composition.

33. TÉLÉRAMA, L’IMA, 30 ans et tous ses moucharabiehs. [en ligne]. https://www.telerama.fr/ scenes/lima,-30-ans-et-tousses-moucharabiehs,n5235583. php

L’enveloppe entière a 240 panneau de moucharabieh.“Chaque panneau carré de 198 centimètres de côté comporte des milliers de pièces de duralumin (un alliage d’aluminium aéronautique), d’acier et de bronze, qui coulissent les unes par rapport aux autres et dessinent, au centre, un grand moucharabieh, quarante petits qui l’entourent, seize moyens en périphérie, et seize autres qui terminent la composition – soit soixante-treize dispositifs mobiles comme des objectifs d’appareil photo. “ 33

source: https://www.telerama.fr/scenes/lima,-30-ans-et-tous-ses-moucharabiehs,n5235583.php

III.2- Institut de Monde Arabe 82

Liste des éléments compris dans un module du moucharabieh cinétiques : 1. 16 iris moyens 2. 3 Coudes petits iris 3. Locquet 4. Vérin gauche: Petits iris 5. Lanterne petits iris 6. Tringles petits iris 7. Verrou 8. 20 petits iris “carrés” 9. 20 petits iris “étoiles” 10. Charnière 11. 4 Coudes iris moyens 12. Tringles iris moyens 13. Lanterne grand et moyens iris 14. Vérin droit: Grand et moyens iris 15. 16 petits iris fixes 16. Charnière Pour rendre ce calcul de l’énergie grise accessible, Il est important de considérer l’enveloppe adaptative comme un système rapporté, sans omettre l’énergie grise de la structure porteuse permettant le maintien du mécanisme cinétique. Nous tenons compte des paramètres les plus significatifs de l’émission grise d’un mécanisme, à savoir : l’énergie grise de ses matériaux additionné à l’émission en GES du Fret. Afin d'estimer l'nergie grise du tout système de l'enveloppe dans sa totalité, je vais m'appuyer sur une unité de moucharabieh et multiplier puis son énergie grise au nombre d'unité (240) composant toute l'enveloppe. A présent que nous connaissons précisément la composition d’une unité et ses matériaux, il s’agit de procéder au dimensionnement.

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 83

Un panneau de moucharabieh, ayant des dimensions 198 cm x 198 cm, est composé de:

Conversion de MJ à kwh 1 MJ to kwh = 0.27778 kwh 1 kwh = 3.6 MJ

1. Un cadre en duralumin représentant 0.0157 m3. La masse volumique du duralumin est 2790 kg/m3. => La masse d'un cadre: 0.0157 * 2790 = 43.8 kg. Le coefficient d'énergie grise du duralumin est 227 MJ pour 1kg du duralumin. Donc pour 43.8kg, L'énergie grise est: 43.8 * 227 = 9942.6 MJ = 2761.83 kwh 2. Les planches en carré des iris en duralumin représentant: 0.0321 m3. Les lamelles des iris en duralumin représentant: 0.0043 m3. La masse volumique du duralumin est 2790 kg/m3. => La masse totale des planches en carré et des lamelles: (0.0321 + 0.0043) * 2790 = 101.56 kg. Le coefficient d'énergie grise du duralumin est 227 MJ pour 1kg du duralumin. Donc pour 101.56 kg, L'énergie grise est: 101.56 * 227 = 23 053.21 MJ = 6403.67 kwh 3. Le système de transmission du mouvement d'un panneau comprend: deux vérins, deux lanternes et les tringles en barre L. Les tringles en barre d’inox 304 L en acier inoxydable représentant: 0.007 m3 Deux vérins et deux lanternes en acier inoxydable représentant: 0.009 m3 La masse volumique de l'acier inoxydable: 8010 kg/m3 => La masse totale du système de transmission du mouvement : (0.007+ 0.009) * 8010 = 128.16 kg III.2- Institut de Monde Arabe 84

L'émission grise de fret L’unité kgCO2e/T.km correspond au facteur d’émission de CO2 par Tonne et par kilomètre parcourus. Par voie aérienne, ce facteur (2.123 kgCO2e/T.km) est vingt-deux fois supérieur que par voie fluviale (0.097 kgCO2e/T.km), plus de cinquante-quatre fois supérieur que par voie ferroviaire (0.039 kgCO2e/T.km), et plus de six fois supérieur que par voie routière (0.325 kgCO2/T.km). source: https://carbonfund.org/ calculation-methods/

Le coefficient d'énergie grise de l'acier inoxydable est 34.8MJ pour 1kg de l'acier inoxydable. Donc pour 128.16 kg, L'énergie grise est 128.16 * 34.8 = 4459.97 MJ = 1238.88 kwh Ainsi, pour produire une unité du moucharabieh, la dépense énergétique est estimée : 2761.83 + 6403.67 + 1238.88 = 10 404.36 kwh L'enveloppe de l'Institut du monde arabe détient 240 unités. 240 * 10404.36 = 2 497 051.2 kwh correspond à l’énergie grise des matériaux constituant les moucharabiehs en entier. Deuxièmement, il faut de déterminer l'émission en GES de fret lié à la production du moucharabieh. En additionnant l'égrise grise due aux matériaux à celle de fret, nous connaitrons l'énergie grise total du système de l'enveloppe adaptative. L'entrepris BAUDIN CHÂTEAUNEUF s'est occupé de la fabrication des diaphragmes dans son atelier Groupe à Châteauneuf-sur-Loire. L’usine de BAUDIN CHÂTEAUNEUF est à 130 km du site de l'Institut du monde arabe à Paris. Au vue de la distance qui n'est pas trop grande, il est très probable que les pièces préfabriquées ais été transportées par voie ferroviaire ou voie routière. L’émission du fret par voie ferroviaire s’élève à 0.039 kgCO2e/T.km et par voie routière s’élève à 0.325 kgCO2/T.km. pièces du moucharabieh pèsent au total 65.65 Tonnes. 65.65 * 130 * 0.039 = 332.85 kgCO2e 65.65 * 130 * 0.325 = 2773.71 kgCO2e

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 85

L’émission grise liée au fret pour l’ensemble des moucharabiehs est de 332.85 kgCO2e à 2773.71 kgCO2e. La conversion correspondante en unités de kwh est de 1175.9 kwh à 9798.7 kwh. Donc, l'addition de l'énergie grise des matériaux et l'émission grise liée au fret est l'énergie grise de tout système de l'enveloppe adaptative. de 2 498 227.1 kwh à 2 506 849.9 kwh Du fait que le mouvement des moucharabiehs de cette façade a fonctionné jusqu’au début 2000, puis a été mis à l’arrêt suite aux soucis techniques rencontrés, il est difficile de trouver les informations sur l'économise énergétique du bâtiment grâce au fonctionnement de l'enveloppe. Je vais donc comparer la quantité de l'énergie grise de tout système de l'enveloppe adaptative à la consommation moyenne électrique d’une maison de 70 m² habitée par 3 personnes en France dans le but d'apporter d’une illustration de la dette de l'énergie de cette enveloppe.

Conversion de kgCO2e à kwh Dans mes calculs, je converti de kg de carbone émis en kWh en fonction des rapports sur les gaz à effet de serre: facteurs de conversion du Département des affaires, de l'énergie et de la stratégie industrielle. Le facteur de conversion est de 0,28307 kg de CO2 économisé pour chaque kWh produit à partir d'une source sans carbone. source:https://www.rensmart. com/Calculators/KWH-to-CO2 34. TOTAL DIRECT ENERGIE, La consommation moyenne en électricité d’une maison. [en ligne]. https://total.direct-energie.com/particuliers/ parlons-energie/dossiers-energie/comprendre-le-marchede-l-energie/la-consommation-moyenne-en-electricite-d-une-maison

D'après une récente analyse de la Commission de régulation de l’énergie, 34 une maison de 70 m² habitée par 3 personnes va consommer entre 7200 et 10 400 kWh par an. Cela signifie que la dépense énergétique pour construire cette enveloppe est suffisante pour alimenter une maison de 70 m² habitée par 3 personnes en 300 ans.

III.2- Institut de Monde Arabe 86

35. INSTITUT DU MONDE ARABE, Architecture. [en ligne]. https://www.imarabe.org/fr/architecture

Fonctionnement L'enveloppe du sud a au total 240 moucharabiehs composés de nombreux diaphragmes métalliques en variées dimensions. Ces diaphragmes sont actionnés par des servomoteurs à commande électronique qui répondent aux changements d'intensité du soleil. Ils (les diaphragmes) fonctionnent comme l'obturateur d'un appareil photo, s'ouvrant et se fermant pour contrôler l'intensité de la lumière à l'intérieur. Un ordinateur central reçoit les données d'intensité solaire et de température extérieure d'un capteur extérieur situé sur le toit. L'utilisateur peut prédéfini un point de consigne pour la température et l'intensité solaire, tous les servomoteurs sont commandés par l'ordinateur centre pour ouvrir ou fermer les diaphragmes. L'intensité solaire est la condition dominante utilisée pour contrôler les diaphragmes. Si les niveaux d'ensoleillement sont trop élevés (par exemple une journée très ensoleillée en été) par rapport à la valeur de consigne prédéfinie, les diaphragmes sont commandés de se fermer par l'ordinateur central pour réguler l'intensité de la lumière à l'intérieur et minimiser le gain de chaleur solaire. Cependant, lorsque la température extérieure tombe en dessous de 5°C, l'ordinateur ignore la condition d'intensité solaire et commande l'ouverture de tous les diaphragmes pour maximiser le gain de chaleur solaire. Les servomoteurs fonctionnent sur la base d'un signal numérique provenant de l'ordinateur, ce qui signifie essentiellement que les diaphragmes ne peuvent être que totalement ouverts ou totalement fermés. Le rythme du mécanisme est calculé pour accomplir 18 mouvements par jour au maximum. 35

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 87

Pour éviter un court cycle des servomoteurs, l'ordinateur dispose d'un délai réglable de 10 minutes avant toute nouvelle action. Cela empêche le fonctionnement des diaphragmes dans des conditions temporaires telles que le passage des nuages par une journée ensoleillée, etc. Même s'il n'y a qu'un seul capteur pour contrôler tous les diaphragmes, tous les panneaux ne fonctionnent pas simultanément et dans leur ensemble. Au lieu de cela, la façade a été divisée en 8 sections et chaque section a été divisée en sous-sections de 5 panneaux adjacents disposés verticalement. Les sections à 5 panneaux sont ensuite actionnées séquentiellement pour faciliter le fonctionnement du système et permettre des changements graduels de la luminosité des espaces à l'intérieur. Cela a un meilleur impact visuel sur les occupants et les visiteurs.

Figure 7: Séquence de fonctionnement AI-1; BI-1; CI-1; DI-1; AI-2; BI-2; CI-2; ... ; CII-5; DII-5; AII-6; BII-6; CII-6; DII-6.

III.2- Institut de Monde Arabe 88

36. LE MONITEUR, Les 240 moucharabiehs de l'Institut du monde arabe. [en ligne]. https://www.lemoniteur.fr/ photo/les-240-moucharabiehs-de-l-institut-du-monde-arabe.904234

Pour mieux comprendre le fonctionnement de chaque panneau, nous devons comprendre comment connecter et communiquer les détails. Les planches et les lamelles des iris sont fabriqués en duralumin qui est bien adapté du point de vue de la tenue dans le temps, mais présente de mauvaises caractéristiques de frottement. Un lubrifiant inadapté a été utilisé pour réduire les frottements des mécanismes. La graisse a capté les poussières et provoqué des gouttes, tout en accroissant par conséquent les phénomènes de frottements. 36

https://www.lemoniteur.fr/photo/les-240-moucharabiehs-de-l-institut-du-monde-arabe.904234.

Les panneaux nécessitent un entretien et un nettoyage constants, en particulier les couvercles intérieurs en verre, ce qui représente une grande partie du budget d'entretien chaque année. Le nettoyage des vitres extérieures n'est effectué qu'une fois par an. Tous les diaphragmes et leurs composants métalliques peuvent atteindre considérablement des températures élevées. Cela provoque une expansion et une contraction continues de toutes les pièces, articulations et pièces mobiles des diaphragmes. Bien sûr, cela est une cause majeure de défaillance de ces panneaux, car les pièces mobiles dans un panneau se III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 89

bloquent très souvent à cause du frottement excessif sur les articulations expansés. Chaque actionneur ou servomoteur est capable d'exercer une force suffisante sur les composants structurels du panneau pour les déformer complètement et les endommager de façon permanente. Ainsi, pour éviter que les diaphragmes et tous les composants internes d'un panneau ne soient irréversiblement endommagés lorsque l'actionneur est stimulé, un «fusible mécanique» ou goupille a été mis en place dans la conception de chaque panneau pour servir de lien entre l'actionneur et les tiges du panneau qui actionne les diaphragmes.

fusible mécanique source: https://www.imarabe.org/fr/architecture.

Cette goupille est faite d'un matériel avec la résistance nettement inférieure à celle du matériel dont sont constitués les autres composants d'un panneau. Lorsque l'actionneur est stimulé et qu'il y a un frottement excessif dans les pièces mobiles et les articulations d'un diaphragme qui les fait se coincer, la goupille ou le «fusible mécanique» se casse et l'actionneur est libre de se déplacer avant que les dommages soient causés au panneau et ses composants. En raison de contraintes budgétaires, 10% des panneaux peuvent tomber en panne avant la réparation d'un seul. III.2- Institut de Monde Arabe 90

37. LIGHTZOOMLUMIERE, Moucharabiehs de l’Institut du Monde Arabe à Paris. [en ligne]. https://www.lightzoomlumiere. fr/realisation/moucharabiehs-institut-du-monde-arabe-paris

Le mouvement des moucharabiehs de cette enveloppe a fonctionné jusqu’au début 2000, puis a été mis à l’arrêt suite aux soucis techniques rencontrés. En 2017, à l’occasion de ses 30 ans, l'enveloppe de l’Institut du monde arabe à Paris s’est offert un projet de restauration sur l'ensemble par l’architecte Daniel Vaniche de DVVD. Pour une remise en service des moucharabiehs, Il fallait utiliser les avancées techniques de notre temps au profit de cette enveloppe unique au monde. La rénovation permet de revoir jouer avec la lumière ces 240 panneaux, réduire les consommations énergétiques du bâtiment et améliorer le confort des utilisateurs et des visiteurs. La réparation des 240 moucharabiehs responsable par le spécialiste des architectures métalliques Baudin Châteauneuf a consisté en la reprise des galets en bronze et pièces de tringlerie trop sollicitées, l’utilisation d’éléments autolubrifiés, la reprise des pilotages électroniques, en y rajoutant des systèmes de sécurité. La rénovation des moucharabiehs va plus loin, et s’accompagne d’un pilotage automatisé individuel de chaque élément, le corrélant à l’éclairement, mais aussi à l’usage de l’espace concerné. En mettant en œuvre ce pilotage intelligent, la consommation électrique nécessaire à la mise en mouvement est divisée par 20 dans le but final d'augmenter l'efficacité énergétique de tout le bâtiment. 37

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 91

Confort d'usage L'enveloppe dynamique a l'objectif de réguler l'apport en lumière naturelle au sein du bâtiment, d’atténuer le gain solaire en répondant aux changements d’intensité du soleil. Comme nous l’avons vu précédemment, ces promesses n’ont pour le moins pas été tenue s d’un point de vue technique. Cependant, nous ne pouvons pas nier les effets de lumière qu'elle apporte même lorsqu'elle ne fonctionne plus efficacement. Depuis l’intérieur de l’Institut du Monde Arabe, le ratio d’occultation lorsque tous les diaphragmes sont ouverts est de 74,2 %. Lorsqu’ils sont tous fermés, il est de 82,6%. Ce changement de la quantité de lumière à l'intérieur crée des sentiments différents sur l'espace et augmente le plaisir visuel pour les parcours à l'intérieur du bâtiment. Conclusion Bien que L'enveloppe adaptative du sud de l'Institut de monde arabe n'ait pas efficacement fonctionné d'un point de vue énergétique, mais ce que je considère comme l'héritage de ce projet, c'est qu'il a été l'un des premiers à comprendre le potentiel d'une enveloppe adaptative pour contribuer à la performance d'un bâtiment, ensuite non seulement en faire une chose de performance, mais également en faire une composante plus poétique de l'architecture . Si Jean Nouvel conçoit l'Institut du Monde Arabe aujourd'hui, ce serait un bâtiment très différent. Il peut ne pas sembler différent, mais ce serait un bâtiment très différent d'un point de vue technologique. Cela fonctionnerait bien et ce serait plus facile à entretenir. III.1- Méthodologie d’analyse durable 92

source: https://www.imarabe.org/fr/architecture.

III - Analyse de la durabilitĂŠ des enveloppes adaptatives en pratique 93

source:https://www.imarabe.org/fr/blog/2017/05/la-restauration-des-moucharabiehs-de-l-ima-un-chantier-d-exception

III.2- Institut de Monde Arabe 94

38. THEGUARDIAN, Welcome to WaterCube, the experiment that thinks it's a swimming pool. [en ligne]. https:// www.theguardian.com/science/2004/may/06/research. science1

II.3 - Centre national de natation de Pékin Water Cube Informations de base Maître d’ouvrage: Beijing National Aquatics Center Co. Ltd Programme: Centre sportive de natation Localisation : Pékin, Chine Date d’achèvement : 2008 Superficie : 70,000 m2 Hauteur : 30 m Capacité: 17 000 spectateurs Architecte : PTW Architects, Ingénieur : Ove Arup, CSCEC, CCDI. Superficie de l’envloppe adaptative : 100 000m2 Coordonnées : 35059’ N, 116023’ E Température moyenne : Max Juillet 31°C, Min Jan -8°C Climat : Continental Introduction Le Centre national de natation de Pékin est un centre aquatique qui a été construit à côté du stade national de Pékin dans le vert olympique pour les compétitions de natation des Jeux olympiques d'été de 2008. En juillet 2003, la conception du Water Cube a été choisie parmi 10 propositions dans le cadre d'un concours international d'architecture pour le projet de centre aquatique. Le Water Cube a été spécialement conçu et construit par un consortium composé de PTW Architects (un cabinet d'architecture australien), Arup international engineering group, CSCEC (China State Construction Engineering Corporation) et CCDI (China Construction Design International) de Shanghai. 38

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 95

Le design du Water Cube a été initié par un effort d'équipe: les partenaires chinois ont estimé qu'un carré était plus symbolique pour la culture chinoise et sa relation avec le stade Bird's Nest tandis que les partenaires basés à Sydney ont eu l'idée de recouvrir le "cube" de bulles, symbolisant l'eau. Contextuellement, le cube symbolise la Terre tandis que le cercle (représenté par le stade elliptique) représente le ciel, un motif courant dans l'art chinois ancien. Comprenant d'un cadre spatial en acier, il s'agit de la plus grande structure recouverte d'ETFE au monde avec plus de 100 000 m² d'oreillers en ETFE qui ne sont que 0.2 mm (1/125 de pouce) d'épaisseur totale. Le ETFE revêtement fourni et installé par la société Vector Foiltec, permet plus de pénétration de lumière et de chaleur que le verre traditionnel, ce qui entraînant une diminution de 30% des coûts énergétiques. Ce choix a été fait compte tenu de l'objectif de Pékin de présenter des Jeux Olympiques entièrement «verts», avec une croissance nette nulle des émissions totales de carbone. 39

ETFE (Éthylène tétrafluoroéthylène) L’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE) est un atome de fluor à base de plastique. Il a été conçu pour avoir une résistance élevée à la corrosion et la force sur une large plage de températures. ETFE est un polymère et son nom basée sur la source est le poly (éthylène-co-tétrafluoroéthène). ETFE a une température de fusion relativement élevée, une excellente chimique, électrique et à haute énergie des propriétés de résistance aux radiations. Lors de la combustion, ETFE libère l’acide fluorhydrique . 39. ARUP, A form inspired by the natural formation of soap bubbles. [en ligne]. https://www. arup.com/projects/chinese-national-aquatics-center

La paroi extérieure est basée sur la structure Weaire – Phelan, une structure conçue à partir du modèle naturel de bulles dans la mousse de savon. Dans la structure vraie Weaire – Phelan, le bord de chaque cellule est incurvé afin de maintenir des angles de 109,5 degrés à chaque sommet (satisfaisant aux règles du Plateau), mais bien sûr, en tant qu'un système de soutien structurel, chaque faisceau devait être droit afin de mieux résister compression axiale. Le motif complexe Weaire – Phelan a été développé par tranchage à travers des bulles dans la mousse de savon, ce qui entraine, motifs organiques plus irréguliers que les structures de bulles de III.3- Centre national de natation de Pékin - Water Cube 96

40. ARCHITECTURAL RECORD, Welcome to WaterCube, the experiment that thinks it's a swimming pool. [en ligne]. https://www.theguardian.com/ s c i e n ce / 2 0 0 4 /m a y/ 0 6 /re search.science1 41. ARCHITECTURAL RECORD, Welcome to WaterCube, the experiment that thinks it's a swimming pool. [en ligne]. https://www.theguardian.com/ s c i e n ce / 2 0 0 4 /m a y/ 0 6 /re search.science1 42. OCEANUS, Casino Oceanus. [en ligne]. http://www.oceanus. asia/

mousse proposées plus tôt par le scientifique Kelvin. En utilisant la géométrie Weaire – Phelan, le revêtement extérieur du Water Cube est composé de 4 000 bulles ETFE, certaines atteignant 9,14 mètres (30,0 pieds) à travers, avec sept tailles différentes pour le toit et 15 pour les murs. 40 La structure avait une capacité de 17 000, dont 6 000 permanents et 11 000 temporaires pour les jeux qui ont supprimés après les Jeux. Il dispose également d'une surface terrestre totale de 65 000 mètres carrés et couvrira un total de 32 000 mètres carrés (7,9 acres). Bien qu'appelé le Water Cube, le centre aquatique est vraiment une boîte rectangulaire (cuboïde) de 178 mètres (584 pieds) carrée et de 31 mètres (102 pieds) de hauteur 41.La popularité du bâtiment a donné naissance à de nombreuses structures d'imitation dans toute la Chine. Par exemple, il est unà-un exemplaire de la façade près du terminal de ferry à Macao - le Casino Oceanus par Paul Steelman. 42 La structure en forme de boîte rectangulaire enveloppée de bulles irisées a remporté le National Science & Technology Progress Award 2011, First Class, pour son morphing délibéré de la science moléculaire, de l'architecture et de la phénoménologie qui peuvent créer une atmosphère aérée et embrumé pour une expérience personnelle des loisirs aquatiques. Le Centre aquatique a accueilli les épreuves de natation, de plongée et de natation synchronisée pendant les Jeux olympiques. Après les Jeux olympiques, le Water Cube a été ouvert au public certains jours de la semaine, et a également été rénové pour devenir un des plus grands parcs aquatiques couverts d'Asie.

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 97

source:http://kabar.kg/eng/news/people-daily-xi-jinping-urges-beijing-to-hold-winter-olympics-by-usingchinese-experience/

source: https://collection.maas.museum/object/406057.

III.3- Centre national de natation de PĂŠkin - Water Cube 98

source:https://goshopbeijing.com/the-water-cube-national-aquatics-center-2738.html

source:https://www.dezeen.com/2008/02/06/watercube-by-chris-bosse/

III - Analyse de la durabilitĂŠ des enveloppes adaptatives en pratique 99

source:http://bubblemania.fr/architecture-bulle-cube-deau-2003-2008-pekin-chine/

III.3- Centre national de natation de PĂŠkin - Water Cube 100

43. ARUP, A form inspired by the natural formation of soap bubbles. [en ligne]. https://www. arup.com/projects/chinese-national-aquatics-center

Performance énergétique Selon l’équipe de conception, l'enveloppe de Water Cube dispose d’un grand nombre de qualités ESD (Environmentally Sustainable Design soit "design durable"). L'éthyl tétrofluoroéthylène (ETFE) a été choisi comme matériau de l'enveloppe car il permet la pénétration de la lumière et de la chaleur naturelles à l'intérieur du bâtiment. La lumière du jour admise dans le cube permet d'économiser jusqu'à 55% sur l'énergie d'éclairage requise pour le hall de piscine. Ce matériau ne pèse que 1% du verre et est un meilleur isolant thermique. De plus, les rayons solaires qui frappent le bâtiment sont absorbés à 20% par la bulle ETFE et réutilisés pour chauffer les piscines et les espaces intérieurs. 43

30% de consommation d'énergie réduite au total Efficacité énergétique

55% d'énergie d'éclairage économisée 20% d'énergie solaire est piégée et utilisée pour le chauffage

Tableau 5: L'efficacité énergétique de l'enveloppe adaptative de Water Cube. Étant donné que Pékin souffre d'une pénurie d'eau, la conservation de l'eau était prise en compte. Les 100 000 mètres carrés de feuilles ETFE (coussins) sur la surface extérieure et la façade du toit peuvent collecter chaque année 10 000 tonnes d'eau de pluie. Le Water Cube va recycler et réutiliser 80% de l'eau récoltée des captages sur le toit, des systèmes de lavage à III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 101

contre-courant des piscines et les écoulements terrestre, en réduisant ainsi sa dépendance à l'égard du système d'alimentation en eau du district. L'idée était de le rendre aussi autonome que possible. 44

44. GONCHAR, J., Inside Beijing's Big Box of Blue Bubbles, USA: issue of Architectural Record, Manhattan, États-Unis, 2008.

D'autre part, afin de réduire davantage la consommation d'énergie du centre, la conception a incorporé de nombreux systèmes de récupération d'énergie, tels que la récupération de chaleur de l'air chaud évacué pour réchauffer l'air froid extérieur (alimentation en air frais). A un niveau plus détaillé, nous pouvons trouve que la densité et la taille des points ronds sur le ETFE revêtement sont variées en fonction des régions. Dans les positions où la densité et la taille des points ronds sont grandes, la lumière pénètre moins que dans les positions où la densité et la taille des points ronds sont petites. Le rapport de points ronds sur la surface peut atteindre 55% ou 60%, cela permet de réduire 40% d'énergie pour le refroidissement des zones réservées aux spectateurs.

source: https://www.youtube.com/watch?v=CTUZe57ONvk

III.3- Centre national de natation de Pékin - Water Cube 102

source: https://www.youtube.com/watch?v=CTUZe57ONvk

source: http://bubblemania.fr/wp-content/uploads/ETFE_patterns.jpg

Le rapport moyen est de 50% pour la surface extérieure d’ETFE et de 10% pour la surface environnante les éléments structuraux. La réalisation du concept détaillé de la surface est supportée par des algorithmes informatiques en prenant en compte les informations climatiques de Pékin pour que les charges de chaleur des tissus soient minimisées en été mais maximisées en hiver, lorsque le soleil solaire est le plus bénéfique. 45 Côté sécurité, l’espace entre les deux couches de bulles est fermé, prévenant ainsi une éventuelle surchauffe. Le vent résout le problème de l’évacuation de la chaleur. Huit bouches d’aération ont été installées sur le toit et les parois. III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 103

La membrane en ETFE simplifie le procédé de nettoyage. Elle peut s’auto-nettoyer, grâce à un frottement faible et à la non-adhérence des particules volantes. Pour le nettoyage, il suffira d’une petite pluie pour que les parois retrouvent leur éclat. Lorsque les ouvriers astiqueront la surface, elle redeviendra rapidement et facilement plus brillante que du verre. 46

45. WIKIBEIJING, Beijing Travel Guide - Water Cube HD. [en ligne]. https://www.youtube. com/watch?v=CTUZe57ONvk 46. MANEVAL, Virginie, Architecture Bulle – Cube d’Eau (2003-2008) Pékin -Chine. [en ligne]. http://bubblemania.fr/ architecture-bulle-cube-deau2003-2008-pekin-chine/

Après avoir comprendre les avantages énergétique de l'enveloppe adaptative du centre national de natation de Pékin, nous allons chercher à connaître l’empreinte écologique qu’a impliquée sa fabrication. L’objectif est d’estimer l’énergie grise de l'enveloppe, pour ensuite la comparer à celle dans le cas de l'application d'un autre matériel pour le revêtement. L’analyse débute par le calcul de l’énergie grise des matériaux. Afin d’estimer l’émission grise de l'enveloppe adaptative dans sa totalité, nous allons nous appuyer sur les données chiffrées de la superficiel des toutes les membranes en ETFE: 100 000 m². Dans ce calcul, nous ignorerons l'énergie grise de la structure de soutien d'enveloppe car contrairement au cas de l'Institut du monde arabe, ce système d'enveloppe adaptative de Water Cube non seulement répondes aux stimules de l'environnement externe, mais il agit également comme une interface de base qui sépare l’environnement intérieur de l’environnement extérieur, assurer le fonctionnement du bâtiment dans des conditions extérieures défavorables. Nous pouvons donc le considérer comme un élément indispensable d'un bâtiment plutôt que comme un élément supplémentaire qui ne soutient que l'enveloppe adaptative dans le but d'améliorer l'efficacité énergétique et le niveau de confort d'usage. III.3- Centre national de natation de Pékin - Water Cube 104

Conversion de MJ à kwh 1 MJ to kwh = 0.27778 kwh 1 kwh = 3.6 MJ L'émission grise de fret L’unité kgCO2e/T.km correspond au facteur d’émission de CO2 par Tonne et par kilomètre parcourus. Par voie aérienne, ce facteur (2.123 kgCO2e/T.km) est vingt-deux fois supérieur que par voie fluviale (0.097 kgCO2e/T.km), plus de cinquante-quatre fois supérieur que par voie ferroviaire (0.039 kgCO2e/T.km), et plus de six fois supérieur que par voie routière (0.325 kgCO2/T.km). source: https://carbonfund.org/ calculation-methods/ 47. CREMERS, Jan, Environmental impact of membrane and foil materials and structures, Stuttgart, Allemagne, 2014. 48. LAMNATOU, Chr., MORENOA, A., CHEMISANA, D., REITSMA, F., CLARIÁ, F., Ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) material: Critical issues and applications with emphasis on buildings, Renewable and Sustainable Energy Reviews, V82, P3, Février 2018.

Grâce au document "Environmental impact of membrane and foil materials and structures" 47, je connais que la membrane en ETFE pèse 0.5kg par mètre carré. La masse total de 100 000 m2 d'oreillers en ETFE est: 100 000 * 0.5 = 50 000 kg " La plupart des enquêtes (qui incluent l'ACV (analyse du cycle de vie) / les problèmes environnementaux liés à l'ETFE) évaluent l'énergie grise de l'ETFE de 26,5 à 210 MJ / kg. " 48 Donc l'énergie grise de toutes les membranes en ETFE est: = de 50 000 * 26,5 à 50 000 * 210 = de 1 325 000 MJ à 10 500 000 MJ = de 368 055.6 kwh à 2 916 666.7 kwh Dans un deuxième temps, il s’agit de déterminer l’émission en GES du fret lié à la fabrication de l'enveloppe adaptative. Ainsi, en additionnant l’énergie grise due aux matériaux à l'émission grise du au fret, nous connaitrons l’énergie grise de tout système de l'enveloppe adaptative de Water Cube. La conception des membranes en ETFE de Water Cube a nécessité une exécution sur mesure de la part du groupe Vector Foiltec. La fabrication de panneaux ETFE est réalisée dans son usine à Nancai Town, Shunyi District, Pékin, Chine. Cette usine de Vector Foiltec n'est qu'à 50 km du site de Water Cube. Au vu de la petite distance à parcourir, il est très probable que les pièces préfabriquées ais été transportées par voie routière. L’émission du Fret par voie aérienne s’élève à 0.325 kgCO2e/T.km. Les membranes en ETFE pèsent au total 50 Tonnes.

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 105

50 * 0.325 * 50 = 812.5 kgCO2e L’émission grise liée au fret pour l’ensemble des membranes en ETFE est 812.5 kgCO2e. La conversion correspondante en unités de kwh est 2870.3 kwh. Donc, l'addition de l'énergie grise des matériaux et l'émission grise liée au fret est l'énergie grise de tout système de l'enveloppe adaptative. de 370 925.9 kwh à 2 919 537 kwh Supposons que le revêtement de 100 000 m2 du Centre national de natation se compose d'autre matériau transparent - verre (10 mm, laminé). Nous puis allons de calculer l'énergie grise de toute enveloppe dans ce cas. Grâce au document "Environmental impact of membrane and foil materials and structures”, je connais que le verre (10 mm, laminé) pèse 25kg par mètre carré.

Conversion de kgCO2e à kwh Dans mes calculs, je converti de kg de carbone émis en kWh en fonction des rapports sur les gaz à effet de serre: facteurs de conversion du Département des affaires, de l'énergie et de la stratégie industrielle. Le facteur de conversion est de 0,28307 kg de CO2 économisé pour chaque kWh produit à partir d'une source sans carbone. source:https://www.rensmart. com/Calculators/KWH-to-CO2 49. SHRINKTHATFOOTPRINT, Average household electricity use around the world. [en ligne]. http://shrinkthatfootprint.com/ average-household-electricity-consumption

La masse total de 100 000 m2 de la surface en verre est: 100 000 * 25 = 2 500 000 kg Le coefficient d'énergie grise du verre laminé est 16.3 MJ pour 1kg du verre trempé. Donc pour 2 500 000 kg, L'énergie grise est: 2 500 000 * 16.3 = 40 750 000 MJ = 11 319 444.4 kwh Sans compter l'émission du Fret, nous nous rendons compte que l'énergie grise de toute enveloppe en verre est de 4 à 30 fois celle de toute enveloppe en ETFE dans le cas du Centre national de natation à Pékin. En utilisation l'ETFE au lieu de verre, nous pouvons économiser suffisamment d'énergie pour une famille chinoise à utiliser pendant de 4500 ans à 6000 ans. 49 III.3- Centre national de natation de Pékin - Water Cube 106

50. WIKIBEIJING, Beijing Travel Guide - Water Cube HD. [en ligne]. https://www.youtube. com/watch?v=CTUZe57ONvk

Fonctionnement L'adaptabilité de l'enveloppe du Centre national de natation à Pékin consiste à manipuler deux couches de peau d'ETFE. Le plafond a été construit comme un lieu où le Water Cube stockage son énergie auto-générée de la température entre couche externe et couche interne qui atteint 50 degrés Celsius les jours d'été. En hiver, nous scellons toute la boîte en fermant les ouvertures dans l'idée de capter l'énergie stockée à partir de l'énergie solaire. La quantité d'énergie peut servir de réchauffer des piscines. Tout de système a 6 ventilateurs utilisé dans les cas où il est nécessaire d'amener de l'air chaud depuis le toit vers les zones réservées aux spectateurs Au contraire, en été, nous ouvrons les ouvertures aux pieds et en haut du toit pour favoriser la ventilation naturelle. Cette convection permet de réduire la température de toute l'enveloppe ainsi que l'ensemble du bâtiment. 50

source: http://mumagi.net/watercube/sustainability.html

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 107

source: http://bubblemania.fr/wp-content/uploads/ETFE_patterns.jpg

ventilateur

ouverture

source: https://www.youtube.com/watch?v=CTUZe57ONvk

51. A.I.A., Beijing National Swimming Centre China, American Institute of Architects, concours de remise des prix du modèle d'information du bâtiment (BIM), États-Unis, 2004.

La peau extérieure du bâtiment se compose des oreillers en ETFE qui se composent de trois couches (externe, interne et centrale). Pression à l'intérieur de chaque oreiller jusqu'à 200 Pa, donc pour garder l'extérieur du bâtiment, il y a des capteurs pour mesurer l'air à l'intérieur de l'oreiller pour maintenir l'intégrité structurelle du bâtiment. Alors le Water Cube a besoin d'un énorme consommateur d'énergie pompe à air, pour 3500 oreillers gonflables. Pour résoudre ce problème, l'enveloppe de Water Cube a été divisée en 18 zones contenant des ventilateurs spéciaux qui envoient de l'air dans les oreillers. Des capteurs sont placés à l'intérieur de chaque oreiller, de sorte qu'il sera informé si l'un des oreillers doit être gonflé davantage ou s'il est complètement gonflé, et ces ventilateurs ne consomment que puissance électrique minimale. Système de pompe à air capable de maintenir 100 000 m2 d'oreiller en ETFE gonflé par haute pression sans gaspillage d'énergie. 51

source: https://www.youtube.com/watch?v=CTUZe57ONvk

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 109

Avec environ 20 000 personnes dans le bâtiment à tout moment pendant les jeux Olympiques, la norme sécurité incendie aurait exigé 200 m de portes de sortie - l'équivalent de deux côtés du bâtiment. Cela gâcherait non seulement l'apparence du bâtiment, mais créerait également un problème de sécurité. Le matériau ETFE est utilisé avec une analyse détaillée de la sortie et de la circulation, de sorte que le nombre de sorties a été réduit, car le matériau ETFE présente les caractéristiques suivantes: 52

52. ARUP, PTW et CCDI, Box of Bubbles: Visualization of the Entrance to the Water Cube – The China National Aquatic Centre, Chine, INGENIA issue 33, Decembre 2007.

1. Il ne brûle pas, mais il ne fond que pendant la présence de la flamme, lorsque le feu est tenu à l'écart, la fusion s'arrêtera. 2. Le point de fusion de l'ETFE est de 270 °C, après, le feu sera épuisé et les fumées seront absorbées par le bâtiment. 3. Le meilleur attribut de ETFE dans le feu est qu'il se rétrécit loin de la chaleur, s'auto-évitant ainsi efficacement et laissant la fumée sortir du bâtiment.

source: https://www.youtube.com/watch?v=CTUZe57ONvk

III.3- Centre national de natation de Pékin - Water Cube 110

53. ARUP, PTW et CCDI, Box of Bubbles: Visualization of the Entrance to the Water Cube – The China National Aquatic Centre, Chine, INGENIA issue 33, Decembre 2007. 54. GONCHAR, J., Inside Beijing's Big Box of Blue Bubbles, USA: issue of Architectural Record, Manhattan, États-Unis, 2008.

Confort Nous savons déjà qu'en captant la chaleur entre les deux couches d'ETFE, nous pouvons réchauffer les zones réservées aux spectateurs en hiver et économiser à la fois de l'énergie. La climatisation maintiendra les zones hors piscine et bureaux à environ 23 °C en été, avec un rejet thermique de la climatisation qui réchauffe les piscines. La piscine de loisirs doit être maintenue à environ 30 °C tandis que la piscine de compétition nécessite 28 °C. Les zones réservées aux spectateurs, par exemple, sont climatisées par un système d’alimentation sous les sièges, qui ne sera activé que pendant les événements. Cela cible la climatisation et évite le gaspillage dans des zones non utilisées par les spectateurs et les participants aux compétitions. 53 Hormis du confort thermique, l'enveloppe adaptative de Water Cube nous donne également l'éclairage naturelle à l'intérieur et nous fait penser à d'un boite en carré qui reflète l'image du ciel. La conception le rend approprié à la culture chinoise en général et au complexe sportif en particulier, qui sont construits dans le but de servir des jeux Olympiques en 2008. Surtout la nuit, le Water Cube devient une boîte de couleur rougeoyante à l'aide de LED intégrées dans les cadres d'oreillers.54 Le système de LED présent d'une bonne manière la caractéristique dynamique de l'eau qui le bâtiment se représente. Alors, le confort thermique, l’auto-génération d'énergie et le confort visuel sont les avantages indéniables du Centre national de natation à Pékin.

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 111

Conclusion Tout comme pour l'Institut du monde arabe, l'enveloppe adaptative du Centre national de natation à pékin fonctionne bien en tant qu’emblème culturel identifiable. Les membranes en ETFE offre un aspect uniforme au bâtiment qui fonctionnent bien. Le bâtiment incarne l’innovation en termes de design, de technique et de matériaux. La géométrie de sa façade lui confère une image marquante et unique. Les données chiffrées de l'énergie grise de tout système de l'enveloppe ont montré des avantages remarquables d'un point de vue de durabilité de l'application de smart matériaux par rapport à l'utilisation de solutions mécaniques en comparant les deux exemples étudiés. Le bâtiment est sans doute le fruit d’une collaboration réussie entre le client, l’équipe de conception et le constructeur, ainsi qu'une combinaison parfaite de facteurs culturels, de facteurs de durabilité, de facteurs esthétiques et de facteurs fonctionnels. Le succès de ce bâtiment démontre l'efficacité d'un point de vue énergétique, de fonctionnement des conceptions d'enveloppe statique parmi les conceptions actuelles d'enveloppe adaptative. La technologie des matériaux et la gestion intelligente remplacent progressivement l'ingénierie mécanique dans le monde architectural. Donc les architectes devraient saisir cette tendance pour atteindre les objectifs d'efficacité énergétique dans l'avenir.

III.3- Centre national de natation de Pékin - Water Cube 112

source:http://bubblemania.fr/wp-content/uploads/WATER-CUBE-263889987-1.jpg

source:https://moreaedesign.wordpress.com/2010/09/13/more-about-watercube-%E2%80%93-beijing-china/watercube_lightboxb_918x612_ben_mcmillan/

III - Analyse de la durabilitĂŠ des enveloppes adaptatives en pratique 113

source:https://waterchatter.wordpress.com/2015/12/04/5-amazing-architecture-inspired-by-water-youhave-to-see/

III.3- Centre national de natation de PĂŠkin - Water Cube 114

UN NOUVEAU REGARD SUR LES ENVELOPPES DES BÂTIMENTS EN TANT QU’INFRASTRUCTURE URBAINE

115

Bloom Source: https://formfindinglab.wordpress.com/2016/05/12/what-i-am-thinking-biologist-turned-architect-doris-kimsung-makes-buildings-breathe/

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IV.1 - L'extérieure appartient à la ville, l'intérieur appartient au bâtiment En tant qu'une présence significative en milieu urbain, la surface à l'extérieur de l'enveloppe des bâtiments contribue au chauffage constant des grandes villes du monde. Cependant, peu est fait pour concevoir cette surface au profit de l'espace public. Au lieu de cela, la façade d'un bâtiment soit en tant qu'un composant qui se concentre uniquement sur la qualité du confort des occupants intérieur, tout en ignorant les effets sur l'extérieur du bâtiment, ou une identité esthétique pour les propriétaires du bâtiment. Dans ce secteur de la mémoire, je me permets de proposer de repenser l'enveloppe en tant que contributeur important au confort en plein air et la conception qui servi de la santé publique en tant que fonction supplémentaire de l'enveloppe du bâtiment. Si l'énorme superficie totale des bâtiments d'une ville est considérée comme faisant partie de l'infrastructure de la ville, sa contribution publique peut non seulement rendre les espaces extérieurs confortables, propres et agréables, mais aussi aider à atténuer le plus gros problème de l'augmentation des températures dans les villes. Grâce au développement des technologies modernes, de nombreux concepteurs conçoivent déjà des enveloppes adaptatives pour collecter l'énergie, répondre à l'évolution de l'environnement et protéger les occupants des situations intolérables. Néanmoins, je crois que l'enveloppe du bâtiment peut être conçu et fabriqué pour atteindre des objectifs plus ambitieux dans un futur proche, tels que vers le bien commun de la ville.

117

IV -Un nouveau regard sur les eveloppes des bâtiments en tant qu'infrastructure urbaine

Les surfaces à l'extérieur des bâtiments peuvent filtrer l'air, nettoyer l'eau, réguler la température, générer de la brise, réduire du bruit et contribuer à la santé publique. Les architectes sont actuellement en mesure de conceptualiser la peau du bâtiment comme un véritable médiateur entre les environnements intérieurs et extérieurs. Au lieu de tourner le dos à l'environnement urbain, la surface extérieure d'un bâtiment peut améliorer le confort thermique des piétons, l'acoustique, la réflectivité, la qualité de l'air pour rendre les espaces extérieurs plus confortables et utiles. De plus, comme notre environnement change toutes les heures, tous les jours, toutes les saisons et tous les ans, nous avons besoin de concevoir des enveloppes de bâtiment d'une façon adaptable.

55. ARCHITECTURE2030, Why the building sector. [en ligne]. https://architecture2030.org/ buildings_problem_why/

En réalité, la superficie des façades des bâtiments couvre d'énormes quantités de mètres carrés - parfois plus que celles des rues et des trottoirs, les enveloppes des bâtiments sont à la fois les coupables et les sauveurs potentiels des zones urbaines. Autrementdit, même si elles ont contribué au problème de l'effet d'îlot de chaleur dans le passé 55, les enveloppes des bâtiments peuvent être réorientés pour compenser ces problèmes et d'autres à l'avenir. Compte tenu de la nouvelle technologie désormais disponible et d'un plus grand intérêt pour le climat urbain, les surfaces extérieures des bâtiments peuvent filtrer la pollution, favoriser la circulation de l'air et générer de l'eau propre - tout au plus, contribuant au bien commun de la société dans son ensemble, et au moins, rendant l'extérieur des espaces piétonniers plus sains, plus confortables et nettement plus utiles.

IV.1-L'extérieure appartient à la ville, l'intérieur appartient au bâtiment 118

56. AUER, T., PRIETO, A., KNAACK, U., KLEIN, T., Solar coolfacades: Framework for the integration of solar cooling technologies in the building envelope, Energy, vol137, Octobre 2017. 57. FORBES, Alcoa's Self-Cleaning, Smog-Eating Buildings. [en ligne]. https:// www.forbes.com/sites/toddwoody/2011/05/09/alcoasself-cleaning-smog-eatingbuildings/#34559b836f18

IV.2 - Les surfaces urbaines adaptatives en pratique La conception de l'enveloppe des bâtiments, actuellement un sujet d'intérêt en Europe et en Amérique du Nord, sera inévitablement influencée par les technologies adaptatives tels que l'utilisation de smart matériaux ou le systèmes à faible consommation d'énergie. En particulier, quand nous mettons en question le rôle qu'il joue dans l'espace extérieur du bâtiment et le considérons comme une surface fonctionnelle appartenant à la ville. Thomas Auer de Transsolar KlimaEngineering, ingénieur en climat au siège social de Manitoba Hydro, pense qu'au niveau des matériaux et en plus de l'auto-ventilation, l'enveloppe d'un bâtiment peut fonctionner comme un déshumidificateur, extraire l'humidité de l'air et même générer de l'eau pour diverses utilisations. Des combinaisons de matériaux simples telles que des revêtements de silice peuvent améliorer le comportement de certains matériaux pour avoir un effet local sur un système d'enveloppe adaptative intégré. 56 Dans cette partie de l'étude, je présenterai quelques exemples de la mise en place des enveloppes adaptatives en pratique qui montrent la potentialité prometteuse dans le but d'améliorer le niveau de confort d'usage ainsi l'efficacité énergétique à l'échelle urbaine.

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IV -Un nouveau regard sur les eveloppes des bâtiments en tant qu'infrastructure urbaine

EcoClean Un produit d'Alcoa Architectural Products appelé "EcoClean" est presque mangeur de smog. Avec un revêtement de dioxyde de titane en couches sur la peinture argentée, les particules de dioxyde de titane servent de photo-catalyseurs et lorsqu'elles sont frappées par la lumière du soleil, leurs électrons se suralimentent et interagissent avec les molécules d'eau dans l'air. Cette interaction libère des radicaux libres qui décomposent les matières organiques sur le panneau de construction et les polluants tels que l'oxyde d'azote dans l'atmosphère environnante dans le but de les oxyder en composés inoffensifs qui peuvent éventuellement être emportés par l'eau de pluie. En outre, le dioxyde de titane interagit avec la lumière du soleil, il crée également ce qu'on appelle une surface hydrophile qui permet à l'eau de s'écouler du panneau en feuilles plutôt que de perler. 57

source:https://www.aiche.org/chenected/2011/09/self-cleaning-buildings

Alcoa estime que ce système peut réduire d'un tiers à la moitié les coûts d'entretien d'un bâtiment. " Cela équivaut à un arbre et si vous avez 10 000 pieds carrés de surface de Reynobond avec EcoClean, il a à peu près le même nettoyage de l'air de 80 arbres. Il s'agit en fait d'un impact significatif sur la qualité de l'air, les panneaux d'aluminium sont installés sur quelques parmi 14 milliards de pieds carrés de bâtiments en Amérique du Nord et en Europe. Si une fraction de ces surfaces utilise le produit EcoClean, ce serait l'équivalent de planter plusieurs millions d'arbres. " Selon Craig Belnap, président d'Alcoa Architectural Products. IV.2-Les surfaces urbaines adaptatives en pratique 120

58. DOSU-ARCH, Urban Urchin. [en ligne]. https://www.dosu-arch.com/urban-urchin

Urban Urchin Dans le projet Urban Urchin à Holon, Israel, les concepteurs Doris Kim Sung et Russell Fortmeyer ont utilisé des stratégies à faible technologie pour fournir de l'ombre et favoriser la brise dans les zones adjacentes tout en filtrant l'air à travers la structure. La surface supérieure du thermobimétal en porte-à-faux peut être calibrée de manière optimale pour réfléchir la lumière et diriger la chaleur dans la base d'une cheminée solaire tout au long des heures ensoleillées de la journée. L'air chaud montera naturellement et le déplacement attirera de l'air plus froid par le bas. Une fois le mouvement de l'air établi et l'énergie récupérée, la filtration de l'air peut être intégrée. Étant donné que la qualité de l'air est l'un des impacts les plus importants sur la santé humaine de notre monde largement urbanisé, le développement d'une approche passive pour créer des poches d'air frais - semblable à un parc - au sein de la ville pourrait devenir un nouvel outil dans la stratégie de santé communautaire de n'importe quelle ville. 58

source: https://www.dosu-arch.com/urban-urchin

III - Analyse de la durabilité des enveloppes adaptatives en pratique 121

source: https://www.dosu-arch.com/urban-urchin

IV.2-Les surfaces urbaines adaptatives en pratique 122

59. DOSU-ARCH, Tw/rl. [en ligne]. https://www.dosu-arch. com/tw-rl

TW/RL En utilisant les mêmes principes physiques par rapport au projet Urban Urchin (l'air chaud recueilli dans les cheminées solaires par les capteurs solaires thermo-bimétalliques monte pour s'échapper, laissant entrer un air plus frais en dessous), le projet TW/RL de Doris Kim Sung et Simon Schleicher n'utilise aucune énergie artificielle pour améliorer la qualité de l'air urbain. Du matin au soir, le parapluie a présenté de nombreuses fonctions performatives: se protéger du soleil, ventiler l'air frais et capter l'énergie solaire. Afin de maximiser l'ombre, l'utilisateur fait rouler le parapluie manuellement sur les rails du plateau, ce qui positionne par inadvertance la surface entrelacée des réflecteurs et capteurs solaires du parapluie à l'angle optimal d'exposition au soleil. La chaleur solaire est réfléchie dans la broche de la cheminée solaire pour générer un mouvement d'air et, en même temps, est absorbée par les carreaux photovoltaïques pour une utilisation ultérieure. 59 En tant qu'unité unique, les deux projets précédents ne peuvent pas réduire considérablement le refroidissement de la ville ou le filtrage des particules en suspension dans l'air. Cependant, lorsqu'ils sont envisagés pour des surfaces plus importantes telles que les façades de bâtiments, les résultats peuvent être beaucoup plus efficaces.

source:https://www. dosu-arch.com/twrln

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IV -Un nouveau regard sur les eveloppes des bâtiments en tant qu'infrastructure urbaine

source: https://www.dosu-arch.com/tw-rln

IV.2-Les surfaces urbaines adaptatives en pratique 124

60. ARCHDAILY, This Innovative Brick Sucks Pollution From the Air Like a Vacuum Cleaner. [en ligne]. https://www.archdaily. com/771767/this-innovativebrick-sucks-pollution-fromthe-air-like-a-vacuum-cleaner 61. THE CONSTRUCTOR, Breathe Bricks – Operation Mechanism, Applications, Advantages. [en ligne]. https:// theconstructor.org/building/ breathe-bricks/29216/

Breathe Brick Breathe Brick est un projet sur la purification de l'air urbain grâce à l'enveloppe du bâtiment, conçu pour faire partie du système de ventilation régulier d'un bâtiment, avec une façade à double couche de briques spécialisées à l'extérieur, complétée par une couche interne standard assurant l'isolation. Au cœur de la fonction de Breathe Brick se trouve la filtration par cyclone, une idée empruntée aux aspirateurs modernes, qui sépare les particules polluantes lourdes de l'air et les dépose dans une trémie amovible à la base du mur. Le système est composé de deux parties clés: des briques en béton et un coupleur en plastique recyclé, qui aident à aligner les briques et créent un itinéraire de l'extérieur vers le centre creux de la brique. Les briques en béton elles-mêmes présentent une surface à facettes qui aide à diriger le flux d'air dans le système et une cavité séparée pour l'insertion de la structure en acier. 60

source: https://www.archdaily.com/771767/this-innovative-brick-suckspollution-from-the-air-like-a-vacuum-cleaner

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IV -Un nouveau regard sur les eveloppes des bâtiments en tant qu'infrastructure urbaine

source: https://www.archdaily.com/771767/this-innovative-brick-sucks-pollution-from-the-air-like-a-vacuum-cleaner

L'air est dirigé vers des orifices d'entrée rectangulaires à l'aide de la surface à facettes de Breathe Brick. L'air qui entre dans le système est entraîné par un filtre à cyclone qui extrait les particules. Le filtre cyclone est coulé directement dans la forme en béton. L'air filtré qui passe dans la cavité du système de mur à double paroi pourrait alors alimenter directement un système de CVC ou un espace adjacent. 61 Lors d'essais en soufflerie, le système a filtré 30% des particules fines (comme les polluants atmosphériques) et 100% des particules grossières comme la poussière. Bien que cette proposition vise à créer un système qui filtre l'air extérieur pour une utilisation intérieure, cette technologie simple peut également être appliquée pour filtrer l'air extérieur pour une utilisation extérieure.

source: https://www.archdaily.com/771767/this-innovative-brick-sucks-pollution-from-the-air-like-a-vacuum-cleaner

IV.2-Les surfaces urbaines adaptatives en pratique 126

62. SZABO, D., ŠUJANOVA, P., GLORIEUX, C., RYCHTARIKOVA, M., Impact of Building Façade Properties on Noise Levels in Street Canyons, Building and Environment, vol157, Juin 2019.

Étude d'impact de façade sur les niveaux de bruit sur la rue "canyon" Cette étude de quatres auteurs: Daniel Szabó, Paulina Šujanová, Christ Glorieux et Monika Rychtáriková, concentre sur l'évaluation de l'impact des nouvelles peaux structurelles des enveloppes des bâtiments sur le niveau de bruit sur la rue "canyon". 62 Deux rues "canyons" de 500 m de long; 12 m et 24 m de large et 50 m de haut ont été considérés. Des simulations ont été réalisées en plusieurs variantes, avec différentes propriétés de façade et de revêtement routier.

source: Impact of Building Façade Properties on Noise Levels in Street Canyons

Modèles acoustiques (rue "canyon" large et étroit), avec indication de la source sonore linéaire (ligne rouge) et des récepteurs de source sonore (points bleus).

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IV -Un nouveau regard sur les eveloppes des bâtiments en tant qu'infrastructure urbaine

Cinq variantes ont été simulées dans chacun des deux rues "canyons" (par exemple 12 m et 24 m de large). La variante 1 exprime une situation de «champ libre» sans bâtiments, équivalente à des bâtiments avec des façades 100% absorbantes. La variante 2 supposait des revêtements muraux traditionnels en briques, simulés comme des surfaces planes. La variante 3 était également basée sur une façade en brique, mais de grandes irrégularités (balcons, etc.) étaient présumées. La variante 4 représentait une façade en verre transparent sans éléments d'ombrage, et la variante 5 a modélisé une situation dans laquelle des coussins en ETFE étaient utilisés comme finition de façade.

à 125 Hz à 1 kHz Répartition du niveau de pression acoustique dans une section transversale de deux rues "canyons". source: Impact of Building Façade Properties on Noise Levels in Street Canyons

Les résultats de cette étude montrent que l'absorption acoustique sur la façade en ETFE est nettement plus important que l'absorption acoustique sur la façade en les autrex matériaux tels que: brique, verre. De plus, la largeur de la rue influence l'efficacité d'une façade insonorisante et joue ainsi un rôle important dans la répartition du niveau de pression acoustique. Dans le cas d'une rue "cayon" d'une largeur de 24 m, l'effet de l'absorption acoustique est moins prononcé par rapport à une rue "cayon" relativement étroite de 12 m de large. Du fait que l'application croissante de plus en plus de nouveaux matériaux tels que ETFE dans l'architecture adaptative, je crois que nous pouvons simultanément améliorer le niveau de confort d'usage des espaces intérieurs et extérieurs du bâtiment, en particulier pour réduire le niveau de bruit dans les rues de petite largeur. IV.2-Les surfaces urbaines adaptatives en pratique 128

63. PROSOLVE370E, Torre de Especialidades, Hospital Manuel Gea Gonzales. [en ligne]. http://www.prosolve370e.com/ home 64. GIZMODO, 5 Smart Building Skins That Breathe, Farm Energy, and Gobble Up Toxins. [en ligne]. https://gizmodo. com/5-smart-building-skinsthat-breathe-farm-energyand-g-1254091559 65. CNN, Mexico's smog eating buildings. [en ligne]. https:// youtu.be/Z34sFb7VXNw

Torre de Especialidades, Hôpital Manuel Gea Gonzales Type de projet: Façade en quasi-cristal dépolluant Localisation : Mexico, Mexique Date d’achèvement : avril 2013 Client: ICA, S.A.B. de C.V. Ingénierie des structures: Buro Happold New York Test de matériaux: Kiwa MPA Bautest GmbH, TU Berlin, Fraunhofer IPA Stuttgart Consultant: Joshua Socolar, professeur, Département de physique, Duke Université Superficie : 35 000 m² Superficie de l’enveloppe adaptative: 2500 m² 63 En appliquant la technologie remarquable (mentionné ci-dessus), qui a capacité de purifier l'air, de la société chimique Alcoa, de nombreuses enveloppes adaptatives sont conçues pour les nouveaux bâtiments dont fait partie un nouvel hôpital de Mexico, la Torre de Especialidades. L'hôpital est enveloppé dans une peau de 300 pieds de long de tuiles Prosolve370e, développé par une entreprise allemande appelée Elegant Embellishments. La technologie est basée sur le même processus: comme les filtres à air autour des structures en forme d'éponge, les radicaux libres activés par la lumière UV détruisent tous les polluants existants, laissant l'air pur pour l'espace autour. Selon Fast Company, même la forme de l'enveloppe adaptative est importante: elle crée des turbulences et ralentit le flux d'air autour du bâtiment, tout en diffusant la lumière UV nécessaire pour activer la réaction chimique. 64

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IV -Un nouveau regard sur les eveloppes des bâtiments en tant qu'infrastructure urbaine

Les modules sont recouverts d'un dioxyde de titane superfin (TiO2), une technologie anti-pollution activée par la lumière du jour ambiante. Il s'agit de la version nano photocatalytique du TiO2 conventionnel couramment utilisé comme pigment et déjà connu pour ses qualités autonettoyantes et germicides. Il ne nécessite que de petites quantités de lumière UV et d'humidité naturelles pour réduire efficacement les polluants atmosphériques en quantités inoffensives de dioxyde de carbone et d'eau. Les concepteurs estiment que cette enveloppe neutralise les effets d'un millier de voitures chaque jour. 65

source: http://www.prosolve370e.com/how-it-works-1

Les moteurs à combustion émettent des toxines nocives telles que les NOx et les COV pendant le fonctionnement, et émettent également des COV, de l'ozone et des particules pendant le repos.

source: http://www.prosolve370e.com/how-it-works-1

Un écran photo-catalytique placé entre les voitures et les personnes pourrait piéger et filtrer de nombreux sous-produits nocifs des moteurs à combustion. IV.2-Les surfaces urbaines adaptatives en pratique 130

66. PROSOLVE370E, Tiling Geometry. [en ligne]. http://www. prosolve370e.com/how-itworks-1

Dérivé d'un motif symétrique pentagonal, le substrat sous-jacent pour le carrelage est une grille mathématique qui semble irrégulière, mais est composée de quelques parties constitutives. La nouvelle grille non orthogonale crée un motif en mosaïque apparemment non répétitif, entraînant un caractère aléatoire visuel, une esthétique souhaitable qui est généralement obtenue grâce à une conception et à des dépenses sur mesure. 66

source: http://www.prosolve370e.com/how-it-works-1

Les tuiles sont constituées d'une coque en plastique ABS recyclé thermoformé léger résistant au feu, joint à des fixations en acier standard. En tant que module décoratif, les tuiles ont un potentiel de régénérer des façades anciens, orner d'une façade moderniste, donner un visage attrayant aux bâtiments qui manquent d'importance identitaire ou s'agir d'un filtre souple entre les zones polluées telles que les autoroutes et les espaces publics. Ensuite, Je voudrais évaluer la qualité durable de l'enveloppe de l'hôpital à partir du coût énergétique de sa réalisation en calculant l’énergie grise de tout le système de l’enveloppe. Nous constatons que toute enveloppe se compose de deux types de tuiles dont dimensions sont 47.9 x 15.8 x 12.7 cm (chaque tuile étroite)

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IV -Un nouveau regard sur les eveloppes des bâtiments en tant qu'infrastructure urbaine

et 41 x 29.9 x 12.7 cm (chaque tuile large). 67

67. COOPER HEWITT, PROSOLVE 370E ARCHITECTURAL TILES, 2009. [en ligne]. https:// collection.cooperhewitt.org/ objects/18797517/

tuile Ã©troite

tuile large

source: http://www.prosolve370e.com/how-it-works-1

source: http://moremorexless.blogspot.com/2015/02/prosolve-370e-facade-tower-of.html

IV.2-Les surfaces urbaines adaptatives en pratique 132

Conversion de MJ à kwh 1 MJ to kwh = 0.27778 kwh 1 kwh = 3.6 MJ

Étant donné que la façade dépolluant de l'hôpital Manuel Gea Gonzales est une façade asymétrique et que nous ne disposons pas de données précisées sur le nombre de tuiles larges et tuiles étroits installés, nous calculerons le nombre de tuiles larges et étroits de l'ensemble du bâtiment grâce à leur nombre dans un cadre typique 2 m * 2.8 m. Un cadre typique 2 m * 2.8 m, ayant une superficie de 5.6 m2, a 14 de tuiles étroits et 27 de tuiles larges. Alors, la façade dépolluant de l'hôpital Manuel Gea Gonzales de 2500 m2 se compose environs de 6250 de tuiles étroits et 12054 de tuiles larges. Une tuile étroite représente 0.003 m3 Une tuile large représente 0.008 m3 Toute la façade dépolluant représente 115.18 m3 La masse volumique d’ABS est 1070 kg/m3 => La masse de toute la façade: 115.18 * 1070 = 123 242.6 kg. Le coefficient d'énergie grise du plastique ABS recyclé est de 42 à 51 MJ pour 1 kg du plastique ABS recyclé. Donc pour 123 242.6 kg, L'énergie grise est: = de 123 242.6 * 42 à 123 242.6 * 51 = de 5 176 189.2 MJ à 6 285 372.6 MJ = de 1 437 830.3 kwh à 1 745 936.8 kwh Le système de châssis en acier standard supportant la façade représente 3 m3 La masse volumique de l'acier standard est 7900 kg/m3 => La masse du système de châssis supportant la façade: 3 * 7900 = 23 700 kg.

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IV -Un nouveau regard sur les eveloppes des bâtiments en tant qu'infrastructure urbaine

Le coefficient d'énergie grise de l'acier standard est de 32 MJ pour 1 kg de l'acier standard. Donc pour 23 700 kg, L'énergie grise est: = 23 700 * 32 = 758 400 MJ = 210666.7 kwh Ainsi, pour produire la totalité du système de la façade dépolluant de 2500 m2 de l'hôpital Manuel Gea Gonzales, la dépense énergétique est estimée : = de 1 437 830.3 kwh + 210666.7 kwh à 1 745 936.8 kwh + 210666.7 kwh = de 1 648 497 kwh à 1 956 603.5 kwh En comparant à la dépense énergétique pour produire l'enveloppe adaptative de 2000 m2 de l'Institut du monde arabe 2 497 051.2 kwh sans compter sur l’émission grise liée au fret, nous constatons que l'énergie grise des matériaux constituant cette façade dépolluant est nettement inférieure. De l'autre côté, l'énergie qui alimente le fonctionnement du système de la façade de l'hôpital Manuel Gea Gonzales est nul et et nous n'avons pas besoin de dépenser autant pour la maintenance et l'entretien. Donc nous pouvons clairement prendre conscience des avantages remarquables de l'application de smarts matériaux par rapport aux techniques mécaniques dans la conception des enveloppes adaptatives. Conclusion Avec ces types d'intention active-passive, les bâtiments qui ont l'habitude de contrôler généralement le confort intérieur de ses occupants peuvent désormais jouer un rôle important, actif et altruiste dans le contrôle du confort extérieur du paysage urbain. L'impact réel de cette manière de pensée est de faire l’appel à l'attention de l'ensemble de l'industrie de la conception et de la construction vers de plus grandes sphères publiques. Les enveloppes auront une apparence et des performances complètement différentes, et ce changement influencera inévitablement la façon dont nous concevons, construisons et occupons l'espace, à l'intérieur comme à l'extérieur. IV.2-Les surfaces urbaines adaptatives en pratique 134

source: http://www.prosolve370e.com/home

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IV -Un nouveau regard sur les eveloppes des bĂ˘timents en tant qu'infrastructure urbaine

source: http://www.prosolve370e.com/home

IV.2-Les surfaces urbaines adaptatives en pratique 136

L'ENVELOPPE "RESPONSIVE" LA TENDANCE FUTURE DE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENVELOPPE ADAPTATIVE

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RMIT Design Hub Source: https://commonpiece.com/2018/06/19/perceiving-architecture-through-the-lens-an-interview-with-jay-chen/

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Le terme "responsive" Réagir rapidement et de manière positive. Réagir avec intérêt ou enthousiasme. 68. BEESLEY, P., HIROSUE, S. et RUXTON, J., Responsive Architectures. Subtle Technologies 06, Cambridge: Riverside Architectural Press, 2006. 69. COLE, R., et BROWN, Z., Reconciling human and automated intelligence in the provision of occupant comfort, Intelligent buildings international 1, 2009. 70. THUN, G., et VELIKOV, K., Responsive Envelopes: Characteristics and Evolving Paradigms, In Design and Construction of High Performance Homes, Londres, Royaume-Uni, Routledge Press, 2012.

V.1 - Enveloppe "responsive" Le terme "responsive" est souvent utilisé de manière interchangeable avec " interactif " et " adaptatif ", mais le plus simplement il est utilisé pour décrire "Comment les systèmes naturels et artificiels peuvent interagir et s'adapter". 68 Dans un milieu "responsive", l'utilisateur et le système sont capables de façonner un ensemble illimité de résultats de performance. Plutôt que le concepteur prédétermine les réponses appropriées aux données saisies des utilisateurs, le système mesure les réactions à ses sorties et modifie continuellement ses actions en fonction de ces réponses. Dans un cas extrême, les bâtiments et les environnements pourraient co-évoluer et se transformer en fonction des modèles cognitifs et biologiques. 69 Une enveloppe "responsive" comprend des fonctionnalités et des caractéristiques de performances similaires à une enveloppe adaptative normale, y compris la détection en temps réel, des éléments adaptatifs au climat cinétique, des smarts matériaux, l'automatisation et la possibilité de remplacement par l'utilisateur. Mais il comprend également des caractéristiques interactives, telles que des algorithmes de calcul qui permettent au système du bâtiment de s'auto-ajuster et d'apprendre au fil du temps, ainsi que la possibilité pour les habitants de manipuler physiquement des éléments de l'enveloppe du bâtiment pour contrôler les conditions environnementales. L'apprentissage se déroule en fonction de l'évolution des conditions environnementales et des préférences des habitants, de sorte que

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V -L'enveloppe "responsive" - la tendance future de l'enveloppe adaptative

l'algorithme anticipe les configurations souhaitables. Une enveloppe de bâtiment vraiment réactive, par conséquent, comprend non seulement des mécanismes de détection et de rétroaction des habitants, mais s'engage également à éduquer le bâtiment et ses occupants. Des informations sont fournies aux habitants de l'immeuble pour qu'ils puissent aussi apprendre au fil du temps et modifier leurs actions en fonction du climat et de la consommation d'énergie. De cette façon, le bâtiment et l'occupant sont engagés dans une conversation continue et évolutive. 70 entrées de réponse mécanisme / interface élément mécanique persiennes, brise-soleil, pannaux climat extérieur soleil + vent + humidité + pollution

smarts matériaux changement d'état, échange d'énergie élément mécanique évents opérables, contrôle de la vitesse de l'air, panneaux radiants, mur d'eau

climat intérieur température + humidité + CO2 + COV

habitants paramètres de préférences + commandes manuelles

buts d'apprentissage

smarts matériaux changement d'état, réactions bio / chimiques, matière biologique contrôle utilisateur direct fonctionnement manuel, panneau de commande, interface graphique, application Web contrôle non physique gestuelle, reconnaissance faciale ou vocale, commandes neurologiques

mécanisme / interface

climat extérieur et intérieur

calcul adaptatif basé sur la rétroaction de détection en temps réel

consommation d'énergie

calcul adaptatif basé sur des protocoles de rétroaction et d'optimisation des données en temps réel calcul adaptatif basé sur le retour d'occupation, la reconnaissance des habitudes, la reconnaissance individuelle, la personnalisation

habitants

cognition par rétroaction quantitative, rétroaction ambiante, dynamique de groupe, incitations / récompenses

Figure 7: Les caractéristiques de l'enveloppe "responsive" incluent à la fois les interfaces d'entrée de réponse ainsi que l'apprentissage par le biais de mécanismes qui utilisent le calcul adaptatif basé sur une détection continue et un retour d'informations. V.1- L'enveloppe "responsive" 140

71. JANDA, K., B., Buildings Don’t Use Energy: People Do, Architecture, Energy and the Occupant’s Perspective, Proceedings of the 26th conference on Passive and Low Energy in Architecture (PLEA), C. Demers and A. Potvin eds., Québec, Canada, Les Presses de l’Universite Laval, 2009. 72. STERN, P. C., et ARONSON, E., Energy Use: The Human Dimension, Freeman, New York, États-Unis, Journal of Economic Psychology, vol. 6, issue 4, 1985.

V.2 - Le facteur humain dans la performance des bâtiments Une enveloppe "responsive" est celle qui facilite l'interaction de co-évolution entre le bâtiment, l'habitant et l'environnement de manière significative. L'un des principaux mandats de performance pour les enveloppes adaptative a été l'optimisation énergétique et la réduction de l'utilisation des ressources. Pourtant, la recherche a montré que si environ la moitié de l'énergie utilisée dans la maison dépend de ses caractéristiques physiques et de son équipement, le comportement de ses résidents est responsable de l'autre moitié. 71 Les spécialistes des sciences sociales reconnaissent depuis longtemps que les motivations à consommer ou à conserver l'énergie sont socialement dépendantes et que les dimensions sociales, politiques et personnelles de la consommation d'énergie et de la gestion des ressources d'un bâtiment sont aussi essentielles à prendre en compte que les dimensions techniques. 72 De plus, dans une étude comprenant une surveillance étendue des modes de consommation d'énergie dans une communauté de maisons à zéro énergie en Californie, les résultats ont montré que si les caractéristiques écoénergétiques et productrices d'énergie des bâtiments étaient efficaces pour réduire la consommation d'énergie, les modes de consommation d'énergie par les habitants sont restés identiques à ceux des voisins dans les maisons à énergie non nulle. En dépit de vivre dans des bâtiments durables

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V -L'enveloppe "responsive" - la tendance future de l'enveloppe adaptative

à haute performance, les résidents n'ont pas modifié leurs habitudes de consommation de manière significative. 73 Les motivations pour économiser l'énergie peuvent varier. Cependant, la disponibilité des informations et des boucles de rétroaction sont des moyens efficaces d'encourager les occupants des bâtiments à développer des modes de vie et des modes d'utilisation plus soucieux de l'énergie. 74

73. KEESEE M., Setting a new standard – the zero energy home experience in California, Proceedings of Solar World Congress, International Solar Energy Society, Orlando, FL, États-Unis, 2005. 74. DARBY S., The Effectiveness of Feedback on Energy Consumption, Oxford: Environmental Change Institute, Université d'Oxford, 2006.

Dans un paradigme de conception "responsive" de l'enveloppe adaptative, l'habitant et l'environnement sont tous les agents, les boucles de rétroaction positives et négatives que les individus ont avec leur environnement, la co-évolution active qu'ils partagent nécessairement avec lui, sont tous des outils potentiellement puissants pour promouvoir le changement social. Ils augmentent non seulement l'intelligence des systèmes de construction, mais aussi "l'intelligence" de leurs habitants. La maison est un lieu central de comportement qui crée des habitudes, les bâtiments résidentiels peuvent alors s'avérer un endroit idéal pour faire avancer les développements de systèmes d'enveloppes "responsive". En mettant l'accent sur l'adaptabilité, la peau haute performance a la capacité d'apprendre au fil du temps et peut former des relations continues et émergentes avec ses habitants. De cette façon, les enveloppes "responsive" peuvent avoir un impact significatif sur la définition de la performance des bâtiments en forgeant un nouveau cadre cognitif pour les bâtiments, leurs habitants et l'environnement plus large. V.2- Le facteur humain dans la performance des bâtiments 142

CONCLUSION

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Prototype de façade de morphologie cellulaire exposé à l’Alliance Française de Delhi, février 2015 Source: https://www.mgsarchitecture.in/building-materials-products/facades/952-parametrically-designed-facades-for-climatic-adaptability.html

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L’esthétique architecturale de l’enveloppe adaptative a radicalement changé la perception de la société face à l’architecture. Grâce à l'intégration des technologies mécaniques, à travers le contrôle intelligent et la technologie des matériaux, le bâtiment est considéré comme un être vivant. Dès lors, sa peau est capable de s'adapter aux stimuli climatiques externes, de s'auto-alimenter tout en améliorant le niveau de confort d'usage aux espaces intérieurs et extérieurs. Afin de définir l’enveloppe adaptative, nous avons déterminé les catégories qu’elle comporte. Nous avons mise en avant les similitudes qui font le lien entre les classifications émisses par les chercheurs : toutes prennent en compte trois éléments intrinsèques à l’architecture adaptative: l’agent du changement, le mécanisme du changement et l’effet du changement. Nous aurons ainsi vu que le premier élément est le déclencheur qui consiste à collecter les informations sur l’environnement, comme les exigences des occupants par exemple (détection, sensation). Le deuxième élément nous aura montré quel est le chemin que le système doit prendre pour passer de son état antérieur au post-état, par la considération des y compris les composants, conditions, ressources et contraintes nécessaires au changement. Le dernier élément est la différence entre les états avant et après un changement qui a eu lieu. Finalement, sur la base de l’analyse des approches de classification et des études de cas existantes, un système de classification est construit sur cinq variables de description du changement : l’agent d’adaptation, la réponse à cet agent d’adaptation, le contrôle de l’adaptabilité, l’objectif d’adaptation et enfin le degré d’adaptabilité. Nous avons étudié deux concepts adaptatifs émergents actuels : le biomimétisme et les smart matériaux. Les concepteurs tentent d'approcher l'objectif d'adaptabilité d'une perspective plus naturelle du biomimétisme. Cela signifie que le bâtiment imite un organisme spécifique ou la manière dont cet organisme s’adapte à cet environnement. Ainsi, le concept des smart matériaux capables de changer de manière réversible leurs propriétés thermo-physiques, ou optiques en réponse aux stimuli environnementaux est très prometteur. Cependant leur application reste aujourd’hui limitée en raison d’une difficulté de trouver un équilibre entre le cout et l’efficacité de la mise en œuvre relatifs à ces types d’architectures. VI -Conclusion 145

Nous aurons vu à travers l’étude de deux architectures adaptatives, présentés par leurs concepteurs comme l’aboutissement d’une démarche durable, à savoir l’Institut du Monde Arabe édifiée en 1987 et le Centre national de natation de Pékin réalisé en 2008, quel apport ce type de procédés technologiques permet-il d’un point de vue architectural. En effet, si ces projets sont aujourd’hui reconnus comme des exemples d’expérimentations dans le domaine de l’architecture adaptative, c’est également grâce à l’architecte, qui a su être à l’écoute des commanditaires sur leurs attentes vis-à-vis de la culture qui l’influence. Pour l'Institut du Monde Arabe à Paris, la proposition de Jean Nouvel pour ce système a été bien accueillie grâce à la particularité et à son renforcement d’un élément archétypal de l’architecture arabe: le moucharabieh. En ce qui concerne le Centre national de natation de Pékin-le Water Cube, sa forme en cube symbolise la culture chinoise, en effet, le cube de Water Cube symbolise alors la Terre tandis que le cercle du stade Bird's Nest représente le ciel. Toutes les deux offrent à leur bâtiment respectif leur valeur d’icône, d’objet emblématique. Elles leurs forgent une identité autant imagée que symbolique. L’analyse du cycle de vie des deux enveloppes adaptatives a montré les avantages indéniables de la mise en œuvre de la technologie des smart matériaux par rapport à la dépendance totale de la technologie mécanique dans les années quatre-vingt-dix d’un point de vue durable. Il est cependant à noter que l'utilisation de ces technologies devrait intégrer l’utilisation de ressources locales pour réduire les émissions grise liée au fret. De plus, le choix des matériaux en fonction de leur emprunte en énergie grise est nécessaire de considéré dans le processus de conception. Dans le cas de l'Institut du Monde Arabe à Paris, les solutions hautement mécaniques tendent à se briser facilement, et les différentes parties ne sont pas faciles à remplacer quand cela arrive. C’est la raison pour laquelle, les ouvertures nécessitaient plus d’entretien que l’Institut du monde arabe n’était en mesure de fournir et, jusqu’au début 2000, le système avait cessé de fonctionner. En tant qu'un des pionniers de l'application de la technologie adaptative dans les enveloppes architecturales, l'Institut du Monde Arabe a prouvé le caractère pratique de la combinaison de la valeur esthétique, culturelle et de l'efficacité énergétique dans la même conception.

VI -Conclusion 146

Dans une autre mouvance, la conception du Centre national de natation de Pékin -Water Cube est pertinente au regard de l'utilisation d'ETFE au lieu de verre sur l'enveloppe, ce qui a économisé environs de 10 00 000 kwh d'énergie. En effet, c’est l’équivalent de la consommation d’énergie d’une famille chinoise pendant de 4500 ans à 6000 ans. Ainsi, ces deux exemples nous montrent qu'il serait judicieux de simplifier au maximum leur fonctionnement et géométrie afin de réduire leur énergie grise et leurs coûts de maintenance opérationnelle. En tant qu’élément omniprésent dans le milieu urbain, l'enveloppe du bâtiment peut-être ainsi envisagé dans des notions relatives au confort visuel, à la qualité de l’air dans l’objectif de servir la santé publique. J'ai alors proposé de reconsidérer les enveloppes comme faisant partie du cadre de l'infrastructure urbaine, leur contribution publique peut non seulement rendre les espaces extérieurs confortables, propres et agréables, mais aussi aider à atténuer le problème plus important de l'augmentation des températures dans les villes. Les surfaces adaptatives à l'extérieur des bâtiments peuvent donc filtrer l'air, nettoyer l'eau, réguler la température, générer de la brise et réduire du bruit. Avec ce nouveau regard, les enveloppes auront une apparence et des performances complètement différentes, et ce changement influencera inévitablement la façon dont nous concevons, construisons et occupons l'espace, à l'intérieur comme à l'extérieur. Dans la dernière partie de cette étude, nous avons abordé la notion d'enveloppe "responsive" qui comprend des fonctionnalités et des caractéristiques de performances similaires à une enveloppe adaptative normale, y compris la détection en temps réel, des éléments adaptatifs au climat cinétique, des smarts matériaux, l'automatisation et la possibilité de remplacement par l'utilisateur. Nous aurons vu qu’il comprend également des caractéristiques interactives, telles que des algorithmes de calcul qui permettent au système du bâtiment de s'auto-ajuster et d'apprendre au fil du temps, ainsi que la possibilité pour les habitants de manipuler physiquement des éléments de l'enveloppe du bâtiment pour contrôler les conditions environnementales. Enfin, ces bâtiments ont également une capacité d'éduquer ses occupants en leur fournissant les informations leur permettant de modifier leurs actions en fonction du climat et de la consommation d'énergie. VI -Conclusion 147

Bien qu'il existe de nombreuses difficultés dans la conception et la réalisation d'enveloppes adaptatives pour atteindre les trois objectifs à savoir l'efficacité énergétique, le confort d'usage et le fonctionnement durable, ce système semble prometteur dans l’ensemble des possibilités qu’il offre. Dans une société où les besoins humains sont en constante évolution, seuls les bâtiments en mesure de s'adapter à des conditions changeantes seront raisonnables. Ils représentent une réponse aux besoins évolutifs de notre société en termes pratiques, esthétiques, et surtout d’interactions avec l’environnement. L'intégration des technologies modernes dans des enveloppes adaptatives a complètement changé la relation de l'homme avec l'architecture en relation symbiotique des organismes vivants. Nous habitons dans des bâtiments pour éviter les conditions météorologiques défavorables, leur fournissons l'entretien et les réparations nécessaires. Les bâtiments créent un confort pour les espaces privés intérieurs ainsi que pour les espaces publics extérieurs, générant de l'énergie et améliorant le niveau de qualité de la vie humaine. Les personnes et les bâtiments interagissent ainsi les uns avec les autres via les systèmes de technologie de l'information, tous les deux apprennent au fil du temps et modifient leurs actions en fonction du climat et de la consommation d'énergie. De cette façon, les bâtiments et les occupants sont engagés dans une conversation continue et évolutive. La co-évolution active motivée des deux côtés est l'outil potentiellement puissant pour promouvoir le changement social. Elle augmente non seulement l'intelligence des systèmes de construction, mais aussi "l'intelligence" des personnes.

VI -Conclusion 148

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