"LA CULTURE EN PARTAGE" avec
Frédéric MORIN architecte-conférencier

La chaleur nous accable tous sous nos latitudes pourtant tempérées de 45°Nord, et ce n'est pas prêt de s'arrêter.
J'ai repris une de mes vieilles lunes, périphérique à l'architecture bioclimatique dans laquelle j'excellais avant de me consacrer à l'archéologie orientale au Proche-Orient, et j'ai donc réalisé quelques maquettes. Il me semble que ce que j'ai autrefois inventé pourrait désormais être utile à bien des humains, et pas seulement les humains... La Mairie de Saillans est désireuse de tester mes conceptions développées ci-dessous pour protéger de la brûlure du soleil estival le jardin du "Périscolaire" qui reçoit les enfants hors des horaires et périodes scolaires = en été..
Cette maquette est désormais visible à la Mairie de Saillans à laquelle elle a été offerte en contribution aux travaux de la Commission Consultative Transition Ecologique en présence du Maire et des adjoints les plus impliqués dans la transition énergétique :


En effet, de plus en plus de villes réalisent des aménagements au moins temporaires des espaces publics (parcs et jardins, mais aussi places piétonnes et autres espaces de déambulation) pour les mettre à l'ombre et offrir aux citoyens des lieux plus agréables à fréquenter en été en y consacrant légitimement des sommes qui ne sont pas toutes du détail.
Pour un investissement comparable à la dépense habituellement consentie, je propose que ces mêmes lieux soient agréables à fréquenter en hiver aussi... tout en facilitant l'installation d'une végétation au feuillage caduc qui sera bienvenue en été et en automne pour créer les fameux "ilôts de fraîcheur" que nous appelons tous de nos voeux... (à condition que les arrêtés préfectoraux n'interdisent pas strictement leur arrosage comme dans la Drôme à partir du 20 juillet 2022).


Une fois ces principes posés, voici immédiatement les photographies significatives d'une maquette en bois au tiers (1/3) que nous avons réalisée avec soin. Elle mesure 70x70xh=100cm avec un socle 70x100cm et donne les résultats attendus en terme de protection estivale et transparence hivernale.
Les lames de contreplaqué 5x50mm correspondent à des planches de volige (Douglas) de 15x150mm que l'on trouve assez facilement en stock chez les scieurs de bois de construction. Les caractéristiques angulaires et dimensionnelles ont été travaillées pour améliorer la transparence hivernale sans trop réduire l'occultation estivale, laquelle peut être complétée par une végétalisation grimpante aux feuilles caduques.
Les dessins détaillés et l'outillage sont présentés plus bas...

Voici les photos détaillées de la maquette :
TRANSPARENCE RELATIVE AU SOLSTICE D'HIVER LE 21 DECEMBRE :


L'efficacité bioclimatique s'apprécie à la proportion variable suivant la saison entre les largeurs des bandes de soleil et d'ombre sur la surface "protégée" par le claustra. Les dates et heures sont fixées par la position de l'ombre de l'extrémité du gnomon vertical du cadran solaire horizontal qui figure sur chaque photo, cadran valable pour la latitude de 45°N et réglé en orientation sur la maquette par rapport à l'orientation des éléments à construire.
TRANSPARENCE OPTIMALE EN HIVER = DE NOVEMBRE à FEVRIER :




La maquette est couverte d'une pergola horizontale dont les lames fixes sont disposées perpendiculairement au Sud, fixées suivant un basculement à adapter à nos latitudes de 42° à 46° Nord et à un matériel dé géométrie rudimentaire (équerres et rapporteur d'écolier).
Vues de l'intérieur, les lames fixes sont relevées à 25° au-dessus de l'horizon et serrées, rythmées ou espacées de manière à ce que le soleil ne passe pas au-travers du claustra (= "clôture") lorsqu'il dépasse 65° de hauteur au-dessus de l'horizon sud. La valeur du basculement des lames fixée à 25° au-dessus de l'horizon Sud optimise la transparence du claustra de la pergola en hiver entre le 21 octobre et le 21 février, avec une performance amoindrie durant le mois de décembre qui n'est pas souvent le plus froid de l'année.

Cette pergola recouvre le sol et une partie de mur vertical en arrière, à l'image d'une terrasse au Sud d'une construction.
Au Sud de la "terrasse" recouverte par la pergola horizontale, une partie verticale de claustra offre les mêmes caractéristiques géométriques de filtration solaire, mais l'écartement apparaît plus grand le long d'une verticale par rapport au long d'une horizontale.

FILTRATION RELATIVE AUX EQUINOXES DE PRINTEMPS le 21 MARS = D'AUTOMNE le 21 SEPTEMBRE :


Ce type de dispositions pourrait être utile pour les toitures-terrasse accessibles, qui deviennent désormais facilement de véritables "fours" dès qu'il fait un peu chaud. L'écartement des lames fixes favorise l'évacuation de la chaleur accumulée par thermosiphon naturel : une question d'importance pour organiser l'utile refroidissement nocturne.

La maquette offre également un claustra vertical faisant face à l'Ouest : les façades ouest sont réputées être très chaudes et doivent donc être protégées du soleil estival.
Les caractéristiques sont les suivantes :
- installation face à l'Ouest (ou symétrique face à l'Est),
- lames fixes inclinées autour de 35° au-dessus de l'horizon Sud à régler en fonction de la latitude exacte du lieu et de la bande passante de transparence en hiver centrée sur le 21 décembre,
- lames fixes basculées de 30° sous l'horizon Ouest ou Est à régler en fonction de l'orientation azimutale précise du dispositif projeté. Celle-ci peut être étudiée en faisant tourner le cadran solaire de sol.
- espacement entre les lames variable : il doit réglé en fonction des choix des dates d'occultation souhaitée au printemps en prévision de l'été = la largeur de la bande "non-passante" d'occultation en été centrée sur le 21 juin :
VERS L'OPACITE AU PRINTEMPS DEVENANT CHAUD ET EN ETE :



Ce type de claustra filtrant, transparent en hiver mais opaque en été, paraît désormais vraiment utile pour optimiser les performances des « doubles peaux » = double-skin, c'est-à-dire des claustras disposés en protection solaire de toitures-terrasses (accessibles ou non) ou de murs aveugles, ou bien percés de fenêtres ouvrant sur l'Ouest, trop exposés au soleil de l'Ouest qui en été surchauffent en fin d'après-midi après une journée déjà chaude. Le même problème se posera aussi à l'Est, il sera résolu par un design symétrique.
PROTECTION AU SOLSTICE D'ETE = 21 JUIN :

Quelques précisions :
1 )
Sur la recherche de l'efficacité :

Il importe de souligner qu'un ombrage éventuellement imparfait, incomplet ou plus tardif dans l'année (= clôture à régler finement par l'espacement des lames) peut être très judicieusement complété par l'installation de plantes grimpantes au feuillage caduc qui apporteront un confort supplémentaire en rafraîchissant l'air par leur évaporation (= refroidissement adiabatique naturel).
Ces plantes bénéficieront simultanément d'un surcroît de lumière printanière, d'une protection au brûlage estival des feuilles et corrélativement d'une moindre sensibilité au stress hydrique (= diminution du besoin d'arrosage) tout en complétant la protection solaire automnale en fin d'été dont on a encore besoin.

Ce besoin postérieur au solstice d'été est lié à l'inertie thermique globale de la Terre qui décale les températures mesurées par rapport à la variation de l'ensoleillement = les apports solaires (ou leur absence en hiver). Ce décalage est de l'ordre de 40 - 45 jours tant pour le solstice d'hiver que pour celui d'été comme illustré ici à Paris et Ouessant. C'est pour pallier ce déphasage que la végétation caduque est précieuse et plus efficace si on lui laisse suffisament de lumière au printemps...
Comme quoi une performance techniquement jugée comme perfectible peut s'avérer être globalement plus satisfaisante...

2 )
Sur le matériel nécessaire :

Ici une planchette à dessin avec son rapporteur, une équerre d'écolier à 30/60°, une fausse-équerre réglable permettant de reporter les valeurs du dessin sur une pige de tracé pour la découpe des lames :
On peut aussi se fabriquer des équerres en plexiglass découpé avec le dos de la lame d'un cutter : c'est pratique et plus fiable que la fausse-équerre qui se dérègle facilement en tombant par terre par exemple...

3 )
Sur l'utilisation du cadran solaire de sol :

Il faut comparer la position de l'ombre de l'extrémité du gnomon avec l'heure du moment (photo A = 11h10 visible sur les métadonnées de la photo) et rectifier l'orientation de la maquette pour faire coïncider celle-ci avec l'heure solaire correspondant à l'heure légale du moment. Cette heure légale est égale à celle du Temps Universel (TU) = heure solaire en France sous le Méridien de Greenwich plus 1 heure en hiver et plus 2 heures en été en vertu du changement d'heure en avril et en octobre.

ETAPE A = constat

11h10 le 30 juillet

ETAPE B = exact

11h10 le 30 juillet

ETAPE C = redressé

11h10 le 30 juillet

4 )
Les dessins précis :

La réalisation de cette maquette préparatoire à la construction, maquette en bois au tiers donc, a permis d'affiner progressivement les réglages angulaires et métriques pour obtenir un compromis dans le choix, relevant de chaque installateur, entre une occultation très efficace en été qui réduit corrélativement la transparence en hiver (ce qui est sans doute recherché dans le Sud de la France par exemple), ou bien la recherche d'une meilleure transparence en hiver qui se "paye" d'une moindre occultation en été. Mais cet "inconvénient" peut être compensé par une végétalisation grimpante au feuillage caduc qui sera très bénéfique... à chacun de choisir "sa bonne" solution !
Voici donc les dessins en coupe (= section) Nord-Sud de deux profils différents de pergolas horizontales aux lames fixes constituées de planches de volige 15x150mm ou 180mm.

A - Les planches de volige 15x150mm (par exemple en pin Douglas naturellement résistant à l'extérieur) sont basculées de +25° au-dessus de l'horizon sud et espacées horizontalement de 140mm, ce rythme générant une clôture zénitale à 90° avec un écartement entre les lames de 45mm. La transparence hivernale est alors de 75% :

B - Les planches de volige 15x150mm (par exemple en pin Douglas naturellement résistant à l'extérieur) sont basculées de +25° au-dessus de l'horizon sud et espacées horizontalement de 167mm, ce rythme générant une clôture zénitale à 90° avec un écartement entre les lames de 57mm. La transparence hivernale est alors de 79% :

C - Développées en partie verticale pour un claustra et non plus une pergola, les mêmes géométries solaires présentent une transparence bien supérieure tout en conservant les mêmes performances solaires. Voici donc le dessin en coupe (= section) Nord-Sud d'un profil de claustra vertical aux lames fixes constituées de planches de volige 15x150mm par exemple en pin Douglas naturellement résistant à l'extérieur. Celles-ci sont basculées de +25° au-dessus de l'horizon sud et espacées verticalement de 240mm, ce rythme générant une clôture zénitale à 65° avec un écartement entre les lames de 215mm. La transparence hivernale est alors de 93% :

5 )
Propositions pour le Nord de la Méditerrannée :

Ce nouveau type de filtrage des apports solaires optimise les performances des «doubles peaux» = double-skin, c'est-à-dire des claustras disposés en protection solaire de toitures-terrasses même inaccessibles (voire de toitures en pente qu'il vaudrait quand même mieux peindre en blanc...) ou de murs aveugles trop exposés au soleil.
Les conférences sur l'architecture bioclimatique que j'ai délivrées jusqu'ici comme celles que j'ai mises en ligne (voir ci-dessous) m'ont permis de montrer de nombreuses réalisations iraniennes ou indiennes de ces « doubles peaux ». Les architectures des pays tropicaux les exploitent depuis longtemps, mais les architectes contemporains également. Mais ces architectures ne semblent pas avoir besoin des apports solaires hivernaux qui nous sont précieux dans des latitudes et/ou altitudes plus élevées qui sont les nôtres.
En effet, les apports solaires hivernaux nous sont utiles et recherchés dans nos régions au climat dit tempéré, du moins jusqu'ici. Ces besoins apparement contradictoires avaient motivé mes recherches et soutenu mon invention, en 1981 au laboratoire Ambiance Bio-Climatique (ABC) de l’École d'Architecture de Marseille, laboratoire alors dirigé par Roger Dabat avant qu'il le soit par Marc Dabat, d'une protection verticale à lames fixes inclinées, efficaces pour les façades Ouest et Est pour capter le soleil en hiver et s'en protéger en été, ce qui semblait impossible à concevoir à l'époque.

Vous trouverez de nombreuses photos plus détaillées de ces claustras à lames fixes filtrant le soleil, transparent en hiver et protecteur en été, aux adresses suivantes de ce même site internet :

FACE A L'OUEST

COMME FACE A L'EST

FACE AU SUD

PERGOLA

6 )
L'analyse de la course (apparente) du soleil :

L'idée directrice de mon invention en 1981 a été de suivre la course apparente du soleil d'un point de vue géocentrique d'un observateur situé à 45° de latitude Nord. Cette course semble contenue dans un plan incliné à 45° au-dessus de l'horizon d'un observateur aux équinoxes, dans un plan à 22° au-dessus de l'horizon au solstice d'hiver et à 68° au-dessus de l'horizon au solstice d'été (cliquez sur les vignettes pour agrandir la photo) :

En effet, les saisons sont déterminées par la rotation de la terre autour du soleil dans un plan dit de l'écliptique, et l'axe de rotation de la terre n'est pas perpendiculaire par rapport à ce plan mais incliné d'environ 23°. Ces 23° s'ajoutent ou se soustraient à la latitude du lieu d'habitation sur terre pour donner les valeurs maximales de hauteur du soleil au-dessus de l'horizon (= à midi) en été (=> 45°+23° = 68°) ou en hiver (=> 45°-23° = 22°).

L'étude de ces trajectoires perçues depuis la terre est facilité par la repésentation de la visibilité angulaire d'un observateur en perspective cylindrique qui génère des courbes particulières.
Le diagramme de la course du soleil en perspective cylindrique permet de choisir pour une valeur donnée de latitude (ici 45° Nord) les valeurs angulaires des lames fixes des claustras pour assurer la transparence en hiver et la clôture en été, définissant une bande passante centrée sur les solstices des 21 décembre et 21 juin :

Parmi les autres valeurs remarquables pour la latitude de 45°Nord, il faut noter qu'en hiver le soleil se couche à Ouest-30° alors qu'on aimerait en bénéficier davantage, et qu'en été il se couche à Ouest+40° après avoir illuminé les façades Nord alors qu'on aimerait pouvoir s'en protéger : j'ai en 1981 inventé la géométrie qui produit ce résultat avec des lames fixes :

7 )
Lames fixes ou mobiles ?

Pourquoi des lames fixes alors que des lames mobiles pourraient convenir ?
Dans le cadre privé d'une habitation domestique soigneusement pilotée, entretenue et réparée, les lames mobiles peuvent suffire, surtout devant des fenêtres.
Devant des parois opaques pour composer des doubles-peaux de protection solaire naturellement ventilée, alors les lames fixes sont tout-à-fait indiquées plutôt que des lames mobiles qui restent fragiles et exigent d'être constamment réglées de manière optimale en façades ouest et est. On peut bien évidemment se dispenser de ce réglage en façade sud en adoptant de manière permanente le réglage des lames fixes...

Pour les parties communes des immeubles d'habitation comme professionnels, ou les espaces extérieurs publics ou professionnels, il en est tout autrement et la fixité des lames s'impose par la solidité, les économies et l'efficacité à long terme.
À l'aulne de l'état des ascenseurs dans de nombreuses copropriétés, peut-on être certain que les lames mobiles de parties communes résistent assez longtemps pour donner satisfaction dans la durée de l'usage désiré ? Dans le cadre d'un bâtiment public éventuellement accessible au public (une école par exemple...),
- qui actionne les lames mobiles avec le soin nécessaire ?
- qui le fait aux horaires nécessaires, horaires qui ne sont pas toujours ceux traditionnels de la présence des agents ?
- qui gère les conflits entre les occupants qui veulent bronzer au soleil et ceux qui souffrent de la chaleur ?
Les mêmes questions se posent pour les bâtiments à usages professionnels, les locaux industriels, artisanaux ou de services... comme pour les espaces extérieurs publics ou privés...

8 )
Quelques exemples d'architectures contemporaines :

Voici quelques belles architectures dont les architectes ont mis en oeuvre des claustras à lames fixes dans des situations où la question des apports solaires hivernaux ne se posait pas :

Jaipur (Rajastan, 430m d'altitude) Pearl Academy of Fashion par Manit+Sonali Rastogi = Morphogenesis en 2008,
remarquable par la conception des doubles-peaux en béton fibré qui réduit le besoin en climatisation des salles de classe et le bassin d'eau climatiseur en demi-sous-sol agissant par thermosiphon :

Koudougou (Burkina-Faso) Lycée Schorge par Francis Diébédo Kéré en 2016,
remarquable par la réalisation vibratile des doubles-peaux périphériques aux salles de classes naturellement ventilées par thermosiphon :

Abu-Dhabi (E.A.U.) Louvre Abu-Dhabi par Ateliers Jean Nouvel en 2017 (Pritzker Price en 2008),
"un parasol qui crée une pluie de soleil" qui bénéficie aussi du rafraichissement apporté par la mer :

Abu-Dhabi (E.A.U.) Logements du personnel de ETIHAD AIRWAYS par "X" en 2018 certifiés LEED Platine par l'ONG "U.S. Green Building Council" :

Téhéran (Iran, 1.100 => 1.900m d'altitude) immeuble d'habitation Saadat Abad par Mohsen Kazemianfard = Fundamental Approach en 2018,
remarquable par les doubles-peaux ajourées en briques joliment colorées :

Lucknow (Uttar-Pradesh, 123m d'altitude) Maison aux 18 écrans = 18 Screens House par Sanjay Puri en 2019,
remarquable par les doubles-peaux en béton fibré qui composent une fluidité spatiale complémentaire aux espaces intérieurs :

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