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

Histoires d'Architectures bioclimatiques

Les claustras à lames fixes en façade SUD
transparents en hiver et opaques en été
mis au point par Frédéric Morin :
Une ombre bienfaitrice en été comme en automne
facilitant la végétalisation au printemps
et son entretien en saison estivale

Nous souffrons tous des effets du réchauffement du climat estival et de ces vagues de chaleur de plus en plus fréquentes.
Néanmoins, les apports solaires hivernaux sont utiles et recherchés dans nos régions au climat dit tempéré. Ce besoin a motivé le perfectionnement, au sein du 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 horizontale à lames fixes basculées à 30°, efficace pour les orientations face au Sud pour capter le soleil en hiver et s'en protéger en été.

valeurs angulaires des lames fixes d'une pergola face au Sud filtrant le soleil, transparente en hiver et protectrice en été
Voici donc les photographies d'une maquette qui illustrent l'évolution des performances de filtration solaire d'une pergola à lames fixes face au Sud constituée d'un claustra horizontal complété d'un autre vertical. De plus en plus de villes réalisent des aménagements 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.
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.

Comme en écho à nos galeries marchandes européennes du XIXe siècle, les ruelles de nombreux souks au Sud et à l'Est de la Méditerranée sont traditionnellement protégées du feu du soleil par de nombreuses variantes de couvertures mettant en oeuvre ou non des claustras, qui mettent également en valeur l'ingéniosité locale pour faire avec très peu de moyens financiers. De nombreux centres urbains autour de la Méditerranée sont ainsi fameux : je pense aux ruelles des souks des médinas de Fès ou Marrakech et leur différents claustras féxés à demeure qui filtrent la lumière même en hiver :
FES - ruelles traditionnellement couvertes dans les souks de la médina
MARRAKECH - ruelles traditionnellement couvertes dans les souks de la médina
Au Nord de la Méditerranée, nous avons encore besoin des apports solaires hivernaux et les claustras que je présente pourraient ainsi apporter une réponse spécialement dédiée à nos régions sans attendre que le climat du Sud de la France ne ressemble trop à celui de l'Afrique du Nord, ce qui viendra inéluctablement.

Adaptées aux latitudes de 42° à 46° Nord et au matériel de géométrie dont dispose un écolier, les caractéristiques des lames fixes que je propose sont les suivantes :
- installation face au Sud = les lames courent d'Est en Ouest,
- lames fixes basculées de 30° au-dessus de l'horizon Sud
- espacement entre les lames réglé en fonction des choix des dates d'occultation souhaitée en été = la largeur de la bande "non-passante" d'occultation en été centrée sur le 21 juin. Pour 45° de latitude Nord, le recouvrement des lames fixes est réglé de manière à bloquer le soleil lorsque celui-ci dépasse la hauteur de 60° au-dessus de l'horizon Sud.

La réalisation peut se faire en bois de type Douglas qui est naturellement "Classe III" pour sa résistance à l'extérieur. Il faut néanmoins faire attention au poids de la neige... peut-être en prévoyant un soutien amovible des lames pour la saison hivernale au moment où les espaces extérieurs sont moins utilisés là où l'on craint la neige.
Voici la chose pour midi = 12 heures solaires = 14 heures légales en été et 13 heures légales en hiver (pour 2 dates différentes pour l'hiver comme pour l'été) (cliquez pour agrandir l'image) :
pergola à lames fixes face au Sud filtrant le soleil, transparente en hiver et protectrice en été, ici face au Sud à 12 h solaires aux différentes saisons

Vues de l'intérieur, les lames sont relevées à 30° au-dessus de l'horizon Sud et serrées de manière à ce que le soleil ne passe pas au-travers du claustra (= "clôture") lorsqu'il dépasse 60° de hauteur au-dessus de l'horizon Sud. Au Sud de la "terrasse" recouverte par la maquette, la partie verticale de la pergola offre les mêmes caractéristiques géométriques de protection solaire, mais l'écartement apparaît plus grand le long d'une verticale par rapport au long d'une horizontale.
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.

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 :
cadran solaire de sol pour la latitude de 45° Nord : la position de l'extrémité de l'ombre du gnomon vertical détermine la date (= la saison) et l'heure de l'examen
pergola à lames fixes face au Sud filtrant le soleil, transparente en hiver et protectrice en été, ici face au Sud à 12 h solaires en plein été

Les mêmes dispositions sont également efficaces pour l'après-midi = 14 heures solaires en été = 16 heures légales en été. C'est à dire aussi en symétrique pour le matin à 10 heures solaires en hiver = 9 heures légales en hiver :
pergola à lames fixes face au Sud filtrant le soleil, transparente en hiver et protectrice en été, ici face au Sud à 14 h solaires en plein été
Cette efficacité constatée pour les après-midi comme pour les matins en symétrique valide l'installation de telles lames fixes (perpendiculaires au Sud) pour protéger par une pergola horizontale les espaces disposés en avant des façades verticales Ouest et Est d'une construction : les protéger du soleil en été tout en bénéficiant du soleil hivernal comme de la vue... Et en favorisant l'installation comme l'entretien (réduction de l'arrosage...) de la végétation souvent brûlée de soleil à l'Ouest.
Il importe également de souligner qu'un ombrage éventuellement imparfait ou plus tardif dans l'année (= clôture à régler finement par l'espacement des lames) pourrait être judicieusement complété par l'installation de plantes grimpantes au feuillage caduc. Celles-ci 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 dont on a encore besoin du fait du décalage (de 40 à 45 jours environ) des températures mesurées par rapport à la variation de l'ensoleillement = les apports solaires ou leur absence.
Comme quoi une performance techniquement perfectible peut être globalement plus satisfaisante... sans que l'on puisse affirmer que tout défaut est une qualité :
pergolas traditionnelles à lames fixes filtrant trop efficacement le soleil en toutes saisons sauf en été à gauche, ou pas assez efficacement au centre, et enfin au canisse bloquant l'air chaud mais quelquefois pas assez le soleil à droite
Sur la pergola de gauche, les lames fixes sont basculées à l'envers et elles bloquent les apports solaires hivernaux bien plus efficacement qu'en été. Sur la pergola simplement constituée de chevrons au centre, cette contre-performance est plus marquée. Sur la pergola de droite, l'ombre est apportée par des canisses que l'on peut retirer en hiver : c'est d'ailleurs une bonne idée car ils s'abîment très vite et battent au vent. Mais en été leur ombre n'est pas suffisament sombre et les interstices sont trop étroits pour laisser l'air chaud s'échapper par thermosiphon naturel et faciliter le refoidissement nocturne. J'ai moi-même fait l'expérience de ces dispositifs perfectibles... et ai optimisé l'espacement de mes bois à 3cm pour laisser passer trop peu de soleil pour éblouir mais assez d'air pour ventiler naturellement par thermosiphon.

pergola à lames fixes face au Sud filtrant le soleil, transparente en hiver et protectrice en été, ici face au Sud à 12 h solaires aux équinoxes de printemps et d'automne
La réalisation d'une maquette préparatoire à la construction, maquette en bois au tiers donc, permet 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.

1- 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% :
dessin en coupe nord-sud d'une pergola à lames fixes face au Sud filtrant le soleil, transparente en hiver et protectrice en été
2- Les planches de volige 15x180mm (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% :
dessin en coupe nord-sud d'une pergola à lames fixes face au Sud filtrant le soleil, transparente en hiver et protectrice en été
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% :
dessin en coupe nord-sud d'une pergola à lames fixes face au Sud filtrant le soleil, transparente en hiver et protectrice en été

Ce type d'installation paraît désormais également précieux 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 non trop exposés au soleil, côté Ouest des locaux principalement.
Les conférences sur l'architecture bioclimatique que j'ai délivrées jusqu'ici comme celles que j'ai mises en ligne m'ont permis de montrer de nombreuses réalisations iraniennes ou indiennes de ces « doubles peaux ». Les architectures des pays tropicaux les exploitent depuis longtemps, et les architectes contemporains également :
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" :
Abu-Dhabi (E.A.U.) Logements du personnel de ETIHAD AIRWAYS par X en 2018 certifiés <i>LEED Platine</i> par l'US-Green-Building-Council
Mais ces architectures ne semblent pas avoir besoin des apports solaires hivernaux qui nous sont précieux dans des latitudes et/ou altitudes plus élevées.


L'idée directrice de mes réflexions 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 :
la course apparente du soleil vue par un observateur terrestre à 45°de latitude Nord aux différentes saisons
la course apparente du soleil vue par un observateur terrestre à 45°de latitude Nord aux différentes saisons

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°) :
les différentes valeures remarquables suivant les saisons de la course de la terre autour du soleil vue par un observateur extraterrestre

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 :
visibilité d'un observateur terrestre en perspective cylindrique et course apparente du soleil
Le diagramme de la course du soleil en perspective cylindrique permet de choisir les valeurs angulaires des lames fixes des claustras pour assurer la transparence en hiver et la clôture en été, definissant une bande passante centrée sur les solstices des 21 décembre et 21 juin :
les différentes valeurs remarquables suivant les saisons de la course du soleil vue par un observateur terrestre La valeur du basculement des lames fixée à 30° 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 moindre performance durant le mois de décembre qui n'est pas souvent le plus froid de l'année.


Pourquoi des lames fixes alors que des lames mobiles pourraient convenir ?
Dans le cadre 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.
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 ? Dans le cadre d'un bâtiment public éventuellement accessible au public (une école par exemple...), qui actionne les lames mobiles avec le soin nécessaire ? et 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 ? Mêmes questions pour les bâtiments à usages professionnels, les locaux industriels, artisanaux ou de services... comme pour les espaces extérieurs publics ou privés...
Outre les questions de solidité et de prix de fabrication, voilà quelques réflexions qui peuvent conforter le choix de lames fixes.

Voici la succession des photos aux différentes dates et heures de l'année :
HIVER :
Les 10 janvier et 1er décembre à midi = 12h solaires :
claustra à lames fixes face au Sud, ici les 10 janvier et 1er décembre à midi = 12h solaires

TRANSPARENCE MAXIMALE :
Les 1er février et 10 novembre en début d'après-midi à 14h solaires (= le matin à 10 heures solaires en symétrique) :
claustra à lames fixes face au Sud, ici les 10 février et 1er novembre en début d'après-midi à 14h solaires

Les 10 février et 1er novembre à midi = 12h solaires :
claustra à lames fixes face au Sud, ici les 10 février et 1er novembre à midi = 12h solaires

EQUINOXES :
Les 21 mars et 21 septembre à midi à 12h solaires :
claustra à lames fixes face au Sud, ici les 21 mars et 21 septembre à midi à 12h solaires
Les 21 mars et 21 septembre en début d'après-midi à 14h solaires (= le matin à 10 heures solaires en symétrique) :
claustra à lames fixes face au Sud, ici les 21 mars et 21 septembre en début d'après-midi à 14h solaires

ETE : CLÔTURE à PARTIR du 1er MAI jusqu'au 10 AOÜT
Les 1er mai et 10 août à midi = 12h solaires :
claustra à lames fixes face au Sud, ici du 1er mai au 10 août à midi = 12h solaires

Les 12 juin et 1er juillet à midi = 12h solaires :
claustra à lames fixes face au Sud, ici du 12 juin au 1er juillet à midi = 12h solaires

SOLSTICE D'ETE :
Les 18 et 26 juin en début d'après-midi à 14h solaires (= le matin à 10 heures solaires en symétrique) :
claustra à lames fixes face au Sud, ici du 18 au 26 juin en début d'après-midi à 14h solaires

Pour rappel, l'efficacité du claustra 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 :
cadran solaire de sol pour la latitude de 45° Nord : la position de l'extrémité de l'ombre du gnomon vertical détermine la date (= la saison) et l'heure de l'examen

Vous trouverez de nombreuses photos d'un autre claustra à lames fixes à installer en façade OUEST ou EST, également transparent en hiver et protecteur en été, à l'adresse suivante de ce même site internet :




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complété et mis à jour le 19 novembre 2023
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Robie House / Wright
Robie House Chicago par Wright en 1909
Chicago (Ill) 1909

Barnsdall House / Wright
Hollyhock Barnsdall House Los Angeles par Wright en 1909
Los Angeles CA) 1921

Kings Road Chase / Schindler
Chase-Schindler House Kings Road Los Angeles par Schindler en 1922
Los Angeles (CA) 1922

Lowell Beach House / Schindler
Lowell Beach House à Newport Beach par Schindler en 1926
Newport Beach (CA) 1926

Mueller Haus / Loos
villa Mueller à Prague par Loos en 1930
Prague (CZ) 1930

Tugendhat / Mies-vd-Rohe
villa Tugendhat à Brno par Mies van der Rohe en 1930
Brno (CZ) 1930

Villa Savoye / Le Corbusier
Villa Savoye Le Corbusier Poissy 1931
Poissy 1931

Winternitz Haus / Loos
villa Winternitz à Prague par Loos en 1932
Prague (CZ) 1932

Fallingwater-Kaufmann / Wright
Cascade Fallingwater pour Kaufmann à Mill Run par Wright en 1939
Mill Run (Penn) 1939

Desert-Kaufmann / Neutra
Kaufmann Desert House à Palm-Spring par Neutra en 1947
Palm-Spring (CA) 1947

Solar Hemicycle / Wright
Solar Hemicycle de Jacobs à Middleton par Wright en 1948
Middleton (Wis) 1948

Walker House / Wright
Carmel House Carmel-by-Sea par Wright en 1948
Carmel-by-Sea (CA) 1948

Weiss House / Kahn
Weiss+Morton House à Norristown par Kahn en 1950
Norristown (Penn) 1950

Farnsworth / Mies-vd-Rohe
Farnsworth House à Plano par Mies van der Rohe en 1953
Plano (Ill) 1951

Sarabhai House / Corbusier
Sarabhai House à Ahmedabad par Le Corbusier en 1955
Ahmedabad (Gujarat) 1955

Shodhan House / Le Corbusier
Shodhan House à Ahmedabad par Le Corbusier en 1956
Ahmedabad (Gujarat) 1956

palais Alvorada / Niemeyer
palais Alvorada à Brasilia par Niemeyer en 1958
Brasilia 1958

Escherick House / Kahn
Escherick House à Philadelphia par Kahn en 1961
Philadelphia (Penn) 1961

Sheats-Goldstein / Lautner
villa Sheats-Goldstein à Los Angeles par Lautner en 1963
Los Angeles 1963

Silvertop House / Lautner
villa Silvertop à Los Angeles par Lautner en 1963
Los Angeles 1963

Fisher House / Kahn
Fisher House à Hatboro par Kahn en 1967
Hatboro (Penn) 1967

Stevens House / Lautner
Stevens beach-house à Malibu par Lautner en 1968
Malibu (CA) 1968

Korman House / Kahn
Korman House à Fort Washington par Kahn en 1973
Fort Washington (Penn) 1973

Villa Arango / Lautner
Villa Arango à Acapulco par Lautner en 1973
Acapulco (Mexique) 1973

Cité Universitaire / Kahn
Students Housing Indian Institut of Management à Ahmedabad par Kahn en 1974
Ahmedabad (Gujarat) 1974

Maison Gilardi / Barragan
house Gilardi par Barragan en 1976
Mexico 1976

immeuble Kitagana / SANAA=Sejima
logements collectifs de Kitagana à Mokuso-Gifu par Sejima en 1998
Gifu-Mokuso (JP) 1998

Bioclimatic House / Ruiz-Larrea
Maison Bioclimatique (Bioclimatic Vivienda) à Tenerife par Ruiz-Larrea en 2003
Tenerife (Canaries) 2003

Tropical House / Camarim
Tropical House à Mundau (Brazil) par Camarim en 2008
Mundau (Brazil) 2008

F-White House / Yamamoto
F-White House à Kashiwa par Yamamoto en 2009
Kashiwa (Japon) 2009

RAAS Hotel / Lotus = A+Ch+T
Hotel Raas-Jodhpur par Lotus = Arora+Choksi+Talwar en 2011
Jodhpur (Rajasthan) 2011

Friendship Center / Chowdhury
Gaibandha Friendship Center par Chowdhury en 2011
Gaibandha (Bangladesh) 2011

maison Gnana Illam / Jerald
Farmer House Gnana Illam à Ammapatti (Tamil Nadu) par Jerald en 2012
Ammapatti (Inde) 2012

Habitats ruraux / Kere & Switzer
réalisations africaines de Kere au Burkina Faso et Switzer au Ghana en 2013
Burkina Faso & Ghana 2013
White-Cave House / Yamamoto
White Cave House à Kanazawa par Yamamoto en 2013
Kanazawa (Japon) 2013

House 40 Knots / Madjdabadi
logements collectifs immeuble d'habitation House of 40 Knots à Teheran par Madjdabadi+MashhadiMirza en 2014
Teheran 2014

Tropical-Box House / WHBC Ang
Chempenai Tropical Box House à Kuala-Lumpur (Malaisie) par WHBC Ang en 2015
Kuala-Lumpur (Malaisie) 2015

Great Wall Housing / Rosselli
Great Wall Housing in Western Australia par Rosselli en 2015
West Australia 2015

Little-H-Big-Terrace / Yamamoto
Little House Big Terrace à Tokyo par Yamamoto en 2015
Tokyo 2015

operation Villa Verde / Aravena
collectivité de demi-logements d'urgence Villa Verde à Constitucion (Chili) par Aravena en 2016
Constitucion (Chili) 2016

Wafra Wind Tower / AGi
Wafra Wind-Tower vertical housing à Kuwait par Perez-Goicoechea+Abulhasan en 2017
Kuwait 2017

Imm. Saadat Abad / Kazemianfard
logements collectifs immeuble d'habitation Saadat Abad à Teheran par Kazemianfard en 2018
Teheran 2018

Brick House / Srinivas
Brick House à Trivandrum (Kerala-Inde) par Srinivas en 2019
Kerala (Inde) 2019

18 Screens House / Puri
18 Screens House au Uttar-Pradesh par Puri en 2019
Lucknow (Uttar-Pradesh) 2019

House Sridhar / P+S+P
Sridhars House à Bangalore par Pradhan+Sethi+Philip en 2020
Bangalore (Inde) 2020

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