Les éléments du climat :

Le climat d’une région donnée est déterminé par les régimes de variations de plusieurs éléments et par leurs combinaisons. Les principaux éléments climatiques à considérer, lors de la conception des bâtiments, sont le rayonnement solaire, la température d’air, l’humidité, le vent et les précipitations (pluies, neiges..).

5.1. Rayonnement solaire :

La trajectoire solaire au cours de l’année relève un point assez important dans la conception architecturale, notamment sur l’orientation et le degré d’ouverture du bâtiment, ce qui met en considération une liste de facteurs qui ont pour faveur l’influence sur le flux solaire tels que : temps, la latitude et la qualité du ciel. Le soleil émet un rayonnement électromagnétique varie peu en dehors de l’atmosphère (constante solaire : ±1350 W/m²) ⁹, en revanche, le rayonnement disponible au sol dépend de la composition de l’atmosphère.

En effet, en traversant celle-ci, le rayonnement est partiellement absorbé et réfléchi par les poussières et les microgouttelettes d’eau en suspension ; A vrai dire une partie du rayonnement est également diffusée dans toutes les directions par les molécules d’air et les particules contenues dans l’atmosphère et qui est en quelque sorte émis par la voute céleste, ces rayons frappant le sol en un lieu constituent le rayonnement solaire diffus, ce dernier est considéré comme jamais nul. Le reste du rayonnement atteint directement la terre : c’est le rayonnement solaire direct, celui-ci peut être nul par temps couvert. Comme troisième forme, le rayonnement réfléchi ou « albédo » provient de la réflexion sur l’environnement des deux rayonnements précédent et dépend en particulier de la nature du sol. Nous pouvons animer cette notion par un exemple de réflectances suivantes :

 Eau calme……….0,05 à 0,18 selon la saison et la latitude.

 Sable………0,25 à 0,40

 Terre, gravier, prairie, sol cultivé ………0,10 à 0,30

 Neige………0,60 à 0,90 5.2. Température de l’air :

Le taux d’échauffement et de refroidissement de la surface de la terre est le principal facteur qui détermine la température de l’air qui est à son contact. L’air est transparent pour presque tous les rayonnements du soleil, qui par là-même n’ont qu’un effet indirect sur la température de l’air (Givoni B., 1978).

La couche d’air directement en contact avec le sol chaud est échauffée par conduction, cette chaleur se transfère aux couches supérieures essentiellement par convection et par les turbulences de l’air. Les courants et les vents apportent de grosses masses d’air au contact avec la surface terrestre, et cet air, de ce fait est réchauffé.

Pendant l’hiver, en nuit la surface de la terre est généralement plus froide que l’air, du fait du rayonnement de grande longueur d’onde vers le ciel, et l’échange net de chaleur est inversé et l’air en contact avec le sol est refroidi.

9 Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques, Paris, Le Moniteur, 2005, P13.

50 Pour but de déterminer l’évolution journalière, mensuelle et annuelle de la température de l’air, les stations météorologiques la mesurent chaque jour sous un abri à une hauteur de 1.50m, enregistrant une variabilité au cours de la même journée sous des différents degrés : minimales, moyennes et maximales. Aujourd’hui l’état du réchauffement planétaire augmente en dépend des haussés de températures, les saisons deviennent plus torrides caractérisées par des hivers frais courts, et des étés longs et très chauds, ce qui a menacé l’équilibre de l’écosystème.

5.3. Le vent :

Le vent est un déplacement d’air essentiellement horizontal, d’une zone de haute pression (masse d’air froid) vers une zone de basse pression (masse d’air chaud). Les différences de température entre les masses d’air résultent de l’action du soleil. Bien entendu, le vent est défini par deux paramètres principaux :

 Sa vitesse moyenne, compte tenu que près du sol est turbulent et que sa vitesse fluctue autour d’une moyenne.

 Sa direction et son sens.

Mais l’importance d’un vent de direction et de vitesse donnée dépend la proportion de temps pendant laquelle il a lieu, soit sa fréquence, dont ces trois paramètres peuvent être mis en relation sur un même diagramme nommé la rose des vents.

On rencontre plusieurs éléments agissent sur le vent et sa vitesse, cette dernière augmente avec l’altitude. Le régime des vents est largement conditionné par la topographie locale (vallées, pentes, etc.) et par la rugosité des surfaces, des obstacles tels que les écrans de végétation touffue peuvent également freiner de façon significative la vitesse du vent.

Graphe 2.1 Evolution de la température d’air au cours des mois à Berlin Source : Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatique, 2006, p.15

51 5.3.1. Les systèmes de vents :

Selon Givoni, le vent est doté de trois systèmes principaux dans chaque hémisphère : les vents alizés, les vents d’ouest, les vents polaires.

 Vents alizés :

Ces derniers, sont à l’ origine des régions de hautes pressions subtropicales des deux hémisphères et convergent vers le front intertropical formant la ceinture équatoriale de basses pressions. Ces vents écoulent vers le Sud-ouest dans l’hémisphère Nord et vers le Nord-ouest dans l’hémisphère sud.

 Vents d’ouest :

Les vents d’ouest ont les mêmes origines que les vents alizés. Ils sont sud-ouest dans l’hémisphère nord et nord ouest dans l’hémisphère sud. Seulement, ils se dirigent vers les zones de basse pression subarctiques.

 Vents polaires :

Les vents polaires sont formés par les masses d’air froid se répandant à partir des zones de hautes pressions polaires et arctiques. Leur direction générale est le Sud-ouest dans l’hémisphère Nord et le Nord-ouest dans l’hémisphère Sud.

Après cet aperçu sur les systèmes de vents, on peut aussi mentionner d’autres formes des ces systèmes connus sous le nom des « moussons », en outre, il existe des régimes de vents dans les montagnes et les vallées, ainsi que des brises diurnes et nocturnes le long des côtes.

Figure 2.3 Variations de la vitesse du vent, selon l’altitude et la nature du sol.

Source : Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatique, 2006, p.18

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 Vents de mousson :

Les vents de mousson sont le résultat des différences de températures moyennes annuelles sur les continents et les mers, ces différences provoquent à leur rôle en hiver des vents de terre et en été des vents de mer.

 Brises de terre et de mer :

Pendant le jour l’air au-dessus les terres s’échauffe plus que sur les surfaces d’eau situées à la même latitude. L’air plus chaud s’élève et l’air plus froid s’écoule vers la terre. La nuit le processus est inversé. Les vents générés de cette manière sont les brises.

 Vents des montagnes et de vallées :

Causés par les différences de températures entre l’air situé au dessus des pentes ensoleillées et celui qui se tient à la même altitude au dessus des vallées.

5.4. Humidité de l’air :

L’humidité relative HR est le rapport exprimé en pourcentage entre la quantité d’eau contenue dans l’air sous forme de vapeur à la température ambiante et la quantité maximale qu’il peut contenir à cette même température. Elle dépend des précipitations, de la végétation et du type de sol, du régime des vents et de l’ensoleillement qui peuvent favoriser son assèchement (A.Liebard et A.De Herde, 2005).

Figure 2.4 Rose du vent illustre des fréquences et des vitesses moyennes des vents à Grenoble Source : Architecture climatique, p.81

53 La capacité de l’air à contenir de la vapeur d’eau augmente progressivement avec sa température qui est donc le principal facteur déterminant, elle est plus élevée dans les zones équatoriales, et diminue en remontant vers les pôles.

Nous distinguons trois types d’humidité : humidité absolue, et l’humidité spécifique, tandis que la valeur maximale de vapeur d’eau contenue par unité d’air est appelée humidité saturante. A vrai dire si on rapporte l’humidité absolue à celle la saturante on obtient l’humidité relative exprimée en % et qui dépend directement à la température de l’air, comme déjà mentionné.

5.5. Les précipitations :

Les précipitations recouvrent une réalité multiple : pluie, grêle, neige qui sont les manifestations du même processus fondamental, le cycle d’eau. La terre compte environ 1,4 milliard de km 3 d’eau, mais qui se trouvent à plus 97% dans les océans. Une fraction minime (2,59%) est présente sur les continents sous forme de neige, de glace ou d’eaux souterraines. Enfin, seule une infime proportion (0,014%) est accessible aux organismes vivants (A.Liebard et A.De Herde, 2005).

Les quantités de précipitations les plus élevées se produisent près de l'Équateur dans les tropiques, dut au réchauffement puissant sous une forte densité du flux solaire incident et crée un soulèvement vertical significatif d'air, et la formation des pluies lourdes prolongées et d'orages fréquents. Les totaux annuels de précipitations dans les tropiques excèdent habituellement les 100 pouces ou 2.500 millimètres, et peuvent être aussi hauts que 400 pouces ou 10.000 millimètres.

Figure 2.5 Carte des précipitations moyennes annuelles Source : M.A.Garbell

54 5.6. Formation de rosée et de brouillard :

Le refroidissement par contact avec les surfaces plus froides se limite aux couches d’air inférieures. Lorsqu’il en résulte une condensation, celle-ci prend la forme de rosée sur la surface froide. Lorsque l’air, qui n’est pas en contact direct avec la surface froide, est refroidi au-dessous de son point de rosée, il se forme du brouillard. Ce refroidissement des couches d’air inférieures peut être aussi provoqué par le mélange des couches d’air froid les plus basses et par rayonnement de grande longueur d’onde en provenance des molécules de vapeur vers le sol plus froid (Givoni B., 1978).

Les conditions provoquant la formation de brouillard sont :

 Ciel clair qui favorise le rayonnement de grande longueur d’onde vers l’espace, qui refroidit donc le sol et les couches d’air inférieures.

 L’inversion de température à proximité du sol qui empêche les échanges d’air verticaux entre les couches inférieures et supérieures.

 L’absence de vent qui elle aussi empêche l’échauffement des couches d’air inférieures par échange vertical.

Donc, après ces définitions concernant le climat, leur classification, et leurs éléments, nous constatons que l’homme est subit de plusieurs facteurs en rapport crucial avec son climat, dans la quelle cette influence intervient profondément à l’aspect psychique de l’être humain dans un autre sens son confort celui qui figure une diversité de formes qu’on va les envisager dans les prochains chapitres.