Critères conditionnant la conception des ouvertures :

Lors de la conception des ouvertures, il est nécessaire et utile de prendre en considération des exigences diverses, parfois contradictoires ; La taille, la disposition, le rythme, et les proportions des ouvertures traduisent une volonté de s’ouvrir et de communiquer avec l’extérieur ou au contraire de s’en protéger (Ahier, 2009), mais elles influencent aussi sur les possibilités d’éclairage naturel et d’utilisation de l’énergie solaire.

La conception et les caractéristiques des ouvertures sont donc le résultat d’un compromis qui répond au mieux à ces différents exigences contradictoires, c’est-à-dire à travers leur conception, essayer d’assurer les effets recherchés et nécessaires au type d’occupation des espaces intérieurs et d’éviter au plus possible les effets non souhaités et indésirables.

Fig III.7 : Conception de l’ouverture ; résultat d’un compromis de diverses exigences (Source : IBGE, 2010 réadapté par Auteur)

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Les deux proportions d’énergie réfléchie et transmise, à savoir la capacité de réflexion et de transmission du verre, dépendent de l’angle d’incidence du rayonnement solaire sur le vitrage. L’énergie transmise décroit lorsque cet angle est supérieur à 45°, tandis que l’énergie réfléchie augmente lorsque l’angle est au-dessus de 60° (Givoni, 1978), jusqu’à ce qu’elle soit totalement réfléchie pour un angle de 90°. Quant à la partie absorbée, elle est indépendante de l’angle d’incidence (Givoni, 1978), elle est liée plutôt aux propriétés spectrales du verre. Lorsqu’elle est dissipée à l’intérieur des espaces, cette partie sera absorbée par les surfaces intérieures. Ces dernières se réchauffent et réémettent un rayonnement de grande longueur d’onde auquel le verre est opaque. C’est « l’effet de serre » ; le rayonnement réémis est emprisonné dans l’espace intérieur ce qui cause donc l’échauffement de l’air et des parois intérieurs.

III.3.4 Paramètres qui influencent le bilan thermique d’une ouverture : Par rapport à l’ouverture, les éléments influençant le bilan thermique sont :

III.3.4.1 Par rapport à l’architecture du bâtiment :

• Orientation des ouvertures :

L’orientation des parois opaques et transparentes de l’enveloppe d’un bâtiment donne une configuration appropriée à l’espace intérieur. Elle représente un facteur prépondérant dans la conception des fenêtres puisqu’elle fait référence à la situation géographique du bâtiment et détermine la quantité d’énergie solaire et de lumière naturelle reçue (Boucheham, 2010).

L’angle d’incidence, une propriété intéressante, détermine la quantité d’énergie solaire absorbée et réfléchie à travers les surfaces vitrées. Il est fonction de l’orientation de ces dernières :

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aisément l’énergie solaire puisque le soleil est bas dans le ciel même à midi et les rayons solaires frappent la vitre avec un faible angle d’incidence ;

- Comme la position du soleil étant plus haute dans le ciel en été, son angle d’incidence du rayonnement est plus grand, un rayon solaire à midi sur une façade Sud ne pénètre que très peu à l’intérieur du bâtiment. Relativement un excès de chaleur indésirable est évité ;

- En été, sur le côté Ouest, le soleil est bas dans le ciel. Ses rayons, non seulement, ont un faible angle d’incidence, mais ils sont très chauds, ce qui implique leur pénétration et un apport solaire excessif à l’intérieur des espaces donnant sur cette orientation.

Fig III.8 : Angle d’incidence du rayonnement solaire selon l’orientation (Source : www. Ideesmaison.com)

L’orientation Nord est porteuse de lumière diffuse et de vues. Les dimensions des ouvertures doivent rester limitées sinon il y a lieu de contrôler le risque d’éblouissement.

Les surfaces vitrées zénithales, suivant leurs orientations, seront plus ou moins proportionnées aux surfaces vitrées verticales mais plus réduites car leur efficacité est plus grande.

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Fig III.9 : Ouvertures et leurs orientations (Source : Simon, 2001)

• Surface des ouvertures :

Le pourcentage des ouvertures s’avère un aspect fondamental pour l’équilibre lumière / thermique (Montenegro Iturra, 2011). Deux rapports importants « surface ouvertures / surface plancher » et « surface ouvertures / surface mur de façade » agissent sur les gains et les pertes thermiques d’un espace.

• Forme des ouvertures :

Pour une même surface vitrée, la forme d’une ouverture influence sur la quantité d’énergie solaire arrivant dans un espace intérieur.

La largeur et la hauteur d’une ouverture influence la répartition de la lumière solaire ; sa répartition devient moins uniforme avec la diminution de largeur de l’ouverture, d’un autre côté, elle arrive jusqu’au fond de l’espace avec la hauteur de l’ouverture.

En outre, la forme de la répartition de l’énergie solaire se diffère avec la forme de l’ouverture, une ouverture de forme ronde ou de forme rectangulaire donnant deux exemples différents de répartition.

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• Position des ouvertures :

L’emplacement de l’ouverture dans l’enveloppe du bâtiment exerce une grande influence sur la pénétration de la lumière solaire et sur les gains thermiques dans les espaces intérieurs :

- Les ouvertures situées sur les parois horizontales (fenêtres de toit, coupoles, etc.) fournissent, pour une même surface vitrée, deux à trois fois plus de lumière naturelle que les ouvertures situées sur les parois verticales (Simon, 2001). Elles captent aussi plus d’énergie solaire pendant la période chaude ce qui cause le problème de surchauffe ; par contre, pendant la période froide, elles subissent de grandes pertes thermiques ;

- Les ouvertures situées sur les parois verticales permettent une pénétration différente du rayonnement solaire à l’intérieur d’un espace selon leurs diverses positions (haute, moyenne ou basse). La position haute permet à la lumière de pénétrer plus profondément.

III.3.4.2 Par rapport aux détails architecturaux :

• Dimension des surfaces de vitrage :

Pour une même ouverture, selon le type de châssis et selon ses divisions, la surface transparente qui influence les gains solaires sera plus ou moins importante (Simon, 2001).

• Qualité du vitrage et des autres matériaux constituants l’ouverture :

Le coefficient de transmission d’énergie ou facteur solaire du vitrage a une influence considérable sur les gains solaires. Plus il sera élevé, plus les gains solaires seront élevés (Simon, 2001).

Dans un souci de réduire la consommation énergétique, une attention considérable a été donnée aux fenêtres pour améliorer leur effet sur les ambiances intérieures. L’utilisation du verre à basse émissivité, le verre réfléchissant et les façades à double peau ont montré leurs efficacités dans l’isolation contre les effets extrêmes du climat (Boucheham, 2010). Les verres absorbants, selon leurs épaisseurs, exercent une diminution du facteur solaire. Quant aux verres réfléchissants, ils peuvent provoquer l’éblouissement.

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des gains solaires qui peuvent provoquer la surchauffe à l’intérieur des espaces et donc l’inconfort des occupants. Alors, il est indispensable de contrôler les apports solaires, c’est-à-dire compléter les ouvertures par des éléments de protection solaires qui participent au confort d’été. Ce point de la protection solaire des surfaces vitrées sera abordé dans la partie suivante du chapitre.