Effets de l‟organisation interne de l‟atrium sur la stratification :

Après avoir abordé l‟influence que peuvent avoir certains aspects dimensionnels sur la distribution verticale des températures, intéressons-nous à présent aux effets que peut engendrer l‟organisation intérieure de l‟atrium sur la stratification. Comme nous l‟avons déjà abordé lors de l‟analyse typologique, l‟organisation intérieure est un aspect important qui différencie un atrium lisse (sans coursives) d‟un atrium alvéolaire (avec coursives). Dans notre recherche bibliographique, la seule étude que nous avons trouvée qui traite de cet aspect est une analyse comparative effectuée par le laboratoire ABC [Belmaaziz, 2003]. Ce travail consistait à comparer les résultats de mesures effectuées dans trois atriums situés en France. Il s‟agit des deux atriums partiellement alvéolaires des Ecoles d‟Architecture de Marseille et de Lyon (notés EAML et EAL) et celui de l‟Hôtel du département à Marseille (noté Hôtel 13), qui est quant à lui, totalement lisse. Les journées pendant lesquelles les mesures ont eu lieu sont des journées ensoleillées et présentent les températures moyennes extérieures suivantes : pour l‟atrium de l‟EAML les températures mesurées étaient de 19 et 22 °C. Pour le cas de l‟EAL et de l‟Hôtel 13 elles étaient de 24,5 et 26 °C. Le tableau suivant résume la comparaison entre les gradients totaux et unitaires

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correspondants à chaque atrium en fonction de la température extérieure. Le gradient unitaire est obtenu simplement en divisant le gradient total sur la hauteur entre le point le plus bas pour monter l‟intensité des variations.

Tableau II. 2 : comparaison entre les gradients verticaux des trois atriums étudiés [Belmaaziz, 2003] Atrium ^{T extérieures} moyennes (°C) Gradient vertical (°C) total unitaire EAML EAL 19 19 3.25 1.8 0.31 0.35 EAML EAL 22 22 2.9 1.35 0.28 0.46 Hôtel 13 EAL 24.5 24.5 1.8 6.29 0.08 0.5 Hôtel 13 EAL 26 26 1.5 5 0.07 0.47

L‟analyse des gradients thermiques des atriums de l‟EAML et de l‟EAL montre que les gradients unitaires sont presque du même ordre (0,3 à 0,5 °C/m) avec des gradients unitaires un peu plus élevés pour le cas de l‟EAL. Au contraire, le gradient vertical total est toujours plus important que celui de EAL. Les auteurs tentent d‟expliquer cela en mettant en avant le fait que la configuration de l‟atrium de EAML soit plus alvéolaire que l‟autre. L‟atrium de l‟EAML compte effectivement deux coursives qui découpent le volume en trois alvéoles alors que celui de l‟EAL ne comporte qu‟une coursive qui découpe le volume en deux parties seulement.

Pour appuyer leurs propos, à savoir que le caractère alvéolaire d‟un volume favorise la stratification, les auteurs ont comparé les résultats de deux atriums de configurations différentes. L‟un est alvéolaire (EAL), l‟autre est lisse (Hôtel 13). Dans ce cas, les écarts entre les gradients sont manifestes. Les gradients verticaux unitaires sont dans un rapport d‟environ 1 à 6 et les gradients totaux dans un rapport de 1 à 3,5 au profit de ceux de l‟atrium de EAL. La comparaison entre le comportement de deux configurations a le mérite de montrer les variations verticales des températures en fonction de la configuration interne du volume. Cependant, si les deux premiers atriums alvéolaires ont une taille comparable, il

CHAPITRE II Caractérisation des ambiances thermiques dans les atriums

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n‟en est pas de même pour l‟atrium de l‟Hôtel 13 qui lui est un atrium lisse quatre fois plus large et deux fois plus haut que les atriums de l‟EAML et l‟EAL. Même si les résultats tendent à montrer que l‟alvéolarité a une influence sur le gradient, la comparaison est difficile à établir entre des volumes de tailles sensiblement différentes.

Constatant que l‟approche par la mesure ne permettait d‟apporter qu‟une réponse partielle aux aspects liés à l‟alvéolarité, vu les problèmes de taille correspondants aux atriums mesurés, les auteurs ont entrepris une analyse plus large par la simulation numérique visant en partie à éclaircir la relation qui lie l‟organisation interne et le comportement thermique. [Belmaaziz, 2003]

Une série de simulation a été menée avec un outil performant mais lourd en utilisation. Il s‟agit du code de mécanique des fluides FLUENT. Les auteurs ont simulé les températures et les vitesses d‟air dans des atriums de tailles similaires, l‟un étant lisse, l‟autre étant alvéolaire. L‟analyse des résultats fait ressortir des différences clairement identifiables entre les deux configurations. En effet, à 13 h (heure solaire) en pleine saison estivale, pour un atrium en béton dont la toiture est totalement vitrée, le gradient thermique pour le cas lisse est de 2,6 °C contre 3,6 °C pour l‟alvéolaire. Lorsque les parois sont en verre, le gradient est plus important puisqu‟il est de 5,2 °C pour le cas alvéolaire alors qu‟il est de seulement de 0,6 °C pour l‟atrium lisse. Notons que les résultats que nous présentons ont été obtenus avec un taux de renouvellement d‟air faible de l‟ordre de 0,5 Vol/h.

Enfin, si ces simulations tentent d‟éclaircir l‟influence de l‟alvéolarité sur la stratification thermique, elles sont cependant contestables sur au moins deux points : d‟une part, ces simulations ont été menées en 2D en supposant que les atriums simulés étaient des configurations linéaires. Autrement dit, les auteurs ont considéré que le comportement thermo-aéraulique se réduisait à une section de l‟atrium ce qui implique que les effets des mouvements d‟air transversaux ne sont pas pris en compte. Certes cela peut être admis lorsque nous avons affaire à des taux de renouvellement faibles mais dès que les débits sont importants cette hypothèse du calcul en 2D devient incertaine. D‟autre part, il est impératif dans le cas d‟un atrium de tenir compte, comme nous l‟avons déjà vu, de la répartition de la tache solaire sur les parois internes. Or, il semblerait que les simulations ont été conduites en considérant les flux solaires comme répartis de manière homogène sur toutes les parois. Cela a sans doute une influence sur la pertinence des résultats

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obtenus. Pour ces deux raisons essentielles, l‟influence de l‟alvéolarité mérite donc d‟être un peu plus approfondie en utilisant des moyens plus adaptés.