Cette démarche a été testée par des chercheurs du LESO6 de l’école polytechnique fédérale de Lausanne. Elle a été utilisée comme cadre méthodologique dans de nombreuses recherches : un projet international (Espaces Urbains Durables), deux projets européens (PRECis et RUROS), ainsi que plusieurs études relatives à la forme urbaine et les énergies renouvelables dont on peut citer comme exemples :
1. Des travaux de comparaison de l’utilisation du potentiel de l’énergie solaire dans différents environnements urbains (Montavon, et Al, 2004 ; Scartezzini, et Al, 2002). Ce sont des recherches qui ont pris différents sites urbains (Matthaeus, Bellevaux, et Meyrin), représentant plusieurs grandes villes en suisse (Bâle, Lausanne, et Genève). Les cites ont été examinés en suivant la méthode de compagnon afin d’évaluer leur potentiel solaire. Les distributions spatiales du rayonnement solaire et des flux de lumière naturel sur les façades et les toitures des bâtiments ont été calculés en utilisant une technique de simulation de lancer de rayons. L’objectif est de déterminer le placement approprié des différentes technologies solaires (actif et passif, solaire photovoltaïque et l'éclairage naturel). La comparaison des résultats observés pour les trois sites urbains affirme, que dans tous les cas étudiés, les valeurs et les surfaces utiles appropriées pour les technologies solaires sont importantes. presque la moitié de la surface de l'enveloppe du bâtiment (façades et toitures) reste appropriée pour l'utilisation des technologies solaires malgré les obstructions et l’effet de canyon urbain qui caractérisent les tissus urbains ;
2. En 2006, Cheng (Cheng, et Al, 2006) a présenté lors de la 23ème conférence de l’architecture passive à Genève un travail présentant l’effet de la densité urbaine sur le potentiel solaire. la recherche comprend la simulation solaire de dix-huit modèles génériques en utilisant l’outil et la méthode d’évaluation créée par le professeur Compagnon. Chacun de ces modèles représente une combinaison particulière de la forme et de la densité bâtie. Elle examine les relations entre les formes construites, la densité, et le potentiel solaire à la référence de trois critères de conception, à savoir : l'ouverture au
6 Laboratoire d'Energie Solaire et de Physique du Bâtiment de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne dirigé par le Professeur Jean-Louis Scartezzini.
niveau du sol qui est fortement liée au confort des piétons, le facteur de lumière du jour sur les façades qui indique la performance lumineuse à l’intérieur des bâtiments, et le potentiel photovoltaïque sur l’enveloppe de bâtiments qui représente une partie importante de l’application des techniques renouvelables à l'échelle urbaine. Les résultats de cette étude suggèrent quelques recommandations utiles pour la planification des villes à haute densité : la première est la disposition horizontale aléatoire des bâtiments, c'est-à-dire dans la condition d’utiliser une même surface du sol (emprise au sol), il est plus souhaitable d'organiser les blocs de bâtiments en disposition éparpillé qu’en rangers uniformes. Aussi, les arrangements avec des hauts bâtiments, petite couverture du site, et espace plus ouvert sont plus préférable que ceux avec des bâtiments de petite hauteur et forte densité.
3. Dans une tentative d’optimisation de la forme urbaine pour une meilleure utilisation de l’énergie solaire, Montavon (Montavon, 2010) a comparé des formes urbaines existantes et théoriques pour explorer les divers effets de la densité construite, de l’orientation, de la forme bâtie, et de dimensions des éléments de la forme urbaine sur la lumière naturelle et sur le potentiel solaire. Dans un premier temps, elle a modélisé et analysé six sites urbains existants, quatre en Suisse, deux au Brésil et deux projets dans le Royaume-Uni, ainsi que quelques formes urbaines génériques et une ville utopique. Ensuite, elle a utilisé la procédure d’évaluation créée par le professeur Compagnon dans son procédé d’analyse.
Des valeurs de rayonnement solaire et d‘éclairement par la lumière naturelle obtenus par simulations numériques à l’aide du logiciel d'analyse de performances urbaines (logiciel PPF/RADIANCE) constituent le cœur de cette procédure d‘évaluation. Cette procédure permet d‘évaluer le potentiel du chauffage solaire actif et passif, la production d'électricité photovoltaïque ainsi que l‘éclairage naturel en façade et en toiture des immeubles. Les résultats obtenus par l‘analyse de ces différents cas ont révélé de grandes variations du potentiel solaire sur l‘enveloppe des bâtiments. Idéalement, ces investigations pourront aider les architectes et les urbanistes à optimiser le potentiel solaire dans la phase conceptuelle de leurs projets.
En s’inspirant de ces recherches et de la méthode présentée antérieurement (Radiance
« LESO-EPFL »), il est apparu que le calcul des surfaces répondants aux conditions d’installation des techniques solaires et un moyen efficace d’évaluation de la forme urbaine. C’est la technique qui va être adoptée dans cette recherche. Mais, l’absence de l’outil d'analyse de performances urbaines (logiciel PPF/RADIANCE) présente un sérieux enjeu pour l’application de la méthode. A cet effet, nous allons essayer de chercher une
combinaison entre certains outils disponibles qui va permettre l’exécution des différentes étapes d’évaluation. Nous présentons dans ce qui suit les logiciels retenus, les techniques de mesure choisies pour la quantification du potentiel solaire, ainsi que les protocoles d’évaluation et d’optimisation adoptées.
IV.4. L’ELABORATION D’UN MODEL D’ANALYSE
Durant la phase de conception d’une zone urbaine, le concepteur traite différentes caractéristiques géométriques liées à l’orientation et dimensions des rues, forme et taille des bâtiments…etc. Cette tache plutôt complexe peut conduire à une décision qui va fortement influencer le droit à l’ensoleillement. Les nouveaux bâtiments peuvent réduire l’accès de la lumière du jour à l’intérieur des locaux et mettre à l’ombre des voisinages existants et compromettre sérieusement leur performance énergétique.
Pour ces raisons, il est impératif que des outils et méthodes d’évaluation soutiennent les architectes et les planificateurs lors du commencement du processus de conception.
Comme il a été signalé précédemment, la méthode d’évaluation proposée par le professeur Compagnon est retenue en vue de sa faisabilité, sa perfection et le degré de précision qu’elle présente, et son originalité illustrée dans l’avantage de décomposition du potentiel solaire vers des privilèges quantifiables liés directement à des techniques, stratégies, et applications solaires.
La présente partie d’étude sera développé sur deux principales parties afin d’arriver à un processus méthodologique qui, en l’exécutant, peut confirmer ou infirmer l’hypothèse répondant sur la problématique. Sera consacré à une étude méthodologique, qui vise en premier lieu à élaborer un processus d’évaluation du potentiel solaire dans un milieu urbain. En deuxième lieu, c’est l’exploitation de ce processus dans une étude expérimentale qui vise la vérification de l’hypothèse sur le terrain. Autrement dit, une observation des effets de la forme urbaine non contrôlée sur le potentiel solaire et la qualité lumineuse de l’environnement intérieur, puis l’essai de proposer, à travers des recommandations, une forme urbaine qui maximise le potentiel solaire et extrémise la performance environnementale.