Paysages érodés comme approche à la verticalité en milieu urbain
Maitrise Ambiances Physiques et Design
Prof. Claude MH Demers + André Potvin M.Arch. Ph.D.
Groupe de recherche en ambiances physiques (GRAP) - Faculté d'aménagement, d'architecture, d'art et de design - Université Laval - Hiver 2015
ENTRE-DEUX
par Catherine D'Amboise, Pierre-Alexandre Lemieux et Pascale Ouellet-Dompierre
Les principes intégrateurs
lumière + thermique
La forme stratifiée engendre une grande superficie d’enveloppe permettant d’éclairer naturellement l’ensemble du projet. Les grandes surfaces de façade s’adaptent pour répondre aux besoins lumineux et thermiques du bâtiment. Le bâtiment évolue avec les variations journalières et saisonnières. La solution préconisée est l’utilisation de panneaux isolants mobiles translucides (PIMTS), rendant la façade adaptative. Le contrôle de l’environnement permettant la modification d’un espace améliore le confort des occupants et le responsabilise (Cole et al., 2008; Janda, 2009, dans Cédric Du Montier, 2013).
Les principes lumineux
La modularité de la façade offre une image évolutive, permettant aux utilisateurs comme aux passants de déceler l’activité interne, par le biais d’une façade sensible répondant aux bienfaits biophiliques que procure la tranparence de l’enveloppe. Sa palette de teintes pâles réfléchie l’environnement adjacent et valorise la matérialité du bois. Le projet se décline en strates, permettant un éclairage bi-latérale réduisant l’inconfort visuel dû à l’éblouissement (Lam, 1986 dans Cédric Du Montier, 2013). Ainsi, l’ensemble des bureaux est éclairé naturellement. Les PIMTs se déploient pour présenter différentes variétés d’ambiances lumineuses, changeantes selon un cycle journalier et saisonnier.
3.5%-9% Lecture
1%-2% Corridor
2%-3,5% Lobby
Besoins en facteur lumière du jour (FLJ) SWLE p.310
Masques d'ombrages
LES PANNEAUX ISOLANTS MOBILES COMME DIFFUSEURS DE LUMIÈRE
La composition des façades avec les PIMTs permet d’offrir une lumière filtrée, redirigée plus profondément dans l’espace. Les PIMTs proposées sont composés de parois en cellules d’abeilles, couplées avec de l’isolant au centre. La transmittance des PIMTs varie selon l’orientation de la façade. Au sud, la transmittance est de 30 % alors qu’au Nord, la transmittance approche les 50%.
LUMIÈRE EMPRUNTÉE POUR UN ÉCLAIRAGE NATUREL PROLONGÉ [SW&L p.E.232]
La fenêtre supérieure, dégagée de PIMTs, permet d’offrir en tout temps une vue sur le ciel, afin d’assurer une meilleure relation avec l’environnement extérieur.
FAVORISER LA VUE SUR LE CIEL
La fenêtre supérieure, dégagée de PIMTs, permet d’offrir en tout temps une vue sur le ciel, afin d’assurer une meilleure relation avec l’environnement extérieur.
ÉCLAIRAGE TRANSVERSAL
L’étroitesse des strates permet de subvenir amplement aux besoins en lumière naturelle pour l’ensemble des lieux de travail. Les occupants du centre bénéficient d’assez de lumière pour travailler et lire, pusique les fenêtres sont situées à dix mètres de part et d’autre du bâtiment.
Coupe stratégies lumineuses
- LES PIMTs FERMÉS -
occultation douce et contraste réduit
Lorsque les panneaux sont fermés, le dessin de la façade est continu. Le passant décele la structure interne. Les teintes uniformes sont douces. À l’intérieur, l’ambiance est paisible, la lumière est abondante et répartie de manière presque uniforme dans le bâtiment. Le rendu fausse couleur démontre que lorsque les PIMTs sont fermés, la structure est mise en valeur, puisqu’elle devient un point focal, valorisant la matérialité du bois. Le contraste demeure toutefois assez léger, avec un rapport des candelas sur mètre carré inférieur à 1 :2. L’analyse avec le luxmètre en ciel artificiel présente des facteurs lumière du jour suffisants pour une tâche de lecture, devant avoir une valeur entre 3,5% et 9 %.
Ambiance extérieure
Ambiance intérieure
Ambiance intérieure en ciel artificiel
(HDR)
Rendue fausse couleur (cd/m2)
Facteur lumière du jour
Ambiance intérieure en ciel artificiel
(HDR)
Facteur lumière du jour
Rendue fausse couleur (cd/m2)
Ambiance intérieure
Ambiance extérieure
- LES PIMTs OUVERTS-
lumière directe et panorama visuel
Lorsque les panneaux sont tous ouverts, de larges fenêtres continues animent l’environnement extérieur public. Devant les fenêtres, l’animation intérieure est franche et celle-ci devient presqu’imperceptible devant les endroits où les panneaux sont empilés. À l’intérieur, la relation avec l’environnement extérieur est améliorée et les besoins biophiliques sont davantage comblés. Des ombres se dessinent au sol en ciel direct. Les PIMTs deviennent les points les plus lumineux dans l’espace, comme illustré dans le rendu fausse couleur. En effet, ils agissent comme une grande surface blanche. En plan, les valeurs présentées sont plus contrastées entre les zones de travail que lorsque les panneaux sont tous fermés. En effet, on peut lire une différence de presque 5% de FLJ entre deux postes de travail.
Ambiance intérieure en ciel artificiel
(HDR)
Facteur lumière du jour
Rendue fausse couleur (cd/m2)
Ambiance intérieure
Ambiance extérieure
- LES PIMTs ALÉATOIRES -
flexibilité d’ambiances et responsabilité de l’occupant
Lorsque les panneaux se modulent de façon aléatoire sur le bâtiment, les valeurs d’adaptabilité et de responsabilité de l’occupant sont réflétés par le dessin de la façade. Le passant comprend les zones occupées et peut associer des besoins d’occultations aux différents sous-espaces. L’ambiance intérieure est sensible et l’occupant peut percevoir différents niveaux de transmittance via l’empilement flexible des PIMTs. Le rendu fausse couleur présente des teintes très rouges, ce qui signifie que l’endroit est très lumineux, presque éblouissant. Enfin, les valeurs obtenues en ciel artificiel présente un bel équilibre quant aux valeurs de FLJ obtenues.
Les principes thermiques
Les recherches théoriques et techniques ont permis d’élaborer une forme ayant une incidence positive sur l’environnement. Le vent étant une problématique importante liée au site, les principes évalués avaient pour objectif de protéger le boulevard Honoré-Mercier et la Place Desjardins. L’évaluation microclimatique du site de Place Québec a traité la stratification du bâtiment de manière à valider les hypothèses de canalisation du vent. Le décalement de bandes du volume de base a été effectué dans le but d’observer l’impact du bâtiment tant au niveau de l’ensoleillement que des turbulences éoliennes. Les volumétries retenues ont démontrés qu’elles bonifiaient les conditions microclimatiques principalement au niveau du confort éolien car les volumétries agissaient en tant que filtre grâce à leurs décalements et leurs percements.
Expérimentation en canal hydraulique
Insolation de façades
L’ISOLATION JOURNALIÈRE, VERS UNE ARCHITECTURE ADAPTATIVE [SW&L p.E.236]
La nuit, l’hiver, les panneaux se ferment pour conserver la chaleur du bâtiment, alors qu’à l’été, ils demeurent ouverts pour l’évacuer. Cette occultation ne réduit pas la qualité des espaces, en sachant que les bureaux sont utilisés majoritairement sous un cycle diurne. Fermés, les PIMTs conservent la température intérieure. À l’été, on les ferme le jour pour éviter une surchauffe, à l’hiver, on les ferme la nuit pour éviter les trop grandes déperditions thermiques.
RÉCUPÉRATION DE CHALEUR / PUITS CANADIEN
[SW&L p.E.259 + p.E.335]
L’inertie thermique du sol couplée à la récupération énergétique du stationnement par un serpentin où circule du glycol permet de préchauffer l’air entrant dans le bâtiment afin de réduire la facture énergétique. Une roue thermique située dans la salle mécanique transfert l’énergie avec un échangeur air-air. Son emplacement stratégique récupère les surplus de chauffage des bureaux pour alimenter les besoins des logements.
BÂTIMENT PERMÉABLE VIA UN EFFET CHEMINÉE COUPLÉ À LA VENTILATION TRANSVERSALE [SW&L p.E.86]
Les strates sont fenestrées de part et d’autre avec des sections ouvrantes, pour assurer la ventilation naturelle aux entre-saisons. Quatre puits mécaniques agissent verticalement pour induire un effet cheminée. Ensemble, les deux systèmes deviennent complémentaires, puisqu’ils sont utilisés à différents moments dans la journée et à différentes saisons.
Coupe stratégies thermiques
DES DOUBLES PEAUX HABITABLES EN LOGGIAS BIOCLIMATIQUES [SW&L p.E.272]
Chaque logement possède une loggia bioclimatique du côté sud. Elles agissent en tant que double peau habitable permettant de préchauffer l’air en hiver et de tempérer le logement en été. Les loggias contribuent à l’équilibre thermique.
UTILISATION DU VENT PAR DES MICRO-TURBINES
La forme architecturale en strates parallèles canalise la puissance du vent. Les micro-turbines transforment cette énergie en électricité. Le rayon de 1,5 mètres des turbines est privilégié par rapport aux plus petits afin d’éviter les trop grandes longueurs d’ondes, inconfortables pour l’occupant. Les micro-turbines se posent sur des amortisseurs acoustiques sur les poutres centrales.
INTÉGRATION VÉGÉTALE POUR RAFRAICHISSEMENT ET OCCULTATION EXTERNE [SW&L p.248]
L’intégration de vignes verticales et d’arbres dans le projet contribue à diminuer la température à proximité du bâtiment via le processus d’évapotranspiration. La végétation occulte les espaces communs, par une variation de densité en adéquation avec les besoins saisonniers.
VALORISATION DE L’ÉNERGIE SOLAIRE POUR LA PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ [SW&L p.E.212]
La rangée de PIMTs externe orientée sud est recouverte d’un système en réseau de cellules photovoltaïques, intégrée à la façade. Les panneaux orientés verticalement permettent la production d’électricité avec un rendement annuel moyen de 374 Wh/m2 sur une surface totale de 500 m2.
ISOLATION ACOUSTIQUE
L’isolation thermique associé aux PIMTs réduit la propagation sonore. La hiérarchisation des espaces positionne les espaces moins sensibles aux nuisances acoustiques comme tampon résilient entre l’extérieur et les fonctions plus calmes.
Coupes bioclimatiques