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
par Rosemarie Faille-Faubert, Julien Laroche et Jasmine Maheu Moisan
Les principes intégrateurs
lumière + thermique
Intégration urbaine
Une architecture générée par les flux urbains
Dès les débuts de la conception du projet l’Entre-Pousse, les notions qui ont trait à la thermique et aux ambiances lumineuses ont été réfléchies. À la suite de plusieurs expérimentations au cours de la session, l’équipe a pu tirer des hypothèses et conclusions servant à la conception intégrée du projet. Le document présent fait l’objet d’un résumé de l’ensemble de nos démarches pour concevoir un projet de grande envergure de qualité et atteindre des objectifs de carbonneutralité.
Simulations des vents dominants
Conclusion thermique
Le développement formel de l’Entre-Pousse résulte en partie d’observations en canal hydraulique, où l’on a pu valider l’aérodynamisme de diverses possibilités géométriques par la simulation des vents dominants. La forme angulaire caractérisant l’Entre-Pousse propose une amélioration nette de la qualité thermique au pied du bâtiment par rapport à un volume massif et perpendiculaire aux vents dominants. En jouant avec les angles, on parvient aussi à dégager des zones protégées des forces éoliennes du secteur urbain.
La typologie de base est un volume simple et massif représentant la superficie demandée pour le programme, soit une aire de 1800 m2 par plancher s’étalant sur 15 étages. Celle-ci a été analysée afin d’agir comme référence pour la comparaison des typologies.
Cette dernière typologie est celle adoptée pour le projet. L’Entre-Pousse possède une silhouette affinée réduisant son impact éolien à l’échelle urbaine. Elle s’oriente vers le Sud pour obtenir une volumétrie anguleuse en réponse aux vent dominants.Elle se développe sur 28 étages, passant d’un aire de plancher de 1800 m2 à sa base, à un aire de 400 m2 à son sommet.
Insolation des façades _ Typologie de base
Insolation des façades _ L'entre-pousse
Le choix d’une volumétrie en angle offre beaucoup d’avantage en terme d’ambiance lumineuse à l’échelle urbaine. D’une part, elle fait bénéficier les bâtiments à proximité d’un plus grand apport lumineux comparativement au prisme rectangulaire, comme le suggère les ombres portés. Son recule face à la rue réduit l’ombre perçu par les piétons au pied du bâtiment. D’autre part, par ses multiples surfaces, la tour parvient à récolter un maximum de lumière.
Conclusion lumière
Intégration thermique
Vers une structure résiliente et adaptable
Coupe bioclimatique _ Hiver
Coupe bioclimatique _ Été
Coupe bioclimatique _ Entre-saisons
En hiver, l’espace interstitiel devient une zone permettant du chauffage solaire passif par des masses thermiques au sol, ce qui permet de préchauffer l’air neuf au sommet de la tour. La nuit, l’espace interstitiel retourne sa chaleur au bâtiment, ce qui permet de diminuer les besoins de chauffage durant les heures les plus froides.
En été, les ouvertures dans l’espace interstitiel permettent une évacuation naturelle de l’air chaud et vicié au profit d’un apport en air neuf et frais. La nuit, les ouvertures dans cet espace permet d’évacuer la chaleur encore présente dans l’interstice et de remplir la tour d’air frais.
Aux entre-saisons, l’Entre-Pousse mise sur une ventilation entièrement naturelle et favorisant la ventillation transversale. Le réseau d’atrium sert à l’évacuation de l’air vicié par effet cheminée.
Coupe de détail
Le réseau d’atrium parcourant verticalement la tour et se déployant vers le soleil agit comme effet cheminée. Il sert à l’évacuation de l’air vicié à tous les niveaux et à préchauffer l’air neuf entrant. De plus, l’insertion de panneaux photovoltaiques dans la partie supérieure de cette zone de la tour permet d’accentuer l’efficacité de l’effet cheminée en plus de générer de l’énergie.
Le Projet de l’Entre-Pousse propose un système mécanique intégré à la structure, où la ventilation se distribue sur les niveaux à partir de la méga structure en acier. Malgré l’irrégularité de la structure, l’air neuf se distribue uniformément sur les étages.
Une double peau orientée Sud-Est permet aussi l’évacuation de l’air vicié par effet de pression d’air. L’intégration d’un dispositf d’occultation végétale permet de gérer les gains internes selon les saisons. Enfin, la fraîcheur du dispositif permet d’humidifier et de purifier l’air.
Profil d'équilibre thermique (PET)
Intégration lumière
Déploiement du végétal comme système d'occultation
À l’échelle architecturale, des dispositifs d’occultation végétale sont étudiés afin d’éviter la surchauffe et l’éblouissement. Le positionnement de l’occultation résulte d’une analyse des insolations de façades. Bien que le dispositif d’occultation végétale affecte principalement les conditions lumineuses en soleil direct, elle contribue également à uniformiser l’apport lumineux au sein de l’espace.
Système sans occultation
Système avec occultation
En effet, en observant la face SUD du plan, on remarque qu’à l’état initial, il y a un grand contraste entre les zones les plus et les moins éclairées, un ratio de plus de 5:1. Cette situation crée potentiellement un inconfort visuel pour l’usager, dont l’œil qui doit constamment s’adapter aux différents gradients de lumière. À l’inverse, le dispositif tend à réduire le contraste entre les zones les plus et les moins éclairées, un ratio d’environ 4 :1. Cette plus grande uniformité favorise le confort visuel des usagers.
De plus, étant donné la très grande proportion de vitrage en façade, l’occultation vise à réduire le potentiel d’éblouissement sur les premiers mètres en périphérie du bâtiment. À l’état initial, on remarque un facteur lumière du jour de 20% en façade, excédant largement l’intervalle suggéré de 3,5% à 9% favorable à des tâches de lecture. La simulation avec le dispositif d’occultation indique un facteur lumière du jour de 10% en façade, soit un éclairage approprié sur les premiers mètres de la périphérie. On conclue que le dispositif permet d’augmenter l’aire de plancher où les espaces sont propices au travail. Il est aussi intéressant de constater que l’aire plus critique de l’étage, où la luminosité est insuffisante à la réalisation de tâches de concentration, n’est pas affecté par le dispositif d’occultation, n’étant pas plus important avec ou sans dispositif.
Un dispositif végétalisé comme occultation demeure complexe. Il est évolutif et induit donc différentes ambiances lumineuses qui varient en fonction du temps et des saisons. Nous avons donc poursuivis notre recherche en observant l’effet lumineux que produisait plusieurs densités d’occultation, soit 25 %, 50% et 75%. En hiver, on imagine un dispositif moins dense, où les rayons du soleil pénétreront le végétal aisément, ainsi baignant les espaces de lumière. Le caractère des espaces serait plus apaisant considérant la couleur du feuillage hivernal du végétal. À l’inverse, en été, les lieux de travail aurait un caractère plus dynamique et contrasté grâce au couleurs vives de l’occultation. Enfin, le système sera éventuellement plus dense pour bloquer les rayons estivaux éblouissants.
Ciel artificiel
Un système d’occultation plus dense affecte davantage les espaces en périphérie que les espaces centraux.
Nos observations en lumière direct démontrent l’efficacité d’un système d’occulation dense et aux teintes foncées comme le végétal. Moins le végétal est dense, plus la lumière éblouie les espaces intérieurs et vice versa.
Ambiance en lumière direct
Image HDR
La série d’images HDR met en évidence les ambiances apaisantes des espaces de travail. Malgré le dynamisme de la structure et ses effets, la recherche matérielle propose un environnement confortable pour les usagers.
Le logiciel Photosphère démontre de manière quantitative le caractère des lieux. On observe un rapport de brillance de 1:2, ce qui indique un espace à faible contraste.
Photosphère
