Université Ferhat Abbas – Sétif –Université Ferhat Abbas – Sétif –Département d’ArchitectureDépartement d’ArchitectureAtelier Atelier 22ee AnnéeAnnéeGroupe: 5Groupe: 5

Le Confort en ArchitectureLe Confort en Architecture

Présenté par: Mr. AbdessemiaPrésenté par: Mr. Abdessemia Mr. Ali Khodja Mr. Ali Khodja

IntroductionIntroductionLe confort: C’est le bien-être matériel résultant des commodités de ce dont on dispose. (Larousse)Il peut être perçu comme un état d’équilibre entre l’être humain et le milieu dans lequel il se trouve à un moment donné. Il crée ainsi un état de bien être propice à l’activité du moment. L’inconfort au contraire est un état de déséquilibre entre l’être humain et son milieu, donnant lieu à des états de tension et de souffrance. Le confort se divise en deux : - Confort physique.- Confort psychique.

Le confort physiqueLe confort physique C’est tout ce qui est relatif au confort du corps humain.- Sur le plan thermique- Sur le plan visuel ou lumineux-Sur le plan acoustique

Confort thermiqueConfort thermiqueLe corps humain produit de la chaleur par combustion des aliments.

L’homme a la propriété de maintenir leur température à une valeur à peu près constante quelles que soient les conditions atmosphériques et l’activité physique. Le confort thermique : état d’équilibre entre la chaleur produite à l’intérieur du corps et la chaleur cédée à l’environnement.Mode de transfert de chaleurLa convection : transmission de la chaleur de la surface du corps à l’air ambiant.La conduction : par les pieds en contact avec le sol.Le rayonnement : de la surface du corps vers toutes les parois qui l’entourent.L’évaporation : sudation, évaporation de l’eau à la surface de la peau.

Paramètres du confort thermiqueEn termes de climat, un bâtiment doit offrir une réponse à la chaleur, au froid, au rayonnement et aux autres forces.- Température de l’air : influence la convection entre le corps et l’air.- Température des parois : intervient dans les échanges de chaleur par rayonnement.- Humidité ou Transfert de chaleur sous forme latente : évaporation d’eau. Si l’air est saturé (humide), il ne permet pas l’évaporation.- La combinaison de la température et de l’humidité donne naissance à la chaleur sèche et humide et au froid sec et humide.- Vent : s’il doit être favorisé ou non.- Pluie : a un rapport avec le climat parce qu’il est nécessaire de se protéger de la pluie tout en préservant la ventilation.- Rayonnement et lumière : désirés ou non et s’il faut les favoriser ou non.

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Chaleur Séche (Climat désertique)Les régions chaudes et sèches sont caractérisées par de fortes températures diurnes (jour) et par des températures nocturnes (nuit) basses. Il faut retarder l’entrée de la chaleur aussi longtemps que possible afin qu’elle atteigne tard l’intérieur.On utilise des matériaux de forte capacité calorifique comme la terre, la pierre, absorbant la chaleur durant la journée et la restituant pendant la nuit.La vitesse du flux de chaleur est de 4cm/h. L’épaisseur du matériau crée un « effet de déphasage ».Une partie de la chaleur absorbée pendant le jour chauffe la masse des murs et des toitures et ce n’est que le reste qui est transmis à l’intérieur.

Le rapport entre la chaleur absorbée et la chaleur stockée dans le matériau dépend de la « capacité calorifique de l’enveloppe ». Le flux de chaleur transmis à l’intérieur du bâtiment diminue lorsque la capacité calorifique de sa structure augmente.On utilise une structure géométrique compacte qui fournit une surface minimum exposée à la chaleur extérieure. ceci en serrant les maisons les unes contre les autres, ce qui fournit de l’ombre et réduit la surface exposée au soleil.On évite de créer de la chaleur en écartant la cuisine en dehors de la maison. On réduit le nombre et la taille des fenêtres. On peint les maisons en blanc ou d’une autre couleur claire pour réfléchir un maximum de chaleur rayonnante.

Chaleur Humide (Climat équatorial)Climat caractérisé par de fortes pluies, une grande humidité, des températures relativement modérées avec de faibles écarts journaliers ou saisonniers et un rayonnement intense. Il faut un maximum d’ombre et un minimum de capacité thermique. Il n’est pas intéressant d’emmagasiner de la chaleur.Une chaleur humide exigedes bâtiments ouverts, à faible capacitéthermique avec une ventilationmaximum, donc une structure longue etétroite et des formes très séparées avecles murs les plus minces possibles.

Dans ces maisons c’est le toit qui est l’élément dominant. C’est un énorme parasol imperméable ayant une pente raide pour permettre aux pluies de s’écouler, opaque au rayonnement solaire et d’une masse minimum pour éviter l’accumulation de la chaleur et sa restitution ultérieure. De larges auvents protègent contre la pluie et le soleil et permettent aussi la ventilation quand il pleut.Le plancher est surélevé non seulement pour une meilleure exposition aux vents, pour se protéger des inondations et pour se défendre des gros insectes et des animaux.

Froid SecLes mêmes principes de la chaleur sèche s’appliquent, excepté que la source de chaleur est maintenant à l’intérieur au lieu d’être à l’extérieur, et son s’efforce d’empêcher la chaleur de se propager vers l’extérieur. Chauffer l’habitation le mieux possible avec de grands éléments de chauffage que l’on trouve au milieu de la maison, afin d’utiliser la chaleur de la cuisine, celle des hommes et parfois celles des animaux. On évite les déperditions de chaleur en utilisant un plan massif, une surface minimum exposée à l’extérieur, des matériaux lourds et isolants en empêchant les courants d’air. On s’arrange pour que la neige, qui est un bon isolant, forme d’épaisses couches sur les toits. Il faut capter le plus possible de rayonnement solaire et pour cela on utilise des couleurs sombres.

L’igloo des Esquimaux : La nécessité de venir à bout du froid et et des vents violents fait qu’il est construit en neige sèche. On essaye d’offrir au vent la moindre résistance et d’obtenir un volume maximum avec un minimum de surface. L’hémisphère de l’igloo réalise cela parfaitement et est chauffée par une lampe à huile, une source de chaleur radiante que l’hémisphère aide à faire converger au centre. Dans l’igloo le sol est surélevé au-dessus du tunnel d’entrée. Ceci élimine les courants d’air et comme l’air chaud monte et que l’air froid descend, les habitations sont dans une zone plus chaude.

HumiditéL’humidité dans les bâtiments constitue à la fois un danger potentiel pour la santé et le confort et une source de dommages esthétiques et matériels.Température et humidité opèrent ensemble en ce qui concerne le confort. Quand l’humidité est forte on ne peut pas la réduire sans des moyens mécaniques et on utilise la ventilation pour permettre au corps de perdre la chaleur. Quand l’humidité est faible on peut utiliser l’eau et la végétation pour l’accroître et certains procédés d’humidification qui sont souvent un écoulement d’eau sur des nattes d’herbes placées dans les fenêtres.La vapeur est véhiculée et distribuée par les vents.La capacité de l’air à contenir de la vapeur d’eau augmente avec sa température. L’humidité affecte le comportement de nombreux matériaux de construction et leur cadence de détérioration.

Parmi les dommages esthétiques, on peut citer la détérioration de la couleur et le détachement de la peinture. Des murs humides peuvent aussi offrir un champ favorable aux champignons et provoquer des odeurs désagréables.Transpiration : se déclenche lorsque la perte de chaleur sèche par convection et rayonnement, plus la perte par perspiration insensible, deviennent inférieures à la production de chaleur.La transpiration est étroitement associée à la surface de la peau qui est recouverte d’humidité. Lorsque la capacité évaporative de l’air est beaucoup plus grande que le taux de sécrétion de la sueur, celle-ci s’évapore aussitôt qu’elle émerge des pores de la peau, sans former de couche liquide sur sa surface.Lorsque le taux de sécrétion augmente, ou lorsque la capacité évaporative de l’air décroît, les gouttes de sueur apparaissent. L’augmentation de la vitesse d’air compense les effets de l’humidité.

Vent (mouvement de l’air)Le vent est lui aussi lié à la température. La vitesse du vent, l’humidité et la température entrent toutes trois dans le concept de température réelle que l’on utilise pour mesurer le confort. Quand il fait froid ou très sec, le vent est en général indésirable. Quand il fait chaud et humide, le vent est favorisé.Les maisons se situe dans des creux de sorte que le mur Nord a la hauteur d’un rez-de-chaussée et il est aveugle ou possède très peu d’ouvertures, tandis que le mur Sud a un étage et possède de nombreuses fenêtres protégées par des volets car s’il y a peu d’arbres pour donner de l’ombre.

Des perches spéciales, qui étaient plantées devant la maison et qui briseraient la force du vent.La vitesse de l’air affecte le corps humain de deux façons différentes. - Selon que le vent est froid ou chaud, elle détermine l’échange de chaleur convective du corps (donc elle chauffe ou refroidit)- Elle affecte la capacité évaporative de l’air et par conséquent permet l’évaporation de la sueurUne augmentation de la vitesse de l’air produit toujours un effet de refroidissement, qui augmente lorsque la température de l’air est abaissée.

CondensationL’air à toute température n’a qu’une capacité limitée en vapeur d’eau. La vapeur requise pour saturer l’air (limite de saturation) augmente avec la température.Lorsqu’une masse d’air non saturée est refroidie, la température à laquelle la vapeur d’eau se condense est appelée « point de rosée ». Un refroidissement au-delà du point de rosée abaisse la limite de saturation et l’excès de vapeur se condense en eau.Lorsque l’air non saturé entre en contact avec une surface à une température inférieure au point de rosée, l’air directement au contact avec la surface se condense sur la surface.Les cuisines et les salles de bains sont les principaux centres de production de vapeur d’eau. La condensation se produit souvent derrière les lits et les meubles, là où le mur est isolé de l’ambiance thermique réchauffée par l’air intérieur.

Rayonnement et lumièreLe rayonnement et la lumière sont en général indésirables dans les régions chaudes, et on utilise des moyens variés pour les éviter. Dans les régions froides, en hiver, on recherche la lumière et le rayonnement et bien que les grandes ouvertures puissent créer des problèmes de froid et de pertes de chaleur.Dans les régions chaudes et sèches, on évite de différentes manières le rayonnement direct du soleil. On utilise des ouvertures peu nombreuses et petites des volets les larges auvents. Les auvents peuvent être dessinés de manière à laisser entrer le soleil d’hiver, bas sur l’horizon, tout en excluant le soleil d’été qui est plus haut.

Le rayonnement du sol peut être une source majeure d’éblouissement et de chaleur là où la végétation ne couvre pas ce sol. Pour éviter cela on place les ouvertures en hauteur ou des arcades autour de la maison, ainsi que la végétation et l’eau autour de la maison.Le rayonnement solaire total (insolation) arrivant sur une surface se diviser en trois composants :- Rayonnement direct du soleil.- Rayonnement diffusé par le ciel.-Rayonnement réfléchi par l’environnement : on l’évite par le changement de la couleur, de texture ou d’orientation, on peut impliquer le changement du type de matériau dont une surface est composée, par exemple en plantant de la végétation sur la surface du sol environnante.

Le Confort à l’intérieurL’enveloppe d’un bâtiment sépare l’espace intérieur de l’environnement extérieur et par là même modifie ou supprime les effets directs des paramètres climatiques tels que la température ambiante extérieure, l’humidité, le vent, le rayonnement solaire, la pluie, la neige, etc. Pendant l’hiver, le bâtiment perd de la chaleur vers l’extérieur par transmission à travers les parois extérieures et le sol. Il en perd également par ventilation parce qu’il y a entrée d’air froid et sortie d’air chaud.

Pendant l’été, il gagne au contraire de la chaleur par transmission du milieu extérieur. La température de l’air extérieur étant en général supérieure à celle des locaux. Sous l’effet du rayonnement solaire, il gagne aussi des quantités de chaleur, par transmission à partir de l’air extérieur. L’équipement thermique des locaux a pour but essentiel de remplacer la chaleur perdue par les locaux en hiver vers l’extérieur et d’absorber celle gagnée en été.Température de l’air : à elle seule, elle ne suffit pas à assurer le confort. Dans des locaux de séjour, en hiver de 18° à 22°C et en été de 22° à 26°C. Dans des locaux où les utilisateurs ne séjournent qu’occasionnellement (bâtiments administratifs), en été il faut une température de l’air située à mi-distance entre 20° et la température extérieure. En d’autres temps, lorsque la température extérieure est de 40°C, il est déconseillé de faire descendre la température de l’air intérieur en deçà de 30°. Cela engendrerait un écart de température trop important entraînant ainsi un choc thermique.

Température des parois ou température moyenne radiante (TMR)La température des parois agit sur celle de l’intérieur par convection et rayonnement. Il ne suffit pas de chauffer l’air intérieur alors que la température des parois est basse. Cela aura comme effet la condensation sur les surfaces des murs internes.Humidité de l’airLes échanges de chaleur diminuent lorsque l’humidité s’élève. Pour une température de 20° à 22°C, les taux d’humidité tolérés sont de entre 35% et 70%.Mouvements et vitesse de l’air (Vent)La transmission de la chaleur par convection, l’intensité du transfert est proportionnelle à la vitesse du fluide en mouvement.Aux températures de 20° à 22°C, on considère comme maximales des vitesses de 0.15 à 0.25 m/s. Au-dessus d’une vitesse de 0.25 m/s on sort de la zone de confort et il y a présence de courants d’air.

EnsoleillementL’enveloppe d’une construction est soumise alternativement à un échauffement pendant le jour et à un refroidissement pendant la nuit. La grandeur de la température d’une surface externe dépend de sa couleur et de son orientation.Couleur extérieure du bâtimentLa nature et la couleur de la surface externe déterminent la quantité de rayonnement solaire absorbée, la quantité de chaleur perdue par rayonnement vers l’espace pendant la nuit.On peut constater qu’avec une couleur extérieure sombre, la température de surface externe monte jusqu’à 32° au-dessus du maximum ambiant, alors que l’augmentation pour des surfaces blanchies à la chaux n’est que de 1°C.Surfaces badigeonnées neuves 10-15%, Peinture à l’huile blanche 20-30%Marbre blanc 40-50%, Gris moyen 60-70%, brique, béton 70-75%, Noir brillant 80-85%, Noir mat 90-95%.

Lorsque la couleur de surface est claire, l’absorption est faible et la température de l’air ambiant a un effet thermique plus important que le rayonnement incident, alors qu’avec des couleurs externes sombres, c’est l’influence de l’éclairement qui est prépondérante.

Orientation et ses effets sur les ambiances intérieuresL’orientation d’une pièce est la direction vers laquelle est dirigée sa façade extérieure. Le choix de l’orientation est soumis à de nombreuses considérations, telles que la vue dans différentes directions, la position du bâtiment par rapport aux voies, la topographie du site, la position des sources de nuisances et la nature du climat.

Orientation et ses effets sur les ambiances intérieuresL’orientation des bâtiments affecte l’ambiance intérieure de deux manières, par la régulation de l’influence de deux facteurs climatiques distincts :- Le rayonnement solaire et ses effets d’échauffement sur les murs et les pièces orientées selon différentes directions.- Les problèmes de ventilation en rapport avec la direction des vents dominants et l’orientation de la construction.Il est possible pour ajuster la conception d’un bâtiment, de modifier les effets de l’orientation à la fois sur les conditions de ventilation et de température.Dès le lever du soleil le prototype à fenêtre orientale connaît une très forte augmentation de température, 13°C en quatre heures, contre 5°C à l’extérieur dans le même intervalle.

Le maximum à l’intérieur est de 6°C supérieur à celui de l’extérieur. Du côté ouest, l’augmentation de température est modérée jusqu’à midi, mais son exposition au rayonnement direct l’après-midi, elle croît de manière accélérée jusqu’à un maximum de près de 11°C au-dessus du niveau extérieur.Pour les orientations Nord et Sud, les régimes d’échauffement sont semblables, à part le milieu de la journée (10h et 16h) où la température est plus élevée dans le prototype exposé au Sud. Quant au maximum, il se situe à 3.5°C au-dessus de celui de l’extérieur.L’effet de SerreLa propriété unique des verres est la transparence différentielle aux rayonnements de courte et de grande longueur.

Tandis qu’il transmet la quasi-totalité des rayonnements du domaine de 0.4 à 2.5 µ qui correspond à peu de choses prés à la définition du spectre solaire, le verre est complètement opaque aux rayonnements de plus grande longueur d’onde aux alentours de 10 µ.Ainsi le verre transmet les rayonnements de manière sélective ; il permet au rayonnement solaire de pénétrer à l’intérieur des bâtiments, où il est absorbé par les surfaces et les objets que contiennent ces bâtiments, ce qui a pour effet d’élever leur température. Mais ces surfaces chauffées émettent à leur tour un rayonnement dont le maximum d’intensité se situe à une longueur d’onde voisine de 10 µ et ce rayonnement ne peut être transmis à l’extérieur, du fait de l’opacité du verre à cette longueur d’onde.Par ce processus une surface vitrée exposée au soleil provoque une élévation des températures intérieures bien supérieure à celle que provoquerait la pénétration du rayonnement solaire par des fenêtres ouvertes.

Système de contrôle du soleil (Système d’occultation)Il y a deux types de contrôles solaires : les éléments d’occultation verticaux (saillies), et les éléments horizontaux (projections).Les avancées horizontales sont plus efficaces en façades Sud. Aux latitudes moyennes des avancées plus profondes sont requises sur les façades Sud.Les ailerons ou d’autres éléments verticaux sont plus efficaces dans la protection des façades Est et Ouest. Des éléments comme les pilastres, les ailerons autoportants.La végétation est aussi extrêmement efficace pour protéger les fenêtres pour des hauteurs de soleil très basses. Par exemple une rangée d’arbustes serrés, plantés à distance d’une fenêtre Ouest, offre une vue agréable, mais contrôle les charges thermiques de fin d’après-midi.

Les rayons solaires du côté Sud sont bas en hiver, lorsqu’ils sont favorables pour le réchauffement dans les climats froids.Ils sont haut en été et donc les Projections permettent de les éviter.

Il faut implanter des bâtiments de manière à ce qu’ils portent ombre les uns sur les autres est une stratégie utilisée. Ce qui explique pourquoi les rues entre les habitations sont inévitablement disposées d’Est en Ouest dans les villes à climat chaud. Cependant dans les régions plus froides ou peu d’ensoleillement, un « droit au soleil » a donné naissance à des lois interdisant à tout bâtiment de porter une ombre sur son voisinage.

La ventilation dans le bâtimentL’orientation des fenêtres vis-à-vis de la direction des vents dominants a une influence considérable sur la ventilation intérieure. La principale exigence pour qu’une ventilation soit satisfaisante est de prévoir des ouvertures aussi bien sur la façade « au vent » du bâtiment que sur sa façade « sous le vent ».S’il n’y a qu’une seule ouverture ou deux situées sur la façade sous le vent du bâtiment, la vitesse moyenne de l’air intérieur esttrès faible. 10 à 15% de la vitesse du vent à l’extérieur.

Lorsqu’il y a deux ouvertures situées à différentes hauteurs et que la température intérieure est toujours plus élevée qu’à l’extérieur, il se constitue une différence de pressions par formation d’une surpression à toute fenêtre supérieure, par où l’air s’échappe vers l’extérieur, et par formation d’une dépression à toute ouverture inférieure où au contraire l’air extérieur est aspiré. Lorsque c’est la température intérieure qui est plus basse, le phénomène est inversé et les directions de flux opposés.Lorsque le vent souffle perpendiculairement sur un bâtiment de forme rectangulaire, les parois situées face au vent sont soumises à une surpression tandis que les parois en arrière sont soumises à une dépression. Si la direction du vent est oblique, les deux faces exposées sont soumises à la surpression et les deux autres à la dépression.

Les dimensions relatives de l’entrée et de la sortie ont un effet prononcé sur la vitesse maximale qui augmente avec le rapport des dimensions de sortie/dimensions de l’entrée des vents.La vitesse maximale (à proximité de la fenêtre d’entrée) dans la pièce où la sortie est plus grande que l’entrée est plus élevé que dans le cas inverse. Une petite entrée et une grande sortie donne un flux d’air concentré et limité à un étroit secteur de la pièce.

Distribution des vitesses d’air intérieur (en % de la vitesse extérieure)

Ventilation dans les pièces avec une seule paroi extérieureOn peut améliorer l’aération des pièces ne possédant qu’une seule communication avec l’extérieur. Cela consiste à créer des zones de surpression et de dépression le long du mur, ceci en disposant sur chacune des deux fenêtres une seule projection verticale. De cette manière, il se constitue une zone de surpression en avant de la première fenêtre (par rapport au vent) et une dépression en avant de la fenêtre suivante. L’air entre dans la pièce par la première fenêtre et s’échappe par la seconde, et crée une ventilation transversale.Il est possible d’apporter une grande amélioration dans la ventilation des bâtiments dont les pièces n’ont qu’une seule exposition à l’extérieur, telles que les bureaux, les salles de classes, etc. à condition qu’il y ait une direction du vent dominant et que l’orientation choisie soit telle que le vent se présente obliquement sur le mur. L’angle entre le mur et la direction du vent doit être compris entre 20° et 70°.

Subdivision de l’espace intérieurToutes les fois que la largeur d’un bâtiment est plus grande que la profondeur des pièces, il y a une pièce qui doit être ventilée par une autre soit directement par des portes, soit par des pièces intermédiaires comme un hall. Si un appartement comporte plusieurs pièces communicantes, l’air entrant est contraint de changer de direction un certain nombre de fois avant de se diriger vers la sortie, et ces changements opposent une haute résistance du flux d’air. Par contre, une plus grande surface totale de l’appartement peut être ventilée par le flux principal en établissant une répartition des vitesses d’air plus uniforme.Les plus grandes réductions de la vitesse moyenne allant de 44.5% à 30.5%. les vitesses étaient les plus faibles lorsque la cloison était en face et à proximité de la fenêtre d’entrée, puisque l’air était contraint de changer de direction aussitôt entré, mais les meilleures conditions étaient acquises lorsque les cloisons étaient proches de la sortie d’air.Il est alors préférable que la pièce « amont » soit plus grande.

ConclusionPlusieurs facteurs influencent le confort dans le bâtiment : température, taux d’humidité, vitesses du vent, dimensions des fenêtres, couleurs des façades, nature des matériaux, épaisseur murs.Ces facteurs ne sont pas indépendants, ils agissent en même temps avec des interactions entre eux. Les exigences pour les uns peuvent être opposées aux autres, ex. dans les régions froides où on a besoin de soleil, l’agrandissement des dimensions des fenêtres entraînerait une augmente dans le transfert de chaleur vers l’extérieur.Ainsi l’espace doit architectural doit être conçu pour le bien-être de ses usagers, il devrait tenir compte des besoins élémentaires à savoir :La lumière, l’air, la température convenable.