Motivé par l’évolution de la production architecturale durable dans les pays d’Amérique latine, et plus particulièrement en Colombie, mon projet de recherche porte sur l’adaptation de l’architecture à ce nouveau contexte. L’approche architecturale traditionnelle à la prise en compte de l’énergie et du climat est l’architecture bioclimatique : reproduite à partir de connaissances et techniques ancestrales remontant à la conception de l’abri, cette dernière étudie les phénomènes physiques associés au confort thermique afin de les reproduire dans une nouvelle architecture. De nouvelles méthodes d’évaluation environnementale se sont développées dans les dernières décennies pour améliorer l’intégration environnementale des bâtiments. Ces méthodes privilégient la normalisation des solutions et utilisent des systèmes de certification pour reconnaître la performance environnementale et énergétique des bâtiments. Le résultat visé est la conformité aux standards internationaux de durabilité. Ce mémoire porte sur l’analyse comparative de l’architecture bioclimatique et de la certification environnementale à partir de la structure des sujets abordés par LEED, une des méthodes les plus connues d’une telle certification. Cette comparaison permet de constater que les deux approches sont motivées par les mêmes préoccupations environnementales mais que leurs méthodes d’intégration de ces préoccupations diffèrent, en particulier quant à la prise en compte des facteurs locaux et globaux. / Motivated by the development of sustainable architectural production in the countries of Latin America, particularly in Colombia, my research focuses on the adaptation of architecture to this new context. The traditional approach to the integration of energy and climate is bioclimatic architecture. This way is based on the reproduction of knowledge through the use of ancestral techniques that were acquired over time, and which evolved from shelter design. The bioclimatic architecture studies the physical phenomena in relation to thermal comfort to reproduce in a new architectural style. New environmental assessment methods have been developed in recent decades to improve environmental integration in buildings. These methods give priority to standardization of solutions and use certification systems to recognize the environmental and energy performance of buildings. The expected results are in compliance with international sustainability standards. This thesis focuses on the comparative analysis of bioclimatic architecture and environmental certification using the structure and the topics addressed by LEED, one of the best-known methods of such certification. This comparison shows that the two approaches are motivated by the same environmental concerns but their methods of integration of these concerns differ, particularly with regard to the consideration of local and global factors.

Le bâti traditionnel dans le bassin méditerranéen, avec son riche parcours historique, reflète les nécessités socioculturelles pour lesquelles il a été construit. Les besoins environnementaux interagissent et se superposent en déterminant, en milieu urbain, des solutions typologiques et constructives récurrentes. Les solutions architecturales du bâtiment historique méditerranéen présentent des qualités formelles, structurelles et fonctionnelles remarquables et, grâce à la capacité d'adaptation au contexte climatique local, elles garantissent également un bon niveau de confort environnemental interne. De nos jours, la nécessité de réduire les consommations d’énergie dans le domaine de la construction entraîne le développement de la recherche vers des solutions innovantes qui combinent l’expérimentation sur les nouveaux matériaux et technologies, et la réappropriation des connaissances et des principes de construction de l’architecture « traditionnelle » en milieu dense. Porté par ces thématiques, étendues aux interactions entre les éléments du bâti et l’ensemble des facteurs qui participent à la détermination du confort intérieur des usagers dans les bâtiments traditionnels en région méditerranéenne, notre questionnement de base est parti des interrogations suivantes : pouvons-nous récupérer des savoir-faire techniques perdus ou oubliés pour répondre aux problématiques actuelles de réduction de consommation énergétique des bâtiments ? Comment réinterpréter certains aspects caractéristiques des bâtiments traditionnels avec les technologies et matériaux contemporains ? Quels outils de conception sont à mettre en place? Nous voulions ainsi reconstruire un modèle d'architecture traditionnelle en se concentrant sur une ville en particulier, Palerme, pour sa capacité à illustrer, à travers ses phases historiques, l'évolution d'une métropole méditerranéenne; sur tous les sous-systèmes (ville, bâtiment, composant constructif), nous retrouvons l’idée de transmission, avec des qualités implicites de permanence, d’héritage, de répétition et de durabilité. Ce choix nous permet, également, de cerner notre champ de recherche sans se perdre dans la multitude de variables possibles. En s’appuyant sur des recherches scientifiques actuelles et passées, et sur des calculs numériques réalisés, nous essaierons d’évaluer les performances énergétiques de cette architecture qui est souvent considérée comme une forme empirique d’architecture « bioclimatique ».La connaissance du comportement thermique de ce bâti représente une phase préparatoire fondamentale afin de proposer des outils de conception pour la modélisation et l’évaluation thermique de systèmes technologiques innovants, capables de réinterpréter certains aspects de l’architecture traditionnelle avec la mise en place de matériaux ou techniques contemporains / With its rich history, the traditional building in the Mediterranean Basin reflects the socio-cultural needs for which it was built: environmental needs interact and overlap, determining cyclic typological and constructive solutions in urban areas. The architectural solutions of the historic Mediterranean building have remarkable formal, structural and functional qualities and, thanks to their ability to adapt to the local climate context, they also guarantee a good level of internal environmental comfort. The need to reduce energy consumption in the construction field leads today towards the research of innovative solutions that combine experimentation on new materials and technologies and the re-appropriation of knowledge and principles of ‘traditional’ architecture in a dense environment.Moving from these considerations, and taking into account the interactions between the elements of the frame and all the factors involved in determining the internal user’s comfort in traditional buildings in the Mediterranean Region, we asked the following questions: can we recover lost or forgotten technical know-how to answer the current problems of reduction of buildings energy consumption? How to reinterpret certain peculiar aspects of traditional buildings with contemporary technologies and materials? What design tools are needed? We wanted to reconstruct a model of traditional architecture by focusing on a particular city, Palermo, due to its ability to illustrate the evolution of a Mediterranean metropolis through its historical phases; in all subsystems - city, building, component - we find the idea of transmission with implicit qualities of permanence, inheritance, repetition and durability. This choice also allows us to define our field of research without getting lost in the multitude of possible variables. Based on past and current scientific research, along with numerical calculations, we will try to evaluate the energy performance of this architecture, often considered as an empirical form of ‘bioclimatic’ architecture.The knowledge of the thermal behaviour of this building represents a pivotal preparatory phase in order to propose design tools for the modelling and thermal evaluation of innovative technological systems, capable of reinterpreting certain aspects of traditional architecture with the introduction of materials or contemporary techniques

Les demandes des usagers conjuguées à la réglementation nécessitent de concevoir des bâtiments de plus en plus confortables et économes en énergie. En parallèle de ces exigences, les réglementations concernant les bâtiments sont renforcées dans différents domaines (acoustique, sécurité incendie, risque sismique,…) afin d’obtenir des bâtiments plus sûrs et correspondant aux demandes des usagers. Les impacts conjugués de ces deux facteurs engendrent une complexification de la conception des bâtiments.Cette thèse présente une démarche d’aide à la connaissance pour la conception de bâtis performants se basant sur une méthode d’optimisation. Cette démarche vise à ce que les architectes et les bureaux d’études aient une connaissance claire du potentiel de leur projet (exploration de solutions) en phase amont de conception, pour concevoir des bâtiments les plus performants possibles. Ce potentiel est évalué via des paramètres de la géométrie extérieure et intérieure ainsi que des caractéristiques énergétiques du bâti. La démarche leur permet également d’évaluer les avantages et inconvénients de différentes géométries et solutions de conception qu’ils envisagent pour répondre à leurs projets. Cette démarche est appliquée à un immeuble de bureaux à Lyon.Pour le cas testé, la démarche permet d’obtenir rapidement des solutions performantes et de définir pour certains des paramètres étudiés, des valeurs conduisant aux solutions performantes dans une partie de l’espace des solutions ou dans l’ensemble de cet espace.Cette application de la démarche montre également qu’il peut exister des solutions ayant des besoins énergétiques et des coûts de construction proches mais étant très différentes en termes de paramètres de conception. Bien que remettant en cause l'applicabilité directe de la démarche, ce résultat met en exergue un problème nouveau. Cette thèse pose alors les bases pour une nouvelle étude. / Both aspirations of users and improvements in the thermal regulation require that the comfort and the energy efficiency of new buildings improve. In addition to these requirements, regulations are strengthening in many fields such as acoustics, fire safety and mechanical performance. The combined effects of these factors are making it increasingly hard to design buildings. This thesis presents a knowledge-aid approach for designing high-performance buildings based on an optimization method. This approach aims to provide clear knowledge of the potential of projects (exploration of various options) for architects and design offices at the beginning of the design that will allow them to design the best possible high-performance buildings. This potential is evaluated using external and internal geometric parameters as well as the energy characteristics of buildings. This approach also allows them to assess geometries and design solutions which are intended to be used for their projects.This approach will be applied to an office building in Lyon, France. For the tested case, the approach obtains quickly efficient solutions and also finds, for some parameters, values to design efficient solutions on part of the Paretofront or in this entire front. This application of the approach also shows that there may be solutions which are close in terms of energy needs and cost but could be very different on design parameters. This problem could influence robustness of the approach but highlights a new problem. This thesis then lays the foundation of a new study on this topic.

Si un concepteur, architecte ou ingénieur, veut concevoir un logement de basse consommation et le site du projet se trouve dans une région au climat froid, les réponses sont nombreuses et la littérature scientifique très abondante. Si le site de notre projet se situe en climat chaud, voir très chaud, le nombre de méthodes simples pour concevoir une maison de basse consommation diminue drastiquement. La solution la plus habituelle des concepteurs non initiés à la basse consommation est de faire appel à un ingénieur d’un bureau d’études énergétiques, qui saura proposer des simulations à partir d’un modèle thermique-dynamique et anticiper la consommation du modèle. La mission d’un bureau d’études a un certain coût, et ses services ne peuvent pas être accessibles à tous les projets. Ainsi, des milliers d’architectes en climat chaud proposent des projets inspirés des références lointaines ou des réalisations non adaptées sans les conseils d’un spécialiste de l’énergie du bâtiment. Ces projets, très énergivores, continuent à croître sans cesse. Pour tous ces concepteurs des projets de taille modeste nous proposons dans cette étude une méthode facile, efficace et accessible à tous permettant de prendre conscience des enjeux bioclimatiques et les options architecturales qui existent pour réussir un projet de basse consommation, puis de le défendre auprès de ses commanditaires. En nous appuyant sur les informations en ligne accessibles à tous, nous proposons une méthode basée sur l’utilisation des degrés-jour de refroidissement et de chauffage. Une série de simulations robustes sur un modèle thermique dynamique générique fourni des résultats qui pourront être interprétables par les concepteurs et projetés sur leurs propres conceptions.La première partie de ce document analyse la construction et la culture en climat chaud: méthodes de classification climatique, les phénomènes physiques les plus significatifs en lien avec la basse consommation,et les notions de confort et température ressentie. En suite, nous proposons un outil d’aide à la conception : la Méthode des Saisons Climatiques, une méthode basée sur un concept très simple : l’ouverture ou fermeture de la maison à l’extérieur en fonction des conditions extérieures quantifiée par les degrés-jour du site. Elle permet de faire une classification climatique du site très orientée vers la conception bioclimatique. Elle base le classement d’un site selon des journées types, S1 à S6, selon jour/nuit froid/froide, tempéré/froide, tempéré/tempérée, chaud/froide, chaud/tempérée et chaud/chaude respectivement. Cette nouvelle classification peu ts’appliquer à tous les climats de la Planète. Une période de l’année continue avec une même journée type donne lieu a une Saison Climatique. Chaque Saison climatique aura des spécificités architecturales propres,et parfois contradictoires entre deux saisons climatiques différentes. L’objectif est de trouver la combinaison architecturale la plus efficace pour une période annuelle complète.Des modélisations Energy+ seront faites pour ces 6 journées types ainsi que pour une période annuelle dans une ville au climat très chaud : Dubaï. Des actions architecturales sont évaluées avec un modèle thermique dynamique.Les actions architecturales seront classées par efficacité énergétique et par temps de retour surinvestissement . Deux maisons idéales par journée type seront proposées : la maison la plus performante et la maison la plus rentable. Une méthode de combinaison d’actions architecturales permettra de trouver une combinaison cohérente d’actions en fonction du climat annuel d’un site. Ensuite nous proposerons les caractéristiques communes, un socle commun, de la maison en climat très chaud de la région du Moyen Orient. / The last 25 years have been ground-breaking in architectural design on low energy consumption in cold climate, mainly in north-western cultures. For an architect today, the method to design a passive house in cold weather and the choice of the Architectural Actions (AA), are clearly established. When the question comes to how to build a passive house in warmer, hot, and very hot climates, the strategies arepoor and often results of a combination of western strategies with a local relook. From several visits in MiddleEast countries, Saudi Arabia, UAE, Oman, Palestine, Qatar, we concluded that the strategy for low consumption houses is not established yet and poorly grasped. The lack of training on low energy consumption in hot climate and the low price of energy, force designers and owners to rely on over usage of air-conditioning systems as measures to catch up on poor bioclimatic design. This method proposes a new approach on bioclimatic designfor hot climates from an architect point of view. It is based on a Cooling Degrees Days (CDD) and Heating Degrees Days (HDD) approach, a state of art of contemporary architecture and professional experience. Localclimates are classified according to the energy-hunger of six situations of the exterior temperature during night/day : cold/cold, cold/cool, cool/warm, cold/hot, cool/hot, and hot/hot as CDD and HDD of the twelve month ofthe year. A group of days on one of those situations will be called “climatic season”. In parallel we will create two main “climatic situations”: people keep the house closed to the exterior or opened to the exterior. We will associate passive strategies to these two differents ways to live in the house: “cold” and “hot” to a closed houseand “cool” and “warm” to a house opened up to the exterior. This method allows classifying any climate in theworld under these six climatic seasons. Our climate classification can now be associated to different strategies that we will call “architectural actions” as house is closed or opened. We could already start to design a house from here, but to better understand the influence of each action we have created an Energy+ model to analyze individually the effect of a single AA. The performance of each action is evaluated under the situations of six representative journeys as well as a year round on a very hot city: Dubai. The result of the effect good or badof action during each different season situation allows us to create the best combination of AA that are best fora year round climate resulting of the combination of several climatic seasons. This low-tech method will help usto find the common features of the houses of different hot climates of a big region and find the best typology. We have carried in parallel a cost study of the base house and the financial incidence of each single action to evaluate also the payback period by action.

Ce travail de doctorat a été effectué sous l’encadrement du Professeur Catherine SEMIDOR du laboratoire GRECAU (Groupe de Recherche Environnement Conception Architecturale et Urbaine). Il propose une approche scientifique visant à évaluer les performances réelles des habitats Saoudiens traditionnels et contemporains ainsi que la façon dont ces logements sont perçus par les habitants.L’architecture vernaculaire en Arabie Saoudite a longtemps été considérée comme performante et confortable. Pour la recherche d’une architecture respectueuse du climat dans ce pays il est alors essentiel de se pencher sur les constructions du passé, les comparer avec celles du présent afin de comprendre les forces et faiblesses de chacune des architectures. La présente thèse traitera donc le sujet de deux dimensions fondamentales de l’architecture en Arabie Saoudite, celle qui relève du climat et celle qui relève de la culture, au travers d‘un élément majeur, la satisfaction de l’habitant. Ces deux critères seront complétés d’une étude approfondie sur l’évaluation de l’espace intérieur de l’habitat ainsi que d’une analyse de l’impact du tissu urbain sur le confort dans l’habitat.Une première partie théorique va permettre de définir les principes inhérents à ce travail de recherche et ainsi définir les enjeux de celui-ci. Les notions de confort dans l’habitat et de durabilité seront ainsi développées en expliquant comment le corps humain réagit aux différents facteurs d’ambiances et comment ces mêmes facteurs sont régulés dans les espaces bâtis. Puis nous allons voir comment les villes arabes, et notamment d’Arabie Saoudite se sont transformées dans le temps en même temps que la manière de vivre des saoudiens. Toutes ces théories seront interprétées et mise en situation dans la seconde partie de la thèse avec une étude de cas précis.Une deuxième partie très concrète consistera à définir le cas d’étude, celui-ci sera effectué sur la ville de Djeddah et ses différents types d’habitats majoritaires. Les appartements, les maisons mitoyennes et les maisons isolées seront les trois types d’habitations analysés. Plusieurs sujets seront traités en parallèle pour bien comparer architecture traditionnelle et contemporaine, avec d’une part le niveau d’éclairage naturel et d’une autre les éléments d’ouverture des façades, avec notamment « Le Rowshan » pour le cas de l’architecture traditionnelle. Cette partie de l’étude sera effectuée via trois méthodes d’analyse différentes, l’enquête, l’analyse in situ et la simulation sur outils numériques.- Une enquête spécifique sur la satisfaction du confort physique et socio-culturel des habitants de Djeddah diffusé via les réseaux sociaux.- Une analyse in situ grâce à des mesures effectuées dans les contextes d’architecture vernaculaire et contemporaine avec des enregistreurs spécifiques mesurant la température, l’humidité et la lumière dans les espaces.- Une mise en relation avec des études quantitatives via des simulations numériques sur les principaux facteurs physiques du confort précisés dans la première partie : le rayonnement solaire et l’éclairage naturel à l’intérieur de l’espace bâti.Une conclusion permettra de comprendre comment nous pouvons prendre des leçons du passé quant à la conception d’architectures bio-climatiques en Arabie Saoudite. Nous détaillerons également l’impact de la dimension socio-culturelle sur l’habitat saoudien contemporain. / Vernacular architecture in Saudi Arabia has long been regarded as efficient and comfortable. As to search for sustainable architecture in this country then, it is essential to consider the past constructions in order to understand how it works and learn from it.This PhD work was carried out under the supervision of GRECAU laboratory (Research Group in Environment Architecture and Urban Design) and offers a scientific approach to assess the actual performance of traditional and contemporary habitats and how the locals perceive those.A first theoretical part will help to define the inherent principles in this research and thereof to define issues. Notions of comfort and sustainability in homes will be developed and explain how the human body reacts to different environments factors and how these factors are regulated in built-up areas. Then we'll see how the Arab cities, especially those from Saudi Arabia, have turned in time, as well as the way of life Saudis have.A second part will define a more concrete study case: the city of Jeddah and its major different types of habitats: apartments, attached houses and detached houses. A qualitative study through a survey on the physical and socio-cultural comfort of the inhabitants of this city distributed via social networks, widely used in Saudi Arabia, will be conducted, analysed and put in relation with quantitative studies, via simulations computer about the main physical factors of comfort noticed in the first part: solar radiation and day lighting within the built environment.These simulations will evaluate the rate of solar radiation arriving in the different types of urban patterns of Jeddah city, as well as the comfort of the interior spaces with the radiation transmitted through the opening facades elements, both traditional and contemporary ones, but also the level of natural lighting to suit them. We will see that physical comfort and socio-cultural comfort are related: when physical comfort increases, the socio-cultural comfort decreases, because the Saudis are willing to sacrifice physical comfort to satisfy their need for privacy.Three study cases will be analysed through in-situ measurements during 67 days with specific loggers measuring temperature, humidity and light spaces, as to allow a better understanding of the relationships observed previously.A final explanatory part will understand how we can take lessons from the past about the sustainable architecture design in Saudi Arabia via quantitative and qualitative studies conducted previously.