La conception architecturale est un processus complexe dans lequel des entités de diverses natures sont manipulées. Parmi celles-ci, les ambiances représentent les interactions perçues entre les phénomènes physiques et les formes de l'environnement construit. Dans cette recherche, nous interrogeons la prise en compte des ambiances dans le projet architectural : quels sont les outils les mieux adaptés pour ce faire ? Nous donnons en premier lieu une représentation théorique de la question. Celle-ci nous conduit à définir des problèmes de simulation inverse des ambiances : il s'agit de modéliser des formes architecturales en partant des intentions d'ambiances du concepteur. Nous proposons de résoudre ces problèmes dans le cadre méthodologique défini par l'approche déclarative en modélisation géométrique. Nous appliquons cette représentation théorique pour un phénomène particulier : l'ensoleillement. Un état de l'art nous permet de situer les limites des méthodes de simulation directe de l'ensoleillement. Nous introduisons une formalisation nouvelle du phénomène en le considérant sous l'angle de la géométrie intégrale. Nous montrons que tous les problèmes d'ensoleillement, qu'ils soient directs ou inverses, s'expriment comme des problèmes d'intersection entre les objets d'une scène et un volume de rayons solaires que nous définissons comme la pyramide complexe d'ensoleillement. Ce volume est un artefact géométrique qui représente une contrainte spatiotemporelle d'ensoleillement. La détermination de sa frontière n'est pas triviale. Nous y apportons une solution en utilisant la somme de Minkowski. L'ensemble de ces résultats nous donne un modèle déclaratif de résolution des problèmes d'ensoleillement. En dernier lieu, nous discutons des modalités d'adaptation de ce modèle dans le contexte de la conception architecturale. Nous présentons une maquette logicielle intégrant nos propositions. Trois exemples illustrent finalement l'utilisation de notre modeleur.

Cette étude s'articule autour d'une méthodologie d'évaluation du confort aérothermique des spectateurs dans les stades modernes. Elle propose une extension de l'approche aérothermique sur le confort visuel et aborde les aspects de confort acoustique. <br />Dans en premier temps, la démarche consiste à appréhender la notion du confort dans les espaces semi-extérieurs : une zone de confort aérothermique qui intègre uniquement l'effet de la température et du vent sur le confort est définie. La zone est délimitée par des critères thermiques et mécaniques qui sont basés d'une part, sur les indices et les cartes de confort thermique et d'autre part, sur un seuil lié à la gêne mécanique due au vent. Cette zone permet d'évaluer le confort aérothermique des spectateurs pour des valeurs de vitesse et de température associées. Les facteurs climatiques à l'intérieur du stade, en particulier l'écoulement d'air et le rayonnement solaire sont affectés par l'architecture du stade. <br />Dans un second temps, l'impact de la morphologie architecturale du stade sur les caractéristiques de l'écoulement d'air à l'intérieur du stade, notamment au niveau des tribunes est étudié. Pour cela une série d'essais paramétriques a été effectuée sur vingt configurations architecturales du stade pour trois incidences du vent dans une des souffleries à couche limite du CSTB Nantes. La vitesse du vent et son écart-type ont été mesurés par la technique de l'anémométrie à fil chaud en de nombreux points situés au niveau des tribunes. Au cours des essais les paramètres suivants ont été modifiés : l'inclinaison de la toiture, la porosité de la façade, le débord de la toiture et le plan du stade. Les résultats des essais paramétriques ont mis en évidence qu'il existe des relations entre la morphologie architecturale du stade et les caractéristiques de l'écoulement. Ainsi, le confort aérothermique des spectateurs est lié à la morphologie du stade; par ailleurs la géométrie de la toiture influe sur le confort visuel. Le confort visuel des spectateurs en lumière du jour est analysé pour trois localisations géographiques et pour dix configurations du stade comportant des toitures opaques de différentes positions ou dimensions, à partir de l'uniformité d'éclairement de l'aire de jeu : il faut notamment éviter qu'un contraste accentué dû à l'ombre de la toiture apparaisse sur l'aire de jeu. Les conditions lumineuses sont également affectées par des caractéristiques photométriques de la toiture. Une conception de méthode a été mise en œuvre qui permet de définir la morphologie photométrique de la toiture dans le cas où il n'est pas favorable du point de vue du confort thermique que l'intégralité de la toiture soit couverte par un matériau transparent qui permet d'augmenter la longueur de la période de l'éclairement uniforme de l'aire de jeu. La localisation de la partie opaque et transparente d'une toiture est déterminée par un outil expérimental appelé horizontoscope, en fonction de la localisation géographique. Cette analyse complète l'évaluation du confort aérothermique. <br />Une évaluation réelle du confort aérothermique basée sur la transposition des résultats des essais menés en soufflerie a été développée. Cette transposition intègre les données climatiques du site de construction du stade et permet d'évaluer le confort aérothermique des spectateurs pour une période choisie à partir de la zone de confort définie auparavant. Elle permet de hiérarchiser les configurations présélectionnées pour un site choisi et est ainsi destinée à être un outil d'intégration du stade dans son climat. Elle doit idéalement être employée dans la démarche de conception.

Les travaux ont été effectués sur le golfe du Lion. Ils présentent des résultats combinés de l'interprétation d'images de satellites, obtenues dans l'infrarouge thermique (capteur AVHRR) et dans le domaine visible (capteur CZCS) avec des connaissances historiques et des mesures recueillies simultanément en mer. Ils permettent, d'une part, d'estimer la forte variabilité spatio-temporelle de la zone de dilution rhodanienne, en particulier sous l'influence du vent local et du débit du fleuve, et, d'autre part, d'observer la formation hivernale d'eau profonde dans le golfe du Lion. L'évolution saisonnière des zones de production dans le golfe du Lion est suivie à l'aide d'images de la concentration relative en pigments chlorophylliens et de la température de la mer. Le traitement d'images du spectre visible du satellite METEOSAT II permet l'estimation mensuelle de l'éclairement solaire global au niveau de la mer.

Le travail de recherche présenté s'inscrit pleinement dans les préoccupations énergétiques de la Réunion, en proposant d'évaluer le potentiel de la technologie solaire thermodynamique avec ou sans système à concentration en zone tropicale et les réseaux électriques non interconnectés. Le solaire thermodynamique désigne la production d'électricité à partir du rayonnement solaire via un cycle thermodynamique. En soumettant le cycle thermodynamique à une source « froide » (eau ou air ambiant) et une source « chaude » générée par des capteurs solaires l'on obtient un travail mécanique en sortie de turbine. En couplant la turbine à un alternateur de l'électricité est produite. Utilisation de capteurs à faible ou sans concentration permettent de diminuer le seuil de rentabilité des installations solaires thermodynamiques. Dans ce cas, ce type de technologie n'est plus réservé aux climats désertiques ou méditerranéens. Une étude préliminaire montre qu'elles sont exploitables en zone tropical. De plus, le couplage de l'installation à des systèmes de stockage thermique ou à des installations d'appoint utilisant de la biomasse par exemple permet de produire une énergie électrique de façon continue. Ce projet de recherche à pour but de définir les technologies adéquates, étudier finement les microclimats locaux propices à ces technologies et de réaliser un modèle numérique pour l'étude des conditions d'opération des installations solaires thermodynamiques. Ce projet permettra d'explorer une filière énergétique d'avenir et développer une expertise locale qui contribuera au rayonnement de la Réunion dans la zone océan Indien. / This thesis focuses on the study of the direct solar resource received in Reunion and numerical modeling of a solar power plant consists of: 1 / a field of linear Fresnel collectors in which circulates synthetic oil; 2 / two sensible heat storage tanks; 3 / an organic Rankine cycle. The main goal is to evaluate the performance of such power plant in the island area identified as suitable.To meet this goal, several studies have been conducted: (i) a beam solar radiation map of Reunion was made from satellite images of MeteoSat 7. This map was used to assess the availability of this resource; (ii) a new global-to-diffuse irradiance decomposition model was made from based-ground measurements at Saint-Pierre. This model is based on the representation of higher probabilities of occurrence of the diffuse fraction; (iii) the geometry of the solar collector and beam solar irradiance were modeled from an existing ray-tracing code. This code has been used, firstly, to dimension the collector using an optimization method. And secondly, to develop a fast method in order to simulate absorbed flux distribution on the linear receiver elements; (iv) unsteady-state heat transfers within the solar collector was modeled with a nodal approach; (v) annual electricity production of the power plant running in the south of the island was simulated with a monitoring and control strategy relevant for the demand of the local electricity grid.The models that have been developed during this thesis are design support tools and allow the study of control strategies control of solar power plants with linear Fresnel collector.

Dans cette recherche, nous tentons d'évaluer la pertinence d'une approche de simulation inverse des facteurs physiques d'ambiances dans le processus de conception en architecture et en aménagement urbain. Dans cette perspective, un outil de simulation inverse est développé et interfacé en sur-couche du logiciel de CAO AutoCAD largement utilisé dans les agences d'architectures. Il agrége les méthodes développées au Cerma ces dernières années sur la simulation inverse, de l'ensoleillement d'une part, et de la visibilité d'autre part. Dans le projet architectural ou urbain, la simulation directe solaire ou visuelle permet l'analyse d'une situation à un instant donné ou pour un point de vue donné a posteriori (après la conception d'un projet), tandis que notre démarche inverse consiste à cadrer la génération de solutions architecturales à partir des intentions d'ambiances du concepteur, et ce pour des périodes solaires et des zones de contraintes définies au début d'un projet. Les modélisations inverses de volumes de contraintes solaires et visuelles – ensembles de solutions à une contrainte donnée – ou d'uniques solutions d'ouvertures ou d'écrans sont des réponses optimales aux problèmes spatio-temporels de l'ensoleillement et de la visibilité. Ces volumes englobent l'ensemble des rayons solaires ou visuels joignant une base de contrainte (une zone à ensoleiller ou à protéger du soleil, ou un ensemble de positions potentielles d'un observateur) à une cible de contrainte (période solaire sur la "voûte solaire" ou cible visuelle du type monument, repère...). Ces volumes de contraintes sont aisément manipulables dans le modeleur géométrique. Comme les autres entités qui composent une scène numérique, il est possible de leur faire subir des opérations booléennes, des sections, des translations... Dans un premier temps, nous présentons un état de l'art de cette recherche sur les différents outils et méthodes de simulation inverse 2D puis 3D de l'ensoleillement et de la visibilité. Dans un second temps, nous développons et présentons l'outil SVR ainsi que ses applications. Enfin, nous livrons un état de l'art de quelques observations et méthodes d'observation des concepteurs à l'œuvre et nous évaluons notre logiciel par l'observation des raisonnements et comportements de onze architectes et étudiants en architecture concevant avec notre outil durant des phases d'esquisses et d'avant-projet. Pour cette évaluation, nous mettons en œuvre un protocole d'observation simultané ("think aloud protocol").