Casernes, ports, hôpitaux, prisons, ou encore sites ferroviaires font l'objet de nombreux projets de reconversion dans les villes européennes. Une part substantielle du renouvellement urbain s'effectue ainsi sur des ‘terrains de l'État'. Cette thèse contribue à expliquer ces restructurations urbaines qui participent également des recompositions de l'État, dans sa dimension matérielle. Elle interroge les raisons et les modalités de la réorganisation de la présence d'un type d'opérateur national, les entreprises ferroviaires, dans l'espace urbain. L'enquête comparative menée sur deux pays (Italie et France) et quatre villes (Milan, Bolzano, Paris et Nantes) identifie deux principaux facteurs explicatifs. D'une part, les gouvernements urbains mettent en cause les modes d'occupation de l'espace urbain par le réseau ferroviaire depuis les années 1970, dans le contexte de leur intervention croissante dans l'aménagement. D'autre part, des logiques et des compétences immobilières se développent au sein des firmes publiques de flux depuis le début des années 1990, dans le contexte de leur autonomisation comptable et de pressions financières accrues. La réorganisation du pouvoir logistique (la capacité à organiser les flux de choses et de personnes) de ce secteur dans les villes s'explique dès lors par l'ajustement des trois ‘conceptions' dominantes des raisons de la reconversion des sites ferroviaires, à savoir : immobilière, urbanistique et industrielle. Cet ajustement s'opère dans des projets d'aménagement et s'effectue différemment en Italie et en France. En Italie, le cadre institutionnel plus lâche qui entoure la cession du domaine ferroviaire donne lieu à des accords différenciés entre opérateurs et gouvernements urbains selon les villes, contrairement au cas français où processus et résultats sont plus homogènes d'une ville à l'autre. Par rapport aux approches existantes sur les relations entre villes et État, le double déplacement proposé dans cette thèse, vers les opérateurs et vers la dimension matérielle de l'État, éclaire de nouvelles relations entre recompositions de l'État et restructurations urbaines / Barracks, ports, hospitals, prisons, railway sites are earmarked for many redevelopment projects in European cities. A substantial part of urban regeneration therefore occurs on ‘State places'. This research contributes to explain such an urban restructuring process that reshapes the material base of the State. It questions the reasons and the modalities of the reorganisation of a specific sector, railway firms, in urban areas. The comparative enquiry carried out two countries (Italy and France) and four cities (Milan, Bolzano Paris and Nantes) distinguishes two main factors. On the one hand, urban governments question the way the railway network has occupied central and pericentral urban areas since the 1970s, in relation to their increasing strategic power in urban development. On the other hand, real estate logics and skills have expanded within theses publicly owned firms since the beginning of the 1990s, due to their greater accounting autonomy and their need to face a rising financial pressure. Since then, the reorganisation of the logistical power (i.e. the capacity to order the flows of things and people) of this sector in cities is explained by the adjustment of three main ‘conceptions' regarding the motives for the redevelopment of urban railway sites: real estate, urban planning, and industrial. This adjustment is carried out through urban redevelopment projects and follows different paths in Italy and France. In Italy, the loose institutional frame regarding railway land handover generates differentiated agreements between operators and urban governments whereas in France processes and outcomes are more homogeneous from one city to another. The double shift from conventional approaches – toward the operator and the material base of the State – sheds light on new relationships between State and urban restructuring

La planification urbaine est un modèle révolu dans une société où il est devenu impossible de projeter un futur linéaire. Nous atteignons la fin d'un paradigme, dont nous analysons les éléments émergents avec le Schéma Directeur d'Aménagement Urbain de la région parisienne (SDAU) de 1965. La recherche s'est appuyée sur deux situations, révélant des alternatives à la planification urbaine rigide : le cas du Plan-guide de l'île de Nantes et un dispositif Programme Communautaire d'Amélioration de Quartier (Programas Comunitario de Mejoramiento de Barrios) créé à Mexico entre le gouvernement et les habitants. Les deux terrains de recherche exposent chacun des éléments qui viennent alimenter la notion de mutabilité urbaine, que nous définissons comme la capacité des villes à accueillir le changement et à favoriser les possibles pour fabriquer les villes. Elle dépasse le support spatial et vise à construire une démarche pour accepter l'incertitude. Nous avons défini trois conditions qui permettent de rendre opératoire le concept : accueillir le changement (1), accepter l'incertitude (2), partager une collection d'inventivités (3). Chacune demande la mise en œuvre d'actions, que nous développerons en dernière partie et qui nous a conduit à définir plusieurs types de mutabilités, qui ont chacune leurs temporalités, leurs urgences, leurs temps de préparation. Elles ont toutes leur place dans la fabrication des villes car elles permettent de rendre vivant chaque lieu, chaque instant. La mutabilité urbaine ne se propose pas comme modèle, mais souhaite valider d'autres modes de faire. Elle interroge l'autrement, c'est-à-dire qu'elle s'écarte des modèles préconçus et des certitudes, pour les remplacer par un cadre défini localement comme un ensemble de métarègles qui ouvrent des possibles urbains / Urban planning can be considered out-dated in a society where it has become impossible to project a linear future. We have arrived at the end of a paradigm, as can be witnessed in the analysis of the Schéma Directeur d'Aménagement Urbain of the Paris region (SDAU) of 1965. Our research focuses on two situations arising from alternatives to rigid urban planning: the case of the “Plan-guide” of the Isle of Nantes and the initiative “Neighbourhood Improvement Community Programme” (Programas Comunitario de Mejoramiento de Barrios), established between the Mexican government and the community. Each case study allows us to identify constitutive elements of “urban mutability”, defined here as the capacity of cities to welcome change and favour “the possible” (les possibles) in their making. These constitutive elements go beyond the spatial structure of the city and attempt to create a procedure for accepting uncertainty. We have defined three conditions that permit an operational understanding of the concept: accommodation of change (1), acceptance of uncertainty (2), sharing of collective inventions (3). Each condition necessitates an active follow through that we will expand upon in the last section, and which has led us to the definition of several types of mutability, each with their own temporality, urgency, and length of preparation. All have their place in the creation of cities as they allow us to breathe life into each space, each instant. Urban mutability does not offer a model, but rather validates other ways of acting. It questions the meaning of “alternative” (l'autrement), which means that the distance created in the step away from preconceived models and assurances allows a locally defined framework of meta-regulations to open new “possibles” for cities

La consommation énergétique en France a pour origine principale le secteur résidentiel et tertiaire. En environnement urbain, l’habitat est encore principalement ancien, avec des déperditions importantes. L’amélioration des performances énergétiques passe par la quantification des pertes, basée sur une méthode globale de mesure par caméra infrarouge à haute résolution spatiale.L’interprétation des images obtenues nécessite une description des termes radiatifs composant le signal, pour cela un simulateur original est mis au point. A partir d’une scène tridimensionnelle maillée, le champ de température est calculé pour les parois 1D et pour les ponts thermiques 2D, par le programme thermique développé à cet effet, SUSHI qui s’appuie sur un pré-calcul d’éclairement solaire et un pré-calcul de réponse indicielle 2D. Le signal du capteur infrarouge est alors modélisé en adaptant le code radiatif MOHICANS.Cette chaîne logicielle a l’originalité de proposer une fusion efficace des simulations de la réponse dynamique en température et en luminance de zones présentant un transfert 1Dà travers la paroi et de zones présentant un transfert 2D.La mise en œuvre de la campagne expérimentale BATIR a permis de mesurer le comportement thermique d’une façade de bâtiment et de son environnement radiato-convectif. Une validation ponctuelle des températures calculées par SUSHI a été réalisée par confrontation à une mesure par thermocouple. Des caméras infrarouges ont été mises en œuvre afin de collecter la luminance issue de la façade étudiée en bande II et III. Les luminances calculées par MOHICANS sont comparées à ces acquisitions, et valident la chaîne logicielle à ce niveau. / The main origin of the energy consumption in France is the residential and commercial sector. In urban environment, housing is mostly old, which means high heat losses. The improvement of energy performances requires the quantification of heat losses. This quantification may be based on a global measurement by an infrared camera with high spatial resolution.The infrared image interpretation requires a description of the radiative terms that make up the signal. For that purpose, a novel simulator is developed. The temperature field is calculated from a meshed three-dimensional scene composed of 1D walls and 2D thermal bridges. This operation is realized by the developed thermal software SUSHI, which is based on solar irradiance pre-computation and on 2D unitary response pre-computation. The software uses as input environmental data measured in the field. The infrared sensor signal is then modelled by adapting the radiative program MOHICANS. This software chain has the distinct advantage of an efficient fusion of dynamic response simulations of temperature and radiance, for areas with unidirectional and 2D heat transfer.The experimental campaign BATIR was set-up for measuring the thermal behavior of a building façade and its convective and radiative environment. A local validation of temperature calculation by SUSHI was realized through a comparison with thermocouple measurement results. Infrared cameras were operated in order to collect the radiance coming from the analyzed façade in band II and III. The radiances calculated by MOHICANS were compared with these acquisitions in order to validate the software chain at this level.

Le concept de résilience a été adopté dans le langage et les pratiques de l’urbanisation planétaire, dont le modèle dominant est la planification. La théorie de la résilience est cependant critiquée, notamment pour sa difficulté à mener à des résultats prévisibles, ou pour sa récupération par les approches les plus néolibérales de cette planification. Cette thèse montre qu’elle peut aussi être un point de départ pour questionner le modèle dominant et ouvrir à d’autres manières d’appréhender, théoriser et concevoir l’urbain. Elle développe comment la théorie de la résilience urbaine peut se fonder sur un cadre conceptuel spécifique, dont les critères permettent d'orienter des choix lors d’une mise en projet. La recherche débute avec le corpus qui s’est structuré en écologie, qui a ouvert à une théorie de la résilience dans l’urbain, et en développe les singularités. Etant donné que le modèle dominant entretient un brouillage des repères, elle emprunte une méthode d’analyse métaphorique, transportant donc la théorisation en dehors des cadres de celui-ci. Elle propose pour cela un concept, celui de « piraterie urbaine», comme art de la mise en projet de la résilience. La métaphore de la piraterie est construite autour de son sens étymologique, de ses archétypes, et de son histoire. À travers elle sont notamment théorisés : les conditions de la résilience et leurs aspects qualitatifs ; le rapport à la forme architecturale, au temps et au lieu d’un urbain conçu selon ses critères ; sa symbolique et son décalage vis-à-vis du modèle dominant ; sa dimension politique, dialogique, expérimentale et incrémentale ; les repères et seuils orientant des choix architecturaux et urbains. / The concept of resilience has been adopted by the language and practices of growing global urbanisation, the dominant model of which is planning. However, resilience theory is also questioned, notably for the difficulty it manifests in ensuring predictable results, or for the usage that is made of it by the most neoliberal approaches to planning. This thesis shows that concept of resilience can also be a starting point for questioning planning by introducing other ways of understanding, theorising and designing urban environments. It addresses how urban resilience theory can shed light on specific conceptual frameworks, whose criteria may orient design choices. The research originates in a corpus that has been developed in the field of ecology, opening the way to an urban resilience theory, and explores the singularities of this transition. To overcome the dominant model’s tendency to blur landmarks, and free this process of theorisation from the ambiguity of its frameworks, this thesis adopts the method of analysis through metaphor. It thus proposes the concept of "urban piracy", as an art of designing resilience in urban environments. The metaphor of piracy is constructed along its etymological sense, its archetypes and its history. It gives way to a theorisation that includes the qualitative aspects of the conditions of resilience; the relationship to form, time and place, of a city designed according to its criteria; the symbolism of its theory and its discrepancies vis-à-vis the dominant model; its political, dialogical, experimental and incremental dimension; and finally, the landmarks and the thresholds that orient choices in architectural and urban design.

Le sous-sol urbain est aujourd’hui reconnu comme un espace riche en ressources, espace disponible, eau, géo-matériaux et géothermie jouant un rôle fondamental dans l’aménagement durable des territoires mais dont la réglementation reste lacunaire. Dans un contexte de développement urbain vertical, l’eau souterraine peut être impactée. L’objectif de la thèse est de développer une compréhension quantitative des impacts des ouvrages souterrains sur l’ eau souterraine urbaine afin de proposer des éléments d’aide à la décision destinés aux aménageurs du territoire. Ces travaux de thèse ont permis d’améliorer la compréhension du rôle joué par différents types ouvrages souterrains à une échelle de prise de décision. Les résultats montrent que les ouvrages impliquant des systèmes de pompages sont responsables d’une fragmentation des systèmes d’écoulement. Dans des conditions de faible gradient hydraulique, les ouvrages imperméables ont un impact marginal sur la position de la surface libre. Le comportement hydrodispersif des ouvrages a également été étudié et un effet de mélange dispersif a été mis en évidence au droit des ouvrages souterrains. Il favorise la migration verticale des contaminations urbaines. L’impact des ouvrages souterrains sur la temperature de l’eau souterraine urbaine a également été étudié. Le transfert de thermique entre les ouvrages et l’aquifère urbain a été quantifié et a mis en évidence l’ampleur des zones thermiquement impactées. Enfin, la compréhension des impacts des aménagements souterrains sur l’eau souterraine urbaine a permis de formuler des recommandations afin de prévenir les risques et nuisances inhérents à la construction de nouveaux ouvrages : risque d’inondation par remontée de nappe, risque d’altération qualitative de la ressource, menace et opportunité vis-à-vis du potentiel géothermique d’un aquifère urbain. / Urban subsoil provides space, groundwater, geothermal energy and geomaterials, and the importance underlying the management of this strategic space is well-known. In the context of vertical urban growth, groundwater management, is a crucial issue. The aim of the PhD thesis was to improve the knowledge related to the impacts caused by underground structures on groundwater resource in order to provide a basis for the decision making dedicated to urban planners. The understanding of the role played by numerous types of underground structures was improved at the decision-making scale. Underground structures involving pumping devices were shown to be responsible for the fragmentation of flow systems, which can modify the urban groundwater regime. Under low gradient conditions, impervious structures were confirmed to have a nonsignificant effect on water table elevation. Regarding quality, reservoir theory was applied to assess the impact of underground structures on groundwater quality. This theory allows to take into account the advective and dispersive part of groundwater flow. A dispersive piston effect is shown to occur under the structures, favoring the vertical spreading of pollutants. In addition, the impacts of underground structures on urban groundwater temperature were investigated. The annual heat from underground structures were computed deterministically, highlighting the significant thermally affected zones. Finally, the impacts of underground structures on groundwater flow quality and temperatures were analyzed in order to prevent risks and disturbances : flood risk, degradation of groundwater quality, jeopardizing geothermal potential.

L'Ilot de Chaleur Urbain (ICU) est l'un des phénomènes du changement climatique les plus documentés. Il est le résultat de températures plus élevées dans le centre des villes que dans leurs banlieues ou les zones rurales alentour et peut avoir des conséquences néfastes sur les habitants des villes, notamment au niveau de la qualité de l'air, la consommation d'énergie, la santé publique et même le taux de mortalité. À Beyrouth, capitale du Liban, la littérature scientifique existante dénote un déficit de recherche sur ce sujet. L’objectif de cette thèse est donc d'étudier l'intensité de l'ICU à Beyrouth, d'identifier les mesures les plus appropriées susceptibles d'en alléger les effets d'un point de vue technique, d'en évaluer les conséquences sur les politiques d'urbanisme et de faire des propositions pour la planification urbaine et la conception des bâtiments à Beyrouth. Dans cette thèse, l'ICU à Beyrouth a été étudié à l'aide du modèle Town Energy Balance (TEB), outil de modélisation servant à calculer les échanges d'énergie et d'eau entre les villes et l'atmosphère, développé par Météo France (Masson, 2000). TEB est inclus dans le système de modélisation des surfaces continentales SURFEX. SURFEX est une contraction de « Surface Externalisée » et c'est un code qui modélise les processus d'échange d'énergie entre l'atmosphère et les surfaces urbaines. Des simulations ont été effectuées à Beyrouth durant une journée, en hiver, le 1er janvier de 00:00 UTC (soit 02:00 heure locale) à 23:00 UTC et une journée, en été, le 1er juillet de 00:00 UTC à 23:00 UTC à des intervalles d'une heure. En été, des écarts significatifs allant jusqu'à 6°C ont été enregistrés pour les températures de canyon. Typiquement, les températures les plus élevées ont été enregistrées dans les zones à forte densité de construction où la part de surfaces travaillées par l'homme est la plus grande et où on a mesuré les albédos les plus bas (généralement 0.2). En hiver, les écarts de température ont été moins significatifs avec un différentiel de 1°C entre les zones à forte densité de construction et les espaces naturels. On en a déduit que les zones avec une grande proportion de végétations ont un rôle réfrigérant à Beyrouth. De plus, nous avons mesuré un écart significatif dans la consommation d'énergie pour la climatisation en été dans différentes parties de Beyrouth ; les simulations ont déterminé la demande requise d'énergie à 50 W/m2 dans les quartiers caractérisés par une grande proportion de jardins et jusqu'à 800 W/m2 dans les quartiers à forte densité de construction. En hiver également, les simulations ont montré des écarts importants au niveau de la demande d'énergie pour le chauffage dans différents quartiers de Beyrouth variant de 20 à 300 W/m2. Six scénarios ont été modélisés sur TEB et ils ont indiqué que l'augmentation de la surface des végétations et l'augmentation de l'albédo des toits produisaient les effets de refroidissement les plus notables. Cette thèse a mis en évidence des opportunités pour améliorer les lois de l'Urbanisme et le Code de la Construction au Liban pour une meilleure prise en compte des aspects microclimatiques urbains et recommande la mise en place de stratégies pour le développement d'espaces verts urbains et pour l'optimisation du refroidissement par les toits. Cette thèse a donc contribué à une meilleure compréhension de l'environnement urbain de la ville de Beyrouth et des paramètres urbains pouvant avoir le plus grand impact sur la réduction des effets de l'ICU. Ce faisant, cette étude a préparé le terrain pour des travaux plus poussés en vue de réduire les effets de l'ICU à Beyrouth dans le but de créer un environnement confortable et sain pour ses habitants et pour les générations futures / The urban heat island (UHI) is one of the more commonly documented phenomena of climate change. It is related to higher urban temperatures in the city centers as compared to the surrounding rural or suburban areas and can lead to unpleasant effects on urban dwellers not least of all on air quality, energy consumption levels, human health, and even mortality rates. In Beirut, the capital city of Lebanon, the literature clearly points to a lack of research on this topic. In addition, there is no evidence that there is a systematic transfer of urban climatic knowledge between concerned stakeholders like urban planning and environmental authorities which is cause for concern given the ever-increasing worldwide attention being given to climate change adaptation and mitigation measures and sustainable city developments. The objective of this research is to therefore investigate the intensity of UHI in Beirut, to identify most suitable measures to alleviate the effects of UHI from a technical perspective, to assess the implications on urban planning processes and to accordingly find opportunities for planning and design practices in Beirut. Beirut is a coastal city that sits on a peninsula that extends westward into the Mediterranean Sea. It covers a surface area of about 20 square kilometers, has a population of approximately 500,000 inhabitants, with a very high population density of about 21,000 inhabitants / km2.The UHI in Beirut was investigated using the Town Energy Balance (TEB) urban surface exchange modeling scheme developed by Météo France (Masson, 2000). TEB is included in the SURFEX land-surface modeling system. SURFEX means “surface externalisée” and it is a code that represents the energy exchange processes that occur between the atmosphere and the urban surfaces. Simulations were accordingly run across Beirut using TEB for 1 day during the winter season on 1 January, from 00:00 UTC (equivalent to 2:00AM local standard time) to 23:00 UTC, and 1 day during the summer season on 1 July from 00:00 UTC to 23:00 UTC with one hour time steps or one hour output results. During the summer significant variations of up to 6oC were found for canyon temperatures whereas areas characterized by dense urban fabrics had higher temperatures typically due to the larger fraction of man-made as opposed to natural surfaces and due to the lower albedo values (generally 0.2). During the winter, temperature variations were not as significant, differing by up to 1oC between aforementioned areas across Beirut. Therefore areas with high garden fractions were found to play an important cooling effect in the simulations for Beirut. In addition, a significant variation in cooling energy usage was found during the summer across Beirut where simulations showed energy demands as low as 50 W/m2 in areas characterized by higher garden fractions whereas simulations were much higher, up to 800 W/m2, in areas with dense urban fabrics. In the summer heating energy demands were also significant ranging from as low as 20-300 W/m2 across Beirut. Six scenarios were also run on TEB which showed that increasing the albedo of roofs and the fraction of gardens had the most noteworthy cooling effects. This research found that there are opportunities for improvement of the Urban Planning Law and the Building Code of Lebanon for better consideration of the urban microclimatic issues and recommended emphasis on urban greening strategies and cool roofing strategies. this thesis contributed to a better understanding of the urban environment of the city of Beirut and the respective urban parameters that have the most significant impact on reducing some of the impacts of the urban heat island phenomenon. In doing so, this research has paved the way for further work on reducing the UHI effect in Beirut, with the ultimate aim of creating a comfortable and safe environment for its residents, and future generations

À présent, la réhabilitation des bâtiments est entendue comme une opportunité d’adapter les immeubles existants aux transformations urbaines. Ces modifications ont un impact sur la performance environnementale du parc immobilier, et la ventilation naturelle est l’un des aspects les plus affectés. La densification du tissu urbain est responsable, dans certains cas, de la réduction de la vitesse de l’air, qui peut rendre difficile la dissipation de la chaleur, du bruit et des polluants. Sous un climat chaud et humide, ces facteurs provoquent fréquemment l’adoption d’une climatisation mécanique, surtout dans les bâtiments de bureaux. Étant donné l’importance du sujet, ce travail a pour objectif de discuter les défis et le potentiel d’adopter la ventilation naturelle dans les projets de réhabilitation des bâtiments de bureaux en milieu urbain dense. On soutient l’hypothèse que le projet de réhabilitation peut promouvoir l'utilisation efficace de la ventilation naturelle dans les bâtiments de bureaux, à travers son adéquation au contexte urbain et environnemental présent. La demarche adoptée est composée de quatre étapes. Tout d’abord, on effectue une revue de la littérature sur la réhabilitation des bâtiments pour comprendre le contexte spécifique sur lequel on travaille le thème de la «ventilation naturelle». Ensuite, on analyse l’état de l'art sur la ventilation naturelle dans le cadre de la réhabilitation dans les contextes nationaux et internationaux afin d'identifier les avancées atteintes. Après, on réalise une revue de la littérature sur les effets de l'urbanisation sur l’écoulement de l’air. Pour clore, on propose une réhabilitation d’un bâtiment de bureaux dans le centre-ville de Rio de Janeiro, qui permettra de vérifier les bénéfices d’une solution de ventilation pour le confort des occupants. Le travail souligne la complexité de trouver des solutions de réhabilitation qui permettent d’augmenter le débit d’air dans les bâtiments tout en conciliant l’intégralité de leur patrimoine architectural, l’adaptation aux nécéssités présentes et la possibilité des transformations futures. Le défi augmente dans les milieux urbains denses, où le bruit, la pollution de l’air et la faible perméabilité du tissu urbain peuvent poser des limitations. Dans le cadre des recherches en Europe, Asie et Amérique du Nord, plusieurs réhabilitations ont été réalisées pour analyser la performance des solutions de ventilation. Les ventilations hybride et nocturne sont les plus indiquées. Au Brésil, les recherches sur ce sujet restent balbutiantes et la climatisation mécanique est la solution 9 prédominante dans les rénovations des espaces corporatifs. L’étude de cas montre, à l’aide des modélisations CFD, que la densification de la région analysée a réduit la vitesse et le débit d’air des étages et, par conséquent, a diminué les heures de confort thermique. Les étages plus bas sont les moins favorisés par le vent et le bruit. Ce diagnostic montre la nécessité d’amplifier le débit d’air du bâtiment pendant son occupation et de rendre possible la ventilation nocturne pour dissiper la chaleur accumulée pendant la journée. Dans ce sens, on propose l’ouverture de la partie fixe supérieure de toutes les fênetres, une intervention qui préserve les caractéristiques originales des façades et ne nuit pas à la sécurité du bâtiment lorsqu’il est inoccupé. Les résultats indiquent que cette intervention a augmenté les heures de confort thermique des occupants entre 0,5 et 35%, selon l’étage et de l’indicateur utilisé dans l’interprétation des résultats. Cela renforce l’hypothèse que la ventilation naturelle, toute seule, n’est pas sufisante pour préserver le confort des occupants pendant toute l’année. Cependant, elle peut être complétée par la ventilation mécanique, a fin de concilier le bien-être des usagers et la réduction de la consommation d’énergie des bâtiments / Nowadays, retrofitting is understood as an opportunity to adapt existing buildings to the urban transformations of its surroundings. The changes in the urban fabric can cause impacts to the building environmental performance and, generally, natural ventilation is one of the most affected aspects. The densification process is responsible, in some cases, for the reduction of wind speed, which can disturb the dissipation of heat, noise and pollutants. In hot and humid climate, these factors cause frequently the adoption of mechanical ventilation, mainly in office buildings. Given the relevance of the subject, this work aims to discuss the challenges and potential of adopting natural ventilation in the retrofit of office buildings located in dense urban areas. Our hypothesis is that the retrofit project can promote the efficient use of natural ventilation in office buildings, through its adaptation to the present urban and environmental conditions. The methodology includes 4 stages. First, we carry out a literature review about building retrofits to understand the specific context with which we are dealing the subject of “natural ventilation”. Next, we analyze the state of the art of natural ventilation in the retrofit context to identify the main findings. Then, we investigate the effects of urbanization on the airflow pattern. Finally, we propose retrofitting an office building in downtown Rio de Janeiro to verify the benefits offered by a ventilation solution to the occupants’ thermal comfort. We highlight the complexity of developing solutions that increase the airflow in buildings while balancing the protection of its past, the response to the present requirements and the possibility of future changes. This challenge increases in dense urban areas, where noise, air pollution and low permeability of the urban fabric can place some limitations. As part of the research carried out by European, Asian and North American countries, several renovations were conducted to analyze the performance of ventilation solutions. Hybrid and night ventilation were indicated as the most appropriate ones. In Brazil, investigations in this subject remain incipient and air conditioning is the predominant solution in office spaces. By means of CFD simulations, the case study shows that the densification of the analyzed region reduced the wind speed and airflow in all floors and, therefore, reduced the thermal comfort hours. The lower floors are the least favored by the wind and the noise. This diagnostic points out the need to increase buildings airflow during its occupancy and allow night ventilation to dissipate the heat gains accumulated during the day. In this way, we propose to open the upper fixed 11 portion of all windows, a solution that protects the original façade features and do not harm the buildings security when it is not occupied. Thermal simulations indicate that this procedure increases the thermal comfort annual hours in 0,5-35%, depending on the floor and the adaptive comfort model used to interpret the results. We conclude that natural ventilation itself is not sufficient to ensure occupants comfort throughout the year, however it can be complemented by mechanical ventilation in order to balance thermal comfort and energy efficiency. / Atualmente, a reabilitação é entendida como uma oportunidade de adaptar os edifícios existentes às transformações urbanas sofridas pelo entorno. Tais modificações geram impactos ao desempenho ambiental do imóvel, e a ventilação natural é um dos aspectos mais afetados. O adensamento do tecido urbano é responsável, em alguns casos, pela redução da velocidade do ar, que pode dificultar a dissipação do calor, ruído e poluentes. Nos climas quentes e úmidos, esses fatores provocam frequentemente a adoção de refrigeração mecânica, especialmente em edifícios de escritórios. Dada a relevância do tema, este trabalho tem por objetivo discutir os desafios e potencialidades de adotar a ventilação natural no projeto de reabilitação de edifícios de escritórios situados em meios urbanos densos. Assume-se como hipótese que o projeto de reabilitação pode promover uma utilização eficiente da ventilação natural nos edifícios de escritórios, por meio de sua adequação ao contexto urbano presente. A metodologia adotada é composta por quatro etapas. Inicialmente, realiza-se uma revisão bibliográfica sobre a reabilitação de edifícios a fim de compreender o contexto específico sobre o qual será trabalhado o tema da ventilação natural. Em seguida, analisa-se o estado-da-arte da ventilação natural no contexto da reabilitação, buscando identificar os principais avanços obtidos no cenário nacional e internacional. Depois, efetua-se uma revisão da literatura sobre os efeitos da urbanização no escoamento do ar. Finalmente, propõe-se uma reabilitação de um edifício de escritórios no centro do Rio de Janeiro, para verificar os benefícios de uma solução de ventilação no conforto dos ocupantes. O trabalho destaca a complexidade de desenvolver soluções reversíveis que possibilitem aumentar a vazão de ar nos edifícios e preservar suas características construtivas. O desafio é ainda maior em meios urbanos densos, onde o ruído, a poluição do ar e a baixa permeabilidade do tecido urbano podem impor limitações. As pesquisas desenvolvidas na Europa, Ásia e América do Norte destacam as ventilações híbrida e noturna como as soluções mais indicadas. No Brasil, os trabalhos sobre o tema ainda são incipientes, e a refrigeração mecânica é a solução predominante nas reabilitações de espaços corporativos. O estudo de caso indica, por meio de simulações fluidodinâmicas e térmicas, que a densificação da área analisada reduziu a velocidade e vazão do ar no edifício, diminuindo as horas de conforto térmico. Os pavimentos7mais baixos são os menos favorecidos pelos ventos e ruído. Este diagnóstico indica a necessidade de aumentar a vazão de ar durante a ocupação e viabilizar a ventilação noturna para dissipar o calor acumulado durante o expediente. Neste sentido, propõe-se a abertura das folhas fixas sobre as janelas existentes, o que não compromete a preservação das características originais das fachadas e a segurança do edifício quando desocupado. Os resultados indicam que esta intervenção aumenta entre 0,5 e 35% as horas de conforto dos ocupantes. Conclui-se que a ventilação natural, por si só, não satisfaz o conforto térmico durante o ano todo, mas pode ser complementada pela ventilação mecânica, de modo a conciliar eficiência energética e bem-estar dos usuários.

Le GIEC (groupe d’expert Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat) dans leur 4 ème rapport souligne que les villes européennes seront impactées par des épisodes caniculaires plus fréquents et plus intenses dû aux modifications climatiques ayant lieu au cours du XXI ème siècle. La ville, espace climatique particulier, sensiblement plus chaud que son espace environnant amplifie le phénomène de l’îlot de chaleur urbain (ICU). Pour la ville de Paris, les îlots de chaleur urbains peuvent dépasser de 8 à 10°C les températures relevées quelques kilomètres plus loin. Cet effet est d’autant plus néfaste lors de période caniculaire comme a connu la France en 2003, 2006, 2010 ou bien même en 2015. La connaissance sur le phénomène de la canicule nécessite de mettre en relation des données autant spatiales que temporelles afin de définir des zones à risques .Pour pouvoir simuler une canicule, le modèle SURFEX-TEB, conçu par Météo-France, CNRS, a été choisi. Il permet d’estimer la température en ville à partir de conditions climatiques des plus hautes atmosphères. Ces prévisions sont importantes notamment en période de canicule où les écarts de température entre la ville et sa banlieue peuvent dépasser 8C°. Le risque caniculaire, induit par les ICU, est complexe à appréhender et à représenter.Pour caractériser, appréhender et représenter la canicule, avec l’aide du modèle SURFEX-TEB, nous avons effectué une assimilation avec des mesures réalisées pendant la canicule de 2015 sur Paris. Cette assimilation met en évidence par exemple les phénomènes d’accumulation et l’impact des configurations des appartements sur les températures intérieures et extérieures. Nos différentes configurations ont permis de confirmer l’importance de considérer les températures intérieures lors de périodes caniculaires.Ce travail de recherche propose donc un éclairage spécifique et technique de la représentation des canicules. Son objectif est une meilleure représentation des canicules et l’estimation de leur dangerosité en fonction de la durée du phénomène, de son intensité et des caractéristiques urbaines et humaines. Des cartes décrivant la canicule et sa dangerosité sont mises en valeur grâce à l’élaboration d’un site web grand public.Les résultats de cette recherche soulèvent une interrogation sur les seuils de canicule. Ils soulignent l’importance d’introduire un seuil de canicule intérieur et démontrent le rôle de la configuration urbaine et en particulier des types d’habitation pour mieux prendre en compte la dangerosité des canicules et espérer mieux atténuer leurs effets / The IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) in its 4th report underlines that the European cities will be impacted by more frequent and more intense scorching episodes due to the climatic modifications taking place during the XXIth century. Peculiar climatic areas, significantly hotter than their surroundings, cities amplify the phenomenon of the urban heat island (UHI). In the example of Paris, the urban islands of heat can exceed by 8°C to 10°C the temperatures measured a few kilometers away. This effect is all the more fatal as heat wave periods become more and more regular (2003, 2006, 2010, 2015). The knowledge on the heat wave phenomenon requires to put in relation spatial and temporal data so as to define high-risk areas.To be able to simulate a heat wave, the SURFEX-TEB model, designed by Météo-France, and CNRS, was chosen. It allows to estimate the temperature in town from weather conditions of the highest atmospheres. These forecasts are particularly important in heat wave periods where temperature differences between cities and suburban areas can exceed 8°C. The heat wave risk, resulting from the UHI, is complex to both understand and represent.To characterize, understand and represent the heat wave by the means of the SURFEX-TEB model, we made a data fusion with measures realized during the 2015 heat wave in Paris. This assimilation highlights, for instance, the accumulation phenomena and the impact of the apartments configuration on the inside and outside temperatures. Our various configurations allowed to confirm the importance of taking into account the internal temperatures during heat waves periods.This research thus proposes a specific and technical perspective of the heat waves representation. Its objectives are a better representation of heat waves and a sharper estimation of their dangerousness according to the phenomenon duration, its intensity and the urban and human features. Maps describing the heat wave and its dangerousness are highlighted thanks to the elaboration of a public Web site.The results of this research rise an interrogation on the thresholds of heat wave. They underline the importance to introduce an internal threshold of heat wave and demonstrate the role of the urban configuration, particularly the types of house. This should contribute to better take into account the dangerousness of heat waves and to improve the mitigation of their effects

Les réglementations thermiques successives poussent les bâtiments à consommer de moins en moins d’énergie. Les performances énergétiques accrues des bâtiments passent notamment par une bonne utilisation du rayonnement solaire en tant que source de chaleur (en évitant les surchauffes), de lumière ou d’énergie pour les panneaux solaires. Si les principes de conception permettant de bien profiter de ce rayonnement sont connus à l’échelle d’un bâtiment, les travaux portant sur la recherche des bonnes configurations de bâtiments à l’échelle du quartier sont en plein développement. A mesure que les logiciels de simulation du rayonnement solaire ou des besoins énergétiques s’améliorent et prennent mieux en compte la dimension urbaine, de nombreuses études sur la ville voient le jour. Les outils d’optimisation, par ailleurs largement utilisés dans le cadre du dimensionnement des systèmes du bâtiment et des matériaux composant son enveloppe ont cependant été peu utilisés dans l’étude des formes urbaines. Ceux-Ci présentant cependant l’avantage de pouvoir explorer de grands espaces de paramètres de manière intelligent. Ce travail de thèse a porté sur l’optimisation de formes urbaines par rapport au potentiel solaire. Dans ce cadre, un outil reposant sur un algorithme évolutionnaire a été mis en place. Celui-Ci permet de trouver le positionnement optimal de volumes correspondant à des bâtiments soumis au rayonnement solaire. Pour cela, différents types de paramètres sont associés aux bâtiments (hauteur, orientation, position), tandis que le contexte urbain du quartier peut être considéré de plusieurs manières : dégagé, fixe (quartier pré-Existant), ou périodique. Les essais d’optimisation effectués cherchent à maximiser l’exposition au soleil pour des latitudes comprises entre 40° et 60°N, différentes périodes de temps et densité bâties. Une extension est de plus réalisée pour étudier les quartiers minimisant les besoins en énergie pour le chauffage. Dans l’ensemble des cas, les résultats montrent qu’il existe de nombreuses configurations quasi-Optimales dont l’analyse permet d’identifier des comportements généraux du quartier en fonction du critère d’optimisation. Tous ces résultats sont encourageants et ouvrent des perspectives pour de futurs travaux. / The recent thermal regulations lead to more efficient buildings. Their design includes a good use of sunlight as a heat source (while avoiding overheating), light or energy for solar panels. If the principles of design to make the most of this radiation are known at the building scale, studies are still under development at the district level. As the software tools for the simulation of solar radiation or energy needs improve and better reflect the urban dimension, numerous studies at the district scale emerge. The optimization methods, although widely used to size the building systems and materials, are not common in the study of urban forms. However, these have the advantage of being able to explore large parameter spaces. This thesis focuses on the urban form optimization with respect to the solar potential. For this purpose, a tool based on an evolutionary algorithm is implemented. Its goal is to find the optimal positioning of volumes corresponding to buildings subjected to sunlight. Different types of parameters are associated with buildings (height, orientation, position), while the urban context can be considered in several ways : open, fixed (pre-Existing neighborhood), or periodic. Optimization tests seek to maximize exposure to the sun for latitudes between 40° and 60°N, different time periods and built densities. An extension is further performed to investigate neighborhoods minimizing energy requirements for heating. In all cases, the results show that there are many near-Optimal configurations that can be analyzed to identify general features of the good neighborhoods for each optimization criterion. All these results are inspiring and open perspectives for future works.

L’étude menée ici prétend clarifier certains problèmes-clés pour la compréhension des processus actuels qui affectent l'aménagement spatial de la ville de Gaza, et qui ont remodelé la ville depuis l’époque du Mandat britannique jusqu'à la fin de 2011, aujourd’hui conditionné par la situation politique et géographique des Territoires Palestiniens Occupés.La ville de Gaza est le centre économique et administratif de la Bande de Gaza. Son développement urbain relève de cinq différentes administrations qui gèrent la ville selon des stratégies différentes. L’Empire ottoman n’a pas été inclus dans larecherche parce qu’il aurait nécessité une étude à lui tout seule. Une approche diachronique n’aurait pas permis une analyse du développement urbain de la ville. Le tissu urbain, surtout dans le centre historique est, pourrait-on dire, de nature organique, sans grille de distribution et où rues et cul-de-sac résultent d’une parcellisation progressive. Dans de nombreux blocks la trame ancienne et la réimplantation moderne se superposent avec une densité exceptionnelled’occupation des sols. Le mot block relève du cadastre et n’a pas de signification morphologique : pour cette raison, il sera toujours en italiques.La thèse analyse la transformation de la ville à travers les permis de construire, et présente le contexte historique de la ville, de la fin de période ottomane à la transition avec le Mandat Britannique. La création de la Bande de Gaza aconditionné le développement urbain de la ville jusqu’à nos jours. L’étude a été arrêtée à la fin de 2011. L’étude aboutie est le fruit d’un va-et-vient entre les données qualitatives, issues d’entretiens plus ou moins fiables, les données empiriques des permis de construire, les plans et la documentation photographique / The research project attempts to elucidate certain key issues in the understanding of process affecting urban planning of the city of Gaza and that have shaped its image since the days of the British Mandate rule until today, 2011, in the light ofthe particular political and geographic situation that condition life in the occupied Palestinian territories.Gaza city is the economic and administrative centre of the Gaza Strip. Its present urban situation has as its basis the five different administrations that have influenced the city through different strategies. We have not been so ambitious asto deal with the Ottoman Empire, as it would have needed a full research on its own. A diachronic approach would not have been useful for the analysis of the city. Its urban fabric, in particular in the old core is « organic » with no regular gridpattern and many dead-end streets that are the result of progressive haphazard parcelling. In many of its blocks the old fabric and the modern are superimposed with intense land-use density. The word block is used in the cadastral sense andnot in its morphological meaning: for this reasons it is always written in italics.The text analyses the transformation of the city through its building permits, presenting as contextual support the historical growth of the city from the end of the Ottoman rule to the transition to the British Mandate, to the creation of the Gaza Strip that has conditioned the next 60 years of planning in the city. The data utilised for the research stops at the end of 2011 although there are echoes of 2012 events, since the researcher is often in Gaza and is permeated by the reality of the city. The study is the product of a movement between qualitative data from the interviews, the empirical data of the building permits, maps and photographic documentation