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L'impact sur la perception de la qualité de la lumière du jour de trois vitrages de couleur différente (bleu, neutre, bronze) mais de transmission visuelle similaire a été étudié. Les participants (n= 36, âge moyen 23,8 ans) étaient assis avec le haut du corps dans une maquette à l'échelle 1:4, reproduisant un bureau composé de quatre murs et une fenêtre orientée sud-est. Lors des sessions d'évaluation, les participants devaient évaluer les conditions lumineuses de la pièce avec un questionnaire portant sur les facteurs suivants: le confort visuel; la naturalité; l'agréabilité; le niveau de précision des détails et textures; et le niveau de lumière. Les participants devaient également évaluer leur état d'éveil à l'aide d'une échelle de somnolence (KSS) au début et à la fin de chaque session. Les analyses par modèle mixte ont révélé des résultats significatifs pour les facteurs suivants: confort visuel (p= 0,015), agréabilité (p= 0,003 et p= 0,017 lorsque les résultats des questions écrites et orales étaient combinés), et le niveau de lumière (p= 0,044) en faveur du verre bronze par rapport au vitrage bleu et au neutre. Le vitrage neutre a également été préféré au bleu pour le facteur agréabilité (p= 0,021). Des test-t appariés réalisés à partir des évaluations de l'éveil des participants (KSS) indiquent une légère baisse du niveau d'éveil en présence du vitrage bleu. Généralement, il semble y avoir une nette préférence pour la lumière ambiante filtrée par un vitrage bronze, lorsque comparé à un vitrage bleu. / The impact on daylight quality perception, of three windows of similar visual transmittance but different colour (blue, neutral, bronze) was investigated. Participants (n=36, mean age 23.8 years) were seated with their upper body immersed in a scale model (1:4) replicating an office room composed of four walls and a changeable window (blue, neutral or bronze) oriented towards the south-east direction. On separate sessions (one for each window glazing), participants were asked to evaluate the luminous conditions in the room according to the following qualitative factors: visual comfort; naturality; pleasantness; precision (of details and textures); light level. Participants were also asked to evaluate their level of arousal using a sleepiness scale (KSS) at the beginning and end of each session. Mixed model analyses revealed statistically significant higher scores for the factors pleasantness (p=0,003 and p=0,017 when results from the oral and written questions were combined), comfort (p=0,015) and daylight quality (p=0,044) for the bronze window glazing compared to the blue and neutral glazing. The neutral glazing was also preferred over blue for pleasantness (p=0,021). Paired t-test analysis from the KSS results indicated a slight decrease in the level of arousal in presence of the blue glazing. Overall, the thesis shows that there appears to be a clear preference for ambient light filtered through bronze window glazing compared to blue window glazing.

La diversité environnementale et l’intégration des qualités visuelles et thermiques de la lumière sont intimement liés à l’expérience du projet d’architecture ainsi qu’à sa performance énergétique. Plusieurs logiciels de simulation informatique ont été récemment développés afin de faciliter l’évaluation quantitative de l’éclairage naturel et de son impact sur l’environnement thermique. Cependant, très peu de recherches ont étudié le volet qualitatif de l’éclairage naturel en explorant simultanément le caractère lumineux et thermique de l’espace. Cette facette de l’architecture se manifeste par la conception matérielle du bâtiment (ouvertures, matériaux, etc.) et constituent un facteur déterminant de la perception spatiale par l’usager. Il est donc primordial pour le concepteur de maîtriser ces notions et de les appliquer dès les premières esquisses du projet. Il peut cependant s’avérer très complexe pour l’architecte de prévoir et d’évaluer «l’invisible» (i.e. l’environnement thermique) au moment de la conception. Les caméras infrarouges permettent désormais la lecture de l’environnement thermique et peuvent devenir un puissant outil pour qualifier et représenter les ambiances thermiques liées au rayonnement solaire en architecture. La représentation de la diversité des ambiances lumineuses et thermiques peut avoir un effet fort bénéfique au niveau de la compréhension et de l’évaluation de bâtiments existants et ainsi constituer une banque de précédents à consulter lors de la conception architecturale. La recherche propose d’explorer le potentiel de l’imagerie digitale (photographique et thermographique), combiné aux différents outils de conception et de représentation architecturale, afin de permettre la visualisation et l’analyse de la diversité environnementale des ambiances physiques au niveau spatial ainsi qu’au niveau temporel. Mots-clés : Diversité environnementale, lumière, thermique, architecture, caméra digitale, contraste, visualisation, représentation, modélisation, image numérique. / The energy efficiency of a building is closely linked to the experience of occupants in architecture. Architects neglecting the visual and thermal qualities of light during the preliminary phase of design can lead to occupants discomfort and deceiving energy performance of the building. Architects must integrate environmental diversity as a design criteria at the first stage of design. While the assessment of the quantitative aspect of light and heat has been widely explored, very few researchers investigated the combined visual and thermal qualities of light over space and time. Energy modeling softwares, which are often used in the design and construction industry, tend to rely on precise information such as the nature of all materials and need countless information to operate, which allows only experts to get a detailed insight on the visual and thermal behavior of a building. This also makes energy simulation modeling inadequate at the first stage of design since a lot of parameters are still unknown. We could therefore say that software simulation «validates» a design concept, but cannot help «generate» that concept. That being said, it can be difficult for designers to figure out how the «invisible» (i.e. the thermal environment) part of the physical environment varies without the involvement of software modeling. There is indeed a need for a new method, a new type of precedents in architecture, devoted to train the eye of the architects to predict, by intuitive thinking, the behavior of lighting and thermal patterns of daylighting in time and space. This research explores the potential of using photographic and thermographic cameras in conjunction with three-dimensional models for the representation and assessment of the quality of light and heat in existing buildings. Recent development in infrared thermal imagery now offers the opportunity to open up the invisible thermal aspect of space to architects, integrating three-dimensional modeling, a powerful tool for visualizing and representing building environments, widely used by architects. The correct representation of the dynamics of those ambiances can generate considerable benefits on the understanding and the assessment of existing buildings and thus set up an unlimited source of precedents to seek advice from during the design of a new construction. As tangible artifacts, they constitute material entities with which to interact and thereby develop knowledge. Keywords: Luminous and thermal diversity, architecture, digital imagery, contrast, visualization, representation, 3d modelling.

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Cette recherche s’intéresse aux mutations spatiales et paysagères engendrées par l’édification des systèmes autoroutiers. Elle s’attarde plus spécifiquement à l’étude des espaces délaissés qui émergent progressivement à partir de l’édification de ceux-ci, des friches qui forment l’interface du réseau d’autoroutes, des paysages intermédiaires qui sont côtoyés au quotidien, mais qui sont vraisemblablement évacués des représentations accordées à l’infrastructure, des environnements à priori techniques qui nécessitent d’être explorés dans toute leur complexité afin d’amorcer leur compréhension et une réflexion quant à leur devenir. Dans ce sens, l’étude tente de formuler le dessin des friches autoroutières en tant que paysage intermédiaire de l’urbain, de faire basculer l’image à priori technique de ces délaissés vers celle qui serait plus sensible. Elle cherche ainsi à mettre en évidence les logiques techniques qui se sous-tendent leur émergence et à observer leurs qualités morphologiques qui s’associent à la géométrie des composantes autoroutières (parcours, nœuds, points d’accès) et au rapport de celles-ci avec les tissus urbaines limitrophes. Elle se penche également à l’examen des dynamiques ; à la fois naturelles, humaines et sensorielles, qui définissent le caractère insoupçonné de ces paysages. D’un point de vue méthodologique, cette recherche met de l’avant un processus de lecture des friches autoroutières basé sur les approches typo-morphologique et sensible. D’un côté, l’approche typo-morphologique est employée à l’examen de leurs structures formelles, en regard aux friches qui s’organisent dans la continuité du réseau autoroutier de l’agglomération urbaine de Québec et plus spécifiquement dans le maillage et à la limite des composantes de l’autoroute Félix-Leclerc. De l’autre, par la lecture in situ des friches de l’échangeur Félix-Leclerc / Henri-IV, l’approche sensible cherche à révéler la stratification des dynamiques qui définissent ces paysages d’exception. Cette recherche souligne que le réseau autoroutier anime l’émergence de friches, que celles-ci soient directement liées la configuration de ses composantes ou bien à l’interaction de celles-ci avec les tissus qui les bordent, s’organisant ainsi de manière interne ou externe à l’infrastructure. Contextuellement, les friches autoroutières tendent à se développer à l’échelle générale du système d’autoroutes, mais plus particulièrement dans les milieux périurbains, là où les composantes du réseau sont édifiées de manière étendue sur le territoire. Aussi, ces délaissés comportent une structure formelle qui s’associent à la configuration spécifique des composantes autoroutières, mais également aux multiples rapports qui se profilent entre l’infrastructure et ses tissus contigus. Ce sont pareillement des formes concrètes qui tendent à se déformer par rapport à celles issues des logiques théoriques de conception, des étendues également impressionnantes à l’échelle de l’autoroute et du territoire. En regard à leur paysage, les friches autoroutières se définissent selon une structure paysagère de base liée à l’usage antérieur du sol et l’édification de l’infrastructure. Une structure qui se pose à l’origine des reprises subséquentes de la nature et la formation de milieux humides, organisant ainsi des milieux particulièrement diversifiés. On remarque également que ces environnements oubliés sont convoités par les citoyens. Des brèches s’expriment sur leurs limites et rendent les friches accessibles, tandis que leurs surfaces sont façonnées par des interventions humaines à l’image de parcours et de lieux informels. L’intensification de nos perceptions est aussi attribuable à la pratique de ces paysages complexes, autant celles qui se rattachent au procédé du cheminement que celles liées aux qualités sensibles de l’environnement. Les friches autoroutières ne sont donc pas strictement des espaces techniques de l’autoroute, mais bien des environnements et des paysages sensibles à l’échelle de l’urbain. Selon leurs qualités physiques, paysagères et sensorielles, mais aussi d’après l’ensemble de leurs potentiels, elles se présentent aujourd’hui comme des milieux à ré-inventer, à animer par de nouveaux aménagements ou de nouvelles formes d’occupation. Un paysage intermédiaire d’intérêt qui mérite de participer à la vie urbaine, à nos pratiques quotidiennes. Une forme nouvelle d’urbanité qui est en devenir, actuellement en attente des décisions et des concepts qui l’animeront.

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Cette recherche étudie la conception architecturale dans le but de déterminer comment l’utilisation des outils informatiques peut aider les architectes à intégrer les composantes solaires dans leurs projets. Elle a été réalisée dans le cadre de la Task 41 : Solar Energy and Architecture de l'International Energy Agency (IEA) dont les deux objectifs sont de soutenir le développement d’une architecture solaire de haute qualité et contribuer à l’amélioration des compétences des architectes dans ce domaine. De plus, cette recherche vise à décrire et comprendre les facteurs architecturaux qui influencent le développement d’une architecture solaire de qualité, en ce qui a trait à la pratique de l’architecture, aux principes fondamentaux de l’architecture solaire et à l’attitude des concepteurs. Afin de répondre à ces objectifs, la recherche utilise deux méthodes distinctes et complémentaires : un inventaire des outils informatiques pour l’architecture ainsi qu’une enquête internet auprès des concepteurs. La première partie de ce mémoire présente l’inventaire de 56 outils informatiques (CAAO, logiciels de visualisation et de simulation) utilisés par les architectes. Les résultats de l’analyse de cet inventaire révèlent les limites des outils solaires précis pour les premières étapes de conception, la spécialisation systémique des logiciels disponibles, l’absence de résultats numériques clairs pouvant appuyer la prise de décision en début de conception, un manque d'informations claires à propos du calcul du comportement de la lumière lors de la génération des images de synthèse, et les limites de la visualisation des systèmes solaires actifs. La deuxième partie de ce mémoire prend la forme d’une analyse complémentaire des données recueillies par une enquête internationale réalisée auprès de 350 professionnels du secteur du bâtiment. Les résultats démontrent que les répondants s’efforcent de concevoir des bâtiments solaires en utilisant surtout les principes solaires passifs (gains solaires thermiques et éclairage naturel) au meilleur de leurs connaissances. Malgré tout, l’enquête révèle certains obstacles liés aux outils informatiques et à leur utilisation, tels que leur complexité, l’investissement nécessaire en termes d’apprentissage et la faible intégration au processus normal de conception. Finalement, l’ensemble des résultats obtenus a permis de relever neuf actions potentielles pour poursuivre l’adaptation de la pratique actuelle de l’architecture vers une architecture solaire de qualité et la diffusion des connaissances relatives à l’architecture solaire. / This research focuses on architectural design in order to determine how the use of software can help architects integrate solar energy components in their projects. This research was conducted as part of International Energy Agency (IEA) Task 41: Solar Energy and Architecture which pursued the following objectives: to support the development of a high quality solar architecture and to improve architects’ skills in this field. The third objective consisted of describing and understanding the factors that influence the architectural development of high quality solar buildings, in terms of architectural practice, solar architecture principles and architects’ attitude relative to solar design. To achieve these objectives, the research was carried out using into two distinct and complementary methods: an inventory of software used by architects and an online survey among buildings practitioners. The first part of the research presents results of a state-of-the-art review of 56 computer tools (CAAD, visualisation and simulation software) used by architects. The results reveal a lack of advanced solar tools for early design phase (EDP) work, systemic specialization of available software, a lack of clear numerical feedback yielding intelligent decisions at EDP, a lack of clear information about the validity of rendering algorithm, and a lack of tools for the architectural integration of active solar systems. The second part of the research presents an additional analysis of data collected by an international survey among 350 building practitioners. The results show that respondents develop solar buildings mainly by using passive solar principles (passive solar gain and daylighting) according to the best of their knowledge. The survey also revealed some barriers related to computer tools and their use, such as complexity, high learning curve and poor integration into the normal design process. Finally, the overall results identify nine potential actions to adapt the current architectural practice to a high quality solar design and dissemination of knowledge on solar architecture.

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Cette étude a pour but de combler l'écart entre l'état actuel de la simulation énergétique dans le domaine du bâtiment (i.e. hypothèses et modèles) et la connaissance empirique sur le comportement des usagers en matière de contrôle environnemental. L'application principale issue de cette thèse est un module de simulation autonome qui vise la modélisation à haute résolution et à haute fréquence des interactions personne-milieu: de l'occupation des locaux (i.e. l'affectation individuelle d'un environnement modélisé), du contrôle basé uniquement sur la présence ou l'absence des occupants (e.g. détecteurs de mouvement), jusqu'aux modèles comportementaux plus avancés (e.g. commutation manuelle des appareils d'éclairage, l'utilisation des fenêtres ouvrantes). L'intégration du module au sein du logiciel libre ESP-r, un programme qui permet de simuler l'ensemble des interactions bâtiment-systèmes-environnement, permet d'étudier à quel point les modèles d'interactions personne-milieu, issus des études en milieu réel, peuvent influencer les besoins énergétiques d'un bâtiment donné. Certains traits comportementaux, couramment associés aux modèles de contrôle manuel des systèmes d'éclairage, caractérisent également le comportement individuel au niveau des fenêtres ouvrantes; une conclusion issue d'une étude pilote en milieu réel sur le campus de l'Université Laval (Québec). Cette constatation suggère certains traits communs pouvant décrire le comportement des usagers en matière de contrôle environnemental. Le module développé permet également d'étudier le potentiel écoénergétique de stratégies innovatrices: l'application de stratégies de contrôle reposant sur l'adaptation thermique dans un contexte de climatisation hybride, et basées sur l'opération de fenêtres ouvrantes en tant que commutateurs entre climat naturel et climat artificiel. Les résultats préliminaires suggèrent que pour les climats nordiques ou méridionaux, ces approches permettent effectivement de réduire les besoins en climatisation, mais qu'en contre partie les besoins en chauffage augmentent considérablement en raison de l'utilisation des fenêtres en périodes plus tempérées. L'intérêt de la méthode est ici mis en évidence dans sa capacité à simuler globalement l'ensemble des conséquences énergétiques de l'interaction sociale avec l'environnement bâti. / This study sets out to bridge the gap between building energy simulation and empirical evidence on occupant behaviour. The major output is a self-contained simulation module that aims to control all occupant-related phenomena which can affect energy use in buildings. It provides high resolution and high frequency occupancy prediction (i.e. when occupants as individual agents occupy a modelled environment), occupant-sensing control (i.e. as driven by the mere presence of one or more occupants, such as occupancy-sensing lighting controls), as well as advanced behavioural models (i.e. active personal control, such as manual switching of lights, manual adjustments to window blinds, operable windows, personalized air-conditioning units). The module is integrated within the ESP-r free software, a whole-building energy simulation program. Simulation results clearly show that occupants-based phenomena exert a strong influence on simulated energy use, revealing a number of limitations in key assumptions in current energy simulation practice. Key behavioural traits, commonly associated to lighting behavioural patterns, also appear to be associated to personal control of operable windows, as demonstrated in a pilot field study in a Université Laval pavilion in Québec. This may suggest an abstract quality to certain behavioural concepts regarding different environmental controls. The study then focuses on the use of the developed work to investigate the energy saving potential of novel yet untried strategies: adaptive comfort control algorithms in hybrid environments, based on the use of operable windows as switching mechanisms between natural and artificial modes of environmental control. Results suggest that for both heating- and cooling-dominant climates, adaptive comfort control effectively reduces cooling requirements, yet operable window use during cooler conditions appear to increase heating requirements. The usefulness of the original method is here illustrated by providing a more complete view on energy use attributed to occupant behaviour.