Le rayonnement solaire est la variable la plus importante pour le calcul du bilan thermique du bâtiment. Son calcul requiert des relations géométriques pour la composante directe et un modèle de ciel pour distribuer le rayonnement diffus sur la voûte céleste. Des modèles développés pour des collecteurs solaires sont utilisés pour calculer le rayonnement solaire atteignant l'enveloppe du bâtiment. Des outils calculent le rayonnement en adaptant des modèles de ciel développés pour l'éclairage naturel. Bien que ces modèles de ciel, avec des genèses différents, servent à calculer le rayonnement solaire, il convient de préciser quel est le plus adapté pour travailler en milieu urbain.En nous appuyant sur une étude des données météorologiques, des modèles de ciel et des techniques numériques, on a mis en place un code susceptible de calculer le rayonnement direct (soleil) et diffus (ciel) et leur interaction avec la géométrie urbaine. La nouveauté réside dans l'évaluation du rayonnement solaire en utilisant un modèle de ciel isotrope et deux anisotropes. L’interaction entre ces modèles et la géométrie urbaine est mise en évidence avec une série d’exemples géométriques progressivement plus complexes. Des méthodes pour tuiler la voûte céleste sont présentées. Les différences entre le rayonnement calculé avec les modèles anisotropes (le modèle de source ponctuelle et le modèle tout temps de Perez) qui sont peu importantes dans une scène dégagée, deviennent significatives dans une scène urbaine. Des contributions ont également été apportées à la mise en place d’une station météorologique ainsi que des procédures pour l’analyse statistique des données et leur contrôle de qualité. / Solar irradiation is the most important parameter for building thermal simulation. Its calculation requires geometrical relationships for the direct radiation from the Sun and a sky model to distribute the radiance over the sky vault. Sky models developed for solar collectors are used to calculate the building’s solar irradiation availability. Some software calculates building’s irradiation by adapting sky models for lighting simulations. These models allow to compute solar irradiation, but the selection of the most suitable model for urban applications has not been defined clearly enough. We developed a code, based on the study of numerical methods, sky models and the necessary meteorological data. It calculates the solar irradiation availability in the urban context. The novelty lies in its capacity to evaluate the solar irradiation from the Sun and the sky by using three sky models: one isotropic and two anisotropic. The interaction between each sky model and the urban context is made clear in a series of progressively more complex geometric examples. Procedures to partition the sky vault are presented.Differences between the predicted irradiance by the anisotropic models (Perez punctual source and Perez All-Weather) are classified as small and large in unobstructed and obstructed scenes respectively. Contributions have also been made to set up a meteorological station. Statistical analyses as well as quality control procedures of meteorological data were also implemented.

Parmi les diverses entités que l'architecte est amené à manipuler au cours du processus de conception, les « ambiances » constituent un domaine éminemment complexe, constitué des interactions que l'usager perçoit entre les phénomènes physiques et les formes de l'environnement construit. La lumière naturelle s'inscrit précisément dans ce cadre, où la variabilité individuelle vient s'ajouter à l'aspect dynamique des phénomènes. Or s'il est manifeste que les architectes s'attachent de manière permanente au travail sur la forme, ils ne semblent pas toujours traiter avec la même rigueur la disponibilité en lumière naturelle et les interactions diffuses. La complexité des notions abordées et le manque d'outils de simulation en sont sans doute les raisons majeures. Nous proposons donc, en nous appuyant sur des travaux préalables du laboratoire CERMA de l'École d'Architecture de Nantes, le développement d'un nouvel outil logiciel susceptible d'évaluer de manière performante la lumière naturelle au sein du projet architectural et urbain, à partir d'une maquette numérique tridimensionnelle de l'espace étudié. Si certains travaux concernant l'évaluation de la lumière naturelle dans les espaces intérieurs existent déjà, en revanche les espaces extérieurs restent, en dehors d'aspects relatifs à l'ensoleillement, rarement envisagés ; notre premier objectif est donc de considérer indifféremment espaces intérieurs et espaces extérieurs, et de les soumettre de manière globale aux conditions d'éclairement qui résultent de l'ensemble constitué du soleil et de la voûte céleste. Celles-ci sont basées sur des modèles de distribution statistiques. Notre perception de la lumière provenant exclusivement de sa réflexion sur les matériaux, ceux-ci jouent un rôle essentiel dans les échanges entre les différentes surfaces de l'environnement. Le second objectif est donc de prendre en compte ces réflexions complexes, au travers de vitrages éventuellement. Il est atteint en adoptant un traitement informatique s'inspirant de la théorie des échanges radiatifs établie par les thermiciens il y a plus d'un demi-siècle, reprise et instrumentée dans des recherches plus récentes (années 80) sur l'image numérique. En dernier lieu sont proposés quelques exemples d'application dans le domaine lumineux, mettant en évidence les potentialités d'analyse de l'outil développé ; ils sont complétés par les perspectives qu'offrent les modalités de traitement utilisées, notamment dans le champ de la micro-climatologie urbaine.