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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2014COMP2142 |
| Date | 08 October 2014 |
| Creators | Vermeulen, Thibaut |
| Contributors | Compiègne, Beckers, Benoit, Villon, Pierre |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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