Simulation inverse de l’ensoleillement et de la visibilité

Simulation inverse de l’ensoleillement

A la différence des méthodes et instruments de simulation directe, les outils de simulation inverse (de l’ensoleillement ou de la visibilité entre autres exemples) permettent de garantir une ou plusieurs solutions aux contraintes physiques des architectes pour lesquelles une démarche classique (directe) aurait du mal à aboutir. Mais les architectes et les chercheurs n’ont pas attendu l’essor de la modélisation dite déclarative (ou inverse) dans les années 1990 pour inventer des dispositifs architecturaux ou des dispositions urbaines capables de répondre à des exigences particulières des maîtres d’ouvrages, des collectivités, des usagers ou même des maîtres d’œuvres eux-mêmes.

Ils ont à leur manière détourné l’utilisation de certains outils de simulation directe pour parvenir à répondre à des questions de l’ordre de l’optimisation de dimensionnements (de protections solaires principalement) ou de la recherche de durées annuelles d’ensoleillement en un point permettant d’ajuster un dispositif par rapport à des périodes de surchauffes solaires potentielles par exemple. Nous abordons dans ce chapitre un état de l’art des méthodes ou instruments permettant la simulation inverse de l’ensoleillement en 2D, dans un premier temps, puis son évolution en 3D depuis ce que M. Twarowski appelait « courbes de niveau solaires » [Twarowski 1962] et qui correspondent à l’empreinte de volumes de contraintes solaires appelés « pyramides complexes d’ensoleillement » par D. Siret [Siret 1997].

Avant tout, analysons les deux schémas suivants (Figure 1-4 et Figure 1-5). Ils illustrent ce que sont la simulation directe et inverse 3D. Une analyse experte pour la première ; une méthode de résolution de contraintes pour la deuxième. B = ? t Figure 1-4 : Simulation directe de l’ensoleillement. Quelles sont les zones ensoleillées à l’instant t ? Donc, la surface B est-elle ou non au soleil ? B t ? Figure 1-5 : Simulation inverse de l’ensoleillement. Comment dimensionner l’ouverture pour ensoleiller la surface B à l’instant t ? Etat de l’art de la simulation inverse de l’ensoleillement et de la visibilité 39 Sur ces schémas il est question uniquement d’instants et non de périodes d’ensoleillement.

Nous verrons plus loin que l’intérêt de la simulation inverse est réel lorsqu’elle s’attache à simuler des contraintes temporelles (journée, mois, saisons, etc.) afin de mieux coller aux exigences des usagers, concepteurs, ou commanditaires de projets architecturaux. Nous pourrions presque parler de simulation 4D dans ce cas précis (intégration d’un phénomène physique dans le temps).

Cependant, il est parfois très utile à l’architecte de simuler de manière inverse l’ensoleillement souhaité en un point ou une surface, même sur une coupe en 2D et pour un instant donné, juste « pour se donner une idée ». L’intérêt de la simulation inverse 2D n’est donc pas négligeable. Bien au contraire, puisqu’elle est facilement abordable et parfois pratiquée sans être répertoriée comme telle. C’est précisément un état de l’art des méthodes et outils de simulation inverse 2D de l’ensoleillement que nous proposons dans la section suivante. 

Simulation inverse 2D de l’ensoleillement

La littérature française et internationale semble peu traiter du détournement des fonctionnalités d’outils de simulation directe 2D de l’ensoleillement. Nous n’avons pas trouvé d’ouvrage relatant l’observation de telles pratiques dans les agences d’architecture ou d’urbanisme, ou même dans les écoles d’architecture. Pourtant ces pratiques existent. Nous en avons retrouvé la trace dans des cours d’enseignants en architecture et dans des publications de travaux de quelques laboratoires de recherche internationaux.

Par simulation inverse 2D de l’ensoleillement nous entendons, toute méthode ou outil de simulation de l’ensoleillement utilisés en plan, coupe ou élévation, et proposant de répondre à un questionnement solaire du type : « comment dimensionner telle ouverture ou telle protection solaire pour qu’elle soit efficace et optimale à telle date ou durant telle période de l’année ? » Il s’agit souvent d’outils matériels simples (diagrammes papier, abaques…), de petits programmes informatiques donnant des indications sommaires pour chaque date étudiée (azimut et hauteur du soleil – permettant de dimensionner la profondeur d’un brise-soleil par exemple), ou encore des programmes plus sophistiqués capable d’optimiser généralement une protection solaire en coupe puis en plan mais jamais en 3D.