| Titre : | Les caractéristiques morphologiques du milieu urbain en relation avec le microclimat et le confort thermique des usagers en espaces extérieurs en référence au régions arides et semi arides. |
| Auteurs : | ABDELHAKIM GRIRA, Auteur ; Said Mazouz, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2017 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Morphologie urbaine,ilot urbain,microclimat urbain,confort thermique extérieur,simulations numériques. |
| Résumé : |
RESUME :
Nos villes sont caractérisées par des microclimats spécifiques, dû à l’influence de certains paramètres du milieu urbain (les caractéristiques structurelles et morphologiques) qui modifient les paramètres climatiques (le vent, la température ambiante et radiante ainsi que l’humidité de l’air), affectant ainsi le confort thermique de l’espace extérieur. Ainsi, les données climatiques sont présentées de manières très différentes dans le tissu urbain, selon les différentes formes d'utilisation et l'occupation des terres, ou plutôt, selon les attributs de la morphologie urbaine. Ces attributs correspondent à la fois à la forme urbaine dans son ensemble, que les arrangements morphologiques, outre les caractéristiques thermodynamiques des matériaux constitutifs de ces morphologies. Pour répondre à l’objectif central de notre recherche qui est la quantification de l’impact de la forme urbaine sur les paramètres du microclimat urbain affectant le confort du milieu extérieur, nous avons traité l'utilisation des données de rayonnement solaire et de l’écoulement du vent dans l'amélioration et la régulation climatique du tissu urbain dans un contexte de climat chaud et sec. Dans cette recherche des simulations numériques, à l’aide du logiciel SOLENE et CFD, pour prédire le rayonnement solaire incident et l’écoulement du vent sur trois typologies représentatives de l’ilot urbain situées dans la zone d’extension nord de la ville de Biskra. Les résultats de cette étude ont été corrélés avec ceux de l’étude des indicateurs morphologiques menée en parallèle pour vérifier la dépendance ou l’indépendance du mode de l’agencement des bâtiments dans l’ilot urbain sur l’ensoleillement, ainsi que sur l’écoulement du vent et l’amélioration de la ventilation urbaine. Les conclusions de cette recherche ont abouti à l’élaboration de quelques recommandations qui devrait contribuer à concevoir des lignes directrices et des critères, et aider à établir un vocabulaire de conception architecturale et urbaine. ABSTRACT : Our cities are characterized by specific microclimates due to the influence of certain parameters of the urban environment (structural and morphological characteristics) that change climate parameters (wind, ambient and radiant and the humidity), affecting the thermal comfort of the outdoor space. Thus, climate data are presented in very different ways in the urban fabric, according to different forms of use and occupation of land, or rather, according to the attributes of the urban morphology. These attributes correspond to both the urban form as a whole, that morphological arrangements, besides the thermodynamic characteristics of the materials of these morphologies. To meet the central objective of our research is to quantify the impact of urban form on the parameters of urban microclimate affecting the comfort of the external environment; we processed the use of solar radiation data and the wind flow in improving and climate regulation of the urban fabric in a hot, dry climate context. In this study, numerical simulations, using the SOLENE and CFD software’s to predict the incident solar radiation and wind flow on three representative typologies of urban island located in the northern extension area of the city Biskra. The results of this study were correlated with those of the study of morphological indicators conducted in parallel to check the dependence or independence of the mode of arrangement of buildings in the urban island of sunshine, as well as on 'wind flow and improving urban ventilation. The findings of this research led to the development of some recommendations which should help to develop guidelines and standards, and help build an architectural and urban design vocabulary. |
| Sommaire : |
DEDICACE II
REMERCIEMENTS III RESUME IV SOMMAIRE VII LISTE DES FIGURES XIX LISTE DES TABLEAUX XIV I. INTRODUCTION 1 II. LE CONTEXTE D’ETUDE 1 III. PROBLEMATIQUE 3 IV. OBJECTIFS DE LA RECHERCHE 3 V. QUESTIONS DE RECHERCHE 4 VI. HYPOTHESE 5 VII. L'ANALYSE CONCEPTUELLE 5 VIII. METHODOLOGIE 6 IX. LA STRUCTURE DE LA MEMOIRE 6 CHAPITRE 1 : LE CONFORT THERMIQUE 1.1 INTRODUCTION 9 1.2 DEFINITIONS 9 1.3 LES PARAMETRES DU CONFORT THERMIQUE 10 1.3.1 RELATIFS A L'ENVIRONNEMENT 11 1.3.1.1 Température de l’air 12 1.3.1.2 Température moyenne radiante 12 1.3.1.2.1 Détermination de TMR par des mesures avec un thermomètre à globe 13 1.3.1.2.2 Détermination de TMR par des mesures de rayonnement intégrales 14 1.3.1.3 Humidité de l’air 15 1.3.1.4 Vitesse de l’air 16 1.3.2 RELATIFS A L'INDIVIDU 17 1.3.2.1 Mécanismes de thermorégulation 17 1.3.2.1.1 Le métabolisme et les échanges thermiques 18 1.3.2.2 Les vêtements 20 1.4 EVALUATION ET ANALYSE DU CONFORT THERMIQUE 21 1.4.1 LES INDICES DU CONFORT THERMIQUE EXTERIEUR 21 1.4.1.1 La température perçue PT 22 1.4.1.2 La température physiologique équivalente PET 23 1.4.1.3 Indice thermique universel du climat UTCI 24 1.4.1.4 L’indice de température standard effective en espaces extérieurs (OUT_SET*) 25 1.5 NOTION D'ADAPTATION 26 1.5.1.1 Adaptation physique 26 1.5.1.2 Adaptation physiologique 26 1.5.1.2 Adaptation psychologique 27 1.5 CONCLUSION 27 CHAPITRE 2 : LA MORPHOLOGIE URBAINE 2.1 INTRODUCTION 29 2.2 DEFINITIONS 29 2.3 ANALYSE DE LA MORPHOLOGIE URBAINE 30 2.3.1 STRUCTURE URBAINE 30 2.3.1.1 LES VOIES 32 2.3.1.2 LE MAILLAGE 33 2.3.1.3 TYPES ET CARACTÉRISTIQUES DES RUES 34 2.3.1.3.1 Caractéristiques des rues 34 2.3.1.3.1.1 Le profil en travers 34 2.3.1.3.1.2 La largeur 34 2.3.1.3.1.3 L’alignement 35 2.3.1.3.1.4 Le prospect 35 SOMMAIRE VIII 2.3.1.3.1.5 Le rapport chaussée – trottoir 35 2.3.1.3.1.6 Le profil en long et l’élévation 35 2.3.1.3.1.7 La végétation 36 2.3.1.3.2 Types de rues 36 2.3.1.3.2.1 Les rues principales ou artérielles 36 2.3.1.3.2.2 Les rues ordinaires ou de desserte 36 2.3.1.3.2.3 Les ruelles et les impasses ou voies de distribution 36 2.3.1.4 LES QUARTIERS 37 2.3.1.5 ILOTS ET LOTISSEMENT 37 2.3.1.5.1 Enveloppe de l'îlot 37 2.3.1.5.2 Structure de l’ilot 38 2.3.1.5.3 La géométrie 38 2.3.1.5.4 La taille et usage 39 2.3.1.5.5 Le degré d’ouverture 39 2.3.1.6 LES NOEUDS ET ESPACES LIBRES 39 2.3.1.6.1 Les places 39 2.3.1.6.3 Les cours 42 2.3.2 LES INDICATEURS MORPHOLOGIQUES 42 2.3.2.1 INDICATEURS THERMO-RADIATIFS 42 2.3.2.1.1 Le facteur de vue de ciel 42 2.3.2.1.2 La durée d’ensoleillement 45 2.3.2.1.3 Le rapport H/W 45 2.3.2.1.4 La densité du bâtie 48 2.3.2.1.5 L'albédo des surfaces 49 2.3.2.2 LES INDICATEURS AERAULIQUES 51 2.3.2.2.1 La densité du tissu urbain 51 2.3.2.2.2 La porosité du tissu urbain 51 2.3.2.2.3 Nature de l'agencement 52 2.4 IMPACTS DE LA MORPHOLOGIE SUR LE CONFORT 53 2.5 CONCLUSION 59 CHAPITRE 3 : CLIMAT ET MICROCLIMAT URBAIN 3.1 INTRODUCTION 61 3.2 DEFINITIONS 61 3.3 LES ZONES CLIMATIQUES 62 3.4 CLASSIFICATION DU CLIMAT 62 3.5 ECHELLES DU CLIMAT 63 3.5.1 Le macroclimat 63 3.5.2 Le méso climat 64 3.5.3 Le microclimat 64 3.6 FACTEURS ET ELEMENTS DU CLIMAT 64 3.6.1 LES FACTEURS CLIMATIQUE 65 3.6.1.1 Les facteurs cosmiques 65 3.6.1.2 Les facteurs géographiques 65 3.6.2 LES ELEMENTS DU CLIMAT 65 3.6.2.1 Le rayonnement solaire 66 3.6.2.2 La température de l’air 67 3.6.2.3 Le vent 67 3.6.2.4 La pression atmosphérique 67 3.6.2.5 Relation entre le rayonnement solaire et la température 68 3.7 CARACTERISTIQUES CLIMATIQUES DES ZONE ARIDES ET SEMI ARIDES 69 3.7.1 L'ARIDITE 69 3.7.1.1 L'indice d'aridité 69 3.7.1.1.1 La formule de Koppen 70 3.7.1.1.2 La formule de De Martonne 70 3.7.1.1.3 La formule de Gaussen 70 3.8 LES MICROCLIMATS URBAINS 71 3.8.1 INTRODUCTION 71 3.8.2 LES ECHELLES DES MANIFESTATIONS MICROCLIMATIQUES 72 3.8.2.1 LES COUCHES ATMOSPHERIQUES 72 SOMMAIRE IX 3.8.2.1.1 La couche limite urbaine 72 3.9 IMPACT DE LA MORPHOLOGIE SUR LE MICROCLIMAT 73 3.9.1 Bilan énergétique d’une surface urbaine 73 3.9.1.1 Le rayonnement net Q* 73 3.9.1.1.1 Le flux solaire global incident KS 74 3.9.1.1.2 L’albédo moyenne (α) 74 3.9.1.1.3 Le flux infrarouge atmosphérique L↓ 75 3.9.1.1.4 Le flux radiatif ascendant L ↑ 75 3.9.1.2 Energie anthropique QE 75 3.9.1.3 Le flux de chaleur sensible QH 76 3.9.1.4 Le flux de chaleur latente QE 76 3.10 LES EFFET DE LA VEGETATION EN MILIEU URBAIN 78 3.10.1 La végétation dans la composition urbaine 78 3.10.2 Effet microclimatique de la végétation en milieu urbain 78 3.11 LES EFFETS AERAULIQUES EN MILIEU URBAIN 81 3.11.1 Les données de vent 81 3.11.2 Les échelles d’étude 82 3.11.3 Les effets du vent 83 3.11.3.1 Les effets mécaniques du vent 83 3.11.3.2 Les effets thermiques du vent 84 3.11.3.3 Les types d’écoulement du vent 85 3.11.3.4 L’écoulement autour de bâtiment 86 3.11.3.5 L’écoulement dans une rue 88 3.11.4 LA VENTILATION DES ZONES URBAINES 89 3.11.5 Méthodes d’analyse de l’écoulement du vent dans un milieu urbain. 94 3.11.4.1 Les mesures in-situ 94 3.11.4.2 Les tests en soufflerie 94 3.11.4.3 Les outils de simulation en dynamique des fluides (CFD) 94 3.12 LA POLLUTION URBAINE 95 3.12.1 DEFINITION 95 3.12.2 Principaux polluants et leurs effets 96 3.12.3 La dispersion des polluants 97 3.12.4 Indice de qualité de l’air 98 3.12.5 Impacts de la pollution 99 3.13 LE PHÉNOMÈNE D'ÎLOT DE CHALEUR URBAIN 99 3.13.1 DÉFINITION 99 3.13.2 LES FACTEURS CAUSES 101 3.13.1.1 FACTEURS D’ORIGINE NATURELLE 103 3.13.1.1.1 La climatologie 103 3.13.1.1.2 La météorologie 103 3.13.1.1.3 La topographie 104 3.13.1.2 FACTEURS D’ORIGINE ANTHROPIQUE 104 3.13.1.2.1 Urbanisation 105 3.13.1.2.2 Albédo des matériaux et urbain 105 3.13.1.2.3 Chauffage et climatisation 105 3.13.3 IMPACTS DE L'ICU 106 3.13.3.1 Impact sur la consommation énergétique des bâtiments 106 3.13.4 EVALUATION DU PHENOMENE D’ILOT DE CHALEUR URBAIN 107 3.13.5 LES STRATEGIES D'ADAPTATIONS 109 3.13.5.1 La forme urbaine 110 3.13.5.2 Le couvert naturel 112 3.13.5.3 L’Architecture 114 3.13.5.4 Matériaux de revêtement 114 3.13.6 CONCLUSION 115 CHAPITRE 4 : LES MODELS D’ANALYSE 4.1 INTRODUCTION 117 4.2 Simulations aérauliques 117 4.2.1 Les codes CFD (Computational Fluid Dynamics) 117 4.3 Simulations radiatifs 118 SOMMAIRE X 4.4 CHOIX DES LOGICIELS DES SIMULATIONS 120 4.4.1 PRESENTATION DU LOGICIEL PHOENICS 120 4.4.1.1 Les principaux modules, pour l'entrée, traitement de données et la sortie 120 4.4.1.2 La structure de PHOENICS 121 4.4.1.3 Les fichiers inter-communication 122 4.4.1.4 Définition du problème dans PHOENICS 122 4.4.1.5 Comment PHOENICS rend les prédictions 122 4.4.1.6 Caractéristiques classiques de PHOENICS 123 4.4.1.6.1 Physique 123 4.4.1.6.2 Mathématiques 124 4.4.1.8 Mise en marche 125 4.4.2 MODELE THERMO-RADIATIF DE SIMULATION SOLENE 126 4.4.2.1 LES FONCTIONS DE SOLENE 126 4.4.2.1.1 Le projet 126 4.4.1.1.2 Les géométries 127 4.4.1.1.3 Les types de ciel 127 4.4.1.1.4 Les descripteurs 127 4.4.1.1.5 Les matériaux 128 4.4.2.2 LES APPLICATIONS DE SOLENE 128 4.4.2.2.1 LA SIMULATION SOLAIRE 129 4.4.2.2.1.1 Simulation des flux solaires direct et diffus incidents 129 4.4.2.2.1.2 Simulation des inter-réflexions solaires et du bilan radiatif 130 4.4.2.2.1.3 Calcul des facteurs de forme 131 4.4.2.2.1.4 Simulation énergétique ou thermo radiative 131 4.4.2.3 Les entrées de la simulation 131 4.5 CONCLUSION 131 CHAPITRE 5 : PRESENTATION DU CAS D’ETUDE 5.1 PRESENTATION DE LA VILLE DE BISKRA 134 5.1.1 SITUATION ET DONNEES CLIMATIQUES 134 5.1.1.1 Classification climatique 135 5.1.1.2 Données météorologiques 136 5.1.1.2.1 Température de l’air 136 5.1.1.2.2 Ensoleillement 137 5.1.1.2.3 Type de ciel 138 5.1.1.2.4 Humidité relative 140 5.1.1.2.5 Les vents 140 5.1.1.2.6 Pluviométrie 143 5.1.1.3 Synthèse 144 5.2 LE CADRE D'ETUDE 145 5.2.1 Présentation du pos extension nord 146 5.2.1.1 Situation 146 5.2.2 Critères de choix 147 5.2.3 Corpus d'étude 147 5.2.4 Analyse typo-morphologique 148 5.2.4.1 Le maillage 148 5.2.4.2 Classification 150 5.2.4.3 Typologie des ilots 153 5.2.4.4 Choix des typologies représentatives 154 5.2.4.5 Analyse typo-morphologique des ilots représentatifs 156 5.2.5 Corpus théorique 158 5.2.5.1 Formulation du corpus théorique 159 5.2.6 CHOIX DES INDICATEURS MORPHOLOGIQUE 163 5.2.6.1 Le facteur de vue de ciel 163 5.2.6.2 Le rapport H/W 165 5.2.6.3 La densité 165 5.2.6.4 La porosité du tissu urbain 166 5.3 CONCLUSION 168 CHAPITRE 6 : MODELISATION NUMERIQUE 6.1 INTRODUCTION 171 SOMMAIRE XI 6.2 SIMULATION DE L’ECOULEMENT DU VENT 171 6.2.1 Les conditions de la simulation 171 6.2.1.1 6.2.1.1 La période des simulations 171 6.2.1.2 Vitesse et direction du vent 171 6.2.1.3 Création du domaine 172 6.2.1.4 Le modèle de turbulences 172 6.2.1.5 Modélisation de la géométrie 173 6.2.2 Analyse des résultats de l'écoulement du vent pour les trois typologies 173 6.2.3 ANALYSE DES EFFETS 179 6.2.3.1 Effets de « Ouverture /Fermeture » de l’ilot 179 6.2.3.2 Effets du rapport d’aspect (H/W) 193 6.2.3.3 Effets de l’orientation des bâtiments 195 6.2.4 Synthèse de l’analyse de l’écoulement du vent 197 6.3 SIMULATION DE L’ENSOLEILLEMENT 198 6.3.1 Définition des paramètres d’entrée 198 6.3.1.1 Les paramètres d’environnement 198 6.3.1.2 Période des simulations 198 6.3.1.2 Le type de ciel 198 6.3.1.3 La géométrie 199 6.3.1.4 Affectation des matériaux 199 6.3.2 Calcul du facteur de ciel vu 201 6.3.3 Calcul de la durée d’ensoleillement 203 6.3.4 Calcul de l’énergie solaire globale 204 6.3.5 ANALYSE DES EFFETS 206 6.3.5.1 Effets de « Ouverture /Fermeture » de l’ilot 206 6.3.5.2 Effets du rapport d’aspect (H/W) 216 6.3.5.3 Effets de l’orientation des bâtiments 217 6.3.6 6.3.6 Synthèse de l’analyse de l’ensoleillement 218 CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES 219 Bibliographie 226 Annexes 235 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0788 | Mémoire de magistere | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin |
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