Advanced building’s skin design towards the optimization of the energy consumption in hot and arid regions

Abstract

L’enveloppe du bâtiment joue un rôle important dans l'efficacité énergétique du bâtiment, en particulier dans les économies et la consommation d'énergie. Les concepteurs doivent prendre en compte de nombreux problèmes lors de la conception de l’enveloppe du bâtiment, pour éviter de gaspiller de grandes quantités d'énergie et pour maintenir le confort à l’intérieur, en particulier dans les régions chaudes et arides où l'intégration de systèmes de protection solaire est fortement recommandée. Cette thèse aborde le problème de la conception de l’enveloppe de bâtiments économes en énergie dans le contexte de climats chauds comme celui de la ville de Biskra. La recherche tente de définir et d'appliquer une méthodologie de conception biomimétique-computationnelle pour étudier et analyser les organismes naturels en termes de leur comportement en matière de thermorégulation. En outre, la recherche présente une taxonomie biomimétique explorée et analysée afin de servir de mini-banque de données pour les architectes ou les concepteurs intéressés par cette approche de conception afin résoudre les problèmes de thermorégulation. Les éléments d'ombrage bio-cinétique sont développés pour une application ultérieure dans une enveloppe de bâtiment en explorant et en extrayant les mécanismes de thermorégulation trouvés dans la nature. Cette recherche est insérée dans la typologie de la technique générative des structures déployables, où nous avons combiné le biomimétisme avec l’origami basé sur une méthodologie paramétrique pour concevoir un dispositif d'ombrage adaptatif interagissant avec la lumière du soleil. L'enveloppe du bâtiment est conçue de manière paramétrique à l'aide du langage de programmation visuelle Grasshopper pour Rhino 3D Modeller. Afin d'évaluer la performance de la proposition en termes d'efficacité énergétique et de confort thermique tout au long des design days sélectionnés, on l’applique à la façade d’un bureau à Biskra qui sert à un cas de référence. Les résultats d'expérimentation sont prometteurs et montrent l'avantage de la proposition. L'objectif principal visé dans cette thèse est atteint avec succès. Les résultats montrent que les inspirations biomimétiques représentées dans la morphologie cinétique de l'origami rigide sont importantes pour réduire la température et la consommation d'énergie. La méthodologie utilisée peut générer des concepts de design avec un défi initial défini par le concepteur. De plus, cette étude ouvre de nouvelles perspectives pour de nouvelles solutions possibles pour l’enveloppe du bâtiment afin de développer une base fonctionnelle en architecture : biomimétique, cinétique, orientée par le climat et soucieuse de l'environnement