par De Luminae

Cet indicateur mesure le nombre d'heures par période de temps (par saison, par an, par jour, etc.) pendant lequel le rayonnement direct du soleil est filtré par les arbres dans les rues et donc produit de l’ombre dans certaines zones. Il est complété par les ombres des autres éléments urbains.

Il permet d’apprécier le confort et l’agrément des parcours piétons dans les circulations.

Heures par période.

Le calcul s’intéresse principalement aux trottoirs et autres voies piétonnes. Sur ces voies, un maillage de points est construit. Le modèle est séparé en plusieurs modèles contenant chacun un élément potentiellement «producteur d’ombres » dont les arbres et les bâtiments au minimum. Un calcul RD est ensuite lancé sur les modèles ainsi segmentés pour déterminer les nombres d’heures d’ombres dues aux arbres, dues aux bâtiments, dues à la fois aux arbres et aux bâtiments.

- Modèle 3D de l’environnement bâti micro-urbain,
- Modèle 3D des arbres,
- Données météo heure par heure (au minimum) du site.

Les références pour cet indicateur montrent les cas extrêmes d’ombrage ou de non-ombrage par les arbres. Ainsi, 0 signifie dans cet indicateur que le point étudié n’est jamais à l’ombre d’un arbre pour toute la période considéré. A l’opposé, 100% pour un point signifie que le point considéré est toujours à l’ombre des arbres en journée.

Nous présentons cet indicateur sur l’ensemble des voies piétonnes sur le site, ce qui permet de montrer sur une seule image en fausses couleurs l’ensemble des ombres sur tout le quartier et leur quantification avec les couleurs sur une saison.

Cette approche globale est indispensable en urbanisme où les raisonnements sont souvent de nature organisationnelle pour le placement des éléments en suivant une vue d’ensemble.

Il est principalement conçu pour apprécier l’agrément et le confort des piétons à l’extérieur. Il peut être utilisé sur l’ensemble des circulations, dans les images ci-dessous nous avons privilégié les trottoirs et voies piétonnes.

Il est important de noter que les heures de ciel couvert sont prises en compte sur toute la période et non pas seulement des ombres de type héliodon.

Les images ci-dessous illustrent les résultats et leurs présentations en heures moyennes par jour sur un des projets tests (cf. projets test Villien, site de Osny).

Projet modélisé par Villien en 3D	Palette de couleurs des images Le calcul est fait heure par heure suivant la base de données et prenant en compte les heures de ciel clair et de ciel couvert. Le résultat est présenté en heures moyennes par jour, c’est-à-dire la journée moyenne pour la période.
Hiver - Ombres produites par les seuls arbres	Eté - Ombres produites par les seuls arbres
Hiver -Ombres produites par arbres et bâtiments	Eté -Ombres produites par arbres et bâtiments

Ombres produite sur les voies piétonnes, site Osny1 Villien, calculs De Luminae

Besoin

En urbanisme, pour le placement des différents éléments architecturaux et urbains, le rayonnement direct du soleil est un facteur de décision important (parmi d’autres naturellement). Certains zones des espaces micro-urbains ne doivent pas être « trop » au soleil, donc l’ombre est souhaitée, d’autres seraient plus favorablement placés avec un accès plus important au rayonnement direct du soleil dans toute les saisons etc. pour des raisons multiples.

Les répartitions des ombres et l’absence des ombres dans la saison de chauffe, ainsi que dans la saison chaude, est importante entre autres pour énergétiques (pour accumuler la chaleur ou bien se protéger dans le tissu micro-urbain). D’autre part, spécialement les arbres et leurs ombres délicatement filtrée et animée jouent un rôle important dans le confort et l’agrément des piétons dans les espaces extérieurs dans les parties de passage et les lieux de rencontre et d’arrêt.

Donc, la gestion des ombres dans les espaces micro-urbains est importante.

L’urbaniste ne dispose que très difficilement de telles informations. En effet, les héliodons peuvent montrer si à telle ou telle heure de la journée un lieu est au soleil ou à l’ombre, mais ils ne peuvent en tirer une statistique imagée pour une période temporelle.

Réponse au besoin

L’indicateur Ombres des végétaux et autres ombres donne en une image l’emplacement et la quantification des ombres pour toute la saison et pour l’ensemble du site.

Il s’agit d’une information très condensée mais facilement lisible.

Il contribue donc directement à répondre au besoin d’informations quant aux ombres. La segmentation entre ombres des arbres et autres ombres permet à l’urbaniste d’appréhender directement les ombres dues à chaque élément bâti ou naturel.

Disponibilité / rapidité

Cet indicateur nécessite que les voiries, ainsi que les espaces piétons soient représentés ainsi que les volumes bâtis et les arbres pour le calcul. Toutefois, le dessin peut être largement simplifié, en particulier pour les modèles des arbres.

Pour le résultat, nous privilégions une visualisation en plan en excluant les surfaces bâties et plantées. Mais il s’agit toujours d’un modèle en 3D.

Cet indicateur est rapide à calculer (5 minutes pour chaque cas ci-dessus par exemple), il peut donc être utilisé pour la conception en phase amont.

Le protocole de calcul de « Ombres des végétaux et autres ombres » repose sur la méthode de calcul « rayons directs » (calcul RD), une base de données climatiques et un traitement particulier du modèle 3D permettant une séparation des différents éléments (arbres, bâtiments, voies piétonnes, etc.). Cette segmentation est naturellement laissée à l’utilisateur, à sa volonté de séparer les natures d’ombres qu’il veut étudier. Dans notre prototype, cette séparation est très simple.

• Suite à cela, le système applique une méthode RD orientée ombres. La méthode de calcul RD est validée (cf. précédemment).
• Les bases de données climatiques sont considérées comme valides. Pour Osny, nous avons utilisé les fichiers EPW (EnergyPlus).
• Traitement particulier de la segmentation du modèle :

La segmentation des modèles nous a permis de faire des analyses différenciées pour les différents éléments producteurs d’ombres. Il s’agit ensuite simplement de traiter par union et intersection les différents fichiers de résultats.

Ainsi, pour une heure et un point donnés, si le fichier de résultat de l’ombre des arbres indique qu’il y a ombrage et que pour la même heure et le même point le résultat de l’ombre des bâtiments indique qu’il y a non-ombrage, alors le point est à l’ombre seulement des arbres pour cette heure, etc.

Cette méthode de calcul est élémentaire et permet de détecter tous les types d’ombres simples (due à un seul élément) ou combinée (due à au moins 2 éléments).

La méthode globale est donc un calcul par la méthode RD qui est valide et un calcul élémentaire d’union ou d’intersection, la méthode de calcul globale est donc valide.

Les tests de validation de l’indicateur Prospect solaire (cf. partie de AIR) valide l’implémentation informatique de l’indicateur Ombre des végétaux et autres ombres, car il s’agit d’une visualisation des ombres à un instant donné. Nous sommes ainsi sûrs que les ombres sont correctement calculées. D’autre part, les tests de SunExposition ont montré que les techniques implantées pour traiter une période temporelle sont valides. La conjonction de ces différents tests permet de valider l’implémentation par test de notre indicateur.

Suite à la validation de la logique de l’indicateur et de sa fiabilité, cet indicateur est validé.