par TH1 Villien

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Définition

L'indicateur "densité urbaine lumineuse" - DUL - corrèle l’indicateur de densité urbaine (D) avec l’indicateur majeur de Facteur Lumière du Jour (FLJ).

Il permet de définir selon une densité donnée, un pourcentage de FLJ maximum à atteindre dans un local. Par exemple : il est évident qu’à Hong Kong, dans une situation ultra dense, obtenir un FLJ optimal à rez-de-chaussée semble plus difficile à obtenir qu’en milieu rural très peu dense.

Unité

Densité urbaine (rapport de la surface totale de planchers bâti sur la surface d'un secteur de terrain donné) corrélée avec le FLJ (pourcentage).

Méthode de calcul

Le calcul s'intéresse essentiellement à l'intérieur de l'architecture, dans les locaux. Les mesures de FLJ s'effectuent sur un plan de travail simulé à 70 cm du sol. Un calcul de Facteur de Lumière du Jour est lancé et calcule le pourcentage de FLJ sur ce plan de travail, calcul fait par De Luminae avec les outils prototypes de CLEA.

Données d’entrée

  • Une connaissance de la Densité urbaine du projet testé
  • Modèle 3D du projet, indications sur les caractéristiques optiques des matériaux

Seuil et/ou références

Les seuils de FLJ par densité étaient absents avant la constitution de cet indicateur. Nous avons mis au point une maquette numérique représentative de 8 situations urbaines afin de calibrer un FLJ minimum et surtout un FLJ maximum pour 3 densités : 0,3 / 1,2 / 2.

Nous pouvons ainsi désormais définir pour ces 3 densités un pourcentage "d'exploitation" du FLJ maximum atteignable.

Résultats

Le résultat est chiffré. Le développement de cet indicateur est à ce jour toujours en cours. Nous avons défini les échelles de seuils par densité et savons calculer les FLJ de projets testés à ces densités. Il reste à définir une représentation de cette corrélation. Nous pouvons toutefois déjà utiliser cet indicateur en comparant les résultats observés des FLJ dans les nouveaux locaux à tester avec les résultats obtenus sur notre plaque de tests :

Les images ci-dessous illustrent les résultats et la présentation de FLJ sur la maquette de tests développée par TH1 Villien et calculé par De Luminae avec le prototype CLEA.

Validation : Logique de l’indicateur

Besoin

Le tissu urbain est en évolution constante depuis plus de deux siècles, assurant le passage d’un mode vie majoritairement rural à urbain. L’émergence des gratte-ciel à la fin du 19ème siècle a notamment permis une densité plus importante au cœur des villes. La densité est ici convenue comme le rapport de la surface totale de planchers bâti sur la surface d'un secteur de terrain donné.

Les concepteurs sont ainsi aujourd'hui confrontés à un éventail de densité très élargi. Un éco-quartier en banlieue aura une densité proche de 0,20 tandis que à Hong Kong on approche d'une densité de 10.

La question de la lumière est intimement liée à celle de la densité. En effet, il est plus complexe, à une densité plus élevée, d'offrir aux locaux une même quantité d'éclairage naturel compte tenu des effets de masque plus importants.

Actuellement, ce lien entre densité et lumière naturelle n'existe de manière quantifiée dans aucun indicateur.

Certivea, dans son "guide de rédaction d'une étude d'éclairage naturel" propose un seuil de FLJ (Facteur Lumière de Jour) en ce qui concerne les bureaux. Pour obtenir l'exigence la plus élevée, les bureaux directement exposés sur une façade donnant sur l'extérieur doivent satisfaire à " un FLJ supérieur à 2% pour 80% de la surface de la zone de premier rang, dans 80% des locaux concernés" (p11 du guide).

La densité est absente de cette définition, à densité plus importante, les exigences restent donc les mêmes. Il est primordial pour les concepteurs de pouvoir obtenir une exigence prenant en compte la complexité de la densité dans laquelle ils s'insèrent. C'est ce à quoi s'attache l'indicateur « Densité Urbaine Lumineuse ».

Réponse au besoin

L'indicateur « Densité Urbaine Lumineuse » permet au concepteur d'apprécier si la quantité de luminosité de ses locaux est mauvaise/convenable/bonne, compte tenu de la densité dans laquelle s'insère le projet. Il permet ainsi d'aller au delà de la simple notion de seuil défini par Certivea pour apprécier de façon plus localisée son projet. Ses objectifs pourront ainsi être adaptés au contexte dans lequel il s'insère et obtenir une exigence en adéquation avec la réalité du contexte.

Une échelle de seuils de FLJ minimum et maximum est donnée pour 3 densités, permettant au concepteur de se situer au sein de celles-ci.

Ces 3 densités sont les suivantes :

La densité faible, D=0,3 : C'est la densité urbaine que l'on va trouver à la campagne ou en densification périurbaine, dans le pavillonnaire diffus.

La moyenne densité, D=1,2 : Cette densité se rencontre essentiellement dans la périphérie, les ZAC, les éco-quartiers d'extension urbaine ...

La densité forte, D=2 : Elle sera surtout rencontrée au centre de la ville, dans les tissus haussmannien, …

Disponibilité / rapidité

L'indicateur Densité Urbaine Lumineuse demande deux entrées pour pouvoir être calculé :

  • La connaissance de la densité dans laquelle s'insère le projet. Celle-ci est très généralement connue pour le concepteur, il lui appartient donc de l'inscrire avant les calculs liés à la lumière naturelle proprement dits.
  • Les seuils de FLJ de ses locaux. La méthode de calcul du FLJ est aujourd'hui bien répandue. Elle s'effectue sur un plan de travail à 70 cm du sol. Le prototype de calcul est validé par ailleurs par De Luminae.

L'information restant à obtenir de ce calcul est donc celle employée par Certivea : « connaître quel pourcentage de surface de la zone de premier rang des locaux possède un FLJ supérieur à 2% ».

Les échelles de seuils par densité ont été calculées, nous les détaillons dans le chapitre "détails". Ces échelles ont été définies sur base d'une typologie composée de 8 types urbains. Ces 8 types sont eux même déclinés selon les 3 densités préalablement citée (D=0,3 / 1,2 / 2,0).

L'indicateur est utilisable à tout moment du projet, et à tous types d'acteurs. De l'esquisse urbaine d'un quartier à un calcul approfondi en phase de Permis de Construire par l'architecte, la luminosité est toujours intimement liée à la densité dans laquelle s'inscrit le projet. Il faut faire des choix judicieux en amont du projet (les « masses ») pour pouvoir affiner les possibilités en aval (travail de précision).

Validation : Fiabilité

Pour cette validation, 2 aspects complémentaires sont nécessaires : La validation de la démarche globale sur la base de la typologie employée et donc des calculs de densité D et la validation de la technique de calcul de FLJ.

Validation de la démarche : Si la corrélation entre la densité urbaine et la quantité de lumière dans les locaux d’un bâtiment semble évidente, la recherche de seuils par densité est plus complexe.

La validation de la densité urbaine.

La mise en place de notre typologie est essentielle pour cadrer la problématique de la densité urbaine. Cette typologie a un caractère volontairement « rationnel » : elle ne procède pas par a priori idéologiques issus de théories urbaines qui ont cours dans le mouvement moderne ou dans la «nouvelle Chartes d’Athènes » ou une autre doctrine urbaine. Ainsi notre typologie urbaine fondée à partir d’une approche « rationnelle » amène à rapprocher des types urbains qui en général ne sont pas évalués ensemble.

8 types sont définis et ils sont déclinés en 3 densités. Cela offre un panel suffisamment large de situations représentatives du territoire pour valider la démarche globale.

Le calcul de la densité urbaine est aujourd’hui bien connu. Il est le rapport de la surface totale de planchers à l’aire de calcul. La surface de planchers est définie par l’Ordre des Architectes dans une note du 15 novembre 2012 intitulée « nouvelles notions de surface de plancher et d’emprise au sol et le recours obligatoire à l’architecte». L’aire est définie en fonction du projet : elle comprend l’intégralité de la parcelle étudiée ainsi que 50% des espaces publics limitrophes à la parcelle. L’appréciation de la quantité en surface d’espaces publics incorporée dans l’aire de référence de la densité est importante. En effet il ne s’agit pas de la densité à la parcelle mais bien de la densité « brute » c’est à dire celle prenant en compte une réalité urbaine public / privée.

La typologie mise en place avec 3 densités (0,3 / 1,2 / 3) a été établie sous ces conditions, par extrusion verticale d’une emprise au sol fixe, sur la base d’étages de 3,00 mètres (hauteur standard, adaptable tant à des programmations tertiaires qu’à de l’habitat).

Puis les calculs de FLJ ont été faits par un échantillonnage de locaux, situés au rez-de-chaussée, à mi-hauteur et au dernier niveau. Les résultats des tests sont dépouillés par types et par densités. La corrélation recherchée est corroborée par le fait que nos résultats sont tout à fait cohérents avec d’autres facteurs, tels que le seuil existant chez Certivea ou des tests de FLJ sur des projets existants.

En ce qui concerne les calculs de FLJ, De Luminae a développé depuis longtemps des outils de calcul de Facteur de Lumière du Jour. Dans le cadre de ce projet, ces outils ont été adaptés pour s'intégrer à l'ensemble des prototypes. Le calcul de FLJ effectué est fondé sur la plate forme de calcul Radiance dont les validations sont nombreuses et poussée. D'autre part, le projet test Hexadôme sur lequel les simulations de De Luminae ont été comparées aux mesures faites indépendamment (et bien avant CLEA) a montré que le prototype calculait de valeurs à moins de 5% d'écart des mesures.

Ambiances lumineuses en lumière de jour