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Développement d’une méthode de radiosité pour l’étude du rayonnement solaire en milieu urbain

Authors
  • Bugeat, Antoine
Publication Date
Dec 08, 2020
Source
HAL-INRIA
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Dans cette thèse, nous proposons une méthode de simulation performante du rayonnement solaire basée sur la méthode de radiosité. L’objectif est d’évaluer avec précision l’éclairage naturel et les apports solaires dans des milieux urbains denses pour guider la conception architecturale. Dans ce type d’environnement, les échanges par réflexion entre les différentes surfaces jouent un rôle prépondérant sur la distribution du rayonnement. La méthode de radiosité est particulièrement adaptée dans ce contexte car elle prend directement en compte la totalité des inter-réflexions et le rayonnement sur l’ensemble de la scène. Cependant, elle n’est valable que pour des échanges diffus. Dans cette thèse, nous avons développé le concept de facteurs de vue étendus pour pouvoir considérer les réflexions spéculaires et les transmissions directes. Cet apport permet d’utiliser des modèles avec des niveaux de détail de matériaux plus élevés comprenant des vitrages, des miroirs ou tout autre élément avec des modèles de réflexions et de transmission autres que parfaitement diffus. Un des problèmes les plus courants dans les milieux urbains denses est le manque de lumière naturelle. Le puits de jour est un concept architectural répandu dont le but est de permettre à la lumière de parvenir jusqu’au cœur des bâtiments d’habitation. Les améliorations des performances en éclairage naturel obtenues grâce à des interventions légères sont étudiées, notamment l’utilisation de matériaux avec une réflectance diffuse élevée et la mise en place de miroir. Les résultats montrent des bénéfices conséquents sur les quantités de lumière perçues avec l’emploi de ce type de matériaux. Des conditions d’éclairement satisfaisantes tout au long de l’année sont obtenues grâce à la redirection des rayons du soleil même pour des climats nuageux, comme à Bilbao, et à des hautes latitudes, comme à Stockholm. Dans les environnements urbains, les bâtiments interagissent entre eux en bloquant et en réfléchissant le rayonnement solaire, affectant ainsi leur comportement thermique. L’effet des propriétés des surfaces et la mise en place de dispositif d’ombrage sur la quantité et la distribution des apports solaires est étudié dans le centre-ville de Cordoue. Les résultats soulignent à la fois l’importance de la partie réfléchie du rayonnement solaire et la sensibilité de sa distribution vis-à-vis des propriétés des matériaux.Grâce au concept des facteurs de vue étendus et à l’utilisation d’algorithmes de lancer de rayons performants pour leur calcul, les principales barrières qui bloquaient l’utilisation de la méthode de radiosité dans le contexte de l’architecture sont levées. La précision et les avantages qu’offre la méthode développée pour l’étude du rayonnement solaire sont développés tout au long du document.

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