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AVERTISSEMENT Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale. Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm UNIVERSITÉ DE LORRAINE ÉCOLE DOCTORALE : IAEM Lorraine Laboratoire MAP-CRAI (UMR n°3495/ CNRS : Modèles et simulations pour l’Architecture, l’urbanisme et le Paysage) École Nationale Supérieure d’Architecture de Nancy. THÈSE Présentée et soutenue publiquement le 11/ 12/ 2012 pour l’obtention du grade de Docteur de l’UNIVERSITÉ DE LORRAINE (Spécialité : Sciences de l’architecture) par Charline WEISSENSTEIN Éco-profil : un outil d’assistance à l’éco-conception architecturale Directeur de thèse : M. Jean-Claude BIGNON Professeur, Architecte, HDR ENSA-Nancy Com position du jury : Président du jury : Mme Sigrid REITER Professeur, ingénieur civil architecte Université de Liège Rapporteurs : Mme Nadia HOYET Professeur HDR, Architecte ENSA-Versailles Mme Marjorie MUSY Ingénieur, HDR ENSA-Nantes Examinateurs : Mme Caroline LECOURTOIS Maître assistante, Architecte ENSA-Paris La Villettes Mr Denis GRISON PRAG, Ingénieur Université de Lorraine 2 « À moins que quelqu’un comme toi ne se sente vraiment concerné, jamais rien ne changera. Jamais ». Dr Seuss Éco-proﬁl : un outil d’assistance à l’éco-conception architecturale 3 Remerciements Cette thèse, d’une durée de trois ans, est l’aboutissement d’un travail en collaboration entre le laboratoire du MAP-CRAI (Centre de Recherche en Architecture et en Ingénierie) et l’Université de Lorraine. Un ﬁnancement alloué par le ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, sous la forme d’un contrat doctoral a contribué à la bonne conduite de cet exercice. J’exprime mes profonds remerciements à mon directeur de thèse, le professeur Jean-Claude Bignon pour son aide et ses conseils avisés, qui m’ont permis de mener à bout ce travail. Je remercie les directeurs successifs Jean-Pierre Perrin et Gilles Halin pour leur accueil chaleureux au sein du laboratoire MAP-CRAI. J’adresse également mes remerciements à Pascal Humbert, ingénieur de recherche au MAP- CRAI, pour son aide précieuse lors du développement du prototype outil, permettant l’instrumentation de la méthode proposée. Un grand merci à l’ensemble des professionnels, architectes1 ayant participé à la démarche de recherche (entretiens, évaluations, collaborations, etc.). Je remercie également mes parents et grands-parents pour leurs soutiens indispensables et pour leurs relectures précieuses. Je remercie Nadia Hoyet et Marjorie Musy qui m’ont fait honneur d’être mes rapporteurs. Merci également à Sigrid Reiter, Caroline Lecourtois, et Denis Grison qui ont accepté de faire partie de mon jury. Éco-proﬁl : un outil d’assistance à l’éco-conception architecturale 5 Remerciements 1 Manon Kern, Hervé Elleni, Bagard & Luron Architectes, Alain Fuchs, Jacques Simon, Damien Hanser, Aline Toussaint, Maryline Piquemil, Julien Maddalon, François Lausecker, Atelier d’architecture Alain Durand, Véronique Galmiche, Nicolas Depoutot, Stéphanie Belcourt, Atelier Ott et Collin, Gremillet & Falk Architectes, Lucien Colin, Regis Mury, Sutter et Labrute architectes, G-studio, Dubreu architecte, Carré d’architecte, Christophe Bergeolle, Damien Cordier, Roger Hemmerlé, Studiolada Architectes, Bernard Castiau, h2b architectures, Lampriere Solenn Architecte, Rayside Architecte, Riddel Architecture, c4architectes, Jan Tillinger, Snøhetta, Ekistics design, Crafford & Crafford, S-XL Architects, Tash Architects, Cuboverde, Atelier Léonard Bender, Vinicius Andrade, Marcelo Moretttin, AtlB. 7 Résumé Cette recherche porte sur le développement d’une méthode d’estimation de la qualité environnementale aﬁn d’assister l’éco-conception. Nous avons nommé cette méthode Éco-Proﬁl. Nous nous sommes attachés plus singulièrement à développer un outil adapté aux particularités de la conception architecturale, l’objectif étant de favoriser une (re)mise en question environnementale le plus tôt possible dans le processus de conception. Après avoir exploré différentes approches et outils d’assistance environnementale, nous avons identiﬁé les limites qui expliquent, en partie, les difﬁcultés de ces outils à être intégrés dans la conception architecturale. Certaines phases de conception semblent ne bénéﬁcier que de peu d’assistance, notamment les étapes préliminaires. Pourtant nous savons qu’elles sont essentielles à l’intégration des enjeux environnementaux. Nous proposons une méthode pour assister l’ensemble de la conception architecturale en réponse aux limites identiﬁées. Une approche estimative par référentiel est mise en place. Elle comporte la particularité d’être globale, qualitative, contextualisé et progressive et possède une instrumentation visuelle analysable. C’est notamment ces caractéristiques qui permettent l’utilisation de la méthode lors des phases de conception en proposant au concepteur le ou les proﬁls environnementaux de son projet. Le développement d’une application prototype nous a conduits à une expérimentation d’Éco- proﬁl. Différents tests ont largement conﬁrmé les hypothèses formulées et la pertinence de la méthode proposée. Mots-clés : Conception architecturale, phases préliminaires, éco-conception, estimation environnementale, proﬁl environnemental. Éco-proﬁl : un outil d’assistance à l’éco-conception architecturale Résumé 9 Abstract This research concerns the development of a method to estimate the environmental quality to assist eco-design in architecture. We named this method « Éco-Proﬁl ». We focused more particularly to develop o toot adapted the speciﬁcities of architectural design, the aim is to promote environmental challenge as early as possible in the design process. After exploring various approaches and tools for environmental assistance, we have identiﬁed some limitations that explain, in part, the difﬁculties of integration in architectural design. Some phases of design seem appear to get that bit of assistance, including the preliminary stages. Yet they appear to be essential to the integration of environmental issues. We propose a method to assist the overall architectural design in response to the identiﬁed limitations. A assessment method per referential is set up, which has the distinction of being comprehensive, qualitative, contextualized and progressive and which has a analysable visual instrumentation. This is particularly this features that allow the use of the method in the design phases and thus provide environmental proﬁles to the designer. The development of visual tools and an application led us to experiment « Éco-Proﬁl ». These tests have largely conﬁrmed the assumptions made and the relevance of the proposed method. Keywords: Architectural design, preliminary phases, eco-design, environmental assessment, environmental proﬁle. Éco-proﬁl : un outil d’assistance à l’éco-conception architecturale Abstract Laboratoire MAP-CRAI École Nationale Supérieure d’Architecture de Nancy 2 rue Bastien-Lepage BP 40435 54001 Nancy Cedex Éco-proﬁl : un outil d’assistance à l’éco-conception architecturale 11 Laboratoire Table des matières ........................................................................................................................ INTRODUCTION 17 PROBLÉMATIQUE......................................................................................................................... 19 PLAN DE RÉDACTION .................................................................................................................. 21 ...................................................... PARTIE 1 : ÉCO-CONCEPTION ARCHITECTURALE 23 CHAPITRE 1: L’ARCHITECTURE ET LE DÉVELOPPEMENT DURABLE.............................................. 25 ............................................................................................... 1.1 Le développement durable 25 .................................................................................................................... La naissance d’une problématique 25 .................................................................................................. Les enjeux actuels du développement durable 29 .............................................................. 1.2 La démarche environnementale en architecture 31 ............................................................................................................................ Origine d’une préoccupation 32 ...................................................................................................................... Un déﬁ actuel pour l’architecture 36 .................................................................................................... 1.3 Conclusion du chapitre 38 CHAPITRE 2 : L’ASSISTANCE À L’ÉCO-CONCEPTION.................................................................... 39 ................................ 2.1 De l’assistance à la conception architecturale à l’éco-conception 39 .................................................................................................... Conception architecturale et éco-conception 39 ........................................................................................................... La conception, un processus réglementé 41 ............................................................................................................................. La formulation du problème 42 ................................................................................... De la formulation à la concrétisation d’une proposition 43 ........................................................................................................................... Assistance à l’éco-conception 45 ................................................... 2.2 Assistance et qualité environnementale architecturale 48 .................................................................................................... La qualité environnementale en architecture 48 ................................................................................................................................ Les approches dynamiques 51 ................................................................................................................................. Les approches inventaires 53 ................................................................................................................. Les approches par listes/référentiels 54 ............................................................................................................................... Les approches par matrices 55 ........................................................................................................ Les approches par bases de connaissances 56 ................................................................................................................................. Les approches génératives 56 ........................................................................................................................................................ Conclusion 57 .................................................................................................... 2.3 Conclusion du chapitre 58 CHAPITRE 3 : ÉTAT DE L’ART DES OUTILS D’ASSISTANCE À L’ÉCO-CONCEPTION......................... 59 ......................................................................................................... 3.1 Pleiades+COMFIE 59 .................................................................................................................. 3.2 ArchiWIZARD 62 ............................................................................................................................ 3.2 EQUER 63 Éco-proﬁl : un outil d’assistance à l’éco-conception architecturale 13 Table de matières 14 ....................................................................................................................... 3.4 ENVEST II 65 ................................................................................. 3.4 Certiﬁcation NF-Démarche HQE® 66 .................................................................................................... 3.6 Ecopass du Vorarlberg 69 .................................................................... 3.7 Bâtiments durables méditerranéens : BDM 72 ............................................................................................................ 3.8 Table de Mahoney 74 ........................................................................................................................... 3.9 Éco.mod 76 .................................................. 3.10 Le traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatique 78 ..................................................................................................................... 3.11 Ec-Co-Gen 80 .................................................................................................................................................... Ec-Co-Gen-L 80 .................................................................................................................................................... Ec-Co-Gen-N 81 ...................................................................... 3.12 Bilan des assistances à l’éco-conception 82 ................................................................................................................... Critique des approches estimatives 83 .................................................................................................. 3.13 Conclusion du chapitre 86 CONCLUSION DE LA PARTIE ...................................................................................................... 1 88 PARTIE 2 : PROPOSITION D’UNE MÉTHODE ESTIMATIVE DE LA QUALITÉ ................................................................................................................... ENVIRONNEMENTALE 89 CHAPITRE 4: MISE EN PLACE DE LA MÉTHODE ÉCO-PROFIL........................................................ 91 ................................................................................. 4.1 Une méthode globale et qualitative 92 ........................................................................................ Démarche de mise en place d’un référentiel de base 92 Modiﬁcations et évolutions du référentiel de base : étude de l’architecture vernaculaire et de l’architecture .......................................................................................................................................... environnementale récente 94 ......... Modiﬁcations et évolutions du référentiel de base : expérimentations, confrontations et études de cas. 96 ............................................................................................. 4.2 Un référentiel contextualisé 96 ............................................................................................................................................ Notion de contexte 97 ..................................................................................................................................................... Études de cas 98 ................................................................................................................................. Contexte programmatique 99 ........................................................................................................................................ Contexte climatique 102 ................................................................................................................................................. Contexte local 106 ........................................................................... Caractérisation des inﬂuences contextuelles sur les critères 107 ...................................................................... Traduction des inﬂuences contextuelles en fonctions logiques 109 .................................................................................................................... Valeur contextuelle d’un objectif 111 ...................................................................................................................................................... Conclusion 112 ............................................................................................... 4.3 Une méthode progressive 112 .................................................................................................. Caractérisation de l’avancement d’un projet 113 .......................................... Identiﬁcation de décisions architecturales nécessaire à l’évaluation d’un critère 115 ........................................................... Identiﬁcation et organisation des tâches de uploads/Ingenierie_Lourd/ ddoc-t-2012-0341-weissenstein.pdf