Géométrie solaire

Le couple Terre-Soleil expliqué simplement : axe incliné de 23°27', solstices, équinoxes, et retard d'environ un mois entre le soleil le plus haut et les jours les plus chauds.

Course du soleil : définitions de l'azimut et de la hauteur, formules de la hauteur à midi aux solstices, et diagramme cylindrique de Paris (64° en juin, 18° en décembre).

Masques des constructions voisines : relever la silhouette des bâtiments sur un diagramme solaire pour savoir quand une fenêtre reçoit le soleil ; cas d'un vitrage réfléchissant qui renvoie le soleil chez le voisin.

Orientation : besoins de chauffage selon la part de vitrage au sud ou au nord, énergie reçue par orientation (100 % au sud) et pièces conseillées pour chaque orientation.

Évaluer l'énergie reçue par l'enveloppe : diagrammes solaires, part du diffus et du réfléchi (sable 10 à 40 %), logiciels de simulation des ombres.

La tache de soleil se déplace dans le local au fil du jour ; en été le soleil haut éclaire peu profond, en hiver il pénètre loin ; les pièces au nord reçoivent du soleil direct au solstice d'été.

Masques lointains et proches : un immeuble voisin fait tomber l'éclairement de 200 à 80 lux ; méthodes des projections solaires cylindriques et des indicateurs d'occultation pour dimensionner un auvent.

Urbanisme solaire : orientation des rues et forme des parcelles, hauts volumes au nord de la rue, distances entre bâtiments selon les mois d'ensoleillement voulus, « enveloppe solaire » garantissant le soleil aux voisins le 21 décembre.

Croquis de Le Corbusier pour l'Immeuble Clarté (Genève, 1930) : les balcons arrêtent le soleil haut d'été et laissent entrer le soleil bas d'hiver ; le dispositif n'est appliqué qu'à la façade la plus exposée.

Conférence du CNRS sur l'ensoleillement (1945) et articles de 1946 : le petit historique du brise-soleil de Le Corbusier et les tables d'orientation et courbes d'ombres de France Fradet pour Paris, premiers diagrammes solaires de la presse française.

Diagrammes de rayonnement saisonnier et d'incidence solaire pour Rio (Paulo Sá, Santos-Werneck, Institut national de technologie, 1936) utilisés par les frères Roberto ; les revues du monde entier publient alors des courses du soleil.

Selon Mindlin (1957), la diffusion du brise-soleil au Brésil repose sur des recherches sur l'ensoleillement dans les écoles de São Paulo et sur des abaques simples utilisés par les architectes depuis des décennies.

Premier héliodon américain construit par Henry Wright à Columbia (1936) d'après un modèle du RIBA : lampe réglée sur le calendrier, plateau tournant ; autres appareils au Kansas, à Princeton et à Sydney ; essais en soufflerie du Form and Climate Research Group.

L'héliodon de Wright suit le modèle de Dufton et Beckett (1931) ; les Olgyay s'en servent dès 1939 pour orienter leurs projets à Budapest.

Le masque solaire des Olgyay : tracé de la course du soleil sur la façade dont la zone sombre indique quand ombrer, puis choix du type de protection dans leur vocabulaire des dispositifs d'ombrage.

Thermoheliodon des Olgyay (Princeton, 1955-1957) : soleil artificiel, écran de vent, terre du site, jets d'humidité et chauffage sous une coupole, une journée simulée en 40 minutes ; fuites et impossibilité de mettre à l'échelle l'inertie des matériaux le font échouer.

Les habitations troglodytes des Anasazi sont placées sous un surplomb rocheux qui les ombrage l'été, tout en recevant pleinement le soleil bas de l'hiver.

Rayonnement direct et diffus, 1100 kWh/m²an en Europe centrale contre 2200 à l'équateur, heures d'ensoleillement ; diagramme de hauteur solaire à 51° N et course annuelle du soleil.

Pour la surchauffe, trois jours suffisent pour estimer les ombres (21 décembre, mars, juin) ; en Europe centrale les façades est et ouest reçoivent plus en été que la façade sud, et le toit horizontal le maximum.

Maison Robie (Chicago, 1910) : les grands débords à l'ouest arrêtent le soleil d'après-midi ; au sud, le débord est juste assez long pour que l'ombre atteigne le bas des vitrages à midi au solstice d'été.

Siège de l'ONU (New York, 1950) : façades vitrées à l'est et à l'ouest sans brise-soleil ; l'orientation réelle, légèrement tournée, n'économise que 100 tonnes de froid sur 2 400 prévues.

Tissu urbain d'Athènes : îlots de 40 × 40 à 40 × 100 m bordés d'immeubles de cinq à sept étages ; le soleil n'atteint pas le rez-de-chaussée avant mars, seuls les deux ou trois derniers étages sont au soleil l'hiver, d'où moins de 5 % de façades adaptables.

Rappel complet de la géométrie solaire pour architectes : inclinaison de l'axe terrestre, déclinaison, voûte céleste, projections des diagrammes solaires (orthographique, stéréographique, équidistante, cylindrique), cadran solaire et angles d'altitude, d'azimut, de profil et d'incidence.

Lire la course du soleil : diagrammes solaires, maquettes et héliodons, et un calculateur graphique de l'énergie reçue par une façade selon son orientation.

Orientation « sol-air » : on combine le soleil et la température de l'air pour trouver la meilleure orientation, qui n'est pas le plein sud (environ 17° vers l'est pour New York, 25° pour Phoenix).

Méthode pas à pas : repérer la période où il fait trop chaud, la reporter sur le diagramme solaire, puis en déduire le masque d'ombre de la protection à dessiner.