PRÉLIMINAIRES

I. Présentation de l’Unité d’Enseignement (UE)

Cette Unité d’Enseignement, codifiée CLM2231, constitue le socle technique et philosophique de la mention “Architecture et Climat”. Elle dissèque l’incidence du rayonnement solaire, non comme un phénomène abstrait, mais comme la donnée première et quantifiable de tout projet architectural en contexte équatorial. L’approche est résolument pragmatique, visant à outiller l’architecte pour qu’il conçoive des bâtiments à haute performance énergétique et à faible impact environnemental. L’étudiant forgera ici une expertise cruciale pour répondre aux défis constructifs spécifiques de la République Démocratique du Congo.

II. Objectifs Pédagogiques et Compétences Visées

L’objectif central est de transformer l’étudiant en un praticien capable de manipuler les flux solaires comme un matériau de construction. Trois compétences stratégiques sont visées : le calcul rigoureux des apports solaires sur l’enveloppe, la conception de dispositifs passifs (ombrage, ventilation) scientifiquement validés, et une analyse philosophique de l’habitat face aux mutations climatiques. À l’issue de ce cours, l’apprenant sera apte à produire des diagnostics thermiques précis et à proposer des solutions architecturales bioclimatiques directement applicables aux marchés de la construction en RDC.

III. Méthodologie d’Évaluation et de Validation

La validation des 15 crédits ECTS s’articule autour d’une évaluation continue et d’un projet final intégrateur. L’évaluation continue (40%) repose sur des études de cas pratiques, des calculs de masques solaires pour des sites réels à Kinshasa ou Lubumbashi, et des dissertations critiques. Le projet final (60%) consiste en la conception bioclimatique détaillée d’un bâtiment (logement ou tertiaire) en RDC, incluant les notes de calcul thermique et les justifications philosophiques des choix de conception. La soutenance orale de ce projet validera la maîtrise opérationnelle des compétences.

IV. Prérequis et Articulation avec le Cursus

L’admission à cette UE requiert une maîtrise validée des fondamentaux de la physique du bâtiment (thermique, acoustique) et des outils de dessin technique (DAO). Une connaissance préalable des principes de l’histoire de l’architecture est également indispensable pour contextualiser les approches philosophiques. Ce cours s’articule directement avec les UE d’urbanisme durable et de science des matériaux du semestre 4. Il prépare l’étudiant à son projet de fin d’études en lui fournissant la méthodologie scientifique pour justifier et optimiser la dimension climatique de son architecture.

PARTIE 1 : FONDEMENTS PHYSIQUES ET GÉOMÉTRIQUES DU RAYONNEMENT SOLAIRE

Chapitre I. Physique du Rayonnement Solaire et Géométrie Terrestre

La physique nucléaire au cœur du Soleil, générant un flux énergétique de 3.86×10^26 watts, est le point de départ de toute architecture bioclimatique. Ce chapitre ancre cette réalité astronomique dans le contexte terrestre, en analysant les mécanismes de propagation du rayonnement et les lois géométriques qui régissent son interception par la Terre. L’étude de l’orbite terrestre et de l’inclinaison axiale permet de comprendre la distribution de cette énergie. L’étudiant forgera la compétence fondamentale de quantifier l’énergie solaire incidente brute, un prérequis à tout calcul thermique pour un projet en RDC.

I.1 Le spectre du rayonnement solaire

Une compréhension fine du spectre électromagnétique solaire est impérative pour l’architecte. La répartition de l’énergie entre ultraviolets, visible et infrarouge dicte le comportement des matériaux de construction, de leur dégradation photochimique à leur capacité d’absorption thermique. Cette section analyse la composition spectrale du rayonnement extraterrestre et ses implications directes pour le choix des vitrages, peintures et revêtements à Kinshasa. L’apprenant saura sélectionner des matériaux non seulement pour leur esthétique, mais surtout pour leur réponse physique optimisée au spectre solaire local.

I.2 Mécanique céleste : rotation, révolution et inclinaison

Sous l’angle de la mécanique céleste, les mouvements de la Terre définissent les paramètres fondamentaux de la disponibilité solaire. Ce sous-chapitre modélise l’orbite elliptique terrestre et l’inclinaison constante de son axe de rotation, expliquant l’origine des saisons, des solstices et des équinoxes. Pour la RDC, située sur l’équateur, cela se traduit par une faible variation de la durée du jour mais une modification notable des angles d’incidence. L’architecte maîtrisera ainsi la prédiction des variations saisonnières de l’ensoleillement pour concevoir des protections solaires efficaces toute l’année.

I.3 La constante solaire et ses variations

Face à la complexité des interactions atmosphériques, la constante solaire (environ 1361 W/m²) offre un étalon de référence indispensable. Elle représente la densité de puissance solaire reçue au sommet de l’atmosphère, une valeur fondamentale pour le dimensionnement des systèmes énergétiques. Ce segment analyse sa légère variation due à l’excentricité de l’orbite terrestre et à l’activité solaire. L’ingénieur-architecte utilisera cette donnée comme point de départ pour calculer le potentiel énergétique d’un site, notamment pour des projets photovoltaïques en zones rurales non électrifiées du Kasaï.

I.4 Temps solaire vrai, temps moyen et temps légal

D’une importance capitale pour la précision des simulations, la distinction entre les différentes échelles de temps est un savoir-faire technique. Le temps solaire vrai, dicté par la position réelle du soleil, diffère du temps légal utilisé au quotidien, créant un décalage crucial pour le calcul des ombres portées. Ce module expose l’équation du temps et la correction de longitude pour convertir l’heure légale en heure solaire. L’étudiant sera capable d’ajuster ses logiciels de simulation pour obtenir des analyses d’ensoleillement d’une précision absolue pour un projet à Goma ou Matadi.

Chapitre II. Interaction du Rayonnement Solaire avec l’Atmosphère

Sous la pluviométrie et l’humidité équatoriale congolaise, le modèle d’un rayonnement solaire direct et pur s’effondre. L’atmosphère terrestre agit comme un filtre complexe, modifiant profondément l’intensité et la nature du rayonnement qui atteint le sol par des phénomènes d’absorption et de diffusion. Ce chapitre est dédié à la quantification de ces altérations, spécifiques au contexte de la RDC. L’ingénieur-architecte apprendra à corriger les données solaires théoriques pour modéliser le flux énergétique réel sur une parcelle, compétence clé pour un dimensionnement thermique réaliste.

II.1 Phénomènes d’absorption et de diffusion atmosphérique

Une connaissance approfondie des mécanismes d’atténuation est essentielle pour évaluer l’énergie réellement disponible. La diffusion de Rayleigh par les molécules d’air et la diffusion de Mie par les aérosols (poussières, pollens) sont ici disséquées, expliquant la couleur du ciel et la nature du rayonnement diffus. L’analyse se concentre sur l’impact de la haute teneur en vapeur d’eau et des aérosols issus de la combustion de biomasse dans le bassin du Congo. L’étudiant saura modéliser l’impact de la “saison sèche brumeuse” sur la performance d’un capteur solaire.

II.2 Rayonnement direct, diffus et réfléchi (albédo)

La distinction conceptuelle entre les composantes du rayonnement global est au cœur de la conception bioclimatique. Le rayonnement direct structure les ombres, le diffus éclaire les zones non exposées, et le réfléchi par l’environnement (albédo) peut constituer une charge thermique non négligeable. Ce sous-chapitre fournit les outils pour les quantifier séparément, en appliquant le concept d’albédo aux sols latéritiques rouges de la RDC ou aux surfaces d’eau du fleuve Congo. L’architecte pourra ainsi calculer la charge solaire totale sur une façade, incluant les réflexions du contexte.

II.3 Masse d’air et facteur de trouble de Linke

Critique des modèles idéalisés, l’introduction de la notion de “masse d’air” (Air Mass) permet de quantifier l’épaisseur d’atmosphère traversée par le rayonnement. Ce segment la combine avec le facteur de trouble de Linke, un indice synthétique de la “propreté” de l’atmosphère, intégrant les effets de la vapeur d’eau et des aérosols. L’analyse portera sur la variation de ce facteur entre la côte (Moanda) et l’intérieur des terres (Kisangani). L’apprenant sera capable d’ajuster ses calculs solaires en fonction de la localisation précise et des conditions de pollution d’un site.

II.4 Instruments de mesure : pyranomètre et pyrhéliomètre

Pour une quantification rigoureuse, la théorie doit être confrontée à la mesure in situ. Ce module présente l’instrumentation solarimétrique professionnelle : le pyranomètre pour le rayonnement global ou diffus, et le pyrhéliomètre pour le rayonnement direct. L’accent est mis sur les protocoles d’installation, de calibration et de maintenance en climat tropical humide, un défi technique majeur. L’étudiant apprendra à rédiger un cahier des charges pour une campagne de mesure sur un grand projet immobilier à Lubumbashi, garantissant des données d’entrée fiables pour la conception.

Chapitre III. Géométrie Solaire et Trajectoires Apparentes

La perception que le soleil “se lève à l’Est et se couche à l’Ouest” est une simplification inopérante pour l’architecte. La maîtrise de la géométrie solaire, qui décrit la position exacte du soleil dans le ciel à tout instant, est une compétence non négociable. Ce chapitre établit le système de coordonnées (hauteur, azimut) et les équations mathématiques permettant de calculer la trajectoire solaire pour n’importe quelle latitude. L’étudiant forgera la capacité de générer des éphémérides précis pour un site en RDC, base de toute stratégie d’ombrage et de captage solaire.

III.1 Le système de coordonnées horizontales : hauteur et azimut

Sous l’angle de la géométrie descriptive, la position du soleil est définie par deux angles : la hauteur (altitude) et l’azimut. Ce sous-chapitre détaille la définition de ce système de coordonnées local et fournit les formules trigonométriques pour les calculer à partir de la latitude, de la déclinaison solaire et de l’angle horaire. L’application directe concernera le calcul des angles critiques pour la conception de brise-soleil à différentes périodes de l’année à Mbuji-Mayi. L’architecte saura déterminer avec une précision mathématique la provenance exacte des rayons solaires.

III.2 Déclinaison solaire et angle horaire

Une connaissance approfondie des variables astronomiques est le moteur du calcul de la position solaire. La déclinaison, fonction du jour de l’année, et l’angle horaire, fonction de l’heure solaire, sont les deux paramètres clés qui gouvernent la course du soleil. Ce module en explique l’origine physique et la méthode de calcul, en insistant sur leur impact sur les trajectoires solaires en zone équatoriale. L’apprenant maîtrisera le calcul de ces variables fondamentales, lui permettant de programmer ses propres outils de calcul ou de vérifier les résultats des logiciels.

III.3 Impact de la latitude sur les trajectoires solaires

Face au défi de la généralisation, il est crucial de comprendre comment la latitude modifie radicalement la course du soleil. Ce sous-chapitre compare les trajectoires solaires pour des sites à différentes latitudes : équatoriale (Mbandaka), tropicale (Lubumbashi) et tempérée. L’analyse met en évidence la particularité de la RDC, traversée par l’équateur, avec des façades Nord et Sud successivement ensoleillées au cours de l’année. L’architecte saura adapter sa stratégie de conception en fonction de la localisation précise du projet sur le territoire national, un savoir-faire différenciant.

III.4 Angles d’incidence sur des surfaces orientées et inclinées

La maîtrise du calcul de l’angle d’incidence est le point de jonction entre la géométrie solaire et la physique du bâtiment. C’est cet angle qui détermine la quantité d’énergie interceptée par une surface (mur, toiture, vitrage). Cette section expose les formules mathématiques pour calculer l’angle d’incidence sur n’importe quelle surface, quelle que soit son orientation ou son inclinaison. L’étudiant sera capable de déterminer l’orientation et l’inclinaison optimales d’un capteur solaire thermique ou d’un panneau photovoltaïque pour maximiser son rendement à Bukavu.

Chapitre IV. Outils de Représentation et d’Analyse de la Course Solaire

Les équations de la géométrie solaire, bien que précises, sont peu intuitives pour le concepteur. Ce chapitre se consacre à leur traduction en outils graphiques et visuels, qui transforment les données numériques en instruments d’aide à la décision architecturale. Du diagramme solaire stéréographique aux masques d’ombrage, ces outils permettent de visualiser les interactions entre le soleil, le site et le projet. L’architecte développera une compétence opérationnelle : analyser rapidement et efficacement le potentiel et les contraintes solaires d’un site donné en RDC.

IV.1 Le diagramme solaire stéréographique

D’origine cartographique, la projection stéréographique est l’outil le plus puissant pour représenter la course du soleil sur un plan 2D. Ce sous-chapitre explique la construction et la lecture de ces diagrammes, qui superposent les trajectoires solaires journalières et les heures de la journée. L’application pratique consistera à utiliser un diagramme pour la latitude de Kinshasa afin d’identifier les périodes critiques d’ensoleillement pour une façade Ouest. L’apprenant saura lire et interpréter n’importe quel diagramme solaire pour en extraire des informations de conception stratégiques.

IV.2 Construction et utilisation des masques solaires

Face aux obstructions environnantes (bâtiments, relief, végétation), le diagramme solaire seul est insuffisant. Le concept de “masque” permet de reporter ces obstacles sur le diagramme pour visualiser les périodes d’ombre et d’ensoleillement direct sur un point précis. Ce module enseigne la méthode de relevé des angles d’obstruction sur site et leur report sur le diagramme stéréographique. L’étudiant sera capable de produire un diagnostic d’ensoleillement complet pour une parcelle urbaine dense dans la commune de la Gombe, en quantifiant l’impact du voisinage.

IV.3 L’héliodon : simulation physique de l’ensoleillement

Pour une compréhension intuitive et une communication efficace du projet, la simulation physique reste inégalée. L’héliodon, une table orientable couplée à une source lumineuse fixe, permet de matérialiser les ombres portées sur une maquette à n’importe quelle heure ou date. Ce sous-chapitre détaille les principes de conception et d’utilisation d’un héliodon, un outil pédagogique et de conception puissant. L’architecte saura utiliser cet instrument pour tester et optimiser la forme de son bâtiment et l’efficacité de ses protections solaires en temps réel.

IV.4 Logiciels de simulation d’ensoleillement (CAO/DAO)

La puissance de calcul informatique offre aujourd’hui des alternatives rapides et précises aux méthodes manuelles. Ce module présente une revue critique des fonctionnalités d’analyse solaire intégrées aux logiciels de CAO/DAO (tels que Revit, ArchiCAD, SketchUp). L’accent est mis sur le paramétrage correct du site (localisation, nord géographique), des périodes d’analyse et sur l’interprétation des résultats (études d’ombres, cartes d’ensoleillement). L’étudiant forgera la compétence de mener une analyse solaire numérique fiable, de la phase d’esquisse à la validation du projet détaillé.

Chapitre V. Propriétés Thermophysiques des Matériaux et Enveloppe du Bâtiment

La réponse d’un bâtiment au rayonnement solaire est entièrement dictée par les propriétés thermophysiques de son enveloppe. Ce chapitre établit le lien direct entre la physique des matériaux et la performance thermique, en se concentrant sur les mécanismes de transfert de chaleur (conduction, convection, rayonnement). L’analyse critique des matériaux de construction couramment utilisés en RDC est au cœur de la démarche. L’architecte acquerra la compétence de sélectionner et d’assembler des matériaux pour créer une enveloppe “intelligente”, capable de filtrer, stocker ou rejeter la chaleur solaire.

V.1 Absorption, réflexion et transmission solaire

Sous l’angle de l’optique, chaque matériau réagit au rayonnement solaire par une combinaison d’absorption (α), de réflexion (ρ) et de transmission (τ). La somme de ces coefficients (α+ρ+τ=1) est la carte d’identité solaire d’un matériau. Ce sous-chapitre analyse ces propriétés pour différents matériaux (béton, brique de terre, tôle, verre) et leur impact sur l’échauffement des surfaces. L’apprenant saura utiliser l’indice de réflectance solaire (SRI) pour choisir des matériaux de toiture “froids” adaptés au climat de Kananga, réduisant ainsi le besoin en climatisation.

V.2 Émissivité thermique et échanges radiatifs de grande longueur d’onde

La chaleur absorbée par un matériau doit être réémise, principalement par rayonnement infrarouge. L’émissivité (ε) caractérise l’efficacité de ce processus de “refroidissement” radiatif, particulièrement efficace durant la nuit. Ce module explique l’importance de coupler une faible absorption solaire (haute réflectivité) à une forte émissivité thermique pour optimiser le confort. L’étudiant saura justifier le choix d’une peinture ou d’un revêtement en se basant sur ce couple de propriétés, une expertise technique cruciale pour la conception de façades performantes.

V.3 Conductivité, résistance et transmittance thermique (Coefficient U)

Une fois la chaleur absorbée en surface, elle se propage à travers le matériau par conduction. La conductivité thermique (λ) et la résistance thermique (R) quantifient ce phénomène pour une paroi, tandis que le coefficient de transmittance U (U-value) inclut les échanges superficiels. Ce sous-chapitre détaille le calcul du coefficient U pour des parois complexes (murs multicouches). L’architecte sera capable de calculer la performance d’isolation d’un mur et de démontrer par le calcul l’avantage d’une paroi en briques de terre crue par rapport à un mur en parpaings de ciment.

V.4 Inertie thermique : capacité thermique et diffusivité

Face aux variations de température, l’inertie thermique décrit la capacité d’un matériau à stocker et à restituer la chaleur, créant un déphasage entre le pic de chaleur extérieur et sa restitution à l’intérieur. Ce module définit la capacité thermique et la diffusivité, qui gouvernent l’amplitude et la vitesse de cette onde de chaleur. L’analyse se concentrera sur l’usage stratégique de l’inertie dans le contexte congolais pour lisser les pics de température diurnes. L’étudiant saura positionner les masses thermiques dans un bâtiment pour maximiser le confort passif.

Chapitre VI. Calcul des Apports Solaires et Bilans Thermiques Simplifiés

Ce chapitre synthétise l’ensemble des connaissances acquises pour aboutir à une quantification opérationnelle : le calcul des apports solaires à travers l’enveloppe du bâtiment. Il s’agit de la première compétence métier visée par l’UE. La démarche passe de l’analyse qualitative à une approche quantitative rigoureuse, permettant d’évaluer l’impact énergétique de chaque choix de conception. L’objectif est de maîtriser des méthodes de calcul robustes, des bilans simplifiés aux ratios de performance. L’architecte forgera une expertise en ingénierie thermique du bâtiment, indispensable pour l’éco-conception.

VI.1 Calcul de l’éclairement énergétique sur une paroi

La première étape de tout bilan thermique est de calculer la quantité d’énergie solaire (en W/m²) qui frappe chaque paroi du bâtiment. Ce sous-chapitre combine la géométrie solaire (angles d’incidence) et les données de rayonnement (direct, diffus, réfléchi) pour établir la formule de l’éclairement énergétique total sur une surface quelconque. Des exemples concrets seront développés pour des façades et des toitures à Kinshasa aux solstices. L’étudiant saura calculer avec précision la charge solaire incidente sur n’importe quelle surface de son projet architectural.

VI.2 Apports solaires par les parois opaques

Une paroi opaque, même bien isolée, transmet de la chaleur sous l’effet du soleil. Ce module présente la méthode du “Sol-Air Temperature”, qui convertit l’impact du rayonnement solaire en une augmentation fictive de la température extérieure, simplifiant le calcul des flux thermiques. L’application de cette méthode permettra d’évaluer les apports de chaleur par une toiture en tôle sous le soleil de midi à Kolwezi. L’apprenant maîtrisera un outil d’ingénieur pour quantifier la chaleur transmise par les murs et le toit.

VI.3 Apports solaires par les parois vitrées (Facteur Solaire g)

Les vitrages sont souvent le principal point d’entrée des apports solaires. Le facteur solaire (g ou SHGC) est le coefficient qui quantifie la proportion de l’énergie solaire incidente qui traverse une paroi vitrée et se transforme en chaleur à l’intérieur. Ce sous-chapitre analyse en détail ce coefficient et son interaction avec les protections solaires (stores, brise-soleil). L’étudiant sera capable de choisir un vitrage et de dimensionner ses protections pour contrôler précisément les apports solaires, en équilibrant gain thermique et lumière naturelle.

VI.4 Méthodologie du bilan thermique simplifié : gains vs. déperditions

La finalité de ces calculs est d’établir un bilan énergétique. Ce module expose une méthodologie simplifiée pour estimer les gains de chaleur (solaires, internes) et les déperditions (parois, ventilation) sur un cycle de 24 heures. L’objectif est d’évaluer l’équilibre thermique d’un espace et d’anticiper les risques de surchauffe, un enjeu majeur en RDC. L’architecte saura réaliser un premier diagnostic thermique de son projet, lui permettant de justifier ses choix de conception par des ordres de grandeur énergétiques fiables et de dialoguer avec les ingénieurs thermiciens.

PARTIE 2 : CONCEPTION BIOCLIMATIQUE ET ADAPTATION PHILOSOPHIQUE

Chapitre VII. Modélisation Thermique et Simulation Dynamique

Les calculs thermiques statiques, basés sur la seule valeur R, sont inopérants pour saisir la complexité des interactions climatiques en RDC. Ils échouent à modéliser l’impact de la masse thermique sous des sollicitations solaires et des taux d’humidité fluctuants. Ce chapitre impose le passage à la simulation thermique dynamique (STD) comme unique méthode fiable. En maîtrisant des outils comme EnergyPlus sur des données climatiques locales (Kinshasa, Goma, Lubumbashi), l’étudiant forgera une compétence décisive. Il saura prédire avec une précision horaire le comportement d’un bâtiment et quantifier l’efficacité réelle des stratégies passives.

VII.1 Fondements de la thermodynamique du bâtiment et transferts de chaleur

Une compréhension rigoureuse des trois modes de transfert thermique – conduction, convection, rayonnement – est le socle de toute analyse. Ce module dissèque les équations fondamentales régissant ces flux à travers l’enveloppe du bâtiment, en intégrant les concepts de résistance et de capacité thermique. L’objectif est de quantifier précisément les gains et pertes énergétiques en fonction des matériaux et des conditions climatiques spécifiques au bassin du Congo.

VII.2 Principes et algorithmes des moteurs de simulation dynamique

Sous l’angle de l’ingénierie logicielle, les moteurs de simulation comme EnergyPlus ou TRNSYS sont des solveurs d’équations différentielles complexes. Cette section expose la logique de leurs algorithmes, notamment les méthodes de calcul par fonction de transfert ou par bilan thermique horaire. L’apprenant saisira comment le logiciel discrétise le temps et l’espace pour modéliser les interactions dynamiques entre le bâtiment, ses occupants et le climat extérieur.

VII.3 Mise en œuvre d’une simulation : modélisation géométrique et scénarios

Face à la complexité d’un projet réel, la simplification du modèle est une étape critique qui conditionne la pertinence des résultats. Ce cours pratique enseigne la création d’une géométrie thermique depuis un plan d’architecte, la définition des propriétés des matériaux et la calibration des scénarios d’occupation. L’étudiant apprendra à utiliser les fichiers météorologiques standards (type TMY) et à les adapter pour simuler des conditions extrêmes propres à la RDC.

VII.4 Analyse critique des résultats : interprétation des courbes et bilans

Une simulation produit une masse de données brutes dont l’interprétation est un savoir-faire en soi. Ce module se concentre sur l’analyse des graphiques de températures opératives, des bilans énergétiques mensuels et des heures d’inconfort thermique. L’étudiant sera capable d’identifier les points faibles d’une conception, de comparer objectivement plusieurs variantes et de rédiger un rapport d’optimisation technique argumenté pour un client.

Chapitre VIII. Conception des Dispositifs de Protection Solaire

La gestion du rayonnement solaire direct est le premier levier de performance dans l’architecture tropicale. Ce chapitre dépasse la simple esthétique des brise-soleil pour en faire un outil d’ingénierie de précision. En partant de la course solaire spécifique aux latitudes congolaises, il établit une méthodologie de dimensionnement mathématique des protections fixes et mobiles. L’analyse s’appuie sur l’utilisation des diagrammes solaires et des masques pour garantir un ombrage total des façades durant les périodes critiques. L’architecte forgera ici la capacité de concevoir des enveloppes qui filtrent la lumière et la chaleur de manière optimale.

VIII.1 Géométrie solaire et diagrammes stéréographiques

Une connaissance approfondie de la course du soleil est non négociable pour l’architecte bioclimaticien. Ce segment se focalise sur la lecture et la construction des diagrammes solaires pour les latitudes équatoriales, en particulier pour les villes clés de la RDC. L’étudiant maîtrisera le calcul des angles d’azimut et de hauteur solaire pour n’importe quelle heure de l’année, base de tout dimensionnement d’ombrage.

VIII.2 Dimensionnement des protections solaires fixes

Sous l’angle de l’efficacité passive, les débords de toiture, casquettes et ailettes verticales constituent la première ligne de défense. Ce cours fournit les formules et les abaques pour calculer leur dimensionnement optimal en fonction de l’orientation de la façade et des périodes d’ombrage souhaitées. L’objectif est d’obtenir un “facteur solaire” minimal en été tout en autorisant les gains solaires passifs durant les périodes plus fraîches, notamment en altitude.

VIII.3 Systèmes de protection solaire mobiles et intelligents

Face aux variations journalières et saisonnières, les systèmes mobiles offrent une adaptabilité supérieure. Cette section explore les mécanismes des persiennes orientables, des stores extérieurs et des façades cinétiques, en analysant leurs avantages et leurs contraintes de maintenance. L’étude intègre les logiques de commande (manuelle, motorisée, automatisée) pour optimiser la performance en fonction de l’ensoleillement réel et des besoins des occupants.

VIII.4 Impact des protections sur la lumière naturelle et la ventilation

Une protection solaire efficace ne doit pas se faire au détriment de l’éclairage naturel ou de la ventilation. Ce module analyse les interactions complexes entre ombrage, luminosité et flux d’air à travers l’étude de concepts comme le “Daylight Factor” et la “Useful Daylight Illuminance”. L’architecte apprendra à utiliser des logiciels de simulation de lumière pour concevoir des dispositifs qui bloquent le rayonnement direct sans plonger les espaces intérieurs dans l’obscurité.

Chapitre IX. Stratégies de Ventilation Naturelle et Hybride

La controverse entre ventilation naturelle pure et systèmes hybrides trouve sa résolution dans une analyse rigoureuse des forces motrices et des contextes locaux. En RDC, la faible vitesse des vents dans les centres urbains denses comme Kinshasa rend les stratégies purement passives souvent insuffisantes. Ce chapitre tranche le débat en quantifiant les potentiels de la ventilation par tirage thermique (effet de cheminée) et par le vent. Il introduit ensuite les systèmes hybrides comme une solution pragmatique. L’ingénieur-architecte développera la compétence de concevoir des bâtiments qui “respirent” intelligemment, garantissant confort et qualité de l’air.

IX.1 Principes physiques de la ventilation naturelle : tirage thermique et effet du vent

La dynamique des fluides fournit les clés pour comprendre et amplifier les mouvements d’air naturels. Ce cours expose les lois physiques de l’effet de cheminée (stack effect), lié aux différentiels de température et de hauteur, et de l’effet du vent, lié aux surpressions et dépressions sur l’enveloppe. L’étudiant apprendra à calculer le potentiel de ventilation d’un site en analysant les données de la rose des vents locale.

IX.2 Conception pour la ventilation traversante et unilatérale

Une organisation spatiale judicieuse est la première condition d’une ventilation efficace. Cette section détaille les règles de conception pour maximiser la ventilation traversante, en optimisant le positionnement et le dimensionnement des ouvrants. Elle aborde également les solutions pour les cas plus contraints de ventilation unilatérale, en s’appuyant sur des dispositifs spécifiques comme les prises d’air en façade et les déflecteurs.

IX.3 Puits climatiques et tours à vent : techniques avancées

D’inspiration vernaculaire mais validées par la science moderne, les puits canadiens/provençaux et les tours à vent sont des solutions puissantes. Ce module analyse leur fonctionnement, leur dimensionnement et leur potentiel d’application dans le contexte congolais pour le rafraîchissement passif de l’air neuf. L’étude inclut une analyse critique des coûts d’installation et des contraintes de maintenance pour garantir leur pertinence économique et technique.

IX.4 Ventilation hybride : l’assistance mécanique à basse consommation

Face aux limites du tout-passif, la ventilation hybride propose une assistance mécanique ponctuelle et économe. Ce cours présente les technologies de ventilateurs à basse consommation et les logiques de contrôle qui les activent uniquement lorsque les conditions naturelles sont défavorables. L’objectif est de garantir en permanence les débits d’air hygiéniques requis par la norme, sans recourir à une climatisation énergivore.

Chapitre X. Matériaux à Faible Impact et Enveloppe Bioclimatique

L’importation massive de ciment et de tôle ondulée constitue une aberration thermique et écologique en RDC. Leurs propriétés physiques (faible inertie, forte conductivité) exacerbent l’inconfort et la dépendance à la climatisation. Ce chapitre opère une rupture en recentrant l’analyse sur la performance physique des matériaux locaux et bio-sourcés. En quantifiant l’inertie thermique du pisé ou le pouvoir isolant de la fibre de coco, il offre une alternative crédible. L’étudiant forgera la compétence de composer une enveloppe de bâtiment performante en s’appuyant sur les ressources du territoire.

X.1 Caractérisation des matériaux : inertie, effusivité et déphasage

Au-delà de la seule conductivité thermique (lambda), la performance d’un matériau en climat chaud et humide dépend de sa capacité à stocker et à restituer la chaleur. Ce module définit et quantifie les concepts d’inertie thermique, d’effusivité (sensation de paroi froide/chaude) et de déphasage (temps de transfert de l’onde de chaleur). L’apprenant saura lire une fiche technique et choisir un matériau en fonction de son comportement dynamique, et non statique.

X.2 Le potentiel des matériaux géo-sourcés : terre crue et BTC

La terre crue, sous ses formes modernes comme le bloc de terre comprimée (BTC) ou le pisé, offre une inertie thermique exceptionnelle, idéale pour lisser les pics de température journaliers. Cette section étudie les techniques de stabilisation, les normes de production et les règles de mise en œuvre pour garantir la durabilité de ces matériaux. Des études de cas de chantiers en RDC illustreront leur viabilité économique et leur performance thermique mesurée.

X.3 Matériaux bio-sourcés : bois, bambou et isolants végétaux

Une analyse fine des ressources locales révèle un potentiel immense pour les matériaux bio-sourcés. Ce cours évalue les propriétés structurelles et isolantes du bois local (géré durablement), du bambou, ainsi que des isolants issus de sous-produits agricoles comme la paille ou la fibre de palmier. L’étude intègre les traitements de préservation contre l’humidité et les termites, condition sine qua non de leur déploiement à grande échelle.

X.4 Analyse du cycle de vie (ACV) et énergie grise

Le choix d’un matériau ne peut plus ignorer son coût environnemental global. Ce module introduit la méthodologie de l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) pour quantifier l’énergie grise (énergie nécessaire à sa production, son transport et sa fin de vie) et les émissions de CO2 associées. L’étudiant apprendra à comparer objectivement un mur en parpaings de ciment et un mur en BTC sur des critères environnementaux, armant ses choix d’arguments chiffrés.

Chapitre XI. Philosophie de l’Habitat et Résilience Climatique

Le concept de “technique conviviale” forgé par Ivan Illich offre une grille de lecture acérée pour critiquer l’habitat moderne, dépendant d’infrastructures énergétiques lourdes et vulnérables. Ce chapitre applique cette philosophie à l’architecture en RDC. Il questionne la pertinence de la villa climatisée, outil non-convivial par excellence, et explore comment l’architecture peut redevenir un outil d’autonomie et de résilience pour ses habitants. L’analyse confronte les savoir-faire vernaculaires aux innovations “low-tech”. L’architecte forgera une éthique de la conception, visant à créer des lieux qui renforcent les capacités humaines plutôt que de les asservir à la technique.

XI.1 Critique de l’habitat moderne : dépendance et vulnérabilité

Sous l’angle de la philosophie des techniques, le bâtiment moderne est un système complexe dépendant de flux continus d’énergie et d’une maintenance spécialisée. Cette section analyse comment cette complexité crée une fragilité structurelle face aux coupures de courant, aux pannes et aux chocs climatiques. L’étude de cas des “îlots de chaleur urbains” à Kinshasa illustrera concrètement cette vulnérabilité systémique.

XI.2 Le concept de “Low-Tech” : innovation frugale et appropriable

La démarche “low-tech” ou basse technologie ne prône pas un retour en arrière mais une innovation utile, durable et accessible. Ce cours définit ses principes : réparabilité, simplicité d’usage, faible coût énergétique et utilisation de ressources locales. L’étudiant analysera des exemples concrets, du chauffe-eau solaire auto-construit au système de filtration d’eau par gravité, pour en extraire des principes de conception architecturale.

XI.3 Réinterpréter l’architecture vernaculaire congolaise

Loin d’une vision passéiste, l’étude des typologies d’habitats traditionnels (cases, cours intérieures) révèle une intelligence climatique et sociale éprouvée. Ce module propose une herméneutique de ces architectures, non pour les copier, mais pour en extraire les principes fonctionnels : gestion des flux d’air, usage de l’ombre, organisation spatiale communautaire. L’objectif est de nourrir la création contemporaine de solutions culturellement et climatiquement pertinentes.

XI.4 Vers une éthique de l’architecte-constructeur

Face aux défis écologiques et sociaux, la posture de l’architecte doit évoluer. Cette section explore les philosophies qui promeuvent un engagement plus direct du concepteur dans l’acte de construire, en lien avec les artisans et les futurs habitants. En s’inspirant de figures comme Hassan Fathy ou Samuel Mockbee, l’étudiant réfléchira à sa responsabilité sociale et à la manière dont son projet peut devenir un vecteur de transmission de savoir-faire et d’autonomisation locale.

Chapitre XII. Projet Intégré d’Architecture Climatique : Étude de Cas en Milieu Urbain Congolais

Ce chapitre final est une synthèse opérationnelle. Il abolit la séparation entre théorie et pratique en plongeant l’étudiant dans un projet de conception de A à Z, basé sur un cahier des charges réaliste pour un site urbain en RDC. L’exercice exige l’intégration de toutes les compétences acquises : simulation thermique, conception de l’enveloppe, stratégies de ventilation, choix de matériaux locaux et justification philosophique du parti pris. Le livrable n’est pas un simple dessin, mais un dossier technique complet. L’étudiant prouvera sa capacité à diriger un projet d’architecture bioclimatique viable, performant et contextuel.

XII.1 Analyse de site multicritères et définition du programme

La première étape d’un projet réussi est une lecture fine du contexte. Ce module méthodologique guide l’étudiant dans la réalisation d’une analyse de site complète : relevés topographiques et climatiques, analyse de la course solaire et des masques, étude des vents dominants, et diagnostic socio-urbain. Sur cette base, il apprendra à affiner et à critiquer un programme architectural pour en maximiser le potentiel bioclimatique.

XII.2 Développement de l’esquisse et validation par simulation

Dès les premières esquisses, la simulation thermique dynamique devient un outil de dialogue et de décision. L’étudiant apprendra à modéliser et à comparer rapidement plusieurs options de volumétrie et d’orientation pour quantifier leur impact sur le confort et la consommation énergétique. Ce processus itératif garantit que les choix formels majeurs sont fondés sur des données de performance objectives et non sur la seule intuition.

XII.3 Conception technique détaillée : enveloppe et systèmes

Une fois le concept validé, la phase de développement technique est cruciale. Ce cours se concentre sur la production des détails constructifs de l’enveloppe (jonctions, isolation, étanchéité à l’air) et sur le dimensionnement final des systèmes passifs (protections solaires, ouvertures de ventilation). L’étudiant devra produire des coupes et des plans techniques précis, démontrant la faisabilité et la performance de ses choix.

XII.4 Production du dossier de projet et soutenance argumentée

Le projet culmine dans la constitution d’un dossier professionnel complet. Celui-ci inclut les plans graphiques, les notes de calcul thermique et de dimensionnement, un catalogue des matériaux spécifiés avec leur analyse de cycle de vie, et une note philosophique justifiant la pertinence du projet. L’étudiant développera sa capacité à communiquer et à défendre ses choix techniques, esthétiques et éthiques devant un jury de professionnels.

ANNEXES

A. Glossaire Technique Bilingue (Français-Anglais) de la Thermique du Bâtiment

Une communication technique sans équivoque est la base de tout projet architectural d’envergure. Cet annexe fournit un glossaire bilingue (français-anglais) des termes clés en thermique du bâtiment et en conception bioclimatique, allant du “facteur solaire” (Solar Heat Gain Coefficient) à l'”effusivité thermique” (Thermal Effusivity). Il s’agit d’une mise en correspondance conceptuelle des normes (ISO, ASHRAE) avec le vocabulaire technique utilisé en RDC. L’architecte maîtrisera ainsi le langage international, lui permettant de lire la littérature de pointe et de collaborer efficacement sur des chantiers mondiaux.

B. Abaques Solaires pour les Latitudes Congolaises (Kinshasa, Lubumbashi, Goma)

Sous le ciel équatorial congolais, les diagrammes solaires génériques perdent leur pertinence. La constance de la trajectoire solaire et les microclimats spécifiques, comme l’altitude de Goma, exigent des outils calibrés avec une précision chirurgicale. Cet annexe fournit des abaques solaires spécifiquement calculés pour les latitudes de Kinshasa, Lubumbashi et Goma, incluant les masques de végétation typiques. En s’appropriant ces instruments, l’architecte bioclimatique dépasse l’approximation et acquiert la capacité de modéliser avec exactitude les protections solaires pour une performance énergétique optimale validée par des données locales.

C. Catalogue des Matériaux de Construction Locaux et Propriétés Hygrothermiques

Face à l’urgence de construire durable, la connaissance empirique des matériaux locaux est un impératif économique et écologique. Cet annexe constitue une base de données technique des ressources constructives de la RDC, de la brique de terre compressée (BTC) du Kwango au bambou du Kivu. Chaque fiche détaille la conductivité thermique, l’inertie, et la perméabilité à la vapeur d’eau, données souvent absentes des manuels standards. L’éco-concepteur y forgera une compétence décisive : sélectionner scientifiquement le matériau optimal pour garantir le confort hygrothermique et minimiser l’empreinte carbone du bâti.

D. Grille d’Analyse Philosophique de l’Habitat Vernaculaire Congolais

L’habitat vernaculaire est un traité de sagesse constructive. Inspirée par les approches phénoménologiques de l’espace, cette grille d’analyse offre une méthode rigoureuse pour décoder les architectures traditionnelles congolaises (Pende, Luba, Kongo). Elle structure l’observation autour de l’orientation, de la matérialité et de l’organisation spatiale en lien direct avec les contraintes climatiques et les cosmogonies locales. L’étudiant apprend à extraire des principes de résilience et de confort bas-carbone, lui permettant de réinterpréter cette intelligence ancestrale dans des projets architecturaux résolument contemporains.

Lire aussi :

Cours de Projets : stratégie, conception et opérationnalisation, master-1, PUM2111

Cours de Principes de base de Gestion des Eaux et des Bassins Versants, master-1, PBG2111

Cours de Calcul de Niveau de Référence des Gaz à Effet de Serre GES, Techniques Maggic Sengen et Globium, master-2, CNR2231

Cours de TFC Mémoire, master-2, MAG2241

Cours de Télésurveillance, master-2, TEL2241

Cours de Eco-éthologie et comportement animal, master-2, EEC2231