En Soleil Lement

ENSOLEILLEMENT

1. GEOMETRIE SOLAIREMouvements terre-soleilInclinaisons et saisonsTrajectoires apparentes du soleil depuis la terre

2. OUTILS D’ETUDE DE L’ENSOLEILLEMENTAbaques et diagrammes solairesGnomonHéliodon

PLAN DU COURS

La terre tourne autour du soleil selon unmouvement de translation sur une orbiteelliptique (assimilée à un cercle). L’axe despôles forme un angle d’inclinaison de 23° 27’par rapport à la normale au plan de l’elliptique etreste parallèle à lui-même au cours dumouvement annuel.

1. GEOMETRIE SOLAIRE1.1 Mouvement terre-soleil

ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

Mazr

ia,

guid

e d

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Sourc

e :

J.J

Delé

tré

On considère que le soleil émet comme une source située à l’infini,dont les rayons sont parallèles entre eux.

Généralités

1. GEOMETRIE SOLAIRE1.2 Inclinaison et saisons

ENSOLEILLEMENT

Source : Pierre Seille, ENS INSA Lyon, 2000http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/Planetologie/Description/Articles/solstice.html

Les 4 positions clés (hémisphère nord)

Solstice d’été

Equinoxes

Solstice d’hiver

1. GEOMETRIE SOLAIRE1.3 Trajectoires solaires

ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

Danie

l Siret

- C

ER

MA

Exemples de trajectoires solaires depuisdifférents points de la terre

21 Juin

21 Mars

21 Déc.

21 Juin

21 Mars

21 Déc.

21 Juin

21 Mars

Latitu

de 9

0° NLatitude 45° N

Latitude 0° N

Pour une même direction des rayons solaires,la hauteur du soleil évaluée en différents pointsde la terre ne sera pas la même.

Le mouvement apparent du soleil depuis laterre dépend de la latitude du lieud’observation (P).


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

Danie

l Siret

- C

ER

MA

Mouvement apparent du soleil

• Latitude : angle formé par la droite joignant P au centrede la terre et le plan de l’équateur terrestre

• Plan horizontal du lieu : plan tangent à la sphère « terre »

• Verticale du lieu (zénith du lieu) : perpendiculaire auplan horizontal du lieu

Le lieu d’observation -point P -devient le centre d’une nouvelle sphère.


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

J.J

Delé

tré -

EA G

renoble

Mouvement apparent du soleil

Dans l’exemple ci-contre :

Latitude 45° (λ = 45°) λ0 = 23°27’ (solstices)α1 = 45° - 23°27’ α2 = 45° α3 = 45° + 23°27’

Reconstruction des positions solaires par rapport à la latitude du lieu


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

Danie

l Siret

- C

ER

MA

Coordonnées angulaires du soleil : hauteur, azimut

• Hauteur : angle formé par le rayon solaire etle plan horizontal (entre 0° et 90°)

• Azimut : angle formé par la trace du soleilsur le plan horizontal et la direction Nord(dans le sens des aiguilles d’une montre). Parcommodité, on utilise l’azimut par rapport ausud (< 0 côté Est, > 0 côté Ouest)

De manière générale, hauteur et azimut servent à définir la position d’un objet par rapportà un point de référence (point d’observation).

Sourc

e :

Mazr

ia

2. OUTILS D’ETUDE DE L’ENSOLEILLEMENT2.1 Diagrammes et abaques solaires

ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

Cart

es

et

figure

s de la t

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pid

ou,

1980,

p.

235

Généralités

En éclairage, les principales techniques pourreprésenter en plan les trajectoires solaires surla voûte céleste sont :

- les diagrammes cartésiens (projectioncylindrique), avec en abscisse les azimuts et enordonnées les hauteurs

- les diagrammes polaires (projection circulaire),avec comme rayons les azimuts et commecercles concentriques les hauteurs

Les diagrammes et abaques solaires sont des outils graphiques simplifiés(trajectoires solaires tracées au 21 du mois), qui permettent de lire :- les trajectoires solaires- la position du soleil à un moment t- la période durant laquelle le soleil est visible depuis un point donné.

ENSOLEILLEMENT

Les heures données par les diagrammes sont des heures solaires.Il est donc nécessaire de faire une correction de temps pour obtenir lerésultat en heure légale.

=> Pour la France : HEURE LEGALE =heure solaire + équation de temps ± longitude + (1h en hiver / 2h en été)

Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juill. Août Sept Oct Nov. Déc.

1er 3 14 13 4 -3 -2 4 6 0 -10 -16 -11

15 9 14 9 0 -4 0 6 4 -5 -14 -15 -9

• Décalage légal (fonction de chaque Etat) En France : été = GMT + 2h ; hiver = GMT + 1h

• Ecart de longitude : 4 mn / 1° (positif pour l’Ouest, négatif pour l’Est)

• Décalage d’équation de temps

Exemple : pour un point situé à Montpellier (long : + 3,53° Est),un diagramme donne une ombre à 16h45 le 21 juillet. L’heurelégale correspondante est :

H lég. = 16h45 + 0h06 - 0h14 + 2h = 18h37


Heures solaires et heures légales


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

CSTB

Diagrammes cartésiens

Les azimut sont donnés en abscisse(0° = midi solaire, quand le soleil estdans l’axe sud).Les hauteurs sont données enordonnées.Ces diagrammes sont fournis pourune latitude donnée.

N S NE W


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

J.J

Delé

tré -

EAG


Pour déterminer ces masques :

- choisir un point et une hauteur de référence- relever (sur le terrain ou sur un plan) la hauteur et lesazimut que font les arrêtes de ces masques avec lepoint de référence

- reporter hauteurs et azimut sur le graphe

- tracer les non horizontales avec les indicateursd’occultation

Ces diagrammes permettent aussi detracer les masques de l’environnement etde déterminer leur influence.

masques proches

masques lointains

Attention, si vous utilisezune carte topographique(IGN), il faut soustrairel’altitude du point deréférence à l’altitude quevous lisez sur la carte.


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

J.J

Delé

tré -

EAG


On lit l’influence des masques en fonction desmois et des heures de la journée


ENSOLEILLEMENT

Diagrammes polaires

Le centre du diagramme correspond au zénithdu lieu.Le plan de projection correspond au planhorizontal du lieu

Ces diagrammes sont valables pour unelatitude donnée.Les angles sont donnés en coordonnéespolaires :- les cercles figurent les hauteurs- les rayons figurent les azimuts


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

ABC

- E

A M

ars

eill

e

Diagrammes polaires

Les masques de l’environnement peuvent êtretracés manuellement. Mais ce diagramme estsurtout pratique associé à l’utilisation d’unobjectif photographique fish-eye.


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

ABC

- E

A M

ars

eill

e

Diagrammes polaires


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

CER

MA

Le Girasol

Le girasol est un abaque solaire universel (valablequelque soit la latitude), qui permet de lire lahauteur et l’azimut du soleil pour une situationdonnée

Sur le support sont représentés les courbesd’iso-azimut et les courbes d’iso-hauteur,figurant la sphère céleste en tout point de laterre.

Sur le disque transparent sont figurés lescourbes solaires autour du 21 de chaque mois,et les arcs horaires de 0 à 24h.

On fixe la latitude étudiée en faisant pivoter ledisque transparent et on lit, pour une datedonnée, les coordonnées du soleil au pointconsidéré.


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

CSTB

Le gnomon

Le gnomon, associé à lagéométrie descriptive, estutilisé pour le tracé desombres.


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

Danie

l Siret

- C

ER

MA

Le gnomon

Le gnomon repose sur leprincipe du cadran solaire,adapté à la latitude du lieu.

Une tige verticale dont on connaîtla dimension (d), est posée sur leplan horizontal.

Cette tige donne une traced’ombre qu’on représente pourchaque mois.

Les nombres situés sur les tracessolaires représentent les heuresen temps solaire.

Courbe A : 21 juin Courbe B : 21 mai et 21 juilletCourbe C : 21 av ril et 21 août Courbe D : 21 mars et 21 sept.Courbe E : 21 fév rier et 21 octobre Courbe F : 21 janv ier et 21 novembreCourbe G : 21 décembre


ENSOLEILLEMENT

Sourc

e :

work

shop J

.L.

Roux,

EN

SAM

2007

Le gnomonLa maquette et le gnomon sont fixés sur un plateau. Ilfaut faire correspondre le nord du gnomon avec lenord de la maquette.

La longueur de la tige est donnée par le diagramme(tige de hauteur égale au petit cercle).

On incline et on oriente le plateau de la maquette demanière à ce que l’ombre de la tige corresponde à ladate et à l’heure considérées.

Les ombres v isibles sur la maquette sont alors cellede l’instant choisi.

2. OUTILS D’ETUDE DE L’ENSOLEILLEMENT2.2 L’héliodon et la maquette

ENSOLEILLEMENT

Principe

Il est possible de simuler lesdifférentes positions solaires surune maquette avec un héliodon etun projecteur à rayons parallèles.


ENSOLEILLEMENT

Principe

Les 3 axes de rotation de l’héliodon :

-le basculement du plateau (0° à 90°) surlequel est posé la maquette permet de réglerla latitude

- le pivotement du pied permet de choisir lesmois

- on fait varier les heures en faisant tourner leplateau sur lui-même.

Axe des heuresAxe des latitudes

Axe des mois


ENSOLEILLEMENT

Exemples


ENSOLEILLEMENT

Exemples

Sourc

e :

J.J

Delé

tré -

EA G

renoble

ECLAIRAGE NATUREL

Audience(CERMA - école d’architecture de Nantes)

Outil de simulation en accès libre sur le web, qui permet d’évaluer ou de dimensionner lesprotections solaires placées devant un vitrage.

http://audience.cerma.archi.fr/cerma/pageweb/outils

Sourc

e :

audie

nce

2. OUTILS D’ETUDE DE L’ENSOLEILLEMENT2.3 Outils de calcul

3. CAPTER ET CONTROLERdispositifs de protection solaire

Protection solaire et orientation

Sourc

e :

ABC

- E

A M

ars

eill

e e

t J.

J. D

elé

tré -

EAG

Pour nos latitudes tempérées, on peut distinguer5 orientations principales qui tiennent comptedes déséquilibres de température entre matin etaprès-midi.

. Nord : jamais de soleil direct ; importance desréflexions extérieures. Sud : soleil haut quand les apports énergétiquessont importants• Ouest : apport énergétique le plus élevé (après-midi) ; soleil bas• Est : même caractéristiques que Ouest maissans surchauffe de la journée

• Toiture : partie la plus exposée en été

ENSOLEILLEMENT



Sourc

e :

ABC

- E

A M

ars

eill

e e

t J.

J. D

elé

tré -

EAG

Orientation sud

L’orientation sud est la plus facile à traiter.Sous nos latitudes, la hauteur du soleil entre avrilet août est supérieure à 60°. C’est généralementcette hauteur qu’on prend comme référence.

La dimension de l’avancée est fonction de lahauteur entre l’avancée et le bas de la prise dejour.Tan H = H / P

On peut aussi fractionner la protection :l’espacement des lames sera alors fonction deleur épaisseur

Schéma pour midirayons solaires de hauteur 70°

Coupe sur la lame

Attention : les réflexions extérieures dans la partiebasse peuvent fortement renforcer l’apport dechaleur.

ENSOLEILLEMENT



Sourc

e :

ABC

- E

A M

ars

eill

e e

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J. D

elé

tré -

EAG

Orientation ouest

La hauteur de référence des rayonssolaires est 30°. L’avancée doit devenirtrès importante.

L’utilisation d’écrans fractionnés sont les pluscourantes. Incliner les lames permet de lesespacer et maintenir une vue sur l’extérieur.

Schéma pour midirayons solaires de hauteur 30°

Coupe sur les lames : horizontales et inclinées

On peut aussi utiliser des lames verticales, avec unangle horizontal de position de ces lames de 15° à30°.

ENSOLEILLEMENT

ECLAIRAGE NATUREL

S. FIORI2004-2005

Fonctions

- Protéger de l’éblouissement- Protéger de la surchauffe en été

tout en- Conservant une ventilation naturelle-Maintenant la vue extérieure- pouvant améliorer l’apport de lumière en fond de local

Sourc

e:

J.J

Delé

tré -

EAG

Avancéeen façade

Lamesextérieures

Lamellesintérieures

Fenêtrenonouvrante


ECLAIRAGE NATUREL

S. FIORI2004-2005

Stores intérieurs

Stores vénitiens etstore extérieur

Sourc

e :

daylig

ht

in b

uild

ings

Une protection interne laisse pénétrer les IR ; lachaleur est piégée entre la baie et le store.

Par rapport à des stores classiques, ce système « fish »permet d’augmenter la distribution de la lumière dans la pièce

Sourc

e :

St

Gobain

Sourc

e:

M.

Fonto

ynont


ECLAIRAGE NATUREL

Lames extérieures

Sourc

e :

ww

w.a

rch.u

cl.a

c.be/e

clairage

Brise soleil en alu, lames fixes ou orientables

Sourc

e:

PM

A

Façade double peau avec modules de brise-soleilorientables par commande électrique programmable

Les lames sont composées de 2 feuilles de verreenserrant un film multicouche dont la face externe estréfléchissante et la face interne micro-perforée pourmaintenir la vue


Longitudes et latitudes de quelques villes

http://perso.wanadoo.fr/pgj/latlong.htm

ENSOLEILLEMENT

S. FIORI2005/06

30.11.05

Documents

En Soleil Lement