Comment les architectes trouvent de nouvelles façons d'utiliser la lumière du soleil et l'ombre

Des innovations telles que la technologie solaire, les miroirs géants et les filets réfléchissants contribuent à faire sortir les bâtiments de l'ombre.


Imaginez une maison sans fenêtres, sans lumière du jour. Ce serait un cauchemar. "Nous avons besoin de la lumière du jour pour tout : elle régule notre planète et notre corps ", explique Francesco Anselmo, concepteur lumière senior chez Arup.


Des cercles de pierre néolithiques à la chapelle Ronchamp de Le Corbusier, les humains ont reconnu la beauté de la lumière du soleil en architecture. Pourtant, la lumière du soleil est-elle négligée par les architectes d'aujourd'hui ?


À l'intérieur d'un bâtiment, nos yeux " vivent la lumière du jour de trois façons : la lumière du ciel, la lumière du soleil et la vue ", dit Anselmo. "Mais avec la tendance actuelle pour les bâtiments transparents, la vue prend la priorité[sur l'objectif plus fondamental des fenêtres - l'admission de la lumière]. Les progrès de la technologie avec le verre comme matériau de construction ont permis de construire des bâtiments entièrement vitrés", ce qui permet aux occupants d'apprécier pleinement la vue.


Pourtant, les fenêtres ne se limitent pas à la vue de l'extérieur. "La forme des fenêtres - la profondeur de l'appui de fenêtre et la profondeur de la fenêtre - pourrait jouer un rôle plus important dans la façon dont la lumière du soleil pénètre les bâtiments, en évitant les gains solaires en été et en encourageant la pénétration du soleil en hiver ", dit Anselmo.


De telles fenêtres pourraient même être belles. Le lauréat du Prix Riba Stirling de l'année dernière - Burntwood School à Londres par Allford Hall Monaghan Morris - a une façade de merveilleuses vitrines et des fenêtres de tailles différentes, semblables à des origami.


Anselmo met également en garde contre les reflets indésirables des bâtiments entièrement vitrés. La réflexion solaire concentrée de la première itération du bâtiment dit "Walkie Talkie" de Rafael Viñoly dans la ville de Londres, est un exemple brûlant, où une façade réfléchissante a focalisé la lumière du soleil dans un faisceau si intense qu'elle a endommagé les voitures en stationnement. Pourtant, les architectes conçoivent des tours spécialement conçues pour réfléchir la lumière du soleil.


En dehors de l'étrange "rayon de la mort" - comme l'ont surnommé les médias britanniques l'accident de design de Viñoly - le niveau de la rue devient de plus en plus sombre à mesure que les villes deviennent plus grandes. Environ 260 tours, plus de 20 étages de hauteur sont proposés pour Londres seulement. "Là où les grands bâtiments réussissent ou échouent, c'est la qualité de vie à la base, où il y a beaucoup d'ombre et d'effet de vent ", explique Christian Coop, directeur du design du cabinet d'architecture NBBJ, dont le concept "No Shadow Tower" a fait les manchettes l'an dernier.

Les habitants de Rjukan, en Norvège, profitent pour la première fois du soleil hivernal grâce à des miroirs géants placés sur une colline au-dessus de la ville © AFP


Le concept de l'entreprise est qu'une paire de tours, la plus septentrionale agissant comme un miroir géant, réfléchit la lumière diffuse du soleil dans l'ombre de l'autre. "Le résultat est une réduction moyenne de 50 pour cent de l'ombre à la base," dit Coop. La forme de la tour réfléchissante est déterminée par le trajet du soleil à travers le ciel et est plus large au sommet pour recueillir plus de lumière lorsque le soleil est plus bas dans le ciel.


Bien que le design astucieux - revêtu de verre réfléchissant et d'ailettes inclinées en aluminium - compense les ombres à la base, les tours projettent toujours des ombres derrière elles. "Et si une autre grande tour était construite devant la tour réfléchissante, elle cesserait de fonctionner, donc tout cela doit faire partie d'un plan directeur ", dit Coop.


Des tours "sans ombre" similaires sont devenues réalité. A Sydney, le One Central Park de l'architecte français Jean Nouvel, d'une hauteur de 34 étages, achevé en 2014, atténue son ombre grâce à des miroirs motorisés, appelés héliostats, qui suivent le soleil. L'appareil comprend un engin monumental qui s'élève en porte-à-faux sur le côté de l'immeuble résidentiel. Les rayons réfléchis sont dirigés dans un atrium autrement ombragé en dessous.


En effet, les héliostats - développés à l'origine pour les centrales solaires à concentration - ont été utilisés pour apporter la lumière du soleil à des communautés entières. En 2006, le village de Viganella, dans le Piémont, au nord de l'Italie, en a placé un à flanc de montagne pour permettre à la lumière solaire réfléchie d'atteindre les habitants qui étaient auparavant plongés dans le noir pour l'hiver. En 2013, la ville de Rjukan en Norvège a fait de même.


Les architectes apportent aussi la lumière du jour sous terre. Le Fulton Center de New York City, une station de métro et un centre commercial, comprend une installation de James Carpenter Design Associates, Grimshaw Architects et Arup. Sky Reflector-Net est un collier de câbles tissés en acier inoxydable et de panneaux en aluminium entourant un puits de lumière. Le "filet" réfléchit la lumière du jour jusqu'aux quais du métro. "Plus important encore, il apporte l'image du ciel et la rabat dans le bâtiment ", dit M. Carpenter. "C'est une expérience cinématographique, avec des nuages et des couleurs de ciel changeantes."


Plus de 100 pieds au-dessus des navetteurs, la fenêtre du puits de lumière est volontairement petite. "Un grand puits de lumière permettrait plus de luminosité, mais il y aurait plus d'ombres et de contrastes. L'important n'est pas la luminosité physique - mesurée en lumens - mais notre perception de la lumière et la façon dont l'œil réagit."


Les panneaux en aluminium sont conçus pour réfléchir la lumière en douceur. Des bandes de verre très réfléchissantes "ponctuent la lumière douce de morceaux de lumière vive."


L'effet est presque comme un cadran solaire. "A des heures régulières de la journée, des rayons de soleil brillants descendent jusqu'au quai du métro souterrain".


Non pas que les ténèbres et les ombres soient intrinsèquement indésirables. "Les ombres sont essentielles pour l'architecture ", déclare Thomas Schielke, consultant en éclairage architectural et co-auteur de Light Perspectives (2009). "Les ombres aident à rendre les formes et les textures. Les façades sont une toile fascinante pour le soleil au cours d'une journée. L'équilibre de la lumière et de l'ombre est un élément central de la création d'espaces." Schielke considère les architectes japonais contemporains tels que Tadao Ando et Shigeru Ban comme des maîtres de l'art d'équilibrer l'ombre et la lumière.


En effet, les architectes japonais semblent particulièrement attentifs à l'utilisation astucieuse de l'ombre. L'architecte relativement inconnu Hiroshi Nakamura utilise aussi l'ombre et la lumière du soleil de façon magistrale. Il s'inspire du livre In Praise of Shadows (1933), de l'auteur japonais Junichiro Tanizaki.


"Le livre découvre la richesse des profondeurs créées par les ombres profondes et critique l'éclat homogène de la civilisation moderne", dit Nakamura.

La maison de verre optique de Nakamura à Hiroshima, achevée en 2012, dispose d'un mur de 8 mètres carrés orienté vers l'est, composé de 6 000 briques de verre optique reliées par des tiges d'acier.


Contrairement aux briques de verre creuses ordinaires, ces briques de verre pleines sont insonorisées, de sorte qu'en plus de pixeliser la vue sur la rue animée, elles étouffent le bruit du trafic. Derrière le mur, des arbres poussent dans un jardin de cour baigné d'une lumière chatoyante à travers les briques de verre. Un rideau en treillis métallique très léger sépare le jardin d'un espace de vie. Il ondule doucement dans la brise et projette de fines ombres. Au-dessus de l'entrée se trouve un puits de lumière rempli d'eau à travers lequel le soleil brille, projetant des ondulations sur le sol.


L'effet d'ensemble est un jeu naturaliste d'ombre et de lumière du soleil dansant, qui est "très japonais", dit Nakamura.


En plus de leur attrait esthétique, les ombres gardent les bâtiments confortables par temps chaud. Au Moyen-Orient, les fenêtres traditionnelles, depuis le Moyen Âge, ont des moustiquaires en treillis - mashrabiyas, en arabe - qui ternissent les intérieurs d'une ombre à motifs tout en permettant aux résidents de regarder dehors. Ce motif vernaculaire inspire des architectes du monde entier, comme le Brésilien Marcio Kogan, dont le projet Vertical Itaim, une tour résidentielle de São Paulo achevée en 2014, est recouvert d'écrans en treillis de bois.


En plus de se mondialiser, les mashrabiyas sont devenus de la haute technologie. A Abu Dhabi, les tours Al Bahr Towers d'AHR, deux immeubles de bureaux de 25 étages achevés en 2012, ont un mur-rideau de panneaux triangulaires finement perforés qui s'ouvrent et se ferment automatiquement, comme d'énormes fleurs, suivant le soleil. Selon l'AHR, ce dispositif d'ombrage réduit le gain solaire de 50 pour cent, ce qui signifie que les coûts de climatisation sont réduits de la même façon. Pendant ce temps, au Danemark, Henning Larsen Architects a conçu le Kolding Campus de l'Université du Sud du Danemark, qui a ouvert ses portes en 2014. Il est recouvert de volets triangulaires en aluminium, perforés d'un "motif organique", explique Peter Koch, chef de projet. Les volets s'ouvrent et se ferment comme des ailes de papillon en réponse à la chaleur et à la lumière à l'intérieur du bâtiment. "Lorsqu'ils sont complètement fermés, les élèves peuvent toujours voir à l'extérieur, mais ils sont maintenant à l'ombre, comme assis sous un arbre ", dit Koch.


Au fur et à mesure que la planète se réchauffe et que la technologie progresse, ces "façades cinétiques réactives" - selon l'expression de Koch - deviendront plus courantes. Tout le monde aime la lumière du soleil, mais les ombres sont fraîches.


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