Physics of sustainable development

Bioclimatic house

Cours Physique et sociétés durables

Une option du Magistère de physique fondamentale et de L3 Physique de l'université Paris-Saclay

Enseignant.e.s :

• Claire Marrache-Kikuchi
• Guillaume Roux

Programme: Cours bâti autour de divers chapitres quasiment indépendants, suivi par un projet soit expérimental, soit de simulation.

2025-2026: Emploi du temps (Le jeudi 15:45-17:45, bât. hbar, salle 122 pour les cours, salles 405-407 pour les projets)

• 22/01 : Bienvenue dans l'Anthropocène (GR) + Architecture et Climat (CM) + discussion projet (CM & GR)
• 29/01 : Climat (GR) + brainstorming projet (CM & GR)
• 05/02 : Principes de construction bioclimatiques + Energie dans les bâtiments (CM)
  • A lire pour préparer le cours : Polycopié Introduction et Polycopié Energie dans le bâtiment
• 12/02 : Energie et société (GR) + définition du projet (CM & GR)
• 19/02 : Considérations thermiques à l'échelle d'un bâtiment et d'une ville (CM)
  • A lire pour préparer le cours : Polycopié Considérations thermiques
• 26/02 : Examen écrit -- + retour pré-projet
• 05/03 : Vacances
• 12/03 : Projet (GR) - salle 407-408
• 19/03 : Projet (CM) - salle 407-408
• 26/03 : Projet (CM & GR) - salle 407-408
• 02/04 : Projet (CM & GR) - salle 407-408
• 09/04 : Projet (CM & GR) - salle 407-408
• 16/04 : Projet (CM & GR) - salle 407-408
• 23/04 : Restitution projet (CM & GR) (à confirmer)

Méthodologie

Dans cette section, vous trouverez quelques outils méthodologiques pouvant être utiles en classe ou pour vos projets.

Détermination du climat d’un site

• Téléchargez le fichier Excel permettant de visualiser la situation météorologique d’un site : https://drive.google.com/drive/folders/17190SoV9ahwko7UXVy2v5GSFmt-Vxy5Y?usp=sharing
• Allez sur Iowa Environmental Mesonet (http://mesonet.agron.iastate.edu/request/download.phtml)
• Sélectionnez le *Network* correspondant au pays auquel appartient la ville ainsi que la *Station* la plus proche de la ville.
• Sélectionnez «All Available» à l’étape 2.
• À l’étape 3, sélectionnez la plage de dates souhaitée. Attention : au-delà de 2 ans de données, les calculs peuvent prendre beaucoup de temps.
• Sélectionnez «Coordinated Universal Time» à l’étape 4.
• À l’étape 5, utilisez les paramètres suivants :

 ** Data Format : «Tab delimited (no DEBUG headers)»
 ** Include Latitude + Longitude? : «No»
 ** How to represent missing data? : «Use blank/empty string»
 ** How to represent Trace reports? : «Use blank/empty string»
 ** «Save result data to file on computer»
 ** Laissez l’option par défaut à l’étape 6.

• Cliquez sur «Get Data» à l’étape 7.
• Ouvrez Meteorological_Conditions.xlsx et allez dans la feuille «Donnees». Supprimez toutes les données si cette feuille n’est pas vide et remplacez-les par les données du fichier téléchargé. Vérifiez que le séparateur décimal est «.» et non «,».
• Allez dans la feuille «Precipitation_data» et recherchez la station météorologique la plus proche de votre site. Déterminez le numéro de ligne correspondant à la station la plus proche. Si plusieurs occurrences de la même station météorologique apparaissent, regardez les valeurs correspondantes dans la colonne G «Statistic Description» et choisissez la ligne correspondant à «Mean Monthly». Rentrer cette valeur dans "Précipitation" (Case I5 surlignée en Jaune).
• Cliquez sur «Calculer» (ou F9 ou "Formules" puis "Calculer"). Attention : le calcul peut prendre quelques minutes. Vous avez maintenant configuré tout ce qui est nécessaire pour les différents graphiques présents dans les diverses feuilles.

Détermination de l’irradiation solaire sur un site donné

• Allez sur Global Solar Atlas(https://globalsolaratlas.info/map) et sélectionnez votre site.
• Faites défiler le panneau de droite et cliquez sur «Open detail».
• Vous pouvez télécharger les informations dans un fichier Excel.

Détermination du potentiel photovoltaïque d’un site

• Allez sur Global Solar Atlas (https://globalsolaratlas.info/map) afin de déterminer l’orientation optimale des modules photovoltaïques pour le site («Optimum Tilt of PV modules»).
• Allez sur Onyx Photovoltaic Estimation Tool (https://www.onyxsolar.com/photovoltaic-estimation-tool) et estimez la production des modules photovoltaïques sur votre site, avec l’angle optimal.

Bibliographie

• Sites utiles:
  • Données socio-économiques et environnementales compilées à partir de sources vérifiées (University of Oxford)
  • Diagramme psychrométrique par Andrew Marsh

• Livres:

Les livres peuvent généralement être trouvés sur Internet. Si vous ne parvenez pas à accéder à un ouvrage spécifique, dites-le nous.

• • A Green Vitruvius, V. Brophy and J. O. Lewis, Earthscan. pdf

• Articles tirés de ce cours:
  • A course on climate change and sustainable building design, C. A. Marrache-Kikuchi, G. Roux, J.M. Fischbach, B. Pilette, Am. J. Phys. 91, 667–675 (2023). pdf
  • Application of the heat equation to the study of underground temperature, M. Caprais, O. Shviro, U. Pensec, H. Zeyen, Am. J. Phys. 92, 663 (2024). pdf

Students' projects 2022-2023

• Angèle Bourdeaux & Luc David & Benoît Froissart : Solar Oven

Students' projects 2021-2022

• Blandine Berdugo : Water self-sufficiency - Towards a better handled consumption and new supply methods
• Romain Caupin : Etude de l’humidité des sols en fonction de l’épaisseur d’une couverture de feuilles mortes
• Adrien Renaudineau : Study of Thermoelectric Generators for powering mobile devices

Students' projects 2020-2021

• Marie Ausseresse & Sanghyeop Lee & Mathieu Pageot : Using magnetic levitation to sort plastic wastes
• Clémentine Berger : La gestion des eaux de pluie - Exemple du Plateau de Saclay
• Mael Colliaux & Corentin Hespel & Elianor Hoffmann : Modeling of a wind turbine
• Paul Hardy & Adrien Paquis : Température moyenne globale et conséquences locales. Entretien avec Sébastien Laflorencie (Météo France)
• Marion Salaun : Bâtiments durables

Students' projects 2019-2020

• Hugo Breton & Indiana Lynn & Alvin Opler: Feed Paris in vegetables
• Mathis Caprais & Ugo Pensec & Oriane Shviro: Subground housing
• Léa Cascaro & Mathieu Delteil: Energetic performance of the powerhouse Kjorbo
• Audrey Goutard: Influence of plants on our environment
• Géogal Guichard: Extracting energy from ocean waves
• Clara Montagnon: Glaciers and Climate Change
• Sophie Morard: Energy efficiency of an appartment
• Thibault Noblet: Green Roofs
• Léna Parc: Vegetated Schoolyards
• Théophile Tanguy: Popcorn bricks
• Jules Pret Théodore: Case study : the daylight system by Parans
• Victor Ziapkoff: New roads for Africa