1. Mémoire de master
Janvier 2014
Directeurs de mémoire
Jean-François Blassel
Pascale Joffroy
Le confort en ville :
Étude de l’impact de la forme urbaine
sur le confort du piéton
Cas des formes urbaines génériques
Comment modéliser le microclimat
en vue d’une utilisation dans la
conception architecturale et urbaine ?
Marie Rouger
Eléonore Wimart

2. Marie Rouger
Eléonore Wimart
Mémoire de master
Matières à penser
Janvier 2014
Directeurs de mémoire :
Jean-François Blassel
Pascale Joffroy

3. Résumé
Les villes sont constituées de multiples configurations urbaines : immeubles
alignés sur rue, tours sur dalle, barres enserrant une place… La complexité
morphologique des ces aménagements urbains modifie fortement les microclimats
à l’échelle locale, en perturbant l’écoulement du vent, en amplifiant ou non l’accès
solaire et en modifiant significativement la température ressentie dans l’espace
public. Ces paramètres climatiques - tributaires de la morphologie urbaine influent significativement sur le confort des usagers.
Ce travail de mémoire vise à étudier, par le biais de l’élaboration d’un protocole
d’analyse microclimatique, la relation entre les formes urbaines génériques, le
microclimat qu’elles génèrent et le confort ou l’inconfort supposé dans leurs
espaces publics. L’objectif du mémoire est de mettre en place une démarche
objectivante permettant de quantifier une notion difficilement appréhendable
comme le confort du piéton.
Pour caractériser l’impact de la forme urbaine sur le confort, nous avons créé un
protocole se basant sur des observations volumétriques et des simulations solaires
(Logiciel Ecotect Analysis), couplé à des seuils microclimatiques théoriques (issus de
la littérature existante) et à une réinterprétation graphiques de zones d’inconfort ou
de confort. Cette démarche permet de simuler les différents paramètres physiques
impactant le microclimat et d’améliorer la compréhension du confort d’un site sans
avoir recours à des relevés expérimentaux longs et fastidieux.
Nous avons par la suite appliqué le protocole d’analyse à neuf configurations
urbaines génériques représentatives de différents modes d’urbanisation
particulièrement présents dans Paris et sa banlieue. Les résultats de cette étude
ont été croisés avec l’étude d’indicateurs géométriques menée en parallèle, afin
d’évaluer les effets de la géométrie urbaine sur les ambiances dans les espaces
extérieurs. De plus, une lecture comparative des différents sites a abouti à un
classement de ces derniers en fonction du confort qu’ils généraient.
Les conclusions de cette recherche ont permis l’élaboration de quelques
recommandations sur la conception et l’adaptation de tissus urbains pour les
architectes et les urbanistes.
Mots clés
Morphologie urbaine, microclimat urbain, modélisation climatique, confort du
piéton, paramétrique, tissus génériques, aide à la conception architecturale

4. Abstract
Cities are made of multiple urban configurations : building lining the
street, towers established on a slab, linear building enclosing a square… The
morphological complexity of those urban plannings induce significant changes
in the microclimatic parameters at local scale by affecting the local wind field,
increasing or not solar access and modifying air feelings in public space.
Those parameters, dependent of urban morphology have an impact on the
pedestrians comfort.
This research work aims to study the relations between generic urban shapes,
the microclimate they create and the expected comfort or discomfort in public
spaces, through the elaboration of an analysis protocol. The work purpose is to
develop an objective approach allowing us to quantify a complex notion such as
the pedestrian comfort.
To characterize the impact of urban plannings on comfort, we developed a
protocol based on volumetric reports and solar simulations (Ecotect Analysis
Software) linked to microclimatic levels (from the existing literature) and graphic
translations of comfort and discomfort areas. This approach allows us to simulate
the physical conditions impacting the microclimate and to improve the comfort
understanding without using records in situ.
We have conducted this analysis protocol on nine sites which are a representative
panel of generic urban configurations in Paris and its suburbs.
The results were crossed with the study of geometrical indicators that we carried
out in parallel, to evaluate the effects of urban geometry on outdoor space
environment. Furthermore, we made a comparative reading of sites to create a
classification according to the comfort.
The conclusion of this research led in the elaboration of some recommendations
on urban design and adaptation for architects and urban planners
Keywords
Urban morphology, urban microclimate, climatic modeling, pedestrian comfort,
parametric, generic urban fabric, architectural design tools

5. Sommaire
Introduction 1
1.
Le microclimat : un phénomène urbain
5
1.1
De quelle manière le microclimat impacte-t-il le confort du piéton ?
5
1.2
Les facteurs urbains générant le microclimat
9
a. Les facteurs de volumétrie
9
b. Les facteurs de surface
c. Les facteurs additionnels
1.3
23
25
Création d’une grille de critères
29
2.
Création d’un protocole d’analyse microclimatique appliqué à la conception
architecturale et urbaine
31
2.1
Comment quantifier le confort ?
31
2.2
Affinement de la méthode pour une utilisation des concepteurs
33
a. L’importance du relevé sur site
33
b. Interprétation des résultats chiffrés
35
c. Résultats graphiques : comment les comparer et les relier à la notion de confort ?
37
d. Résultats non quantifiables : comment les prendre en compte dans les études ?
39
d. Coefficients pondérateurs : comment hiérarchiser l’analyse ?
43
2.3
Création d’un protocole d’analyse
45
3.
Étude comparée de neuf fragments urbains
49
3.1
Choix de configurations urbaines génériques à Paris et sur la Dorsale Est
49
Présentation des sites
51

6. 3.2
Interprétation par critère : quelles grandes règles de conception urbaine et
architecturale pouvons-nous tirer des analyses de site ?
55
a. L’Accès Solaire : générer une répartition égalitaire du confort sur l’année
55
b. L’Albédo : penser une répartition judicieuse des matériaux
61
c. Les Mouvements Aérauliques : préférer les tissus poreux
63
d. La Chaleur Anthropique : réduire la pollution thermique
65
Interprétation par site : quel confort pour quelle typologie ?
67
a. Morphologies génériques et confort
67
b. Un classement du confort ?
77
c. La recette du confort microclimatique
77
Vers une paramétrisation du protocole
81
a. Limites de la démarche
81
b. Comment automatiser l’analyse ?
81
3.3
4.
Conclusion 87
Bibliographie 91
ANNEXES 95
ANNEXE 1 : Application des critères d’analyse sur neuf sites d’étude (dépliant)
ANNEXE 2 : Protocole d’analyse (dépliant)
97
101
ANNEXE 3 : Application du protocole d’analyse sur neuf sites d’étude (dépliant) 103
ANNEXE 4 : Commentaires et classement des neuf sites d’étude (dépliant)
107

7. 1
Introduction
Aujourd’hui, il est devenu évident que les villes doivent se penser « avec le climat »
et non pas « en faisant abstraction du climat ». En effet, tout aménagement urbain
entraîne une modification locale du climat. Les épisodes de surchauffe caniculaire
en ville - les îlots de Chaleur Urbains - en sont la preuve.
Le contrôle et l’amélioration du confort dans les espaces extérieurs sont donc
devenus primordial pour les concepteurs. Depuis quelques années, on observe une
multiplication des études scientifiques sur le thème de l’analyse des microclimats
urbains : on cherche à les comprendre, à les quantifier, à les comparer et parfois
même à les prédire. Les résultats de ces études s’appuient le plus souvent sur des
modèles numériques dynamiques permettant de simuler des comportements
climatiques mais qui restent très difficiles d’accès.
La démarche proposée dans ce mémoire est de revenir à une compréhension
morphologique et raisonnée du microclimat et de proposer une méthode
d’approximation du confort se basant sur des réflexions directement liées à la forme
urbaine à la manière de Serge SALAT dans Les villes et les formes sur l’urbanisme
durable, 2011. Nous avons testé cette méthode d’analyse sur neuf formes urbaines
correspondant à différents modes d’urbanisation qui ont marqués l’histoire de
Paris et de sa banlieue afin d’en tirer des conclusions relatives au confort.
A partir de ces éléments, deux questions peuvent se poser :
Comment modéliser le microclimat en vue d’une utilisation dans la conception
architecturale et urbaine ?
Quelles sont les formes urbaines de la métropole parisienne les plus
thermiquement favorables en terme de confort extérieur ?
Notre mémoire s’articule de la manière suivante :
En premier lieu (Partie 1), nous nous intéressons au rapport morphologie urbaine/
microclimat du point de vue du confort des usagers. Nous étudions pour ce faire
les différentes caractéristiques morphologiques responsables de la modification
du confort extérieur.
Cette étude purement théorique de compréhension du phénomène du microclimat
nous amène ensuite à l’élaboration d’un protocole d’analyse (Partie 2) permettant

8. Introduction
3
d’approximer et de quantifier le confort. Cette méthode se veut accessible aux
concepteurs en indiquant directement l’emplacement de « zones de confort » en
fonction du critère climatique considéré.
Nous avons ensuite appliqué notre protocole d’étude à neuf fragments urbains
à Paris et sur la Dorsale Est (Partie 2). Les sites d’études choisis correspondent à
des formes urbaines génériques, diversifiées et connues, afin de renseigner les
spécificités climatiques propres à chacune de ces configurations urbaines. Nous
avons alors pu classer ces neuf sites d’études en fonction du confort que leur
microclimat générait et ce de manière (quasi) objective.
Enfin (Partie 4), nous avons interrogé la possible automatisation du protocole à
l’aide d’outils paramétriques.

9. 87
Conclusion
La démarche protocolaire que nous mettons en place permet une approximation
simple du confort dans l’espace public en se basant sur une interprétation raisonnée
de critères morphologiques.
Cette méthode démontre l’efficacité de certaines formes urbaines, comme les rues
dans les tissus Haussmanniens, de type « HBM » ou encore de type « îlots ouvert ».
Plus précisément, notre protocole montre l’intérêt des configurations poreuses
- admettant en leur sein des cours semi-ouvertes sur rue - pour le confort des
usagers, que ce soit d’un point de vue aéraulique, thermique ou radiatif.
Au delà de l’impact de la volumétrie pure sur le confort dans les espaces publics, la
méthode que nous avons élaborée, renseigne également le rôle prépondérant que
jouent la répartition des arbres ou des revêtements de surface sur le sol public : les
résultats de confort en sont fortement dépendants, quels que soient les sites.
Néanmoins, la démarche proposée admet quelques limites : l’impact de certains
critères ne peut pas être quantifié (c’est le cas de la chaleur anthropique ou des
mouvements convectifs), la marge d’erreur due aux approximations successives
et aux interprétations reste très élevée, et le processus d’analyse reste long et
fastidieux. Nous avons donc envisagé une automatisation du protocole à l’aide de
logiciels paramétriques afin d’améliorer ce dernier point.
La démarche que nous proposons, nous l’avons vu, est orientée comme outil
d’aide à la conception microclimatique de nouveaux aménagements urbains en
relation avec le confort. Mais les analyses menées durant ce mémoire ouvrent la
réflexion sur une autre problématique liée au microclimat : comment améliorer le
confort des formes urbaines déjà existantes ?
Nous avons déjà formulé certains éléments de réponse : la plantation judicieuse
d’arbres permet d’améliorer le confort d’été, le choix de revêtement de sol à albédo
élevé permet de diminuer la surchauffe estivale et certaines bonnes pratiques
énergétiques peuvent significativement diminuer la chaleur anthropique.
Mais de nombreuses pistes de recherche restent à considérer : comment adapter
les tissus trop ouverts au ciel (comme les grands ensembles) et ceux trop peu

10. Conclusion
89
ouverts (comme les rues pré-haussmanniennes) ?
L’usage de dispositifs ponctuels comme les brumisateurs ou les miroirs d’eau
(arrosage de la voirie) est il une solution efficace pour lutter contre la surchauffe ?
Comment optimiser les cours d’immeubles ?
L’adaptation du territoire est aujourd’hui indispensable, mais elle doit se penser
de manière microlocale : à chaque fragment urbain correspond une réponse
microclimatique particulière. Notre protocole d’analyse de site prend alors tout
son sens dans l’objectif de dégager des solutions d’adaptation propre à chaque
site.

11. 91
Bibliographie
Microclimat et Formes urbaines :
- ATHANEMA, Khaled. Thèse de doctorat : Modélisation et simulation des microclimats
urbains : Étude de l’impact de la morphologie urbaine sur le confort dans les espaces
extérieurs. Cas des éco quartiers, École Centrale de Nantes, 11 octobre 2012.
- BENZERZOUR, Mohamed. Thèse de doctorat : Transformations urbaines et
variations du microclimat : Application au centre ancien de Nantes et proposition d’un
indicateur «morpho-climatique», École polytechnique de l’Université de Nantes, 15
octobre 2004.
- GIVONI, Baruch. Climate Considerations in Building and Urban Design, John Wiley &
Sons, 1998, p.239-441.
- GIVONI, Baruch. L’homme, l’architecture et le climat, Le Moniteur, 1978.
- OLGYAY, Victor. Design with climate, bioclimatic approach for architectural
regionalism, Princeton University Press, 1963.
- PENICAUD, Hubert. Microclimats urbains étudiés sous l’angle du confort à l’extérieur
des bâtiment, Paris : Plan construction, 1978.
- RATTI C., BAKER N., STEEMERS K. «Energy consumption and urban texture», Energy
and Buildings, 2004.
- SALAT, Serge. Les villes et les formes sur l’urbanisme durable, Hermann, 2011, p.171188.
- VINET, Jérôme. Thèse de Doctorat : Contribution à la modélisation thermo-aéraulique
du microclimat urbain. Caractérisation de l’impact de l’eau et de la végétation sur les
conditions de confort en espaces extérieurs, École polytechnique de l’Université de

12. Bibliographie
93
Nantes, 29 novembre 2000.
Îlots de Chaleur :
- APUR. Les îlots de chaleur urbains à Paris, phase 1, décembre 2012.
http://www.apur.org/sites/default/files/documents/Ilots_chaleur_urbains_paris.
pdf
- VALETTE, Emmanuelle et CORDEAU, Erwan. Les îlots de chaleur urbains, Répertoire
de fiches connaissance, IAU Ile de France, novembre 2010.
Vent :
- GANDEMER, Jacques et GUYOT, Alain. Intégration du phénomène vent dans la
conception du milieu bâti, Ministère de l’équipement, La documentation française,
CSTB Nantes, 1976.
Végétation :
- CABANEL J. et STEFULESCO C. L’urbanisme végétal, Paris : IDF, 1993.
- EQUIPE ARTOPOS. Morphologie, végétal et microclimats urbains. Cas d’Aix-enProvence et de Nîmes. Tome 1, le contexte, analyse urbaine, Plan urbain, Ministère
de l’Equipement, 1997.
- GANDEMER, Jacques et GUYOT, Alain. La protection contre le vent, Paris : CSTB,
1981.
- GUYOT, Alain. L’arbre urbain un composant du confort pour l’architecture,
Intervention de cours - conférence en 4eme année à l’école d’architecture de
Marseille Luminy.
http://www.marseille.archi.fr/~imagine/pedagogie/vegetal/coursveg.html