Démarche paramétrique et simulations d’ambiances

Cet enseignement permet et l’exploration de la démarche numérique mise à l’épreuve de l’évaluation des ambiances., Il s’appuie sur l’utilisation du logiciel Rhino qui est doté d’une structure ouverte et modulaire. Celui-ci est capable de connecter de nombreuses applications (plugins) qui permettent de modéliser, de représenter et de calculer les flux ambiants.  Cette démarche permet la modélisation, le calcul et la visualisation en temps réel et dans un seul environnement. Le Rhino peut lire et exporter divers formats de fichier (REVIT ou ARCHICAD où d’autres applications). 

Cette fonctionnalité nous facilite la tâche de la modélisation et d’interopérabilité entre différents outils. Dans ce sens, la modélisation paramétrique est considérée comme un outil d’aide à la conception, la transmission et de production de la connaissance liée au projet. Dans le cadre de cet enseignement, les notions et acquis en ambiances de L1 et L2 et en CAO-BIM seront largement convoqués. Il s’inscrit dans le renforcement de la transversalité entre l’enseignement de la CAO et les ambiances.   

Tout d’abord, il est essentiel de montrer que le numérique, y compris le Building Information Modeling (BIM) considérés comme des évolutions du numérique en architecture, ainsi que l’histoire de l’architecture, apparemment distincts, peuvent être abordés de manière transversale pour répondre aux exigences de la transition numérique. L’enseignement de la CAO ne doit pas se limiter à l’apprentissage et à la maîtrise des outils de modélisation paramétrique, mais doit dépasser ces aspects strictement instrumentaux. Il s’agit de démontrer que cet outil est un atout majeur pour la connaissance interdisciplinaire, la transmission et la production de savoir.

Dans ce contexte, l’enseignement s’articule sur des notions opératrices de l’objet et de son contexte direct et indirect. Nous explorons les différentes étapes du processus de modélisation engagé, illustrant ainsi l’apport de cette méthode pour la manipulation et le transfert du savoir.

1. Introduction à Rhino/Grasshopper et Ladybug Tools par la pratique
   • Introduire l’interface de Grasshopper (composants, panneaux, concepts de base).
   • Se Familiariser avec les nœuds, les connexions, et la logique de flux de données.
2. Création de géométrie paramétrique
   • Apprendre à créer des formes géométriques paramétriques en utilisant des composants tels que Points, Courbes, Surfaces, et Volumes.
   • Explorer les transformations géométriques telles que la translation, la rotation, et l’échelle, etc.
3. Analyse de données
   • Apprendre à manipuler des données en utilisant des composants tels que List, Tree, et Data Trees.
   • Effectuer des opérations mathématiques, des filtres, et des regroupements.
4. Interaction avec Rhino
   • Intégrer Grasshopper avec Rhino en utilisant des composants tels que Surface, Curve, et Point.
   • Créer des scripts pour générer des formes complexes dans Rhino.
5. Extensions et plugins
   • Explorer des extensions telles que Ladybug, Honeybee, et Kangaroo pour des analyses environnementales, des simulations énergétiques, et des modélisations physiques.
6. Projets pratiques
   • Mettre en pratique les connaissances acquises en travaillant sur des projets existants.
   • Apprendre à créer shorts scripts pour objets architecturaux ou des installations artistiques

Il faut insister sur le fait que l’apprentissage de Grasshopper est un processus continu basé sur la pratique pour maîtriser l’outil.

Modalités d'évaluation 

Rendu intermédiaire, Rendu final (maquettes et planches).

Les compétences acquises en fin d’enseignement

Rhino et Ladybug sont deux outils puissants utilisés dans le domaine de la modélisation paramétrique et de l’analyse environnementale.:

1. Rhino / Grasshopper 
   • Apprendre une grande flexibilité et adaptabilité en permettant de définir des paramètres qui influencent la géométrie et les caractéristiques d'un modèle. Cela permet de créer des formes sur-mesure qui répondent parfaitement aux contraintes imposées par le projet.
   • La modélisation paramétrique permet à l’étudiant d’explorer rapidement différentes options de conception en ajustant des paramètres d’ambiances. Elle offre une flexibilité pour explorer des variations sans recréer manuellement chaque itération.
   • La modélisation paramétrique permet d’adapter rapidement le modèle en ajustant les paramètres (climatiques, fonctionnels, etc.).
   • La modélisation paramétrique permet d’optimiser des critères tels que l’efficacité énergétique, la lumière naturelle, la structure, etc. en explorant un large éventail de solutions.
2. Ladybug et Honeybee :
   • Ladybug permet de visualiser et d’analyser des données climatiques (soleil, la rose des vents, le diagramme psychrométrique). Il facilite également des études de l’objet sous l’effet du soleil, comme l’analyse de la radiation, les études d’ombres et l’analyse des vues.
   • Études de géométrie : Ladybug vous permet d’analyser des options de conception initiales grâce à des études de rayonnement solaire, d’ombres, et d’analyse de vue.
   • Honeybee, une autre extension, connecte Grasshopper à des moteurs de simulation validés tels qu’EnergyPlus/OpenStudio (pour l’énergie des bâtiments, le confort thermique, etc.) et Radiance (pour la simulation de l’éclairage naturel et artificiel).
   • Études d’éclairement : Honeybee permet une personnalisation complète des simulations d’éclairement ponctuel dans le temps. Tel que Facteur de la lumière du jour (FLJ) l’éclairement moyen, l’éclairement cumulatif annuel, etc. 
   • Études de rayonnement solaire annuel :  permet d’interpréter, d’évaluer et de calculer les résultats de à l’exposition aux rayonnements solaires heure par heure.
   • Consommation d’énergie pour le chauffage et la climatisation : Effectuez des simulations énergétiques annuelles détaillées pour calculer l’intensité d’utilisation finale (EUI) et estimer les factures d’énergie annuelles.
   • Visualisation du bilan énergétique : analyse de la consommation d’énergie.
   • Confort thermique intérieur : utiliser les résultats du modèle énergétique pour cartographier spatialement le confort thermique, tracer les résultats sur des diagrammes psychrométriques/adaptatifs, et réaliser diverses visualisations du confort thermique.
   • Cartographie des microclimats : utiliser les résultats du modèle énergétique pour cartographier spatialement les microclimats intérieurs et extérieurs.

Les supports de cours 

Supports PDF, vidéo, exemple, site internet. 

Bibliographie

Ladybug Tools | Food4Rhino : Ce site fournit des informations détaillées sur Ladybug Tools, y compris Ladybug et Honeybee. Il offre également des liens pour télécharger les outils et accéder à des ressources supplémentaires.

Ladybug Tools | Ladybug - Identity Digital2 : Ce site donne un aperçu de Ladybug, y compris ses fonctionnalités et comment il peut être utilisé pour visualiser et analyser les données météorologiques dans Grasshopper.

Ladybug Primer | Ladybug Primer3 : Ce guide offre un aperçu des composants de Ladybug pour Grasshopper. Il explique comment Ladybug importe les fichiers météorologiques standard EnergyPlus (.EPW) dans Grasshopper et fournit une variété de graphiques 2D et 3D pour soutenir le processus de prise de décision lors des premières étapes de la conception.