EcCoGen-L est un logiciel destiné à aider l’architecte à élaborer des solutions architecturales éco-performantes. EcCoGen-L est adapté aux toutes premières phases de la conception, lorsqu’il s’agit, dans un climat et un contexte urbain donnés, de composer les formes générales d’un édifice en fonction de différents critères qui garantiront un niveau de performance suffisant au regard des exigences environnementales : économie d’énergie, confort thermique, minimisation de l’impact sur le voisinage.
Figure 1 : Interface utilisateur
LES OUTILS GENERATIFS
EcCoGen-L appartient à la famille des outils génératifs. Le principe est le suivant : le logiciel va générer un certain nombre de solutions, qu’il va ensuite évaluer suivant certains critères, dans ce cas liés à la performance énergétique. Certaines solutions seront jugées efficaces, elles seront croisées entre elles pour générer d’autres solutions. EcCoGen-L va essayer d’atteindre deux objectifs : parcourir un espace de solutions très grand en assurant la plus grande diversité des objets proposés (diverger), et en même temps augmenter l’efficacité des familles de solutions qui paraissent les plus adaptées à la situation (converger).
EcCoGen-L ne trouve pas LA solution la plus efficace. Il permet de parcourir une portion d’un univers très vaste de milliards de solutions possibles, et de trouver quelques familles de solutions potentiellement efficaces pour les critères que l’on aura choisis. A chaque fois qu’on lance EcCoGen-L, pour les mêmes données initiales de site et de programme, il trouvera sûrement d’autres familles de solutions tout aussi efficaces.
EcCoGen-L peut fonctionner sans intervention humaine : il passera son temps à essayer d’améliorer les familles de solutions déjà trouvées, et de temps en temps à faire émerger d’autres familles.
Mais il peut fonctionner également en mode interactif. Dans ce cas, à chaque présentation de solutions, l’utilisateur va indiquer à EcCoGen-L les solutions qui lui semblent intéressantes parmi celles qui sont affichées à l’écran : le logiciel leur donnera plus de chance d’être préservées ou d’être croisées avec d’autres pour les générations suivantes. Les critères de choix de l’utilisateur n’appartiennent qu’à lui : ils peuvent être esthétiques, fonctionnels, constructifs, comme ils peuvent être basés sur une analyse des performances calculées par EcCoGen. Par exemple, l’utilisateur peut choisir de privilégier la compacité de la forme plutôt qu’un autre critère énergétique. Mais, même si EcCoGen essaye de préserver les caractéristiques des objets sélectionnés, il continuera quand même à essayer d’en optimiser l’ensemble des performances. Il faut donc observer et évaluer les solutions présentées à chaque génération pour savoir guider EcCoGen.
MORPHOGENESE
Pour EcCoGen-L, l’espace se découpe suivant une grille en 3 dimensions, dont chaque case représente une « unité fonctionnelle ». Une unité fonctionnelle peut représenter un logement pour un immeuble d’habitation, une unité de bureaux pour un immeuble tertiaire, une petite surface de vente pour un édifice commercial. Les dimensions de ces unités, toutes identiques pour une session donnée, peuvent être ajustées en fonction de la taille finale de l’édifice à concevoir. Typiquement, l’unité fonctionnelle peut représenter un volume parallélépipédique de 10m x 10 m au sol sur 4 m de hauteur (de surface à surface de dalle).
Ce découpage de l’espace en « voxels » (volumes élémentaires) est un choix lié à la recherche d’une performance optimale du logiciel : EcCoGen-L élabore des centaines de solutions possibles pour n’en proposer que quelques-unes à l’utilisateur, et doit donc calculer vite. Le découpage de l’espace en voxel permet ce calcul rapide. Il appartient au concepteur de transformer ces voxels, que l’on peut considérer comme la trace visible de points répartis dans l’espace, dans d’autres formes élémentaires que des boîtes.
LES CRITERES D’EVALUATION DES SOLUTIONS
EcCoGen-L évalue les solutions, dans la présente version, suivant 3 critères liés à l’éco-performance générale :
– la compacité des volumes générés : plus un bâtiment est compact, moins la surface en contact avec l’extérieur est grande, et moins le bâtiment perdra de chaleur en régime hivernal (et moins il en captera en période estivale). En contrepartie, les surfaces de captage de l’énergie solaire gratuite seront moins importantes, et il deviendra plus difficile d’éclairer l’intérieur du bâtiment par la lumière naturelle. D’un point de vue fonctionnel et constructif, un édifice compact verra les circulations entre les différentes parties du bâtiment facilitées, et la structure pourra être simplifiée…
– les gains et pertes thermiques : les surfaces exposées au soleil permettent de gagner de la chaleur, les surfaces à l’ombre en perdent. L’orientation des surfaces vis-à-vis du soleil, pour différents moments de la journée et de l’année, est prise en compte pour calculer les gains et les pertes. La composition des parois entre en jeu, mais lors de la phase amont de la conception, cette caractéristique n’est généralement pas encore connue : EcCoGen-L utilise des caractéristiques d’une paroi standard, autant en termes de performance d’isolation que de surface de vitrage ;
– l’ombre projetée sur les bâtiments avoisinants : EcCoGen-L tente de minimiser l’impact de la forme du bâtiment sur les autres édifices du contexte, en supposant qu’il faut le moins possible leur masquer le soleil. Le calcul est fait pour des positions moyennes du soleil, tout au long de la journée et de l’année.
LA PRISE EN COMPTE DU CONTEXTE
Le contexte d’opération est caractérisé par un climat et par des contraintes urbaines et programmatiques :
– le climat définit les caractéristiques du milieu environnant qui seront prises en compte pour le calcul des pertes et gains thermiques, liés à la température extérieure et à l’exposition au soleil
– les règles d’urbanisme autorisent la construction d’immeubles suivant des contraintes précises : retrait par rapport à la voirie, règles de mitoyenneté, hauteur maximale, surface constructible. Ces règles permettent de définir la surface disponible, et le « volume capable ». Dans le cas d’EcCoGen-L, ce volume capable sera matérialisé par une grille en trois dimensions dans laquelle prendront place les voxels
– la forme du contexte urbain est utilisée par EcCoGen-L pour calculer les masques éventuels et l’impact des ombres des solutions sur les édifices environnants
– la « surface objectif » à atteindre est fixée par le programme. Une tolérance peut être définie
Dans la présente version d’EcCoGen-L, les données du site (climat et environnement urbain) sont pré-intégrées. Elles ne sont donc pas modifiables. Seule la grille tridimensionnelle qui définira le volume capable, paramétrée en taille des voxels et hauteur maximale, est modifiable. Elle se charge manuellement à chaque début de session d’EcCoGen-L.