L'architecture biomimétique des patios comme une solution innovante afin d'optimiser la ventilation et le confort hygrothermique des bâtiments à Bejaia

Abstract

Face à l'urgence climatique, l'architecture doit se tourner vers des solutions durables. Le biomimétisme, en s'inspirant des stratégies optimisées par 3,8 milliards d'années d'évolution, offre une voie encourageante pour la conception de bâtiments à haute performance énergétique. Cette recherche explore le potentiel de l'approche biomimétique pour optimiser la ventilation naturelle et le confort hygrothermique des patios en climat méditerranéen, en prenant comme cas d'étude la Maison de la Culture de la ville de Béjaïa. La méthodologie adoptée est mixte, combinant une étude empirique et une simulation numérique. L'étude empirique a consisté en des relevés de température et d'humidité in situ et une enquête qualitative auprès de 15 usagers pour évaluer le confort perçu. L'étude numérique a été menée avec le logiciel Autodesk CFD pour modéliser les flux d'air et tester des scénarios d'optimisation. Les résultats empiriques ont révélé que le patio actuel, bien que fonctionnel comme régulateur thermique passif, souffre d'une ventilation jugée insuffisante par les usagers, avec un souhait quasi unanime (95%) d'amélioration de la circulation de l'air. Le modèle numérique, validé avec un taux de concordance de 99,12% par rapport aux mesures réelles, a servi de base pour tester deux scénarios biomimétiques. Le scénario inspiré des termitières (le rapport H/L) a montré une première amélioration. Cependant, le scénario inspiré des alvéoles d'abeilles (hexagonal) a démontré une supériorité remarquable : il augmente l'uniformité des flux d'air à 85% (contre 45% dans le cas de base), élimine 100% des zones de stagnation, réduit la température moyenne de 8% et atteint un indice de confort thermique (PMV) optimal situé entre -0,5 et +0,5. En conclusion, cette recherche valide l'hypothèse selon laquelle une approche biomimétique fonctionnelle, et non simplement formelle, permet d'améliorer drastiquement la performance des dispositifs de ventilation naturelle. La géométrie hexagonale, en particulier, transforme le patio en un système de ventilation passive hautement efficace, offrant une solution concrète et mesurable pour la conception d'architectures durables et confortables en climat méditerranéen. Addressing the climate emergency, contemporary architecture must pivot towards sustainable solutions. Biomimicry, drawing inspiration from strategies that have been optimized over 3.8 billion years of evolution, offers a promising pathway for designing high- performance, energy-efficient buildings. This research investigates the potential of a biomimetic approach to enhance the natural ventilation and hygrothermal comfort of patios in a Mediterranean climate, using the House of Culture in Béjaïa as a case study. A mixed-methodology was adopted, combining an empirical study with numerical simulation. The empirical study consisted of in-situ temperature and humidity measurements, along with a qualitative survey of 15 users to assess perceived comfort. The numerical study was conducted using Autodesk CFD software to model airflow and test optimization scenarios. The empirical results revealed that the current patio, while functional as a passive thermal regulator, suffers from ventilation that users deemed insufficient, with a quasi- unanimous desire (95%) for improved air circulation. The numerical model, validated with an exceptional concordance rate of 99.12% against field measurements, served as a baseline to test two biomimetic scenarios. The termite-mound-inspired scenario showed initial improvement. However, the beehive-cell-inspired (hexagonal) scenario demonstrated remarkable superiority: it increased airflow uniformity to 85% (from 45% in the base case), eliminated 100% of stagnation zones, reduced the average temperature by 8%, and achievedan optimal thermal comfort index (PMV) between -0.5 and +0.5. In conclusion, this research successfully validates the hypothesis that a functional, rather than purely formal, biomimetic approach can drastically improve the performance of natural ventilation systems. The hexagonal geometry, in particular, transforms the patio into a highly efficient passive ventilation system, offering a concrete and measurable solution for designing sustainable and comfortable architecture in the Mediterranean climate.