MAISON TOURNANTE : CARACTERISTIQUES TECHNIQUES, AVANTAGES ET INCONVENIENTS

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1 ECOLE DES MINES DE DOUAI EL FRANI (Rachid) ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE MAISON TOURNANTE : CARACTERISTIQUES TECHNIQUES, AVANTAGES ET INCONVENIENTS ROTATING HOUSE : SPECIFICATIONS, ADVANTAGES AND DISADVANTAGES Promotion 2014 Année Scolaire

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3 3 TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES... 3 RESUME... 5 ABSTRACT... 7 INTRODUCTION... 9 MAISON TOURNANTE EVOLUTION Maison de MarceIlise Maison de François Massau Solarhaus Theddo Terhorst Solarhaus Heliotrop Audi Forum Ingolstadt, Gemini Haus, Erwin Katenegger La suite Vollard Rotating Wind Power (Projet du Futur) CARACTERISTIQUES TECHNIQUES Installation des Raccordements et Canalisations Automatisation et Mécanique de Rotation AVANTAGES Avantages énergétiques Avantages écologiques INCONVENIENTS CONCLUSION REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES... 26

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5 5 RESUME Une maison tournante est une habitation écologique à énergie passive équipée d un système qui lui permet de tourner sur elle-même et de suivre des rayons du soleil. Cette rotation ouvre un vaste champ de possibilités pour les occupants. En effet on peut, par exemple, améliorer le confort thermique de la maison en suivant le chemin du soleil toute la journée. En hiver on optimise alors les apports d énergie en se plaçant en face du soleil pour recevoir la chaleur. En été on peut les diminuer en se plaçant dans la zone d ombre, ou en utilisant la façade non vitrée comme bouclier thermique. Le rôle peut être aussi purement esthétique, le but étant d avoir la possibilité d avoir la vue désirée à tout moment de la journée. La maison tournante est une construction originale pour économiser l énergie, améliorer le confort d été, introduire les énergies renouvelables, et personnaliser l habitat individuel. [9]. [10]. MOTS CLES Energie passive Ecologique Renouvelables Confort Thermique

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7 7 ABSTRACT A rotating house is an ecological and passive energy house, with a system that allows it to turn itself on and follow the sun light. This rotation opens a vast field of opportunity for the occupants, indeed can, for example, improve the thermal comfort of the house with following the sun rays throughout the day. In winter, they can optimize the energy by placing the house front to the sun rays, to receive the heat. In summer, they can reduce it by standing on the shadow side, or using unglazed front elevation as heat shield. The role can also be purely aesthetic; the goal is to have the opportunity to have the desired view at any time of the day. The house is a revolving original building to save energy, improve the summer comfort, introducing renewable energy, and customize individual housing. [9]. [10]. KEY WORDS Passive energy Ecological Renewable Thermal Comfort

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9 9 INTRODUCTION En 1906, le chroniqueur américain George Ade décrit la planification d'un voyage transatlantique. Il imaginait réserver une cabine, qu'il supposait remplie de la lumière du soleil, et qui reste chaude tout au long de la traversée. Cependant, au début du voyage, il a été déçu parce qu il a constaté que le navire a dû faire demi-tour, car il a quitté le quai, et que sa cabine a fait face au nord. Enfin au lieu d avoir la chaleur du soleil comme il espérait, il a eu un courant d air froid. L'expérience lui a donné une idée: «De manière inattendue, le fait que le bateau fait demi-tour, m'a donné l idée de construire une maison tournante, le bâtiment sera mis sur roulettes géantes et tournera lentement, de sorte que chaque appartement aura une exposition plein sud à certaines heures de la journée, sans rien dire sur l'avantage d'avoir une nouvelle vue chaque dizaines de minutes. Il est bien connu que les appartements exposés au sud et donnant sur le boulevard, sont deux fois plus rentables. Lorsque chaque appartement peut avoir une exposition plein-sud et face à la rue principale, pensez à l'énorme augmentation du chiffre d'affaires!» Ade n'était pas le premier à proposer l'idée d'un bâtiment en rotation, mais sa description et ses plans, ont parfaitement caractérisé le développement de l'architecture de rotation pendant le XXe siècle. Avec des points de vue différents, les maisons tournantes offrent une nouvelle façon de voir le monde. Elles ont modifié les relations spatiales entre les bâtiments, et ont reconfiguré le monde extérieur. [1] Alors, ce qui a commencé par l idée de suivre le soleil, est devenu ensuite plus ingénieux. On peut choisir aujourd'hui de vivre dans une maison tournante qui ressemble en tous points à une maison individuelle traditionnelle. Il suffit d'appuyer sur un bouton et la maison tourne. Il n'y a pas de différence entre les deux types d'habitation, ni en termes de choix de matériaux, ni d'isolation thermique ou phonique. La maison tournante est construite sur une plate-forme métallique qui peut aller jusqu'à 12 mètres de diamètre et repose sur des supports équipés de roulements actionnés par un moteur électrique. Faite de verre et d'acier, elle peut

10 10 faire une rotation à 360 degrés. Son coût, de l'ordre de euros le m², est à peu près équivalent à celui d'une maison traditionnelle, car la construction ne nécessite pas de fondations, donc pas de lourds travaux de terrassement. Ce n'est pas parce qu'elle est fixée sur une plaque tournante que la maison est ronde. Elle peut être carrée, rectangulaire, hexagonale et comprendre des étages. Le nombre de pièces et leur disposition sont laissés au choix de l'acquéreur. La technique peut être limitée à des maisons ordinaires dont la superficie ne dépasse pas 140 m², mais peut atteindre des superficies allant jusqu'à 300m², même construire des immeubles de 11 étages dont tous les appartements peuvent tourner séparément. [7]. [11].

11 11 MAISON TOURNANTE 1. EVOLUTION Grâce à ses qualités, la maison tournante est devenue, le symbole de la construction écologique parfaite. Elle est confortable, elle optimise les apports de l énergie apportée par le soleil, et produit de l énergie. Mais ce bijou architectural est passé par de nombreuses étapes, qui réalisent son évolution à travers des décennies. Les constructions ci-après décrivent comment une simple idée, qui est bien-sûr, de suivre le soleil, a évolué à travers le temps, donnant naissance à des sciences et des techniques plus avancées Maison de MarceIlise 1935 En 1935, afin qu'il puisse avoir du soleil dans ses salons toutes les heures de la journée, un résident de MarceIlise, en Italie, a construit une maison rotative. Toute la partie supérieure de l étrange résidence, comprenant deux étages, tourne sur une base fixe pour suivre le soleil, achevant son arc circulaire à 9 heures et 40 minutes. En raison de la lenteur du mouvement, un petit moteur électrique de seulement trois chevaux est suffisant pour supporter le poids de la partie tournante de la structure, La photo montre la maison dans deux positions différentes. Fig.1. [3] Fig.1 La villa Girasole, Marcellise, Vérone 1935 [19]

12 Maison de François Massau 1958 En 1958, François Massau a construit une maison rotative afin que sa femme malade puisse profiter du soleil et de la chaleur toutes les saisons de l'année. John Tagliabue, décrit, dans le New York Times, la première maison tournante de Massau de 427m². Cette maison se situe dans un quartier riche sur les collines de Wavre en Belgique. Elle est circulaire avec des fondations fixes de briques et de ciment, qui supportent un rail circulaire en acier sur lequel la maison tourne à l aide d un petit moteur électrique. Le plancher est en dalle béton et soutenu par des colonnes, il est fixe lui-aussi. Fig.2 [2]. [9]. Fig.2 Maison tournante de François Massau Wavre - Belgique 1958 [12] 1.3. Solarhaus Theddo Terhorst 1992 En 1992, l'architecte allemand, Theddo Terhorst, construit la première maison tournante solaire au parc du centre technologique de Rheine. On a installé sur le toit 18m² des capteurs solaires et thermiques. La construction, lourde de 180 tonnes, est placée sur une plaque en béton qui tourne sur des rails ferrés à l aide de 6 roues. La

13 13 maison fait un arc de 180 en 9 heures, et donc suivre le soleil sur une allure stable. Fig.3 [2]. Fig.3 Solarhaus Theddo Terhorst, Rheine Allemagne [14] 1.4. Solarhaus Heliotrop 1994 Cette expérience a été suivie par d autres projets. Les deux plus célèbres sont la Heliotrop par Rolf vaisselle et la Haus Gemini par Erwin Katenlegger. La Heliotrop dispose d un système photovoltaïque de 10 kw crête, et la puissance prise lors de sa rotation est autour de 120 W, soit environ 3% de l'énergie supplémentaire acquise lors de la rotation des panneaux photovoltaïques. Fig.4. [2].

14 14 Fig. 4 Solarhaus Heliotrop, Fribourg Allemagne [15] Le caractère externe de la forme du bâtiment est façonnée non seulement par des exigences internes, mais aussi en adaptant le bâtiment à sa situation environnementale, difficile à atteindre. Concevoir pour tenir compte du climat local et de l'orientation du soleil, avec des méthodes de construction et des matériaux ordinaires, peuvent augmenter le confort humain et réduire la consommation d'énergie. Le bâtiment, en effet, ne doit pas prendre en compte seulement les exigences de l homme, mais aussi doit s adapter à son environnement naturel. Les technologies viennent alors pour résoudre les conflits entre ce qu offrent l'environnement naturel, et les besoins de l'homme, de subsistance et de confort.

15 Audi Forum Ingolstadt, 2000 Pour permettre à la construction de s adapter aux exigences de confort thermique, il est indispensable de laisser le bâtiment suivre le chemin du soleil. En laissant tourner le bâtiment, soit pour laisser entrer la lumière et la chaleur, soit pour chercher la fraicheur en se mettant à l ombre, différentes solutions ont été déjà réalisées dans des projets construits. Mais il y a d'autres solutions pour rendre les bâtiments adaptés au soleil et aux besoins de confort des occupants. Quelques-uns des projets réalisés montrent deux types de solutions. L une des deux, est de bloquer le soleil par des dispositifs pare-soleil. Fig.5. [2] Fig.5 Audi Forum Ingolstadt, Allemagne [13] 1.6. Gemini Haus, Erwin Katenegger 2001 Le Gemini Haus est beaucoup plus sophistiquée que l'héliotrope. Si on regarde le bâtiment dans son fonctionnement global, on peut distinguer des sous-systèmes: la construction portante, l'enveloppe, les cloisons intérieures, CVC et MEP installations et beaucoup d'autres, comme on peut le voir clairement sur la Fig.5 Audi Forum Ingolstadt, et la Fig.6 Gemini Haus conçue par Erwin Katenlegger. Fig.6. [2]

16 16 Fig.6 Gemini Haus, Erwin Katenegger Allemagne [16] Au lieu d'une telle approche radicale, il existe également des solutions qui sont moins rigoureuses : par exemple, Le Head quater d Ellesse international à Pérouse. Dans ce projet, seule la protection solaire se déplace autour de l'édifice pour suivre le soleil. De plus, l'effet d'une telle adaptation au soleil donne un aspect architectural dynamique intéressant. Ce bâtiment, est constitué par des éléments et des pièces différentes, ordonnées, et séparées, conçues avec une grande précision. Cette technologie est mise à la disposition du client qui est, bien-sûr, l'utilisateur final. Malheureusement, il y a un prix, assez élevé pour payer de la technologie avancée. Il s en suit que le marché est allé chercher ailleurs des solutions plus simples. [2]. Aujourd hui, l objectif de ces entreprises, est le développement et la commercialisation de l'idée innovante et couvrir les bâtiments avec des toits ronds, afin de faire un usage efficace de l énergie solaire. Beaucoup ont construit des bâtiments industriels de toutes sortes avec un système photovoltaïque au-dessus de leurs toits, dans le but d être indemnisé pendant la période accordé par la loi (20 ans). Une indemnité variable selon la quantité d'électricité qu ils ont injectée dans le réseau. En outre, ils produisent un bénéfice substantiel. En suivant le chemin horizontal du soleil, le toit peut produire un surplus d énergie entre 15 et 25%. Par conséquent, les coûts supplémentaires de l'investissement initial s amortissent très vite. [2].

17 La suite Vollard 2001 La Suite Vollard, est le seul immeuble au monde dans lequel les 11 appartements peuvent effectuer une rotation de 360. Fig.7 Il est situé à Curitiba, au Brésil et est l'œuvre de la société MORO basée dans la même ville. Les architectes Bruno de Franco et Sergio Silka ont créé le concept avec l'aide de nombreux experts dans des domaines divers (plus de 30 entreprises au Brésil et 1 en Allemagne). [11] Fig.7 The Modern Suite Vollard 2001 Bresil [17] Conçu autour d'une épine dorsale métallique qui fait la hauteur de l'immeuble, chaque appartement (de 268m² tout de même), a son propre système de rotation, déclenché par une simple télécommande (doublée d'un interrupteur pour plus de sécurité...). Un tour complet prend 60mn et peut même être programmé automatiquement. Les façades n'ont pas de maçonnerie. Le matériau utilisé est le vinyle, réputé pour sa souplesse, ses performances et son apparence. Chaque appartement est entouré de 30m² de vitres qui donnent accès à toutes les pièces grâce à des portes situées à chaque 90. [11]

18 18 Au milieu, dans la partie fixe, sont situés tous les lieux nécessitant une tuyauterie, notamment la cuisine, le cellier et les salles de bains, mais aussi la chambre principale et l'espace barbecue. Enfin, pour profiter pleinement des différentes orientations tout au long de la rotation ou de la journée, différents types de vitrages réfléchissants ont été installés : 1/4 couleur "argent", 1/4 couleur "bronze", 1/4 couleur "vert" et 1/4 couleur "bleu". [11] 1.8. Rotating Wind Power (Projet du Futur) Le ciel est la limite pour un immeuble de 316 mètres de haut, qui permet aux occupants des 59 étages de tourner et de suivre le soleil, ce projet a été présenté par l architecte David Fisher en 2007 à Dubaï. La tour est aussi un bâtiment «vert» qui génère de l'électricité par lui-même, Le secret réside en 48 turbines montées horizontalement entre chaque deux étages, qui tournent grâce à la puissance du vent (d où vient le nom de la tour), et les cellules photovoltaïques situées sur les toits des appartements individuels, Fig.8. [2]. Fig.8 Rotating Wind Power, Dubaï Projet [18] Ce dernier projet est un bon exemple des bâtiments du futur, des bâtiments auto suffisants, qui peuvent générer leurs besoins en énergie par eux-mêmes. [2].

19 19 2. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES 2.1. Installation des Raccordements et Canalisations Puisque la maison tourne sur un axe dorsal, la tuyauterie doit être centrée, et suffisamment flexible pour qu elle ne se dégrade pas dans le temps, la Fig.9 cidessous montre un exemple d installation de conduites et canalisations d une maison rotative. [6] Fig.9 Raccordement et installation des canalisations. [4] 1) Ce tuyau jaune de Ø20, alimente deux cheminées, une sécheuse à gaz, un radiateur et un chauffe-eau sans réservoir, à l'étage supérieur. Le tube jaune en bas à droite traverse le pivot vers le compteur de gaz. 2) Cet arbre de 8m de hauteur, est encastré et tourne avec le deuxième étage. Les conduites et la plomberie du deuxième étage passent par le côté de la cage d'ascenseur, et se connectent à la face latérale du pivot. Toutes les autres conduites fixes sont reliées au bas centre de la rotule, qui ne tourne pas.

20 20 3) Ces canalisations grises mènent l électricité au deuxième étage. Elles sont reliées aux boites électriques. Ces dernières sont des appareils sophistiqués, menés d anneaux collecteurs qui permettent aux conduites de tourner librement sur l'arbre. Le petit fil blanc fixé sur le petit conduit, est un câble d antenne blindé. Il sert à établir les communications. 4) Cet ensemble de tuyaux blancs en plastique de Ø100, sert au drainage des eaux de pluie vers le fond de la fosse, d'où elles sont transférées vers le réseau public. 5) Ces tuyaux noirs de Ø17 à droite et à gauche de la photo, sont les conduites des eaux usées, et servent au drainage des eaux des toilettes, des broyeurs de déchets et de la machine à laver. 3 tuyaux supplémentaires de Ø80 sortent du bas de pivot pour compléter la tâche de drainage. 6) Ce tuyau en plastique gris de Ø80, sert au drainage des eaux de tous les éviers, des baignoires, et des douches du deuxième étage. Encore une fois, un supplément de tuyau de Ø80, sort du fond de la rotule pour accomplir la tâche de drainage. 7) Ces deux tuyaux en cuivre, servent à relier la maison au réseau de l eau potable, les deux autres tubes de cuivre indiqués dans le coin supérieur arrière de la photo (8) alimentent le deuxième étage. Cette eau est utilisée pour boire et pour le système d'arrosage. [4]. [8] Automatisation et Mécanique de Rotation La maison repose toujours, soit sur une couronne de roulement à bille, soit sur un rail circulaire, qui lui permet de tourner sur elle-même grâce à un petit moteur électrique. Celui-ci est commandé par un système automatisé qui régularise la vitesse de rotation. Ci-dessous, il est indiqué le diagramme d analyse fonctionnelle d une maison tournante écologique. [6]. [9].

21 21 Diagramme d analyse fonctionnel de la maison tournante. [5] Vérification des éléments liés à la vitesse de rotation de la maison. [5]

22 22 Exemple de système mécanique de la rotation. [5]

23 23 3. AVANTAGES 3.1. Avantages énergétiques D après les exemples précédents, la maison tournante est donc une maison à énergie : Passive : elle utilise les apports solaires dans sa totalité, et permet de bénéficier d un ensoleillement optimal, et de profiter de la chaleur apportée par le soleil. Active : elle produit de l énergie grâce à des panneaux photovoltaïques placés sur sont toit ou des turbines manipulées par le vent. L économie d énergie, pour le chauffage ou pour utilisation interne, est donc indéniable, car la plupart les constructions tournantes produisent elles-mêmes leurs besoins en énergie. [10] 3.2. Avantages écologiques Pour qu un bâtiment soit dit «écologique», il doit avoir un impact environnemental faible. Il faut donc que les matériaux de construction utilisés aient une énergie grise faible (énergie nécessaire pour la production des matériaux de construction). La consommation d énergie grise pour la production de bois de construction (bois local, scié, raboté, prêt à l emploi) est de 300 kwh/tonne, contre 450 pour les maçonneries traditionnelles en terre cuite, 8000 pour l acier, 250 à 300 pour le béton ordinaire, et de 100 à pour la pierre, selon le degré de finition. Leur entretien durant l utilisation ne doit pas être nuisible à la nature. La consommation d énergie des occupants doit être réduite au minimum voir même nulle. La maison tournante représente une habitation écologique parfaite. [10]

24 24 4. INCONVENIENTS La maison tournante ne présente aucun inconvénient au niveau écologique, et s intègre parfaitement dans le milieu naturel. Elle s inscrit donc dans l économie durable. Le seul inconvénient que l on puisse signaler, est purement financier. Il consiste en des coûts de la réalisation, car une habitation tournante nécessite une architecture très avancée et des spécialistes qualifiés pour mettre en place les installations mécaniques et techniques de la maison. En revanche, ces prix peuvent être amortis très vite par les gains énergétiques de la maison.

25 25 CONCLUSION Tout au long des premières décennies d'expérimentation, les concepteurs de bâtiments tournants ont été confrontés à une série de défis techniques. Ils ont travaillé leurs qualités en se servant des systèmes complexes pour rendre les bâtiments plus confortables. Aujourd'hui, les défis technologiques de l'architecture de rotation ont été surmontés. Les nouvelles techniques de rotation permettent aux maisons et autres structures de tourner en permanence, tout en répondant aux exigences d'une maison conventionnelle. Alors que le coût initial d'une maison tournante est généralement plus élevé qu'une construction conventionnelle, les concepteurs affirment que ces coûts peuvent être récupérés par une efficacité énergétique déployée. Mais, malgré ces techniques de rotation avancées, plusieurs défis évidents continuent d'entraver une adoption plus large des résidences rotatives. Tout d'abord, la planification locale et les règlementations des zones. Mais aussi, les entreprises ont du mal à obtenir le financement pour leurs clients potentiels, car il y a peu de données, et aucune preuve n a été établie en ce qui concerne la valeur de revente. La plus grande difficulté reste, cependant, une ambiguïté constante de la part du public sur le concept de base de l'architecture de rotation. [1].

26 26 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES [1] RANDL C. - Revolving Architecture A history of building that rotate, swivel, and pivot. - New York : Princeton Architectural Press, p. [2] 27th international conference on passive and low energy architecture : Louvainla-Neuve, juillet Louvain-la-Neuve : Architecture et Sustainable Developpement, p. [3] POPULAR SCIENCE. New inventions. Mechanics, Money making ideas, home workshop plans and Hints, 1935, 126, 118p. [4] GASTITE THE SYSTEM IS THE SOLUTION the rotating home [pdf] 110Rotating.pdf (Page consultée le 05 novembre 2012) [5] ETUDE D UN SYSTEME PLURITECHNIQUE Maison DÔME [pdf] (Page consultée le 05 novembre 2012) [6] MAISON ROTATIVE DOME SPACE [en ligne] (Page consultée le 01 novembre 2012) [7] DES MAISONS TOURNANTES POUR VIVRE OU ECHAPPER AU SOLEIL Article du 10/07/2004 [en ligne] (Page consultée le 03 novembre 2012) [8] HOUSESMARTS "ROTATING HOUSE" EPISODE 107 [en ligne] (Page consultée le 03 novembre 2012)

27 27 [9] RTBF MAISON TOURNANTE 2009 [en ligne] (Page consultée le 03 novembre 2012) [10] UNE MAISON TOURNANTE [en ligne] (Page consultée le 02 novembre 2012) [11] SUITE VOLLARD [en ligne] (Page consultée le 06 novembre 2012)

28 28 ILLUSTRATIONS [12] Maison tournante de François Massau Wavre 1958 [en ligne] (Page consulté le 02 novembre 2012) [13] Audi forum Ingolstadt, Germany 2000 [en ligne] (Page consulté le 02 novembre 2012) [14] Solarhaus Theddo Terhorst, Rheine 1992 [en ligne] (Page consulté le 04 novembre 2012) [15] Solarhaus Heliotrop, Freiburg 1994 [en ligne] (Page consulté le 04 novembre 2012) [16] Gemini Haus, Erwin Katenegger 2001 [en ligne] (Page consulté le 04 novembre 2012) [17] The Modern Suite Vollard 2001 [en ligne] (Page consulté le 04 novembre 2012) [18] Rotating Wind Power [en ligne] (Page consulté le 04 novembre 2012) [19] la villa Girasole [en ligne] (Page consulté le 25 novembre 2012)