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Karmann Caroline

Karmann Caroline

Professeure HES associée

Compétences principales

Physique du bâtiment

Confort des occupant-e-s

Energie solaire passive

Architecture

Accessibilité

Low-Tech

Energie dans le bâtiment

  • Contact

  • Enseignement

  • Recherche

  • Publications

Contrat principal

Professeure HES associée

Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg
Boulevard de Pérolles 80, 1700 Fribourg, CH
HEIA-FR

Caroline Karmann est professeure associée en Physique du Bâtiment à la Haute école d’ingénierie et d’architecture de Fribourg en Suisse (HEIA-FR) depuis septembre 2024. Architecte-ingénieure de formation (INSA Strasbourg) et docteure en sciences du bâtiment (Université de Californie, Berkeley), elle développe depuis plus de dix ans une activité de recherche centrée sur le confort des occupant-e-s et sur les consommations énergétiques des bâtiments. Parallèlement à ses travaux académiques, elle a exercé comme consultante dans la pratique, notamment chez Transsolar à Stuttgart et Arup à Londres, où elle a contribué à la conception environnementale de projets architecturaux. Caroline s’intéresse particulièrement aux approches low-tech et aux solutions passives, en lien avec les enjeux de sobriété énergétique et d'adaptation au changement climatique.

BA HES-SO en Architecture - Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg
  • Physique du bâtiment
  • Durabilité
  • Construction

En cours

Captamass: Optimisation d’un mur capteur pour le chauffage passif et la régulation thermique des bâtiments en Suisse

Rôle: Collaborateur/trice

Financement: Programme de recherche HEIA-FR / Smart Living Lab

Description du projet :

Le projet vise à évaluer le potentiel d’un mur capteur pour le chauffage passif et la régulation thermique des bâtiments en Suisse, afin de réduire leur consommation énergétique et leur empreinte carbone. Composé d’une partie massique coté intérieur, d’une lame d’air non ventilée et d’une isolation translucide avec protection solaire saisonnière extérieure, ce mur capte les gains solaires en hiver et exploite l’inertie thermique tout au long de l’année. Réalisé à titre expérimental en façades sud, ce système s’est révélé concluant tant en rénovation qu’en construction neuve. Cependant, son adoption pratique en Suisse reste rare, et la variante considérée n’a jamais fait l'objet d'une étude scientifique. Notre projet de recherche appliquée comblera ces lacunes par une approche pluridisciplinaire incluant étude climatique, économique, entretiens semi-structurés, analyse de cas, mesure sur prototype, et étude de variantes sur modèle de simulation calibré pour le cas Suisse.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Karmann Caroline

Durée du projet: 01.09.2025 - 31.08.2027

Montant global du projet: 150'000 CHF

Statut : En cours

Lumière et neurodiversité : Créer des environnements sains pour tous
AGP

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Financement: SLL-PR

Description du projet : Ces dernières années, nous avons assisté à une reconnaissance croissante de la neurodiversité dans la société. Cette catégorie englobe un large éventail de conditions neurologiques, dont l'autisme, le déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité, le trouble du traitement sensoriel ou la dyslexie. On estime qu'environ 20 % ou plus de la population est neurodivergente, mais ces estimations varient et augmentent à mesure que la prise de conscience progresse. Le traitement sensoriel est au c'ur de la neurodiversité. Pour beaucoup, les stimuli sensoriels quotidiens tels que le son, la lumière, la couleur et les motifs peuvent être accablants et entraîner de l'inconfort, de l'anxiété voire de la détresse. Parmi ceux-ci, le son est le paramètre le plus aigu, suivi de près par la lumière. Face à cette tendance, la recherche visant à soutenir une conception inclusive est également en hausse. Cependant, de nombreux défis restent à relever pour parvenir à concevoir des espaces dont les aménagements sont adaptés aux sensibilités sensorielles de tous. Ces défis incluent le rapprochement des disciplines académiques, la recherche de preuves scientifiques objectives et la participation de la communauté neurodivergente aux projets qui la concernent. Notre projet vise à démontrer comment la recherche et la pratique peuvent nous informer sur la conception d'environnements visuels permettant à chacun de se sentir à l'aise dans les espaces bâtis. Pour cela, nous examinerons comment la lumière peut jouer un rôle positif dans la réalisation d'espaces adaptés, en s'appuyant sur des preuves scientifiques fiables. Nous identifierons les lacunes dans la recherche et la pratique afin de définir un programme de recherche pour des projets futurs. Nous souhaitons aussi répertorier les « meilleures pratiques » en matière de recherche et conception.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Karmann Caroline , Maillard Philippe

Partenaires académiques: FR - EIA - Institut TRANSFORM

Durée du projet: 01.05.2025 - 31.10.2026

Montant global du projet: 18'000 CHF

Statut : En cours

2026

eCOMBINE : framework for energy, comfort, behaviour and a multi-domain environment
Article scientifique ArODES

Verena M. Barthelmes, Caroline Karmann, Viviana Gonzalez Serrano, Kun Lyu, Jan Wienold, Marilyne Andersen, Dusan Licina, Dolaana Khovalyg

Buildings & Cities,  2026, 7, 1, 306-322

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Résumé:

Office workers respond to a variety of environmental and contextual stimuli, which can influence their comfort and behaviour. Although recent models address the unpredictability of human–building interactions, they often neglect multi-domain factors and user motivations. A holistic understanding entails environmental, personal and contextual influences. The use of direct occupant feedback can reveal perceptions and drivers of behaviour that physical data alone cannot capture. This study introduces a multi-domain and mixed-method data collection framework for open-plan offices entitled eCOMBINE. This framework integrates both subjective and objective data across domains to better capture the factors influencing occupant behaviour and perception, particularly in buildings with operable windows and blinds. Central to this framework is the ‘OBdrive’ mobile application, which records self-reported motivations for window, blind and light control actions. The framework was implemented in two Swiss case studies, involving 44 participants. Results demonstrate the framework’s feasibility and participant acceptance. Benefits arise from embedding comprehensive data collection within research workflows. The eCOMBINE framework can support future research and inform more effective and efficient building design and operation by investigating user motivations, adaptive actions, health impacts, behaviour-driven simulations and optimal sensor set-ups.

Lien vers ORCID : https://orcid.org/0000-0003-3328-7936
Article scientifique

Karmann Caroline

Lien vers ORCID : https://orcid.org/0000-0003-3328-7936, 2026

Résumé:

https://orcid.org/0000-0003-3328-7936

2025

Clear vs. overcast : effects of sky condition on daylit view perception in virtual reality
Article scientifique ArODES

Yunni Cho, Caroline Karmann, Marilyne Andersen

Building and Environment,  2025, 285, Part A, 113615

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Résumé:

This study investigates how changing sky conditions in window views influence visual perception in a virtual reality environment. Over two experimental sessions, participants viewed 10 distinct window scenes, each recorded as real-time videos under clear and overcast sky conditions. Perceptual impressions were assessed using numerical ratings, verbal feedback, physiological measures, and eye-tracking data. Our findings reveal two key outcomes: (1) clear sky conditions significantly enhanced impression ratings, particularly for scenes that were initially rated as less preferred; (2) for lower-rated scenes, an increase in skin temperature was observed, indicating heightened physiological arousal. However, fixation count and duration did not show significant changes in this category. Instead, fixation metrics increased across rating groups, suggesting a strong association between higher impression ratings and greater visual engagement. These results highlight the importance of incorporating dynamic daylight conditions in view perception studies and emphasize the need for diverse sky representations in VR-based environmental research.

User evaluations of fabric shades with sun in the field of view : glare model performance and implications for EN14501 classification
Article scientifique ArODES

Caroline Karmann, Jan Wienold, Julieta Alejandra Yamin Garreton, Ayelén María Villalba, Andrea Elvira Pattini, Marilyne Andersen

Building and Environment,  2025, 282, 113259

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Résumé:

Discomfort glare from daylight is common in workspaces, where daylight and luminance contrast between light source and background can be excessive. Fabric shadings can mitigate glare, but their light transmission properties remain difficult to characterize. This study evaluates the recommended glare classes in EN17037+A1:2022 and EN14501:2021 by analyzing data from two laboratory studies (Switzerland and Argentina) and a simulation study. The experiments involved 55 participants across 191 sessions, testing four fabrics with a low openness factor (OF<7%). Using the Osterhaus-Bailey subjective scale for glare perception, we found comfortable glare conditions (i.e., not disturbing nor intolerable) for 87-96% participants with class 3 and class 1 fabrics under the tested scenarios. However, we also found that the existing tabular classification tends to overestimate glare for fabrics with normal-normal transmittance τv, n-n larger than 0.03 are involved, as well for fabrics with lighter colors that have higher diffuse transmittances (τv, n-dif >0.03). Common glare metrics (DGP, CGI, UGP) showed strong correlations with subjective responses on the Osterhaus-Bailey scale (Spearman ρ > 0.5). DGP showed the highest correlation (ρ = 0.57) with a disturbing glare threshold of 0.43, indicating that the standard threshold of 0.40 slightly overestimates glare for shading fabrics when the sun is in the field of view. DGPmod did not perform significantly different than DGP. ROC analysis based on binary classification confirmed acceptable to excellent discrimination ability for DGP, CGI and UGP. Based on these findings and annual simulations, we recommend adjustments to the glare classification in EN14501:2021.

Perception of window views in VR : impact of display and type of motion on subjective and physiological responses
Article scientifique ArODES

Yunni Cho, Caroline Karmann, Marilyne Andersen

Building and Environment,  2025, 274, 112757

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Résumé:

This study investigates the effect of dynamic and static representations of window views on visual perception in a virtual reality environment. Across two experimental sessions, participants were exposed to fifteen different views-out scenes of passive natural movement, pedestrian activities, and vehicular traffic, presented both as dynamic videos and still images. Participant impressions were collected through numerical ratings and verbal feedback, in addition to measurements of physiological responses and eye movement patterns. The experiment identified three key findings: (1) enhanced visual engagement, reflected in longer fixation duration and higher fixation count, for videos of human and traffic movements; (2) stronger preference for scenes with pedestrian movement compared to passive or traffic movements, where images of human motion elicited greater physiological arousal; and (3) higher perceptual ratings for images of passive movement, despite videos of passive movement being observed for longer durations. These findings highlight the importance of dynamically representing movement and considering diverse types of movements to improve realism and validity in views-out research. The outcome of this study aims to contribute to advancing future building science research by revealing the importance of capturing more dimensions in the visual experience of building occupants.

Comparative analysis of LDR vs. HDR imaging : quantifying luminosity variability and sky dynamics through complementary image processing techniques
Article scientifique ArODES

Yunni Cho, Arnaud Lucien Poletto, Dong Hyun Kim, Caroline Karmann, Marilyne Andersen

Building and Environment,  2025, 269, 112431

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Résumé:

This study introduces a novel procedure combining image analysis techniques to examine the temporal changes in natural light, a key aspect in daylighting and built environment research. Our approach utilizes both Low Dynamic Range (LDR) and High Dynamic Range (HDR) camera outputs, leveraging the complementary strengths of both to capture an extensive range of sky conditions, identifying overall light distribution patterns and detailed luminous fluctuations. A key aspect of this study is the simultaneous use of both LDR and HDR imaging to capture intricate light variations, without requiring specialized equipment, and to rely on the potential offered by image processing algorithms to effectively detect subtle luminance shifts. Additionally, our process utilizes deep learning to distinguish between sky and cloud regions, and conducts a detailed comparison with empirical values derived from HDR captures to ensure the robustness of our computational analysis. This offers a practical and economical alternative to conventional methods that depend on dedicated instrumentation like hyperspectral or photosensor-based cameras, thereby broadening its applicability in future daylight studies.

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