Lumière naturelle

La lumière naturelle, est évidement la lumière première : elle constitue donc notre référent mais est également particulièrement recherchée pour économiser de l’énergie, → voir les performances énergétiques, la RT2012, la NF EN 15193 et le LENI.

Caractéristiques de la lumière naturelle

Caractéristiques visuelles

La lumière naturelle a des caractéristiques changeantes en fonction du positionnement sur le globe terrestre, du jour de l’année, de l’heure, des phénomènes météorologiques… Elle est produite essentiellement par le soleil, de manière directe et indirecte (et aussi de manière beaucoup plus infime et négligeable par d’autres astres).

La lumière produite par le soleil a les caractéristiques suivantes :
– lumière de type incandescence (son spectre électromagnétique est donc continu)
– lumière de type « blanc froid » le matin jusqu’à « blanc chaud » le soir (environ 2000°K), la « lumière du jour » étant prise entre 5000 et 6500°K
– la continuité de son spectre lui confère un très bon IRC (qui fait d’ailleurs référence)
– la luminance du soleil est très forte (et même dangereuse pour l’œil humain, → voir les lunettes spéciales utilisées lors des éclipses solaires ; 1 650 000 000 cd/m²) et peut donc facilement provoquer des éblouissements
– lumière gratuite, puissante et avec une consommation énergétique nulle

Attention à  l’éblouissement

La lumière naturelle est très qualitative du point de vue du rendu des couleurs mais peut facilement provoquer des éblouissements : il est nécessaire de la maîtriser (verres teintés, brises soleil, surplombs, persiennes…) pour l’utiliser de manière pertinente.

Caractéristiques non visuelles

La lumière naturelle (et notamment la nature de son spectre) joue un rôle important dans les rythmes biologiques (rythmes circadiens) : elle sert à éclairer mais également à être en bonne santé et à avoir un bon état psychique.

Influence biologique

La lumière artificielle propose un spectre électromagnétique varié suivant la source utilisée, mais systématiquement différent de celui de la lumière naturelle qui est bien spécifique, ce qui peut influencer voire détériorer certains phénomènes biologiques, → voir NF EN 62471.

Apport de la lumière naturelle dans les bâtiments

La lumière est un matériau capital dans l’architecture : elle permet de sculpter, d’éclairer, d’apaiser, de mettre en valeur… et également plus récemment de réaliser des économies d’énergie (en association avec la gestion et gradation de la lumière artificielle).

Traitement

Le traitement de la lumière naturelle (et des percements conséquents) a évolué de manière sensible avec l’histoire et les styles d’architecture : → voir l’opposition du roman et du gothique par exemple, l’apparition du système poteaux/poutres ou des double voire triple peaux….

Ces évolutions vont bien sûr de pair avec les progrès techniques tels le passage de la voûte plein cintre à la voûte en arc brisé ou l’apparition de nouveaux matériaux qui permettent de nouvelles possibilités architectoniques comme le béton armé, le fer ou le métal.

L’ouverture dans les bâtiments constitue le lien entre l’intérieur et l’extérieur et peut être traité de trois manières :
– en façade par un traitement vertical (fenêtres, baies vitrées, mur translucide…) donc avec un apport de lumière type horizontal
– sur le toit par un traitement horizontal (appelé aussi zénithal, par des lanterneaux, des verrières ou des plafonds translucides), avec un apport de lumière vertical
– de manière mixte et très judicieuse par les toitures à redans (shed) des anciennes usines, où la lumière naturelle est apportée sur un plan oblique, → voir illustration ci-dessous.

Illustration d'une toiture à redans
Une toiture à redans présente l’avantage considérable d’apporter de la lumière naturelle tout en évitant (au moins en bonne partie) l’éblouissement. Les ouvertures sont pour cela orientées au maximum vers le nord.

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Les aspects changeant de la lumière naturelle permettent d’apporter de la vie et de la dynamique à un bâtiment mais peuvent être perturbantes quand les tâches visuelles ont une exigence élevée : dans ce cas, la lumière artificielle plus facilement contrôlable est souvent préférée.

A noter

Il est également possible d’installer des guides de lumière apportant la lumière de l’extérieur à l’intérieur du bâtiment par des conduits en matière à fort coefficient de réflexion (aluminium optique par exemple) ou même par fibre optique.

Economies d’énergie

L’apport de lumière naturelle est une des sources les plus importantes d’économies d’énergie dans l’éclairage des bâtiments : elle est d’ailleurs au cœur de la RT2012 et mesurée par le facteur de lumière du jour.

Pourtant, son traitement exige d’une part une attention particulière au confort (→ voir ci-dessous pour une synthèse des types d’ouverture et des dispositifs optiques pour éviter l’éblouissement) et d’autre part une gestion de la lumière artificielle en fonction de la lumière du jour avec :
– présence de détecteurs de luminosité
– sources et luminaires gradables
– système de gestion pour adapter automatiquement le flux du luminaire en fonction de la lumière du jour

Les résultats des économies engendrées peuvent être modélisés et calculés par le LENI (Lighting Energy Numeric Indicator, mésuré en kWh/an/m²) qui correspond à la consommation énergétique du bâtiment pour l’éclairage, → voir également la NF EN 15193 et la synthèse de la performance énergétique.

Synthèse

En façade Sur le toit
Éclairement Généralement modéré et horizontal en bordure de bâtiment uniquement Possiblement très fort et vertical dans tout le bâtiment
Éblouissement Possiblement fort en début ou fin de journée Possiblement fort par réflexion surtout vers midi
Protection contre l’éblouissement Vitre teintée, pare soleil, volet, persienne, surplomb Vitre teintée ou voile mécanique
Economies d’énergie Possiblement importantes si gradation en fonction de la lumière du jour dans un local peu profond Possiblement importantes si gradation en fonction de la lumière du jour dans un local de grande superficie disposant de peu de façades (entrepôts ou hypermarchés par exemple)
Présence de lumière naturelle dans les bâtiments Importante et renforcée par la RT2012 Essentiellement normative (désenfumage)
Insuffisante dans les bâtiments de grandes surfaces (hypermarché, usine, halls…)
Orientation du bâtiment Primordiale Négligeable
Conditions Toutes sortes de bâtiment
Pourtant, certains type de pièces sont rarement concernés : toilettes, couloirs, salles de conférence ou de projection, archives, chambres fortes, entrepôts, chambres froides…
Bâtiment de grande surface et de grande hauteur (plateformes logistiques, centres commerciaux, concessions automobiles…) mais également les locaux où le rythme circadien est primordial (par exemple pour les EHPAD : Etablissement d’Hébergement pour Personnes Agées Dépendantes)

A savoir

Les fabricants de verre ont développé des verres « intelligents » qui peuvent s’opacifier en fonction d’un courant électrique : la mise en place d’un tel verre couplé à des détecteurs de luminosité permet de gérer automatiquement l’opalescence des vitrages et supprime les phénomènes d’éblouissement en plein soleil.

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