Thermique dans le bâtiment

Introduction

Depuis quelques temps et dans le cadre du réchauffement climatique et des économies d’énergie, la gestion thermique est devenue une problématique particulièrement sensible pour les bâtiments.
Les luminaires consomment de l’énergie – qui est entièrement convertie en chaleur, voir la partie théorique – et sont donc impliqués dans ces études.

L’objet n’est pas ici de traiter de manière globale la gestion thermique du bâtiment qui est complexe et dépasse le cadre de ce site mais de voir dans quelle mesure y sont impliqués les luminaires et quelles peuvent être des solutions pour diminuer leur impact.

Quelques éléments de base

D’un point de vue thermique, les besoins de l’être humain sont d’être dans une plage de température de confort, comprise aux alentours de 20°C.

De nombreux facteurs interviennent dans la température d’un lieu intérieur :
– Le bâtiment en lui même (orientation, isolation, architecture, matériaux, inertie, ventilation….)
– Les apports internes (personnes, machines, luminaires…)
– Les apports externes (soleil et température de l’air ambiant).

Pour plus de détails concernant ces apports internes, nous pouvons préciser que :
– une personne fournit environ 100 W (cela est toutefois extrêmement variable suivant l’activité, la température de la pièce, la corpulence…)
– les ordinateurs consomment également entre 50 et 150 W suivant les modèles et les accessoires
– toute l’énergie consommée par les luminaires est également dissipée sous forme de chaleur

Ceci conduit à prendre des valeurs entre 20 et 40 W / m² d’apports calorifiques internes dans les bureaux.

Le luminaire dans le bâtiment

Concernant plus spécifiquement les luminaires, quelques règles doivent être respectées, d’une part pour minimiser l’apport thermique dans le bâtiment et d’autre part pour assurer un bon fonctionnement des luminaires.

Minimiser l’apport thermique dans le bâtiment

Étant donné que toute l’énergie consommée par le luminaire est dissipée sous forme de chaleur, la règle de base est simple : pour diminuer l’apport thermique des luminaires, il suffit d’en diminuer la consommation énergétique sur l’année mais en l’occurrence surtout lorsqu’il est nécessaire de refroidir le bâtiment.

Ceci peut être réalisé en ayant un fort apport de lumière naturel et en prenant des luminaires efficaces avec des systèmes de gradation en fonction de la luminosité et de la présence.

Une étude dynamique peut aider à trouver les bons compromis à ce niveau.

Mettre le luminaire dans de bonnes conditions thermiques

Le luminaire quant à lui doit être ventilé ou en tout cas ne pas être dans une poche de chaleur : en effet, notamment avec les LED qui sont particulièrement sensibles à la chaleur (perte d’efficacité et diminution de la durée de vie), les fabricants réalisent des calculs et des mesures de performance à 25°C ou 35°C en température ambiante, ce qui peut être largement dépassé dans le cas d’un faux plafond isolé et non ventilé par exemple.
Du coup, cela peut entrainer des différences importantes entre les performances annoncées et la réalité des luminaires installés dans le bâtiment et donc conduire à des litiges.

A prendre en compte

Pour faciliter l’évacuation de la chaleur dégagée par les luminaires, il est important de connaître la répartition des types de chaleur (conduction, convection et rayonnement) car les dispositions prises ne seront pas identiques, voir le tableau synthétique par type de source.

Plus spécifiquement pour les LED, environ 35% de la chaleur est portée par la lumière visible (donc répartie dans toute la pièce) et 65% de la chaleur est dégagée par conduction/convection directement au niveau du luminaire lui-même : il donc capital de prévoir l’évacuation de la chaleur dégagée localement.

Un mot sur la thermique des lampes dichroïques : ces lampes halogène (presque) disparues ont été dessinées spécifiquement pour rejeter la chaleur vers l’arrière de la lampe. La chaleur – pour ces lampes peu efficaces donc produisant beaucoup d’énergie calorifique – est donc très concentrée : il est indispensable de prévoir son évacuation, même si en l’occurrence les performances des lampes halogène ne sont pas diminuées avec la chaleur (contrairement aux LED) car relevant du principe de l’incandescence.

Mesures et contrôles

Il est difficile de réaliser des bilans thermiques précis car cela dépend de nombreux facteurs et doit être réalisé sur une durée longue.

Il est toutefois possible de mesurer la température ambiante au plus près du luminaire pour vérifier qu’il est bien ventilé et que son installation correspond à la plage de température donnée par le fabricant. Cela peut-être validé également a posteriori notamment si les durées de vie et éclairements moyens prévus sont respectés.

Les bilans thermiques globaux et les optimisations sont complexes mais il semble raisonnable de penser que les avancées numériques (avec le BIM notamment) pourront petit à petit aider à affiner les modélisations et donc à prendre des décisions en fonction de ces multiples facteurs.

mise à jour :