Formation Bâtiment Durable · 2021. 3. 10. · Une jour par ciel couvert : 5000 – 20000 lx Un...

Bruxelles Environnement

Notions théoriques et unités de mesure d’éclairage

Confort visuel – éclairage naturel et artificiel

Manuel da CONCEIÇÃO NUNES

MATRIciel

Formation Bâtiment Durable :

Eclairage : conception et régulation

2

Objectifs de la présentation

● Qu’est-ce que la lumière ?

● Comment voit-on ?

● Quelles grandeurs photométriques ?

● Quels risques d’inconfort ?

● Quels indicateurs de performance en lumière du

jour ?

3

1. Rayonnement, lumière et couleur

2. Œil et vision

3. Photométrie

4. Confort

5. Lumière du jour – indicateurs de performance

Plan de l’exposé

4


● Rayonnement électromagnétique

► Dualité onde-corpuscule

› Onde électromagnétique

› Photon (quantum d’énergie)

(Source : Study.com)

5


● Spectre électromagnétique

● Lumière

► Rayonnement électromagnétique visible par l’œil humain

› Longueur d’onde comprise entre ≈ 380 et 780 nm

(Source : Energie+)

6


● Couleur ≠ matière

● Couleur = spectre + matière

► Onde

› Réfraction

› Diffraction et interférence

► Particule

› Absorption

› Émission (réflexion diffuse, réflexion spéculaire)

7


● Réfraction

(Source : Zátonyi Sándor)

(Source : mdcn)

(Source : mdcn)

8


● Diffraction et interférence

(Source : Ubern00b)

(Source : Alex Duarte) (Source : Jeff Kubina)

9


● Absorption et émission

(Source : Edward Adelson)

soustraction addition

10


● Absorption et émission

(Source : Stephen Ausmus)

(Source : mdcn)

(Source : mdcn)

(Source : Splarka)

11


● Émission

(Source : Architecture et climat)

12


● Emission de lumière

► Incandescence

› Emission de lumière « chaude » par un corps à haute température

– Soleil, lampe à incandescence, métal chauffé, flamme,…

► Luminescence

› Emission de lumière « froide » ne résultant pas de la chaleur

– Electroluminescence : LED,…

– Photoluminescence (dont fluorescence et phosporescence) :

TL, LFC, lampe à décharge,…

– Chimiluminescence (dont bioluminescence) : lucioles,…

– Catothodoluminescence : CFR,…

– Radioluminescence : Imagerie numérique,…

– …

13


● Température de couleur

► Origine : incandescence

► Echelle : corps noir

► Soleil ≈ corps noir à 5778 K


(Source : Poke2001)

14


● Spectre : influence le rendu de couleurs

(Source : lesnumeriques)

Soleil au zénith Lampe incandescente 2700K Lampe fluorescente 2700K Lampe fluorescente 5500K

Lampe fluorescente 5500K Lampe LED 2700K Lampe LED 3300K Lampe LED 2700K

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2. Œil et vision

● Œil

► Photorécepteurs

› Cônes : rapide, couleurs, acuité visuelle, vision diurne

› Bâtonnets : lent, nuance de gris, vision périphérique et nocturne

› ipRGC (cellules ganglionnaires intrinsèquement photosensibles de la rétine) :

rythme circadien, niveau de lumière ambiante, comportement à la

lumière, … ?

(Source : Pancrat) (Source : Corie Lok)

16

2. Œil et vision

● Vision

► Photopique : jour – éclairage important – cônes

► Mésopique : crépuscule – éclairage moyen – cônes et bâtonnets

► Scotopique : nuit – éclairage faible – bâtonnets

(Source : Architecture et climat) Illustration des visions photopique (en

haut) et scotopique (en bas)

17

2. Œil et vision

● Champ visuel

► Fovéa : perception des très fins détails

► Ergorama : perception des formes uniquement

► Panorama : perception des mouvements uniquement


18

2. Œil et vision

● Influence de la lumière du jour sur le comportement

► Augmente les performances scolaires des élèves

< 20 000 élèves, 3 districts américains

- La présence de lumière naturelle

accélère la progression des élèves

(~20%)

- La grande taille des ouvertures accélère

la progression des élèves (~20%)

- L’absence d’éblouissement (source

principale d’inconfort visuel) est

nécessaire.

(Heschong Mahone Group, 1999)

19

2. Œil et vision

● Influence de la lumière du jour sur le comportement

► Augmente la productivité des travailleurs

Un environnement agréable et éclairé

naturellement :

- ↗ productivité des travailleurs

- ↘ l’absentéisme

- ↘ l’occurrence des maux de tête

- ↘ la dépression saisonnière

- ↘ la fatigue oculaire

(Edwards and Torcellini, 2002)

Ex : Lockheed Martin “Building 157”, USA

En 1983, 2700 employés déménagent dans

un nouveau bâtiment très lumineux:

- productivité ↗ de 15% en 1 an

- absentéisme ↘ de 15% en 1 an

- 500000 $ de gains énergétiques en 1 an

(Boubekri, 2008)

20

3. Photométrie

● Flux lumineux

► Quantité de lumière (spectre visible) émise par unité de

temps ; s’exprime en lumen (lm)

● Intensité lumineuse

► Flux lumineux émis par unité d’angle solide dans une

direction donnée ; s’exprime en candela (1 cd = 1 lm/sr)

● Eclairement lumineux

► Densité surfacique du flux lumineux reçu par une

surface ; s’exprime en lux (1 lx = 1 lm/m²)

● Luminance lumineuse

► Rapport entre l’intensité lumineuse émise dans une

direction et la surface apparente de la source

lumineuse dans cette direction ; s’exprime en candela

par mètre carré (cd/m²)

● Flux lumineux en lumen

● Intensité lumineuse en candela ou lumen par stéradian

21

3. Photométrie

Lampe incandescente

60 W 710 lm

Lampe incandescente

15 W 810 lm

Lampe incandescente halogène

53 W 850 lm Lampe LED

7,5 W 806 lm

Spot halogène

50 W 775 lm

24° 3700 cd

Spot halogène

50 W 775 lm

10° 10680 cd

Spot halogène

50 W 775 lm

36° 2050 cd

Spot halogène

50 W 775 lm

60° 1065 cd

22

4. Confort

● Confort : vision nette, colorée et sans fatigue des

éléments qui nous entourent.

► Niveau d’éclairement suffisant

► Rendu des couleurs correct

► Bonne répartition de la lumière

► Rapports de luminance suffisant mais pas trop important

► Absence d’ombres gênantes

► Mise en valeur du relief

► Vue vers l’extérieur

► Teinte de lumière agréable et adaptée à l’éclairement

► Absence d’éblouissement

23

4. Confort

● Niveau d’éclairement suffisant

► Mesure de luminance difficile mesure d’éclairement

(Source : Energie+)

Extérieur – éclairement horizontal :

Une nuit de pleine lune : 0,2 lx

Une jour par ciel couvert : 5000 – 20000 lx

Un jour par ciel clair : 7000 – 24000 lx

Un jour en plein soleil d’été : 100000 lx

Norme NBN EN 12464-1 – éclairement moyen :

Circulation, escaliers, couloirs : 100 lx

Escaliers des bâtiments scolaires : 150 lx

Restaurant libre service : 200 lx

Salles de classe primaire et secondaire : 300 lx

Autres salle de classe : 500 lx

Bureau – écriture, lecture,… : 500 lx

Soins de santé – salles d’examen : 1000 lx

24

4. Confort


► Eclairement suffisant = moins de fatigue, moins de risque

(Source : Energie+)

25

4. Confort


(Source : IBE-BIV)

26

4. Confort

● Rendu des couleurs correct

► Capacité d’une lampe de nous faire distinguer toutes les

couleurs de l’objet qu’elle éclaire

► Fonction du spectre émis

Norme NBN EN 12464-1 – IRC ou Ra :

Circulation, escaliers, couloirs : 40

Escaliers des bâtiments scolaires : 80

Restaurant libre service : 80

Salles de classe primaire et secondaire : 80

Autres salle de classe : 80

Bureau – écriture, lecture,… : 80

Soins de santé – salles d’examen : 80 – 90

27

4. Confort

● Bonne répartition de la lumière

► Uniformité : rapport entre l’éclairement minimum et

l’éclairement moyen

Norme NBN EN 12464-1 – Uniformité :

Circulation, escaliers, couloirs : 0,40

Escaliers des bâtiments scolaires : 0,40

Restaurant libre service : 0,40

Salles de classe primaire et secondaire : 0,60

Autres salle de classe : 0,60

Bureau – écriture, lecture,… : 0,60

Soins de santé – salles d’examen : 0,70 (Source : Energie+)

28

4. Confort

● Rapports de luminance suffisant mais pas trop

important

► A éclairement identique, luminance différente

► Contraste

Contraste insuffisant Trop de contraste Contraste adapté

(Source : mdcn)

29

4. Confort

● Absence d’ombres gênantes

► Eviter la présence d’obstacle entre la tache visuelle et la

source lumineuse

(Source : Energie+)

30

4. Confort

● Teinte de lumière agréable et adaptée à l’éclairement

► Eviter de mixer des lumières de couleur froide et chaude

› Température de couleur de la lumière artificielle en accord avec la

température de couleur de la lumière naturelle

► Choisir une température de couleur en fonction du niveau

d’éclairement

› Diagramme de Kruithof

A : Inconfort – aspect trop chaud, distorsion

des couleurs

B : Confort – aspect naturel

C : Inconfort – aspect trop froid, sombre

31

4. Confort

● Absence d’éblouissement

► Contraste lumineux trop important

► Luminosité trop intense

› La luminance maximale acceptée est fonction

de l’angle de vision

› Source d’éblouissement :

– Vision directe du soleil ou du ciel au travers des fenêtres.

– Réflexion du soleil ou du ciel sur les bâtiments voisins.

– Contraste de luminance excessif entre une fenêtre et son chassis ou avec mur

dans lequel elle s’inscrit.

– Une surface de luminance trop élevée par rapport aux surfaces voisines.


32

4. Confort

●

Norme NBN EN 12464-1 – UGR :

Circulation, escaliers, couloirs : 28

Escaliers des bâtiments scolaires : 25

Restaurant libre service : 22

Salles de classe primaire et secondaire : 19

Autres salle de classe : 19

Bureau – écriture, lecture,… : 19

Soins de santé – salles d’examen : 19

(Source : M.L. Eble-Hankins, C.E. Waters)

(Source : Licht.de)

33


● Daylight factor (DF) – Facteur lumière du jour (FLJ)

► Utilisé en UK avant modèles informatiques (~ 1900 )

► Rapport entre l’éclairement à l’intérieur sur le plan de travail et

l’éclairement horizontal extérieur sous ciel couvert CIE

› Statique

› Indépendant de la localisation

› Indépendant de la météo

› Indépendant de l’orientation

► Représentatif uniquement en cas de ciel couvert

› 57% du temps en Belgique avec un éclairement moyen de 10000 lx

› 30% du temps à Montpelier peu représentatif !


34


● Daylight factor (DF) – Facteur de lumière du jour (FLJ)

► Quelle valeur atteindre ?

› Espace de travail

< 1% : trop sombre

2% : minimum acceptable

> 5% : parait éclairé naturellement

› Logement

≈ 1% dans les chambres

≈ 1,5% dans le séjour

≈ 2% dans la cuisine

► Limite :

› Risque de dimensionner toutes les ouvertures de la même manière

quelque soit l’orientation.

› Risque de surdimensionner les fenêtres car le ciel couvert est

défavorable par rapport à un ciel clair ou intermédiaire.

35


● Daylight autonomy (DA) – Autonomie en lumière du jour

(ALJ)

► Pourcentage de temps en période d’occupation durant lequel

l’éclairement à l’intérieur sur le plan de travail est supérieur à

un seuil fixé.

› Dynamique puisque dépendant de la localisation, de la météo et

de l’orientation du bâtiment.

› Représente donc le temps durant lequel l’utilisateur pourra se

passer totalement de l’éclairage artificiel.

› Représente donc la quantité de lumière artificielle pouvant être

économisée par un simple système d’interrupteur On-Off.


› 60% pour un bureau (500 lux) occupé de 8 à 18h

36


● Continuous daylight autonomy (cDA) – Autonomie

continue en lumière du jour (AcLJ)

► Rapport entre la quantité d’éclairement reçu en période

d’occupation à l’intérieur sur le plan de travail et un seuil fixé.



› Représente donc la quantité de lumière artificielle pouvant être

économisée par un système de dimming.


› 75% à 80% pour un bureau (500 lux) occupé de 8 à 18h

37


● Useful daylight illuminance (UDI) – Eclairement utile en

lumière du jour (EULJ)

► UDI 100-2000 : Pourcentage de temps en période d’occupation

durant lequel l’éclairement à l’intérieur sur le plan de travail est

supérieur à un seuil fixé à 100 lux et inférieur à un seuil fixé à

2000 lux.

► UDI >2000 : Pourcentage de temps en période d’occupation

durant lequel l’éclairement à l’intérieur sur le plan de travail est

supérieur à un seuil fixé à 2000 lux.



› Permet de séparer le pourcentage de temps où l’éclairement à

l’intérieur sur le plan de travail est trop élevé et potentiellement

dérangeant.

38

5. Lumière du jour – indicateurs de performance Exemple : éclairage d’un bureau paysager profond

● Rénovation d’un bureau paysager d’une profondeur de

13,50 m et ne présentant qu’une seule façade vitrée au

nord.

Eclairage zénithal par des verrières Eclairage par un shed

39


● Daylight factor (DF) – Facteur de lumière du jour (FLJ)

Eclairage zénithal par des verrières

FLJmoy = 6,3%

Eclairage par un shed

FLJmoy = 5,9%

40


● Daylight autonomy (DA) – Autonomie en lumière du jour

(ALJ) Eclairage zénithal par des verrières

FLJmoy = 56,9%


FLJmoy = 61,3%

41


● Continuous daylight autonomy (cDA) – Autonomie

continue en lumière du jour (AcLJ) Eclairage zénithal par des verrières Eclairage par un shed Eclairage zénithal par des verrières

FLJmoy = 74,4%


FLJmoy = 77,8%

42



lumière du jour (EULJ) – 100-2000 Eclairage zénithal par des verrières

FLJmoy = 67,8%


FLJmoy = 75,7%

43



lumière du jour (EULJ) – >2000 Eclairage zénithal par des verrières

FLJmoy = 18,1%


FLJmoy = 12,0%

44

● Energie+ - www.energieplus-lesite.be

Réalisé par la cellule de recherche Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie

architecturale, d'urbanisme (LOCI), Université catholique de Louvain (Belgique), avec le soutien de la

Wallonie - DGO4 :

Eléments de théorie, évaluation/amélioration, conception, outils de calculs,…

Outils, sites internet, etc… intéressants :

http://www.energieplus-lesite.be/



45

● L’éclairage naturel des bâtiments

► http://www-energie.arch.ucl.ac.be/eclairage/accueil.htm

► Réalisé par la cellule de recherche Architecture et Climat, Faculté d'architecture,

d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), Université catholique de Louvain

(Belgique)

● NBN EN 12464-1

► Lumière et éclairage – Eclairage des lieux de travail – Partie 1 : Lieux de travail

intérieurs

● Code de bonne pratique en éclairage intérieur

► http://www.ibe-biv.be/media/pdf/IBE-

BIV_Code_de_bonne_pratique_12464_1__FR__2007.pdf

► Réalisé par l’Institut Belge de l’Eclairage (IBE-BIV)

● Les actes du séminaire Bâtiment durable du 5/03/2015 : Le lux en

mode économie d’énergie

► http://www.environnement.brussels/thematiques/batiment/les-bonnes-pratiques-

pour-construire-et-renover/pour-vous-aider/seminaires-9

Outils, sites internet, etc… intéressants :

http://www-energie.arch.ucl.ac.be/eclairage/accueil.htm



http://www.ibe-biv.be/media/pdf/IBE-BIV_Code_de_bonne_pratique_12464_1__FR__2007.pdf






http://www.environnement.brussels/thematiques/batiment/les-bonnes-pratiques-pour-construire-et-renover/pour-vous-aider/seminaires-9

http://www.environnement.brussels/thematiques/batiment/les-bonnes-pratiques-pour-construire-et-renover/pour-vous-aider/seminaires-9

46

Références Guide Bâtiment Durable et autres sources :

● Guide Bâtiment Durable: http://www.bruxellesenvironnement.be/guidebatimentdurable

Fiches WEL03 et ENE01

http://guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be/fr/accueil?IDC=3

http://www.bruxellesenvironnement.be/guidebatimentdurable

47

Ce qu’il faut retenir de l’exposé

● Importance de la lumière du jour car la lumière

artificielle ne peut pas totalement la remplacer.

● Différents termes de photométrie : le flux en lm,

l’intensité en cd, l’éclairement en lx et la luminance

en cd/m².

● Confort est fonction de l’éclairement, des

luminances, du rendu des couleurs, de l’uniformité,

de la température de couleur, du risque

d’éblouissement.

● Différents indicateurs en lumière du jour : FLJ, ALJ,

AcLJ, EULJ

48


● La lumière artificielle ne peut pas totalement la

remplacer la lumière du jour

● Différents termes de photométrie :

► le flux : lumen (lm)

► l’intensité : candela (cd)

► l’éclairement : lux (lx)

► la luminance : candela/m² (cd/m²)

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● Synthèse des indicateurs de confort :

Circulation Bureau Soins de

santé

T° de couleur 2.500 à 6.500 K

Eclairement 100 lx 500 lx 1000 lx

Uniformité 0,4 0,6 0,7

Eblouissement UGR 28 19 19

FLJ ou DF 2% 5% 5%

ALJ ou DA 60%

AcLJ ou cDA 75 à 80%

EULJ -

50

Contact

Manuel da CONCEIÇÃO NUNES

MATRIciel

Place de l’Université, 25 à Louvain-la-Neuve

: 010/24.15.70

E-mail : [email protected]

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