Vous ne savez même pas calculer correctement la lumière du jour, et vous osez vous qualifier de concepteur d'éclairage ?

Dans la conception de l’éclairage architectural moderne, quelle que soit l’avancée de la technologie LED, elle ne peut pas remplacer complètement la lumière naturelle.

L’éclairage naturel permet non seulement d’économiser de l’énergie, mais améliore également le confort, la santé et l’esthétique spatiale.

Alors, comment pouvons-nous « bien utiliser la lumière naturelle » dans la conception architecturale, plutôt que « d’en abuser » ?

Les plus grands avantages de la lumière naturelle sont sa nature dynamique et son large spectre.

• Dynamisme : Au gré des changements de temps et de météo, la luminosité, les couleurs et les ombres d'un espace varient continuellement. Cet « environnement lumineux vivant » stimule l'intérêt sensoriel, un rythme souvent difficile à reproduire avec la lumière électrique.
• Large spectre : La lumière naturelle couvre un spectre visible continu avec un excellent rendu des couleurs, reproduisant fidèlement les couleurs des objets. Des industries telles que les galeries d'art, le textile et l'imprimerie comptent depuis longtemps sur la lumière naturelle pour garantir la précision des couleurs.

1.2 Améliorer l'efficacité au travail et la santé mentale

De nombreuses études indiquent :

• Les espaces de bureaux avec vue sur les fenêtres offrent une productivité accrue des employés et des taux de rotation plus faibles.
• Les patients hospitalisés se rétablissent plus rapidement lorsque les chambres ont accès à la lumière naturelle.
• L’amélioration de la lumière naturelle dans les salles de classe peut améliorer les performances scolaires et la concentration des élèves.

1.3 Rythmes circadiens et santé

La lumière bleue à ondes courtes, abondante dans la lumière naturelle, est essentielle à la régulation de la sécrétion de mélatonine et du rythme circadien.

• L’exposition matinale à la lumière naturelle « réinitialise efficacement l’horloge biologique » ;
• Le manque de lumière matinale retarde la sécrétion nocturne de mélatonine, ce qui rend l’endormissement plus difficile ;
• Dans les régions de haute latitude, la conception de l’éclairage est particulièrement importante en hiver pour compenser le manque de lumière naturelle.

Cela fournit une base scientifique pour un éclairage sain : la lumière naturelle affecte non seulement la vision, mais aussi la fonction endocrinienne et l’état mental.

1.4 Économies d'énergie et durabilité

Associé à des systèmes de contrôle d'éclairage, l'éclairage naturel peut réduire la consommation d'énergie de 30 à 60 %. De plus :

• Pour chaque réduction de 100 W de la charge d’éclairage, environ 30 W de la charge de refroidissement de la climatisation sont également réduits ;
• L’utilisation de systèmes de vitrage et d’ombrage haute performance permet d’équilibrer l’éclairage et l’isolation, évitant ainsi le paradoxe où « l’éclairage économe en énergie » entraîne une augmentation de la consommation d’énergie de refroidissement.

II. Objectif de conception : équilibre entre confort et efficacité

 
L’objectif fondamental de l’éclairage naturel n’est pas « plus il y a de lumière, mieux c’est », mais plutôt :

• Répondre aux exigences visuelles et opérationnelles : s’assurer que l’éclairage horizontal et vertical est adéquat ;
• Évitez l’éblouissement et l’exposition solaire excessive : la lumière directe du soleil non contrôlée peut provoquer un inconfort thermique et des interférences visuelles ;
• Eviter d’augmenter la charge énergétique : L’éclairage doit être optimisé en coordination avec les systèmes de chauffage/refroidissement.

Cela signifie que la conception de l’éclairage doit trouver un équilibre entre la qualité de l’environnement lumineux et le contrôle de la consommation d’énergie.

III. Comment réussir une bonne conception d’éclairage naturel ?

3.1 Masse et orientation du bâtiment

• Orientation sud (hémisphère nord) : le soleil d'été à angle élevé est facilement contrôlé grâce aux surplombs ; le soleil d'hiver à angle faible aide au chauffage mais nécessite des persiennes réglables pour éviter l'éblouissement.
• Orienté au nord : la lumière est stable et uniforme mais présente les niveaux d'éclairage les plus bas ; souvent utilisé dans les studios d'art et les laboratoires.
• Orientation est-ouest : la lumière solaire à faible angle peut provoquer un fort éblouissement et une charge thermique ; convient aux espaces fonctionnels secondaires ou aux zones de transition.

Ainsi, les volumes allongés est-ouest avec des ouvertures nord-sud facilitent un éclairage plus équilibré.

3.2 Disposition spatiale

• Salles de classe et bureaux : Doivent être disposés orientés au sud ou au nord ;
• Couloirs et toilettes : Peuvent être placés sur les côtés est ou ouest pour réduire la demande d’éclairage ;
• Atriums/puits de lumière : peuvent servir de noyaux d’éclairage, canalisant la lumière naturelle vers des zones plus profondes.

3.3 Façade et ombrage

 
Les systèmes d’ombrage sont essentiels à la conception de l’éclairage :

• Ombrage horizontal (surplombs, étagères lumineuses) : Adapté aux façades sud, bloquant le soleil d'été à fort angle ;
• Ombrage vertical (persiennes, ailettes) : Adapté aux façades est-ouest, réduisant l'ensoleillement direct à faible angle ;
• Étagères lumineuses : réfléchissent la lumière du soleil sur le plafond, la diffusant plus profondément dans l'espace tout en réduisant le contraste entre l'arrière-plan de la fenêtre pour un confort amélioré.

3.4 Sélection des matériaux et du verre

 
Les propriétés du verre affectent directement la qualité de l’éclairage :

• Transmission visible (VT) : des valeurs plus élevées améliorent l’efficacité de l’éclairage mais peuvent augmenter le risque d’éblouissement ;
• Coefficient de gain de chaleur solaire (SHGC) : des valeurs plus faibles réduisent la charge de refroidissement ;
• Rapport lumière/gain solaire (LSG = VT/SHGC) : le verre à haute teneur en LSG convient aux climats chauds ; le verre à faible teneur en LSG convient aux climats froids ;
• Verre diffus/dépoli : Convient à l'éclairage zénithal, réduisant efficacement l'inconfort dû à la lumière directe.

3.5 Réflectance de surface intérieure

 
Une réflectance plus élevée améliore la profondeur et l'uniformité de l'éclairage. Valeurs recommandées par l'IES :

Le choix des matériaux doit équilibrer la fonction, l’esthétique et les propriétés optiques.

IV. Logiciel d'analyse de la lumière du jour et flux de travail des mesures

4.1 Aperçu des indicateurs clés

• sDA300/50% : Autonomie spatiale en lumière du jour – pourcentage de surface au sol qui reçoit au moins 300 lux pendant 50 % des heures de travail annuelles.
• ASE1000/250 :Exposition annuelle au soleil – pourcentage de la surface au sol exposée à plus de 1 000 lux pendant au moins 250 heures par an (limite la surexposition).
• DGP (Daylight Glare Probability) : évalue l'éblouissement à l'aide d'images fisheye HDR ; sensible à la position des yeux, à la direction de la vue et aux angles spéculaires (souvent évalués avec evalglare).
• CBDM (Climate-Based Daylight Modeling) : utilise les données météorologiques annuelles locales pour les calculs horaires de la lumière du jour, constituant la base des mesures dynamiques ci-dessus.

En pratique : sDA + ASE quantifient « utilisable et non surexposé », tandis que DGP évalue « si l’éblouissement est présent ».

4.2 Sélection des outils (par phase)

 
(Cette section est principalement une liste de logiciels, il est recommandé de faire un tableau sous Word)

4.3 Flux de travail recommandé (peut servir de « SOP de livraison »)

• Étape 1 | Analyse de sensibilité conceptuelle : utilisez CBDM pour analyser par lots le rapport fenêtre/mur, la géométrie d'ombrage, le verre (VT/BSDF), la réflectance, etc. ; générez des cartes thermiques sDA/ASE et des courbes « zone de conformité par rapport au rapport fenêtre/mur ».
• Étape 2 | Finalisation du schéma : Effectuer des évaluations DGP à partir de plusieurs points de vue (assis/debout, face/dos/côté fenêtre), en identifiant les pics d'éblouissement saisonniers/temporels/d'orientation ; introduire un ombrage réglable si nécessaire et recalculer.
• Étape 3 | Coordination détaillée : Utilisez OpenStudio/IES VE pour évaluer intégralement l'éclairage naturel, l'éclairage électrique, la consommation d'énergie et les stratégies de contrôle. Documentez les zones, la hauteur des capteurs, les seuils d'éclairement (par exemple, 300/500 lux) et les courbes de gradation dans les spécifications techniques.
• Étape 4 | Coordination de l'éclairage : Utilisez AGi32 pour produire des dessins techniques combinant l'éclairage électrique et les conditions de lumière naturelle typiques. Pour les mesures annuelles, transférez la géométrie vers Licaso afin d'agréger les données DA/UDI/sDA/ASE.
• Étape 5 | Conformité et soumission : Soumettez les zones, les paramètres et les calendriers d'occupation conformes aux normes sDA300/50 % et ASE1000/250 ; incluez des captures d'écran DGP et des stratégies de contrôle pour les points de vue clés comme preuve de contrôle de l'éblouissement.

4.4 Pièges courants et points de contrôle

• Géométrie/Grille : Modélisez les meneaux, les cadres de fenêtre et les surfaces réfléchissantes du plafond ; espacement de la grille du capteur ≤ 0,6 m, maintenez une distance ≥ 0,5 m des murs pour éviter les écarts d'échantillonnage.
• Modèles de matériaux : préférez BSDF pour les ombrages complexes/verres fonctionnels ; l'utilisation de la seule « transmittance » peut entraîner des inexactitudes.
• Fichiers météo : utilisez des sources EPW/TMY et des fuseaux horaires cohérents ; assurez-vous des périodes d'occupation identiques lors de la comparaison entre les outils.
• Points de vue éblouissants : le DGP est très sensible à la position des yeux et à la direction du regard ; il couvre les bureaux (assis), les couloirs (debout) et à la fois face et loin des fenêtres.

V. Contrôle de l'ensemble du processus : de la conception à l'exploitation

• Déterminer la fonction de l'espace et l'éclairage des tâches ;
• Clarifier les tolérances pour le champ de vision et l’éblouissement ;
• Développer des objectifs de zonage spatial et d’éclairage naturel.

3. Approfondissement de la conception

4. Construction et documentation

5. Débogage, exploitation et maintenance

Utilisez la lumière à bon escient, pas seulement en abondance

 
L’éclairage naturel est un système complet : il implique la forme architecturale et l’agencement spatial, la science de l’éclairage et affecte profondément la santé et le comportement humains.

 
Une conception d’éclairage naturel véritablement réussie ne consiste pas à inonder les intérieurs de lumière, mais plutôt :

• Répondre aux besoins fonctionnels : offrir des conditions visuelles confortables ;
• Optimiser la santé : soutenir les rythmes circadiens et améliorer l’état mental ;
• Atteindre l’efficacité énergétique : réduire la consommation d’électricité et les émissions de carbone ;
• Valoriser l'esthétique : intégrer la lumière et l'architecture.

La lumière est l'âme de l'architecture. La meilleure façon de faire respirer un bâtiment est d'intégrer la lumière naturelle à l'espace.