formation bâtiment durable · 2021. 3. 10. · une jour par ciel couvert : 5000 – 20000 lx un...
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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 ?
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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
1. Rayonnement, lumière et couleur
● Rayonnement électromagnétique
► Dualité onde-corpuscule
› Onde électromagnétique
› Photon (quantum d’énergie)
(Source : Study.com)
5
1. Rayonnement, lumière et couleur
● Spectre électromagnétique
● Lumière
► Rayonnement électromagnétique visible par l’œil humain
› Longueur d’onde comprise entre ≈ 380 et 780 nm
(Source : Energie+)
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1. Rayonnement, lumière et couleur
● Couleur ≠ matière
● Couleur = spectre + matière
► Onde
› Réfraction
› Diffraction et interférence
► Particule
› Absorption
› Émission (réflexion diffuse, réflexion spéculaire)
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1. Rayonnement, lumière et couleur
● Réfraction
(Source : Zátonyi Sándor)
(Source : mdcn)
(Source : mdcn)
8
1. Rayonnement, lumière et couleur
● Diffraction et interférence
(Source : Ubern00b)
(Source : Alex Duarte) (Source : Jeff Kubina)
9
1. Rayonnement, lumière et couleur
● Absorption et émission
(Source : Edward Adelson)
soustraction addition
10
1. Rayonnement, lumière et couleur
● Absorption et émission
(Source : Stephen Ausmus)
(Source : mdcn)
(Source : mdcn)
(Source : Splarka)
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1. Rayonnement, lumière et couleur
● Émission
(Source : Architecture et climat)
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1. Rayonnement, lumière et couleur
● 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,…
– …
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1. Rayonnement, lumière et couleur
● Température de couleur
► Origine : incandescence
► Echelle : corps noir
► Soleil ≈ corps noir à 5778 K
(Source : Architecture et climat)
(Source : Poke2001)
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1. Rayonnement, lumière et couleur
● 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)
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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)
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2. Œil et vision
● Champ visuel
► Fovéa : perception des très fins détails
► Ergorama : perception des formes uniquement
► Panorama : perception des mouvements uniquement
(Source : Architecture et climat)
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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)
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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)
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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
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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
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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
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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
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4. Confort
● Niveau d’éclairement suffisant
► Eclairement suffisant = moins de fatigue, moins de risque
(Source : Energie+)
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4. Confort
● Niveau d’éclairement suffisant
(Source : IBE-BIV)
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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
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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+)
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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)
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4. Confort
● Absence d’ombres gênantes
► Eviter la présence d’obstacle entre la tache visuelle et la
source lumineuse
(Source : Energie+)
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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
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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.
(Source : Architecture et climat)
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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)
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5. Lumière du jour – indicateurs de performance
● 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 !
(Source : Architecture et climat)
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5. Lumière du jour – indicateurs de performance
● 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.
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5. Lumière du jour – indicateurs de performance
● 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.
► Quelle valeur atteindre ?
› 60% pour un bureau (500 lux) occupé de 8 à 18h
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5. Lumière du jour – indicateurs de performance
● 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.
› Dynamique puisque dépendant de la localisation, de la météo et
de l’orientation du bâtiment.
› Représente donc la quantité de lumière artificielle pouvant être
économisée par un système de dimming.
► Quelle valeur atteindre ?
› 75% à 80% pour un bureau (500 lux) occupé de 8 à 18h
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5. Lumière du jour – indicateurs de performance
● 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.
› Dynamique puisque dépendant de la localisation, de la météo et
de l’orientation du bâtiment.
› Permet de séparer le pourcentage de temps où l’éclairement à
l’intérieur sur le plan de travail est trop élevé et potentiellement
dérangeant.
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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
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5. Lumière du jour – indicateurs de performance Exemple : éclairage d’un bureau paysager profond
● Daylight factor (DF) – Facteur de lumière du jour (FLJ)
Eclairage zénithal par des verrières
FLJmoy = 6,3%
Eclairage par un shed
FLJmoy = 5,9%
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5. Lumière du jour – indicateurs de performance Exemple : éclairage d’un bureau paysager profond
● Daylight autonomy (DA) – Autonomie en lumière du jour
(ALJ) Eclairage zénithal par des verrières
FLJmoy = 56,9%
Eclairage par un shed
FLJmoy = 61,3%
41
5. Lumière du jour – indicateurs de performance Exemple : éclairage d’un bureau paysager profond
● 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%
Eclairage par un shed
FLJmoy = 77,8%
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5. Lumière du jour – indicateurs de performance Exemple : éclairage d’un bureau paysager profond
● Useful daylight illuminance (UDI) – Eclairement utile en
lumière du jour (EULJ) – 100-2000 Eclairage zénithal par des verrières
FLJmoy = 67,8%
Eclairage par un shed
FLJmoy = 75,7%
43
5. Lumière du jour – indicateurs de performance Exemple : éclairage d’un bureau paysager profond
● Useful daylight illuminance (UDI) – Eclairement utile en
lumière du jour (EULJ) – >2000 Eclairage zénithal par des verrières
FLJmoy = 18,1%
Eclairage par un shed
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 :
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 :
46
Références Guide Bâtiment Durable et autres sources :
● Guide Bâtiment Durable: http://www.bruxellesenvironnement.be/guidebatimentdurable
Fiches WEL03 et ENE01
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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
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Ce qu’il faut retenir de l’exposé
● 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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Ce qu’il faut retenir de l’exposé
● 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]