Confort visuel dans un bâtiment > Trop peu de lumière

Si le local jouit de trop peu de lumière, c'est-à-dire que la valeur moyenne du facteur de lumière du jour est trop faible, il convient d'étudier la possibilité d'augementer la quantité de lumière captée par le local. Celle-ci est principalement influencée par :



• La présence de masques solaires.
• L'inclinaison de la fenêtre.
• Le coefficient de réflexion du sol extérieur.

Ensuite, nous pouvons également modifier la quantité de lumière transmise par les ouvertures vitrées (fenêtres). Celle-ci dépend de :

• La taille de l'ouverture.
• La forme de l'ouverture.
• La position de l'ouverture.
• Le coefficient de transmission du vitrage.
• Les dimensions du local.
• L'aménagement intérieur du local.

La présence de masques solaires

Les masques solaires, qui font partie intégrante du bâtiment, sont en général intégrés à celui-ci pour lutter contre les problèmes de surchauffe et d'éblouissement.

La mise en place d'auvents ou de surplombs fixes destinés à réduire les problèmes d'éblouissement et de surchauffe pénalisera la quantité de lumière captée par le bâtiment.

Le grand avantage de ce type de protection solaire est que, par ciel serein, elles protègent principalement des rayons directs du soleil, qui sont toujours les plus importants, alors que le rayonnement diffus n'en est que très peu affecté.
Cependant, ces protections réduisent l'éclairage naturel par ciel couvert.

Une conception poussée des protections solaires doit être réalisée, afin de garantir un éclairement suffisant tout en permettant un protection solaire satisfaisante.

L'inclinaison de la fenêtre

Pour capter le maximum de rayonnement solaire direct, l'ouverture doit être la plus perpendiculaire possible aux rayons du soleil. En revanche, par ciel couvert, les performances d'une fenêtre sont avant tout liées à la portion de ciel visible depuis l'ouverture. Ainsi, une ouverture zénithale horizontale couvre une partie du ciel plus importante qu'une fenêtre verticale et apporte donc une plus grande part de lumière naturelle diffuse dans le local qu'elle éclaire. De même, une fenêtre oblique tournée vers le ciel offre un flux lumineux diffus plus important que la fenêtre verticale.

Les fenêtres de façade et les ouvertures zénithales ont un comportement radicalement divergent en ce qui concerne la sélection des pénétrations solaires.

Les ouvertures latérales ne voient qu'une partie du ciel. Par ciel couvert, ces ouvertures verticales ont donc des performances lumineuses nettement plus faibles que les ouvertures horizontales. En outre, la lumière pénètre latéralement dans les locaux, ce qui peut créer des situations de contre-jour ou d'éblouissement à proximité des fenêtres. Cependant, les fenêtres latérales en façade SUD transmettent un maximum de rayons solaires en hiver, ce qui favorise l'utilisation des gains solaires, tout en limitant les pénétrations estivales et les surchauffes qu'elles induisent.



Les ouvertures zénithales s'ouvrent sur la totalité de la voute céleste; elles induisent donc une large pénétration de lumière diffuse. La distribution lumineuse obtenue par une ouverture horizontale est aussi beaucoup plus homogène que celle produite par une ouverture verticale. De plus, la lumière entre dans les locaux par le plafond, ce qui limite à priori les phénomènes d'éblouissement.

Par contre, les ouvertures zénithales captent mal les rayons solaires d'hiver alors qu'elles laissent largement pénétrer le soleil d'été, ce qui implique un mauvais comportement thermique.

Le coefficient de réflexion du sol exterieur (albedo)

Pour profiter au maximum de la lumière naturelle, il importe de ne pas négliger le facteur de réflexion des surfaces extérieures environnant le bâtiment. En effet, des surfaces claires et réfléchissantes augmentent la quantité de lumière qui peut pénétrer dans le bâtiment.

Des surfaces réfléchissantes placées au sol telles qu'un dallage brillant ou un plan d'eau peuvent contribuer à capter davantage de lumière.

Coefficients de réflexion de quelques sols

Matériau	Albedo (%)
Prés, pelouse	0.18 à 0.23
Herbe sèche	0.28 à 0.32
Prairies au premier plan	0.14 à 0.18
Prairies à l'horizon	0.35
Neige fraîche	0.80 à 0.90
Neige ancienne	0.45 à 0.70
Champs non-cultivés	0.26
Ciment, béton	0.55
Macadam	0.18
Gravier	0.15 à 0.35
Eau de mer	0.04

La taille de l'ouverture

La taille des ouvertures d'un bâtiment est un élément déterminant de la quantité de lumière extérieure qui parvient à l'intérieur des locaux. Il n'est cependant pas aisé de déterminer la taille nécessaire à l'apport d'éclairage naturel satisfaisant dans un local.

Signalons que le fait d'interrompre un faux-plafond à proximité de la fenêtre permet d'augmenter la hauteur du vitrage et donc de favoriser la pénétration de la lumière naturelle par cette ouverture. Ce plafond est connu sous le nom de plafond biaisé.

La forme de l'ouverture

Lorsque la largeur de la fenêtre diminue, la répartition de la lumière naturelle devient moins uniforme, bien que l'éclairement moyen ne varie pratiquement pas (à surface vitrée constante). Par contre, l'éclairement du fond du local augmente augmente avec la hauteur de la fenêtre. Pour une même surface vitrée, une fenêtre haute éclaire davantage en profondeur. L'idéal réside donc en une fenêtre horizontale mains dont le linteur est relativement élevé.

Si l'on recherche un éclairement uniforme, il est préférable de créer une longue fenêtre continue plutôt que plusieurs petites fenêtres alignées sur la même façade (pour une même surface vitrée totale). Bien que l'interruption de pénétration de lumière entre chaque fenêtre soit à l'origine de zones sombres créant ainsi des contrastes lumineux gênants, on peut accepter cette configuration tout en gardant à l'esprit deux points importants : il est impératif de coupler les zones de travail avec les fenêtres et il convient de prendre des mesures de limitation de l'éblouissement.

La position de l'ouverture

Plus l'allège de la fenêtre est haute, mieux le fond du local est éclairé et plus la zone éclairée naturellement est profonde. Il y a cependant création d'une zone d'ombre à proximité de la fenêtre. Cette zone est d'autant plus importante que l'allège de la fenêtre est haute.

L'utilisation d'un clerestory (fenêtre dont le seuil se trouve au dessus du niveau de l'oeil) permet donc d'éclairer naturellement un local en profondeur.

Cette fenêtre en hauteur procure les avantages suivants :

• Une répartition relativement uniforme de la lumière dans l'espace ainsi qu'un bon éclairage du fond du local.
• Une source de lumière au-dessus de la ligne de vision, ce qui réduit les risques d'éblouissement direct.
• Une limitation du risque d'éblouissement par effet de voile pour les tâches particulièrement sensibles à ce problème.

Cependant, un clerestory seul supprime la vue sur l'extérieur et ne joue ainsi que faiblement son rôle de lien entre le local et son environnement. C'est pourquoi, en général, il est préférable de coupler clerestory avec une fenêtre classique, équipée de protections solaires.

Il est également intéressant de noter que la zone de la fenêtre située en dessous du plan de travail n'a pratiquement aucun impact sur l'éclairage naturel du local. La présence d'une allège opaque est donc thermiquement préférable (présence d'une isolation diminuant les pertes thermiques en hiver et limitant les gains solaires en été).

Le coefficient de transmission du vitrage

La lumière qui rencontre un vitrage est transmise, absorbée et réfléchie, selon des proportions qui tiennent en grande partie au type de vitrage. Le choix du vitrage influence non-seulement la lumière transmise mais aussi les gains solaires et pertes de chaleur à travers la fenêtre.

La transmission lumineuse et énergétique d'un vitrage peut être caractérisée par 3 paramètres :

• son facteur de transmission lumineuse,
• son facteur solaire,
• son coefficient de conduction thermique.

L'influence du vitrage sur le bilan énergétique d'un local peut se résumer de la façon suivante :

• Plus le coefficient de transmission lumineuse est élevé, moins l'éclairage artificiel est nécessaire pendant la journée.
• Plus le facteur solaire est bas, plus faibles sont les risques de surchauffe et les possibilités de gains solaires en hiver.
• Plus le coefficient de conduction thermique est bas, plus faibles sont les déperditions thermiques à travers sa surface.

La facteur de transmission lumineuse d'un vitrage TL est le pourcentage du rayonnement solaire visible transmis à travers ce vitrage. la quantité de lumière qui pénètre dans le bâtiment est d'autant plus grande que le facteur de transmission des vitrages est élevé.

Le type de vitrage (simple, double, absorbant, réfléchissant, etc.) affecte directement la transmission lumineuse à travers la fenêtre. les vitrages clairs sont connus pour leur haute capacité à laisser âsser la lumière à l'intérieur des bâtiments.

Exemples de vitrages ainsi que leur coefficients de transmission lumineuse

Type de vitrage	Coefficient de transmission lumineuse
Simple vitrage clair 6mm	89%
Simple vitrage clair 6mm Bronze Gris Vert	49% 41% 73%
Double vitrage 6 mm clair - 6 mm clair 6 mm clair - 6 mm basse émissivité neutre 6 mm clair - 6 mm réfléchissant 6 mm clair - 6 mm fortement réfléchissant	79% 67% 30% 7%

Signalons que la transmission lumineuse d'un vitrage dépend fortement de sa propreté.

Un compromis doit être recherché entre la transmission lumineuse, la protection contre les surchauffes et l'isolation des éléments vitrés.

Le dimensions du local

Le niveau d'éclairement est d'autant plus élevé dans un local que celui-ci est large (pour un rapport de surface vitrée / surface au sol, constant).

La lumière diffuse ne pénètre significativement qu'à environ une distance de 1.5 fois la hauteur du linteau de la fenêtre par rapport au sol.

Dès lors, au delà d'une certaine profondeur, les niveaux d'éclairement chutent au fond de la pièce. Dans le cas d'une fenêtre orientée au sud et équipée d'un lightshelf, cette valeur peut atteindre 2 fois la hauteur de la fenêtre.

Pour éclairer naturellement toute la surface d'un local, il est donc préférable d'adopter une faible profondeur. Il faut encore souligner pour des locaux de dimensions différentes que plus leurs parois intérieures sont foncées, plus grand est l'écart entre les niveaux d'éclairement de ces pièces.

Si la profondeur du local a une grande influence sur la quantité de lumière naturelle, sa hauteur sous plafond en a beaucoup moins.

L'aménagement intérieur du local

La nature et la couleur des surfaces intérieures (paroi et mobilier) influencent directement l'éclairage naturel dû aux réflexions intérieures. Ainsi, une bonne distribution de la lumière dans tout l'espace nécessite l'utilisation de parois de couleurs claires (pour des parois beige clair, on atteint un coefficient de réflexion de l'ordre de 60%).

En général, tout système d'éclairage naturel donne de mauvais résultats lorsque les surfaces de la pièce sont sombres. L'utilisation de parois et de meubles de couleur claire influence fortement le luminosité d'un local.

L'importance de la clarté de la finition des surfaces est due à un double effet :

• Les facteurs de réflexion (des parois et des meubles) plus élevés permettent à la lumière d'être davantage réfléchie.
• L'oeil humain analyse des niveaux de luminance. Sous les mêmes conditions d'éclairage, une surface claire est donc subjectivement perçue comme mieux éclairée qu'une surface foncée.

Lorsque les matériaux de revêtement d'un local quelconque présentent une certaine brillance, on constate que la lumière arrive plus facilement en fond de pièce. en contrepartie, les surfaces en question acquièrent une luminance élevée et peuvent donc devenir des sources d'éblouissement pour l'utilisateur. De manière générale, les surfaces brillantes sont donc à conseiller comme moyen de transmission de la lumière naturelle mais elles sont à éviter dans les locaux de travail dans la mesure où les activités effectuées (lecture, écriture, etc.) peuvent être fortement perturbées lorsque l'environnement lumineux est fort contrasté.

Généralement, les coefficients de réflexion des murs, du plancher et du mobilier (surfaces de travail, armoires, etc.) situés à proximité de la fenêtre jouent un rôle principal dans le jeu des réflexions intérieures. Dans une moindre mesure, les réflexions sur le plafond et les murs plus éloignés des ouvertures peuvent aussi améliorer la répartition lumineuse.

On peut dire que si le facteur de réflexion moyen des murs d'un volume quelconque est inférieur à 50%, alors la lumière pénétrera difficilement en profondeur dans cet espace.

Notons également que, sous ciel couvert, la photométrie des murs a une influence sur la répartition de la lumière qui peut être qualifiée de moyenne.

En revanche, dès que des rayons solaires frappent directement un mur intérieur, le comportement photométrique de celui-ci va jouer un rôle essentiel sur la répartition des éclairements.

La plupart des matériaux architecturaux ont cependant de faibles facteurs de réflexion. Un plancher clair peut avoir un facteur de réflexion de 30%, ce qui est nettement plus bas que les murs (50%) et que les plafonds (70%). Seules les surfaces extremmement claires, comme une peinture blanche très propre, ont un facteur de réflexion supérieur à 70%.
En général, comme le plafond ne reçoit la lumière naturelle que de manière indirecte, son influence sur la répartition de la lumière est relativement faible. En revanche, lorsqu'un dispositif de distribution lumineuse dévie la lumière vers le haut (par exemple à l'aide d'un lightshelf), le plafond reçoit une grande quantité de lumière qu'il doit répartir dans toute la pièce; le facteur de réflexion de cette surface doit alors être élevé : ρ_plafond ≥ 70%, cette valeur correspond à celle du plâtre blanc propre.

Par ciel couvert, la plus grande partie de la lumière provient du haut de la voûte céleste. En conséquence, les surfaces horizontales reçoivent une plus grande quantité de lumière que les surfaces verticales, ce qu'il faut impérativement prendre en compte lors de l'aménagement intérieur du local.

Le sol et le mobilier d'un espace quelconque constituent donc des plans et des surfaces très éclairés, notamment à proximité des ouvertures. Pour cette raison, toute variation du comportement photométrique de ces surfaces entraîne des répercussions importantes sur la distribution des éclairements intérieurs. Dès lors, si on désire favoriser la pénétration de la lumière en profondeur dans un local, il vaut mieux préconiser un revêtement du sol et du mobilier relativement clair, possédant donc un facteur de réflexion élevé. De plus, la clarté des tables de travail s'avère un élément favorable au confort visuel dans la mesure où la réduction du contraste entre le papier et le support de la table induit une diminution des efforts d'accomodation que l'oeil doit effectuer à chacun de ses mouvements.

A contrario, les sols sont souvent de couleur relativement sombre afin de faciliter leur entretien. il faut donc envisager un compromis susceptible de satidfaire simultanément les exigences de confort et de maintenance.

Les meubles sont parfois de réels obstacles qui empêchent la transmission de la lumière vers certaines parties de la pièce. Il est donc essentiel de réfléchir aux types de meubles à choisir ainsi qu'à leur emplacement de manière à favoriser la pénétration de la lumière.