Éclairagisme : Éléments de base Bernard PAULE, Arch. Dr ès Sciences techniques « La lumière est là et les couleurs nous entourent. Néanmoins, si nous ne portions pas de lumière et de couleurs dans nos propres yeux, nous ne les percevrions pas en dehors » Bernard PAULE – Janvier 2003 Espace et Lumière : Le projet d’éclairage PSE-C EPFL, Tél. 021 paule@estia. ch Bernard PAULE Avant-propos 6 29, email : or2A Sni* to View Ce document constitue une résumé non exhaustlf des notions de base sur l’éclairage ayant été abordées lors du semestre d’hiver du cours «Espace et Lumière: le projet ‘éclairage».
Une part importante des informations rassemblées ici s’appuient sur des ouvrages et documents élaborée par fauteur dans le cadre du programme Energie 2000 (programmes d’impulsion «RAVEL» et «DIANE» est donc nécessaire de prévoir des protections solaires. Soleil et Lumière. Seule une partie du spectre du rayonnement solaire est visible (longueurs d’onde comprises entre 380 et 780 nanomètres [nm]; 1 nm = 1 milliardième de m). FIGURE 1. Représentation schématique du spectre de rayonnement électromagnétique en provenance du soleil reçu sur la terre.
Les longueurs d’ondes les plus abondantes du spectre solaire sont émises dans cette «gamme» (cf. Figure 1). • Les longueurs d’ondes supérieures à 780 nm constituent le rayonnement infrarouge (l R). • Les longueurs d’ondes inférieures à 380 nm constituent, quant à elles, le rayonnement ultra-vlolet (UV). Comparées au rayonnement solaire, les sources de lumière artificielle (notamment lampes à incandescence), émettent une plus grande part de leur rayonnement dans l’infra-rouge Espace et Lumière: Le projet d’éclairage Rappel de quelques bases théoriques 1. 3 fournit un flux lumineux de 1200 umens. • un tube fluorescent de 36 watts fournit un flux lumineux de 2350 lumens. 4 1 . 2. 2 Intensité lumineuse (Unité: Candela [Cd] ou Lumen/Stéradian [lm/ sr]) L’intensité lumineuse est égale au flux lumineux émis par unité d’angle solide dans une direction donnée. Les luminaires et les sources de lumière artificielles sont caractérisées par des indicatrices d’intensité lumineuse. Celles-ci servent à décrire la distribution spatiale de la lumière, ce qui permet de connaître quelle quantité de lumière est émise par la source, dans chaque direction.
FIGURE 3. Représentation schématique de l’intensité lumineuse. Exemples: • L’intensité lumineuse dru PAGF 93 d’environ 1 candela. bénéficie d ‘un éclairement moyen de: 400 lux (2000 lumens / 5 m2 = 400 lm. m-2 = 400 lux). FIGURE 5. Représentation schématique de l’éclairement 6 Un éclairement compris entre 300 et 500 lux est suffisant pour lire et écrire. Par nuit de pleine lune, le niveau d’éclairement est inférieur à 0,1 lux. Par ciel couvert il varie entre 81000 et 20’000 lux, selon la saison. ar ciel serein (présence du soleil), il peut atteindre 1001000 lux. Relation entre Eclairement et Intensité. L’éclairement d’une surface dépend: • de l’intensité lumineuse de la source, • de la distance à laquelle est située cette source, • de l’angle d’incidence des ra ons lumineux. Cette relation est caractéri tian suivante: 3 la direction des rayons lumineux). • Cette même surface bénéficie d’un éclairement de 13 lux si l’incidence des rayons est de 300. 7 1 . 2. Luminance (Unité: Candela/m2 [Cd/m2] ou Lumen/steradian•m2 [lm/Sr. m2]) La luminance d’un objet ou d’une source caractérise l’Intensité lumineuse émise par un élément de surface dans une direction donnée, rapportée à la urface apparente de cet élément relative à cette direction. La luminance est la seule grandeur photométrique perçue par l’oeil humain. Elle correspond à la sensation visuelle de luminosité causée par la surface des objets présents dans le champ visuel (objets éclairés).
La luminance d’un objet ne dépend pas seulement de la quantité de lumière reçue (éclairement), mais aussi de son pouvoir de réflexion (clarté) et de sa brillance. FIGURE 7. PAGF s 3 5000 – 8000 Bougie TABLEAU 1 5’000 Valeurs indicatives de la luminance de quelques sources primaires. Relation entre Eclairement et Luminance. La luminance d’une surface dépend notamment. • de l’éclairement reçu par cette surface, • du facteur de réflexion de cette surface (voir 1. 2. 5, page 11).
Cette relation est caractérisée par l’équation suivante: pxE Avec: = Luminance • E = Eclairement • p = Facteur de réflexion de la surface (voir ) Ceci signifie, entre autre que • Plus l’éclairement est élevé, plus la luminance est élevée. • Plus le facteur de réflexion de la surface est élevé, plus la luminance est élevée. Sources secondaires Lune Luminance [Cd/m2] Intensité lumineuse S = Surface de l’objet considéré. Angle sous-tendu par le plan de la surface considérée et la normale à la directio de Vlsion (voir Figure 9). ?? Plus la surface est «inclinée» par rapport à l’axe de vision, mains sa luminance est élevée. FIGURE 9. Représentation schématique de la notion de surface apparente (SA) 10 1 . 2. 5 Facteurs de réflexion Le facteur de réflexion d’une surface caractérise la capacité de cette dernière à réfléchir une part plus ou moins grande de la lumière qu’elle reçoit. La valeur du facteur de réflexion est comprise entre O (noir absolu) et 1 (blanc idéal). Le facteur de réflexion est parfois ex rimé en On le désigne généralement par la PAGF 7 3 l’ordre de 50%.
TABLEAU 3. Liste indicative des facteurs de réflexion de certains matériaux courants. 12 L’éclairage naturel 2. 0 L ‘éclairage naturel La lumière naturelle est la source lumineuse de référence, ? l’origine de toute vie. Elle est indispensable aussi bien à la croissance et au développement harmonieux de l’enfant, qu’à l’équilibre psycho-physiologique de l’adulte. La lumière naturelle est composée des longueurs d’ondes auxquelles le système visuel de l’homme est le plus sensible; ce sont celles qui sont ?mises en plus grande quantité par le soleil (cf.
Figure 1 . Cest la raison pour laquelle l’efficacité lumineuse de la relle est nettement PAGF B 3 artificiel (y. c. appareils auxiliaires) 13 2. 1 Problématique Les problèmes posés par la maîtrise de l’ambiance lumineuse d’un local éclairé par la lumière naturelle se résument à transporter le flux lumineux extérieur disponible, à l’endroit désiré et au moment opportun. FIGURE 11. Représentation schématique de la problématique de l’utilisation de la lumière naturelle dans les bâtiments (à gauche).
Illustration de cette roblématique par un croquis de Sir Norman Forster pour la Hong-Kong & Shanghai Bank (à droite). 2. 1. 1 Capter la lumière La solution vers laquelle il faut tendre est celle qui consiste ? augmenter la surface (S) de captation de la lumi duisant dans la mesure PAGF g 3 directement la lumière provenant de l’extérieur, seront traitées avec des matériaux clairs, ou même, lorsque cela est possible, avec des matériaux brillants. FIGURE 13. Exemple de cheminée de lumière École primaire de Collioure (F), Arch. : Ph. Pous & M. Gerber, conception éclairage naturel: B. Paule.
Les faces ntérieures du conduit de lumière sont revêtues de en polycarbonate de façon ? favoriser la descente de la lumière jusqu’aux étages inférieurs. 15 2. 1. 3 Distribuer la lumière Il s’agit de s’assurer que la lumière disponible à l’intérieur des locaux, soit effectivement utilisable. A cette fin, il convient de contrôler les luminances dans le champ visuel de l’observateur afin d’éviter les problèmes d’éblouissement. Cela revient ? assurer une distribution homogène des luminances au niveau de l’ergorama et du panorama des usagers (cf Fi ure 41 age 43). Il s’agit par exemple de limiter la
