Quelles solutions pour une bonne conception d’un éclairage naturel… Part. VI

Quelles solutions pour une bonne conception d’un éclairage naturel… Part. VI

Part. I

Part. II

Part. III

Part. IV

Part. V

Lumière !!!

Pour bien concevoir l’éclairage naturel d’un bâtiment, il est essentiel de se poser les bonnes questions au bon moment.

Valoriser l’éclairage naturel dans la conception architecturale bioclimatique permet d’assurer un confort visuel satisfaisant tout en réalisant des économies d’énergie. La réussite d’un tel objectif découle d’un paramétrage précis entre :

• besoins et possibilités d’éclairage naturel d’un bâtiment ;

• dispositifs d’éclairage naturel et électrique ;

• besoin en chauffage et rafraichissement.

Ce paramétrage a lieu lors de la conception mais peut aussi se faire en interaction avec les utilisateurs par la régulation, le contrôle de l’ensoleillement ou encore les aménagements intérieurs.

Enfin, l’éclairage naturel d’un bâtiment ne peut être performant sans un entretien et une maintenance soignés des dispositifs d’éclairage naturel et des protections solaires.

Avant d’aborder la conception en éclairage naturel d’un bâtiment, il s’agit de comprendre quelles sont les possibilités qui lui seront offertes par les contraintes et exigences diverses. Celles-ci peuvent être d’ordre contextuel et géographique (latitude du site, masques environnants), programmatiques (exigences des démarches environnementales ou des réglementations) ou d’usage (type de bâtiment et d’utilisateurs).

Nous proposons ici une hiérarchisation des problématiques à considérer avant de concevoir l’éclairage naturel d’un bâtiment.

Typologie et utilisation

Dans un premier temps, il s’agira de comprendre l’impact de la typologie du bâtiment sur ses besoins en éclairage naturel.

En effet, les besoins en lumière naturelle varient selon l’usage d’un bâtiment : ses fonctionnalités et périodes d’occupation. Les exigences seront différentes dans un bureau, un hôpital ou encore une école. Il existe bien entendu des contraintes diverses concernant la localisation de la construction d’un projet mais si le choix est possible, on préférera, par exemple, implanter une école sur un site dégagé pour offrir aux enfants des vues stimulantes et un maximum de lumière naturelle.

Exigences environnementales

Les démarches environnementales présentent des exigences concernant les performances en éclairage naturel d’un bâtiment. Elles peuvent concerner les accès aux vues, les niveaux d’éclairement ou encore les protections solaires. Elles proviennent du savoir-faire du programmateur ou de l’AMO HQE, d’un retour d’expérience du maître d’ouvrage, des exigences de certifications environnementales. Elles sont à intégrer dans le programme de l’opération.

Impact de l’environnement extérieur

Une fois que les exigences dues à la typologie du bâtiment auront été analysées, il s’agira de réfléchir aux impacts du choix du site.

La quantité de lumière naturelle disponible à l’intérieur d’un local est la somme de la lumière provenant :

• du soleil,

• de la voûte céleste,

• des réflexions sur les surfaces extérieures,

• des réflexions sur les surfaces intérieures du local.

Plus la composante directe, c’est-à-dire le rayonnement solaire direct et la lumière provenant de la voûte céleste, est importante, plus la qualité de l’éclairage naturel dans le local sera considérée comme satisfaisante. Il en résulte que plus les masques extérieurs sont proches et importants, plus la composante directe et donc l’éclairage naturel à l’intérieur du local sera faible. On peut considérer que si un local fait face à une obstruction qui ne dépasse pas 25° au-dessus de l’horizon alors le potentiel d’éclairage naturel du local sera favorable. Dans le cas contraire, il faudra évaluer avec attention l’impact de l’obstruction sur la qualité de l’éclairage naturel du local [Littlefair, 2002].

Le cas d’une réhabilitation est, bien entendu, plus contraignant qu’une construction neuve car les possibilités sont limitées par la conception originale du bâtiment. À ce titre, le référentiel de certification NF Bâtiments Tertiaires - Démarche HQE® requiert dans sa version générique 2011 des exigences plus souples pour les performances en l’éclairage naturel que pour des constructions neuves.

L’environnement extérieur peut par ailleurs poser des problèmes également dans le cas d’une construction neuve lorsque le projet est situé dans un contexte fortement urbanisé. Dans ces situations, il faudra réfléchir à des solutions permettant d’apporter un maximum de lumière naturelle à l’intérieur du bâtiment. La forme du bâtiment lui-même devra être pensée de manière soignée pour pallier aux contraintes imposées par l’environnement extérieur. L’utilisation d’éclairage zénithal, de puits de lumières ou encore la création d’un atrium, sont autant de moyens qui pourront permettre d’optimiser l’éclairage naturel sur un site défavorisé.

Orientation et positionnement des locaux

En fonction de son usage, un local n’aura pas les même contraintes et exigences vis-à-vis de l’éclairage naturel. Il est essentiel de mener une réflexion sur la position de chaque type de local par rapport aux baies.

Pour éviter les surchauffes et l’éblouissement, certains pourront préférer des orientations Nord pour les bureaux par exemple. Il a cependant été montré que les usagers apprécient la présence de rayonnement solaire direct sur leur lieu de travail. Ainsi, les locaux orientés Nord peuvent par exemple accueillir des espaces à occupation intermittente comme des salles de réunion ou de restauration.

Des bureaux offrant d’autres orientations devront être équipés de protections solaires pour éviter les surchauffes et éblouissement, les stores mobiles étant souvent un bon compromis.

Il a parfois été observé que des locaux comme les sanitaires, des salles d’archives ou encore les gaines d’ascenseurs étaient localisées directement sur la façade. Même s’il est agréable de bénéficier de lumière naturelle dans les sanitaires, il est vraisemblablement plus adapté de positionner ce type de locaux dans les parties centrales des bâtiments où la lumière naturelle est absente et d’y positionner à la place des locaux à occupation permanente.

Formes et dimensions des bâtiments et des locaux / aménagement intérieur

Le premier paramètre à prendre en compte est la forme globale du bâtiment lui-même. Par exemple, la profondeur de 18 m des bâtiments de bureaux standards qui résulte d’un arbitrage technico-économique peut générer jusqu’à un tiers de locaux aveugles dans la partie centrale selon les choix d’aménagement intérieurs et la hauteur utile. À l’inverse, un bâtiment d’une profondeur de 14 m et d’une hauteur sous linteau de 2,5 m permettra d’offrir un éclairage naturel à la majorité des locaux.

La géométrie d’un local est également un paramètre influant sur l’éclairage naturel. Elle est souvent liée à la fonction du local lui-même. Cependant, plus un local est profond et étroit, plus il sera difficile d’y obtenir une bonne répartition et pénétration de la lumière naturelle en fond de pièce, même si sa façade est entièrement vitrée. Ce phénomène est dû aux effets de masques créés par les murs qui sont d’autant plus importants que le local est étroit.

Sur une même façade et à profondeur égale, l’éclairage naturel dans un bureau étroit sera toujours moindre que dans un bureau plus large. Observons ce phénomène à l’aide d’un exemple où nous comparons les performances d’un bureau à 2 trames avec un bureau à 6 trames.

Il est cependant important de comprendre que dans le cas du cloisonnement d’un plateau de bureau paysager, la profondeur des locaux est souvent réduite pour inclure une circulation à l’extérieur du local. Par conséquent, les conditions d’éclairage naturel seront globalement meilleures dans le cas d’un local étroit et moins profond que dans un local de plus grandes largeur et profondeur.

À ce titre, il est intéressant de comparer les performances de locaux, un large et étroit ayant la même profondeur avec un autre local dans lequel la profondeur est diminuée de 2 m. Nous vérifions également le niveau de performance atteint selon les exigences de certification environnementales relatives au facteur de lumière du jour des référentiels BREEAM International 2009 et HQE Générique 2011.

Comme évoqué dans le chapitre 6, ces résultats chiffrés nous indiquent que la démarche BREEAM n’encourage pas les locaux profonds et étroits alors que la démarche HQE sera moins pénalisante.

Photo : PergolaVieVeranda

Dispositifs d’éclairage naturel

Une fois établi le cahier des charges analysant les exigences et contraintes concernant la lumière naturelle, l’étape suivante consistera à proposer des dispositifs d’éclairage naturel performants et adaptés au projet. Nous en détaillons ci-après les principaux.

Les ouvertures en façade

Même s’il n’est pas le plus efficace, la baie vitrée en façade est le moyen le plus simple et le plus répandu d’apporter de la lumière naturelle à l’intérieur d’un local. Cependant, une grande surface de vitrage sur une façade ne permet pas à elle seule de définir si l’éclairage naturel sera optimisé. En complément, il convient d’en paramétrer précisément

• l’orientation et l’inclinaison,

• la position,

• la forme et les dimensions,

• les matériaux de transmission,

• le type de menuiserie.

L’orientation et l’inclinaison des ouvertures

La variabilité des répartitions de luminances sur la voûte céleste implique que l’orientation et l’inclinaison d’une baie, à taille identique, auront un impact sur le flux de lumière naturelle qui la traverse.

Orientation

E/O

N

Horizontale

Ratio

0,70

0,34

1,30

Variation d’éclairement annuel global selon les orientations relativement à la façade Sud

Les ouvertures en toiture sont celles qui peuvent apporter le plus de lumière naturelle pour une même surface et les orientations Nord sont les plus défavorisées.

Néanmoins, la problématique de l’orientation ne peut pas se résumer à une quantité de lumière, il est important de noter que :

• la dynamique de la lumière naturelle (niveau d’éclairement et température de couleur) est plus faible au nord qu’au sud, ce qui peut être ressenti de façon différente selon les individus,

• l’éblouissement est plus facile à gérer au sud qu’à l’est et à l’ouest où le soleil est plus bas sur l’horizon, ce qui permet de conserver plus longtemps la vue sur l’extérieur,

• l’orientation nord simplifie la problématique de la gestion des protections dans les espaces partagés mais la faible pénétration de rayonnement solaire direct peut être perçue par certains individus comme frustrante,

• les baies horizontales en toiture peuvent générer des surchauffes importantes. Pour y remédier, des protections solaires extérieures peuvent être préconisées, celles-ci diminuent cependant les apports de lumière naturelle.

Conclusions :

Dans les logements, on évitera les ouvertures au nord dans les pièces de vie et on préférera des orientations multiples dans la mesure du possible.

Dans les bâtiments tertiaires, le contrôle et la gestion de la lumière naturelle et des apports solaires est plus facile au nord et au sud. Pour les orientations est et ouest, les ouvertures devront être impérativement équipées de protections solaires mobiles. Dans le cas d’apports internes importants (notamment par les équipements de bureautique), l’orientation nord devrait être favorisée car la lumière naturelle est plus stable donc plus facile à gérer et permet ainsi les meilleurs gains sur l’éclairage artificiel et un confort d’été avec utilisation minimisée de la climatisation.

La position des ouvertures

La position des ouvertures sur la façade aura un impact sur la répartition de la lumière naturelle dans le local qu’elles éclairent.

Les impostes permettent à la lumière naturelle d’entrer plus en profondeur dans un local. En revanche, les ouvertures situées en dessous de la hauteur du plan utile auront peu d’impact sur la quantité de lumière qu’il recevra. On observe également qu’une zone d’ombre est créée sous l’allège dans le cas d’ouvertures trop hautes.

Ces simulations nous montrent qu’une allège vitrée est peu efficace sur l’éclairage naturel. En revanche, la combinaison d’une fenêtre en imposte et une à hauteur d’œil est la configuration optimale pour l’éclairage naturel.

La forme et la dimension des ouvertures

Une forme d’ouverture optimisée peut augmenter la qualité de l’éclairage naturel en limitant les effets de contrastes et les zones d’ombres. On préférera :

• une fenêtre large à la place de plusieurs petites fenêtres étroites afin de limiter une succession de contrastes forts,

• à surface vitrée égale, on choisira une forme de baie et une position sur le mur qui offre, dans la mesure du possible, une vue sur le sol extérieur, le paysage et le ciel.

De plus, les baies de grande dimension auront une proportion de cadre moins importante, ce qui limite les déperditions thermiques et augmente l’apport de lumière naturelle, la menuiserie pouvant représenter jusqu’à 25 % de la surface de l’ouverture en cas de baies étroites.

Les matériaux de transmission

Le vitrage clair :

La transmission lumineuse du vitrage est une donnée technique variant en fonction du matériau utilisé et de son traitement : verre feuilleté, verre coloré, couche réfléchissante) entre autres. Les éventuels traitements de surface rapportés tels que la sérigraphie par exemple, font chuter de façon très sensible la transmission lumineuse.

La transmission lumineuse globale de la baie tient compte de la portion de cadre et des éventuels compléments vitrage fixes, les compléments mobiles entièrement escamotables n’étant pas pris en compte. La transmission lumineuse globale est le produit de la transmission des différents filtres successifs de la baie.

Le vitrage diffusant :

Il faut noter que dans certains cas, l’utilisation d’un vitrage diffusant peut être plus adaptée qu’un vitrage clair. Même si la transmission lumineuse d’un vitrage diffusant est inférieure à celle d’un vitrage clair d’environ 40 %, il permettra par exemple de diffuser le rayonnement solaire direct et ainsi d'améliorer l’uniformité en éclairage naturel du local et les niveaux en fond de pièce. Il conviendra cependant de veiller aux phénomènes d’éblouissement qui peuvent apparaître dans le cas d’un vitrage à cause de la luminance potentiellement élevée de la surface vitrée. Si l’absence de vue sur l’extérieur avec ce type de vitrage peut être considérée comme un problème, une solution optimale pourrait consister à spécifier un vitrage diffusant en imposte pour diffuser la lumière naturelle et l’amener en fond de pièce et une partie en vitrage clair à hauteur du regard pour conserver une vue sur l’extérieur.

Noter également que si, dans le cas d’un vitrage clair, la position de celui-ci par rapport au nu extérieur impacte peu la pénétration de la lumière naturelle, il n’en va pas de même pour un vitrage diffusant. En effet, un vitrage diffusant sera plus efficace s’il est dans le plan du nu extérieur où il captera un maximum du flux lumineux extérieur avant de le diffuser à l’intérieur.

Autres dispositifs de distribution de la lumière naturelle

Il existe un certain nombre de dispositifs techniques et architecturaux qui permettent d’apporter ou de redistribuer la lumière naturelle dans un local, en voici une liste non exhaustive.

Le second jour

Principe : Apport de lumière naturelle par une ouverture donnant sur un espace bénéficiant de lumière du jour directement depuis l’extérieur.

Avantages : Permet de créer une impression de lumière naturelle dans un local privé de premier jour et de le faire bénéficier de la dynamique de la lumière naturelle.

Inconvénients : N’offre pas (ou rarement) de vue sur l’extérieur. Ne permet pas d’obtenir des niveaux d’éclairement suffisants pour effectuer une tâche visuelle.

Mise en œuvre : Dispositif adapté aux locaux à occupation passagère comme par exemple les circulations ou les espaces reprographie.

Ou encore locaux avec premier jour éclairés en fond de pièce par une circulation adjacente.

Les sheds et lanterneaux

Principe : Apport de lumière naturelle zénithale par une ouverture donnant sur l’extérieur.

Avantages : À surface égale, les prises de jour horizontales permettent d’offrir deux fois plus de lumière qu’une fenêtre verticale. Bon moyen d’améliorer l’uniformité en fond de pièce ou d’apporter de la lumière naturelle dans les circulations du dernier niveau d’un bâtiment.

Inconvénients : N’offrent pas de vue sur l’extérieur. Des déperditions et surchauffes peuvent être générées. Il conviendra de choisir un facteur solaire adapté, notamment par une protection solaire extérieure. Possibilité d’éblouissement par le soleil direct au travers des lanterneaux si le vitrage n’est pas diffusant.

Mise en œuvre : Pour les sheds, veiller à orienter l’ouverture au nord pour ne pas laisser pénétrer le rayonnement solaire direct.

Choisir un coefficient de réflexion lumineuse le plus élevé possible pour les costières des lanterneaux.

Les atriums/patios et puits de lumière

Principe : Apport de lumière naturelle par un volume extrudé plus ou moins grand au cœur d’un bâtiment.

Avantages : La création d’un atrium/patio au centre d’un bâtiment peut être une solution adaptée dans le cas d’une construction à la géométrie compacte (i.e. carrée).

Inconvénients : N’offre pas ou peu de vue sur l’extérieur. L’apport de lumière naturelle chute rapidement d’un étage à l’autre (diminution rapide de la composante directe).

Peut poser des problèmes de vis-à-vis et d’intimité.

Mise en œuvre : Préférer cette solution pour des bâtiments peu élevés ou veiller à ce que la largeur du patio/ atrium soit supérieure à la hauteur du bâtiment

Veiller à choisir un cœfficient de réflexion lumineuse élevé pour les parois et le sol. Préférer un patio ouvert à un atrium fermé qui pourra diminuer jusqu’à 30 % la quantité de lumière naturelle.

Les étagères à lumières

Principe : Dispositif permettant de rediriger la lumière naturelle en fond de pièce à l’aide d’un plan réfléchissant positionné sur une baie (généralement un tiers de la hauteur de la fenêtre sous le linteau) et perpendiculairement (ou légèrement incliné) à celle-ci.

Avantages : Diminue les niveaux d’éclairement élevés à proximité de la fenêtre et améliore donc l’uniformité. Permet d’apporter de la lumière naturelle en fond de pièce.

Peut servir de brise-soleil en été sur une façade sud. Permet de bénéficier des apports solaires en hiver sur une façade sud.

Inconvénients : Dans le cas d’une étagère à lumière couplée à un brise-soleil, les performances du système peuvent chuter rapidement si un entretien et un nettoyage régulier ne sont pas effectués

Mise en œuvre : Préférer la mise en place de ce système sur une façade sud.

Les conduits à lumière

Principe : Tube en matériau ultra réfléchissant (classiquement de l’aluminium) qui collecte la lumière en toiture et la conduit dans le bâtiment.

Avantages : Permet d’apporter de la lumière naturelle dans des locaux défavorisés ou en fond de pièce. Un système performant pourra apporter de la lumière naturelle à travers plusieurs étages.

Inconvénients : Le rendement peut chuter rapidement si le tube est long. Des déperditions thermiques et problèmes d’étanchéité à l’air peuvent apparaître si la mise en œuvre n’est pas soignée.

Mise en œuvre : Maximiser le coefficient de réflexion lumineuse des parois du tube (supérieur à 0,95) pour une efficacité maximale. Veiller à une bonne isolation thermique sur toute la longueur. Pour un rendement efficace (> 50 %), il est conseillé de choisir un ratio longueur/ diamètre inférieur à 10.

Comparaison de différents dispositifs

Chacun des dispositifs détaillés ci-dessus permet de répondre à des besoins précis. Voyons à présent comment les performances d’une sélection de ces systèmes évoluent comparativement à l’intérieur d’un local. Le cas de base (cas 4) est celui d’une salle de classe de 8 m de profondeur, sans masque extérieur, dont la proportion de vitrage placée au-dessus de l’allège correspond à 16 % de la surface de la façade.

En ajoutant un second jour sur le mur opposé qui donne sur une circulation éclairée en zénithal, on constate que les niveaux de FLJ augmentent considérablement en fond de pièce. Ce dispositif permet d’améliorer l’uniformité ainsi que le niveau moyen.

Si l’on ajoute un shed au cas de base (cas 2), on constate que les niveaux de FLJ augmentent considérablement dans la seconde partie du local. L’uniformité et le niveau moyen de FLJ sont améliorés. L’impression de clarté et d’uniformité sera par ailleurs considérablement améliorée avec ce type de dispositif.

En ajoutant une étagère à lumière sur la façade (cas 3) les niveaux à proximité de la fenêtre sont diminués et ceux en fond de pièce sont augmentés permettant ainsi d’offrir au local une meilleure uniformité.

Avec un brise-soleil extérieur fixe autrement appelé « casquette » sur la façade (cas 5), les niveaux de FLJ diminuent à proximité de la façade et l’impact en fond de pièce est négligeable par rapport au cas de base. Avec ce dispositif, c’est surtout le FLJ moyen qui est déprécié.

Matériaux de l’enveloppe intérieure du local

En dehors des baies et autres dispositifs de captation de lumière naturelle, les caractéristiques des matériaux de finitions d’un local doivent aussi être prises en compte dans le paramétrage de l’éclairage naturel.

Les coefficients de réflexion des sols, murs, plafonds doivent être définis en amont du projet. On favorisera des teintes claires pour augmenter la composante réfléchie interne de l’éclairage naturel. Un contrôle des matériaux et des couleurs choisis sur le chantier doit permettre de valider les hypothèses prises en compte dans le calcul.

Classiquement, dans un bâtiment de bureau, on prendra par défaut des valeurs de coefficient de réflexion lumineuse de 0,2 pour le sol, 0,5 à 0,6 pour les murs et 0,7 à 0,8 pour le plafond.

Un exemple :

Pour illustrer l’importance des coefficients de réflexion lumineuse des parois, une étude paramétrique a été menée sur l’impact du choix du revêtement de sol sur l’autonomie lumineuse d’un local (De Luminae : Réhabilitation de la tour Gallieni à Bagnolet). Les simulations au pas horaire sur l’année montrent que, pour un climat parisien, l’autonomie lumineuse à 300 lux sur le plan utile peut être améliorée jusqu’à 20 % pour la zone de fond de pièce si l’on choisit pour revêtement de sol un moquette claire (rho = 0,2) plutôt qu’une moquette sombre (rho = 0,03).

Le coefficient de réflexion des moquettes, même claires, dépasse rarement la valeur de 0,3. Les facteurs de réflexion des murs et des plafonds sont le plus souvent nettement supérieurs.

D’autres types de sol plus lisses du marché (bois, carrelages, terre cuite, divers sols vinyles, etc.) peuvent avoir des facteurs de réflexion plus élevés jusqu’ à 0,7.

Un coefficient de réflexion adapté (entre 20 et 40 %) sera plus facilement atteint avec un revêtement de sol lisse de type linoléum ou carrelage. Il faut néanmoins éviter pour les revêtements de sols les couleurs trop claires et les surfaces brillantes qui augmentent les risques d’éblouissement.

L’influence et le poids comparé des facteurs de réflexion des différents types de parois (sol, mur, plafond) dépendent du type de ciel et de la typologie des compléments de vitrage (exemple : étagères à lumière) qui peuvent dévier la lumière vers le haut et valoriser un facteur de réflexion élevé en plafond.

Les protections solaires

Les protections solaires peuvent prendre de multiples forme, elles répondent généralement aux objectifs suivants :

• La limitation de l’éblouissement ;

• La diminution des surchauffes ;

• La préservation de l’intimité des occupants ;

• L’occultation des locaux ;

• Le parti architectural ;

• L’augmentation du pouvoir isolant.

On distingue deux familles de protections solaires : les protections fixes et mobiles.

Les protections solaires fixes

La végétation :

Avantages : Pour les niveaux bas d’un bâtiment, une végétation à feuilles caduques peut bloquer le rayonnement solaire direct au printemps et en été et le laisser passer en hiver de manière à bénéficier des apports solaires. Faible coût de mise en œuvre.

Inconvénients : Des végétaux trop denses peuvent diminuer l’éclairage naturel de manière drastique en été, incitant les usagers à utiliser l’éclairage électrique. Les étages hauts sont moins bien protégés.

Mise en œuvre : Veiller au bon dimensionnement et positionnement des végétaux pour ne pas trop assombrir le local en été. Élagage régulier à prévoir.

Brise-soleil horizontaux extérieurs

Avantages : Si l’orientation est franche (plein sud) et que le système est bien dimensionné, il permet de bloquer la pénétration du rayonnement solaire direct au printemps et en été pour éviter les surchauffes. Permet également de bénéficier des apports solaires en période d’automne et d’hiver.

Inconvénients : Diminue la composante diffuse de la lumière naturelle. Éclairements médiocres sous des conditions de ciel couvert. Parti architectural fort.

Mise en œuvre : Ne préconiser que pour une orientation sud. Peut être couplé avec un système d’étagère à lumière. Une protection solaire mobile intérieure est recommandée en complément pour prévenir la gêne potentielle due à la pénétration du rayonnement solaire direct en automne et en hiver et les situations d’éblouissement.

Brise-soleil verticaux extérieurs

Avantages : Permet de réduire considérablement la pénétration du rayonnement solaire direct.

Inconvénients : Fort impact sur l’éclairage naturel et la vue sur l’extérieur. Éclairements médiocres sous des conditions de ciel couvert. Selon la position des usagers à l’intérieur, la vue sur l’extérieur peut être très réduite, à moins d’utiliser des panneaux perforés. Parti architectural fort.

Mise en œuvre : A préconiser sur les façades est et ouest uniquement. S’assurer de la bonne inclinaison et du bon dimensionnement des lames en fonction de l’orientation de la façade pour un maximum d’efficacité. À éviter dans les locaux à occupation permanente.

Résille extérieure

Avantages : En fonction du pourcentage de perforation, le système peut permettre de bloquer le rayonnement solaire direct tout en conservant une vue sur l’extérieur.

Inconvénients : Si la protection solaire est forte, l’éclairage naturel sera considérablement réduit dans le local. Dispositif fixe qui ne permet pas de bénéficier de la dynamique de la lumière naturelle. Éclairements médiocres sous des conditions de ciel couvert. Parti architectural fort.

Mise en œuvre : Plus adapté à des façades largement vitrée. À éviter dans les locaux à occupation permanente.

Les protections solaires mobiles

Stores à lames horizontales

Les stores à lames peuvent être positionnés à l’extérieur, à l’intérieur ou encore dans la lame d’air d’un double ou triple vitrage.

Avantages communs à ces trois solutions :

•permettent de bloquer le rayonnement solaire direct tout en conservant une vue sur l’extérieur si les lames sont bien orientées,

•transmission et distribution lumineuse variable qui permet de bénéficier de la dyna- mique de la lumière naturelle.

Il est important de noter qu’un store à lames sombres laissera pénétrer jusqu’à deux fois moins de lumière naturelle qu’un store à lames claires.

Stores extérieurs

Avantages : Efficacité optimale contre les surchauffes dues au rayonnement solaire direct. Permettent la ventilation naturelle tout en se protégeant des surchauffes.

Inconvénients : Parti architectural fort. Soumis aux intempéries.

Mise en œuvre : Un entretien régulier est nécessaire à un bon fonctionnement. Pilotage par GTC pour une efficacité optimale.

Stores intérieurs

Avantages : Maintenance plus aisée qu’un store extérieur. Très efficace contre l’éblouissement.

Inconvénients : Efficacité limitée contre les surchauffes dues au rayonnement solaire direct.

Mise en œuvre : Mise en œuvre plus facile qu’un store extérieur.

A l’intérieur d’un double vitrage

Avantages : Meilleure durabilité.

Inconvénients : L’augmentation de température dans la lame d’air peut entraîner un disfonctionnement du moteur. Maintenance difficile.

Mise en œuvre : Solution coûteuse et permanente.

Stores à lames verticales

Avantages : Si bien orientés, peuvent permettre de bloquer le rayonnement solaire direct tout en conservant une vue sur l’extérieur.

Inconvénients : Efficacité limitée contre les apports solaire car localisés à l’intérieur.

Mise en œuvre : Préférable pour des orientations est et ouest.

Stores en toile

Avantages : Différents degrés de perforation sont disponibles. La vue vers l’extérieur est conservée lorsqu’ils sont fermés. Efficaces contre les apports solaires si positionnés à l’extérieur.

Inconvénients : Ventilation naturelle peu efficace lorsqu’ils sont fermés. Sensibles aux intempéries si positionnés à l’extérieur

Mise en œuvre : Maintenance régulière requise. Éviter les couleurs franches pour ne pas modifier la température de couleur de la lumière naturelle entrant dans le local.

Stores réfléchissants ou à réorientation

Avantages : Optique soignée qui permet d’optimiser l’éclairage naturel en toute saison

Inconvénients : Système coûteux

Mise en œuvre : Une mise en œuvre et maintenance par des spécialistes peut être nécessaire. Utilisation différente en fonction de l’orientation de la façade.

Stores à projection en toile

Avantages : Permet de bénéficier d’une protection solaire efficace tout en conservant une vue sur l’extérieur. Permet un bon éclairage naturel notamment grâce aux réflexions sur le sol extérieur. Offre une ventilation naturelle efficace.

Inconvénients : Sensible aux intempéries.

Mise en œuvre : Similaire aux stores en toile extérieurs

Facteur solaire et comparatif des protections classiques

Le tableau ci-dessous donne les ordres de grandeur du facteur solaire, FS, des vitrages et protections solaires associées à des vitrages clairs.

Le rayonnement visible formant environ la moitié du rayonnement énergétique global, le facteur solaire ne peut être inférieur à la moitié de la transmission lumineuse. À titre indicatif, le tableau ci-après donne les transmissions lumineuses et facteurs solaires pour différents types de doubles vitrages.

Performances énergétiques et lumineuses & orientation

Sur la base des données d’études de Le Sommer Environnement, l’ICEB propose des valeurs optimisées de déperditions de l’enveloppe, facteur solaire et transmission lumineuse en fonction de l’orientation de la façade pour la région Île-de-France.

Régulation et interaction avec les utilisateurs

Régulation et contrôle

Le mode de contrôle d’une protection solaire mobile sera déterminant sur son efficacité. Il existe plusieurs moyens de contrôler une protection solaire.

Commande manuelle

Avantages : Mise en place simple. Prise en main facile par les utilisateurs. L’usager contrôle l’éclairage naturel de son espace.

Inconvénients : Les utilisateurs doivent se déplacer pour actionner le store. Une fois le sore baissé, il a souvent été observé que les usagers allument l’éclairage électrique plutôt que de remonter le store lorsque la lumière naturelle disponible n’est plus gênante.

Mise en œuvre : Contrôle par cordon, sangle, manivelle ou encore interrupteur mural.

Commande déportée

Avantages : Mise en place simple. Prise en main facile par les utilisateurs. Gain de confort grâce au contrôle possible depuis le poste de travail.

Inconvénients : Une fois le store baissé, il a souvent été observé que les usagers allument l’éclairage électrique plutôt que de remonter le store lorsque la lumière naturelle disponible n’est plus gênante.

Mise en œuvre : Nécessite la motorisation du store. Contrôle par télécommande depuis le poste de travail.

Commande automatisée

Avantages : Si bien paramétré, le système peut offrir aux usagers des conditions de confort optimales. Gains énergétiques possibles sur l’éclairage électrique, le chauffage et la climatisation.

Inconvénients : Un mauvais paramétrage des seuils de déclenchement peut s’avérer critique pour :

• le confort des usagers qui peuvent se sentir agressés par le déclenchement trop fréquent et inopiné des stores,

• les consommations énergétiques.

Mise en œuvre : Nécessite la motorisation du store et la mise en place d’une GTC. Les stores peuvent être contrôlés par :

• Capteur extérieur qui détecte la présence de soleil direct sur la façade.

• Capteur intérieur qui mesure les niveaux d’éclairement et actionne le store à partir d’une consigne donnée.

• Capteur anémométrique qui les rétracte lorsque le vent est susceptible de les endommager.

Le paramétrage soigné des consignes est essentiel au bon fonctionnement du système. Veiller à ne pas contrôler toutes les façades avec le même capteur extérieur. Fonctionnement optimal lorsque le système offre aux usagers la possibilité de déroger à l’automatisme à l’aide d’un contrôle individuel par télécommande.

La régulation de l’éclairage

Le contrôle des protections solaires est optimal lorsqu’il est couplé avec une régulation automatisée de l’éclairage électrique.

La possibilité de gradation des niveaux d’éclairage électrique permettra aux usagers de bénéficier au maximum de la qualité de la lumière naturelle en la complétant de manière optimisée lorsque les niveaux offerts par celle-ci sont insuffisants. De la même manière que pour les protections solaires, ce type de gradation peut être automatisé mais doit présenter la possibilité d’être pris en main par l’usager à tout moment.

Par ailleurs, un système d’éclairage dynamique qui permet de faire varier la température de couleur de la lumière produite par le système d’éclairage électrique pourra présenter plusieurs avantages. Le système pourra, par exemple, permettre de réchauffer la lumière naturelle lorsque celle-ci est perçue comme trop froide (comme la lumière provenant d’un ciel bleu au travers d’une baie orientée au nord).

Un tel système pourra également offrir aux usagers une variabilité des températures de couleurs tout au long d’une journée et ainsi leur donner un éclairage stimulant de teinte plutôt froide (après l’heure du déjeuner ou le matin par exemple) ou plus reposant lorsque ceux-ci en ressentent le besoin. Comme évoqué plus haut, un tel système peut être automatisé mais doit offrir une possibilité de dérogation aux usagers.

Idéalement, dans les bureaux, on prévoira une gestion automatisée de l’éclairage électrique prenant en compte le potentiel d’éclairage naturel et la présence des occupants, en tout point du local.

Des économies conséquentes peuvent être réalisées si des systèmes de contrôle d’éclairage artificiel sont mis en place. En fonction du type de contrôle, des gains sur les consommations énergétiques de l’éclairage électrique variant entre 10 et 40 % peuvent être réalisés [CSTB, 2011]. Le système le moins efficace étant un éclairage non gradable couplé à un détecteur de luminosité. L’ajout d’un détecteur de présence et d’un système de gradation peut permettre d’obtenir des gains sur les consommations de l’éclairage électrique allant jusqu’à 40 %.

Les utilisateurs

Que ce soit pour la mise en œuvre des protections solaires ou la commande de l’éclairage artificiel, les utilisateurs ont un impact essentiel dans la réussite finale d’une conception favorisant l’éclairage naturel.

Plusieurs problématiques liées aux usagers sont à prendre en considération :

• Chaque usager a une perception de la lumière qui lui est propre. On peut distinguer des comportements photophile ou photophobe chez chaque individu. Si certains apprécient le rayonnement solaire direct sur leur poste de travail, d’autres auront le réflexe de systématiquement fermer la protection solaire dans ces situations. Des phénomènes identiques sont observés vis-à-vis de l’utilisation de l’éclairage électrique. Ce type de comportement peut rendre la gestion des espaces de travail paysagers difficile. Dans ces situations, la meilleure solution reste d’offrir à chaque usager un contrôle individuel des protections solaires et de l’éclairage électrique (en ajoutant un éclairage d’appoint pour chaque poste de travail par exemple).

• Dans le cas d’une gestion automatisée des protections solaires et de l’éclairage électrique, il est essentiel de donner aux usagers une possibilité de déroger aux consignes du système. Ils peuvent en effet se sentir agressés par les actions de l’automatisme.

• Une bonne utilisation des systèmes de contrôle de l’éclairage naturel et électrique passe avant tout par une sensibilisation adaptée des usagers. Le livret d’accueil peut permettre aux usagers de comprendre les enjeux derrière la conception de l’éclairage et ses systèmes de gestion. Une information détaillée du fonctionnement du bâtiment leur donnera un sentiment de responsabilité. Ils se sentiront ainsi comme un acteur actif de leur espace de travail et de l’environnement en général.

• Au stade de la programmation, il est essentiel de bien comprendre les usagers et leur activité pour permettre le choix des systèmes les plus adaptés.