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Bruxelles Environnement Notions théoriques et unités de mesure d’éclairage Conf

Bruxelles Environnement Notions théoriques et unités de mesure d’éclairage Confort visuel – éclairage naturel et artificiel Arnaud BERTRAND 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 ? 3 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+) 6 1. Rayonnement, lumière et couleur ●Couleur ≠ matière ●Couleur = spectre + matière ►Onde › Réfraction › Diffraction et interférence ►Particule › Absorption › Émission (réflexion diffuse, réflexion spéculaire) 7 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) 11 1. Rayonnement, lumière et couleur ●Émission (Source : Architecture et climat) 12 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,… – … 13 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) 14 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 15 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) 16 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) 17 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) 18 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) 19 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) 20 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 21 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 22 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 23 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 24 4. Confort ●Niveau d’éclairement suffisant ►Eclairement suffisant = moins de fatigue, moins de risque (Source : Energie+) 25 4. Confort ●Niveau d’éclairement suffisant (Source : IBE-BIV) 26 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 27 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+) 28 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) 29 4. Confort ●Absence d’ombres gênantes ►Eviter la présence d’obstacle entre la tache visuelle et la source lumineuse (Source : Energie+) 30 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 31 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) 32 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 uploads/Management/ pres-20161017-ecl-j1-12thconf-fr 1 .pdf