Capter la lumière naturelle

Concevoir le bâtiment

Impact de l'environnement construit sur l'édifice

L'ombrage apporté par la végétation et les bâtiments voisins (masques lointains) détermine la quantité de lumière naturelle reçue en un endroit. Lors de la conception d'un bâtiment en site non dégagé, il importe donc de mesurer l'impact de l'effet de masquage occasionné par le relief, les bâtiments et les autres constructions voisines ou encore la végétation (au moyen des outils Ecotect ou Sketchup). L'évolution future (construction de bâtiment prévue, etc.) du site est aussi à prendre en compte. 

Impact des éléments du bâtiment sur d'autres parties de celui-ci

Les masques proches sont des éléments architecturaux liés au bâtiment lui-même, tels que des murs de refend, des surplombs, des balcons, des protections solaires fixes qui génèrent un ombrage en fonction de leur taille, de leur réflectivité et de leur orientation. Ils appartiennent donc à la grande famille des protections solaires, qui sont traitées en détail dans le dossier Limiter les charges thermiques. L'ombrage généré par ces masques proches peut également être visualisé au moyen des outils Ecotect ou Sketchup.

Distribuer et orienter les locaux

L'orientation du bâtiment en général et des locaux en particulier est généralement choisie en fonction de nombreux critères : accès et fonctionnalité, vue, bruit, efficacité énergétique. Elle est déterminante pour le confort visuel.

En effet, toutes les orientations apportent de l'éclairage naturel mais il est cependant préférable de placer les ouvertures de telle façon que le soleil puisse pénétrer à l'intérieur d'un local au moment où il est le plus utilisé. De plus, la lumière naturelle n'est ni fixe ni toujours égale dans sa qualité et son intensité, en fonction de l'orientation :

• L'orientation nord assure la meilleure qualité lumineuse car elle bénéficie toute l'année d'une lumière égale et du rayonnement solaire diffus, suscitant peu d'éblouissement, mais qui peut être insuffisante dans de nombreux cas. C'est une orientation à privilégier pour éclairer les locaux où il est important d'avoir un éclairage constant, sans source d'éblouissement, tels que les bureaux et les chambres des logements.
• L'orientation sud apporte un éclairement important, une lumière plus facile à contrôler et un ensoleillement maximal en hiver et minimal en été. C'est l'orientation à favoriser pour les séjours des logements.
• Les orientations est ou ouest présentent des caractéristiques identiques : possibilité d'inconfort visuel par éblouissement et surexposition en été. Ces deux orientations sont à éviter, dans la mesure du possible, car elles sont sources d'apports solaires à des moments de l'année où ceux-ci risquent de générer de la surchauffe dans le bâtiment (voir le dossier Limiter les charges thermiques).

Optimiser les proportions du local

Un volume compact permet de diminuer l'enveloppe de déperdition et donc de diminuer les pertes thermiques et les coûts de construction associés. Or pour éclairer naturellement toute la surface d'un local, sans avoir recours à des systèmes complexes de distribution lumineuse, il est préférable d'adopter une faible profondeur de local et donc de diminuer la compacité du bâtiment.

En effet, la lumière ne pénètre significativement que jusqu'à une distance d'une fois et demie 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. Il convient donc de localiser de façon privilégiée les activités humaines dans cette zone éclairée naturellement.

Pour une pièce recevant de la lumière par une façade verticale, on peut considérer que la profondeur maximale possible aD,max d'une zone qui reçoit la lumière du jour par les façades est calculée de la manière suivante (source NBN EN 15193) :

aD,max = 2,5 x (hLi - hTa) [m] où

• aD,max est la profondeur maximale de la zone recevant la lumière du jour [m] ;
• hLi est la hauteur du linteau par rapport au sol [m] ;
• hTa est la hauteur de la zone de travail (plan de référence) par rapport au sol [m].

Profondeur d'éclairement

 

[ReLoSo]

On peut considérer qu'une pièce d'un logement est correctement éclairée jusqu'à une profondeur de :

• Profondeur chambre < 2,5 x (hLi - 0,8) ;
• Profondeur séjour < 3 x (hLi - 0,8) ;
• Profondeur cuisine < 2,5 x (hLi - 0,8).

Il est important de souligner que :

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

Optimiser les ouvertures

La taille et l'emplacement des ouvertures d'un bâtiment sont des éléments déterminants de la quantité de lumière extérieure qui parvient à l'intérieur des locaux. Pour rappel, le RRU impose un taux de surface vitrée ≥ 20 % dans les locaux habitables.

Il est intéressant d'augmenter la surface des ouvertures afin de maximiser la quantité de lumière dans les locaux. Or, des considérations de confort thermique et d'économie d'énergie recommandent de limiter la surface vitrée.Voir le dossier Diminuer les pertes par transmission.

Forme des ouvertures 

L'éclairement du fond du local ainsi que l'uniformité d'éclairement augmentent avec la hauteur de la fenêtre. Pour une même surface vitrée, une fenêtre haute éclaire davantage en profondeur. L'idéal réside donc dans une fenêtre dont le linteau est élevé.

Niveaux d'éclairement, en lux, d'un local (au niveau du sol) en fonction de la dimension de l'ouverture

 

Fenêtre large - Emoy = 333 lux ; Emin/Emoy (facteur d'uniformité d'éclairement) = 10,4 % [Guide PME, SPI]

Niveaux d'éclairement, en lux, d'un local (au niveau du sol) en fonction de la dimension de l'ouverture

 

Fenêtre haute - Emoy = 338 lux ; Emin/Emoy (facteur d'uniformité d'éclairement) = 16,2 % [Guide PME, SPI]

Position des ouvertures 

Plus la fenêtre est élevée, plus la zone éclairée naturellement est profonde et meilleure est l'uniformité d'éclairement.

Niveaux d'éclairement, en lux, d'un local (au niveau du sol) en fonction de la dimension de l'ouverture

 

Position basse - Emoy = 346 lux ; Emin/Emoy (facteur d'uniformité d'éclairement) = 10,1 % [Guide PME, SPI]

Niveaux d'éclairement, en lux, d'un local (au niveau du sol) en fonction de la dimension de l'ouverture

 

Position haute - Emoy = 283 lux ; Emin/Emoy (facteur d'uniformité d'éclairement) = 23,6 % [Guide PME, SPI]

Les allèges vitrées sont inutiles du point de vue de l'éclairement et augmentent les déperditions thermiques. Une alternative à l'allège totalement vitrée est une allège située par exemple à 50 cm.

Pour garantir un niveau d'éclairement suffisant, la surface nette éclairante située au-delà de 1 m par rapport au sol sera supérieure à 12 % de la superficie nette de la pièce.

 

Angles de vue d'une personne assise pour différents niveaux d'allèges [Guide PME, SPI]

Matériau de transmission

Le choix du matériau de transmission utilisé (généralement un vitrage) influence également la lumière transmise. Celui-ci peut être transparent ou translucide. La quantité de lumière naturelle qui pénètre dans le bâtiment est d'autant plus grande que le facteur de transmission lumineuse du matériau de transmission est élevé.

Toutes influences confondues, la réflectivité naturelle d'un vitrage dépend de l'angle d'incidence des rayons du soleil avec le vitrage.

Variation du taux de transmission en fonction de l'angle d'incidence du rayonnement solaire

 

© Architecture et Climat - LOCI – UCL

Apports lumineux et gains solaires

La performance d'une fenêtre se caractérise par le facteur solaire et la transmission lumineuse de son vitrage.

Le graphique ci-dessous montre les différentes combinaisons possibles des valeurs TL et FS des vitrages.

 

© Bruxelles Environnement

Quand la demande de chaud est réelle, un compromis doit être trouvé entre un facteur solaire élevé en hiver, bas en été, et une transmission lumineuse importante toute l'année. Idéalement, on résout ce problème en choisissant un vitrage clair (transmission lumineuse élevée), avec un facteur solaire élevé, pour profiter des gains solaires, et on confie l'ombrage en été à une protection solaire type auvent, store, volet, …

Isolation acoustique

L'absorption acoustique représente la capacité qu'a un matériau à absorber l'énergie d'une onde sonore. Il s'exprime en pourcent, 100 étant l'absorption totale.

Voici les valeurs d'absorption acoustique d'une fenêtre fermée et d'une laine de roche de 60 mm d'épaisseur pour plusieurs fréquences.

 

Source : MATRIciel © Bruxelles Environnement

On constate alors que, suivant la fréquence de l'onde, l'absorption de la laine de roche est de 3 à 30 fois supérieure à celle d'une fenêtre fermée. Suivant l'endroit où elle est placée, elle est plus ou moins source d'inconfort acoustique.

Chaque type de fenêtre possède des qualités acoustiques différentes. Les triples vitrages sont meilleurs que les doubles. Il en existe d'autres conçus pour absorber le son.

La qualité acoustique globale d'une paroi est déterminée par la partie de celle-ci possédant la moins bonne absorption. C'est-à-dire qu'il ne sert à rien d'investir dans un vitrage à haut isolement acoustique si le châssis de celle-ci possède une grille de ventilation laissant s'infiltrer le son extérieur.

Pour plus d'information voir le dossier | Assurer le confort acoustique des bâtiments.