Docteur Daylight 11/4 | Le principal défi : performance, surchauffe et éblouissement

Prenez une pièce ou une boîte simple pour tester différentes configurations. Changez un facteur à la fois et observez l’effet sur la lumière dans la pièce.
- Position des ouvertures : Comparez la même ouverture placée à différents endroits.
- Formes des ouvertures : Comparez différentes formes d'ouvertures ayant la même surface.
- Épaisseur des murs : Jouez avec différentes épaisseurs de mur tout en gardant la même ouverture.
- Hauteur de la pièce : Modifiez la hauteur de la pièce et déplacez l'ouverture en conséquence, ou laissez-la à sa place.
L'objectif est de comprendre ce qui influence la lumière dans l'espace et de déterminer les facteurs ayant le plus d’impact. Une fois que vous maîtriserez cela, vous saurez intuitivement comment maximiser l’apport de lumière naturelle.

Remarque : la quantité de lumière,exprimée en facteur de lumière du jour moyen (DFav) ou en éclairement (lux), diffère de la répartition de la lumière dans la pièce, exprimée en valeur U.
La valeur U est calculée comme suit : U= Lux max/Lux médian
Plus la valeur est proche de 1, plus la répartition de la lumière dans la pièce est uniforme. Il est possible qu’une pièce reçoive globalement plus de lumière,, mais que cette lumière soit moins bien répartie.

Le saviez-vous ? Les fenêtres à raccord murales (fenêtres inclinées contre un bâtiment principal) ne sont d'aucune utilité tant que l'on laisse le mur derrière ou le linteau. Ce linteau ou ce mur bloque la lumière du jour que l'on pourrait vouloir utiliser pour pénétrer dans l'espace plus sombre situé derrière le linteau. Les fenêtres à raccord murales ne sont donc d'aucune utilité si l'on n'enlève pas le linteau. Elles coûtent plus cher, impliquent plus de risques de placement (en raison de la planéité du raccord mural qui n'est pas toujours assurée).

Si vous parvenez à enlever le linteau, la situation change radicalement : la lumière peut pénétrer directement dans la pièce située à l'arrière, ce qui peut facilement augmenter le facteur de lumière du jour à 2 % (300 lux en Belgique) dans une pièce qui en manquait. Par conséquent, un raccordement mural demande plus d'efforts. Dans la mesure du possible, il est même recommandé de supprimer les petits murs d'extrémité qui bloquent également la lumière réfléchie sur les murs latéraux.

Que faire alors ? Lorsque le linteau doit être conservé (ce qui est souvent le cas), il est préférable d'installer une fenêtre pour toit plat. Contrairement à l’intuition, il vaut mieux placer l'ouverture à une distance de la façade (du bâtiment principal), égale à la hauteur du linteau, plutôt que contre la façade. Ainsi, le linteau ne bloque pas la lumière entrante. De plus, ce placement facilite un raccordement propre et étanche.

Le défi principal de toute fenêtre devrait automatiquement être :
1) Performance de l’ouverture : La forme, l'emplacement et la taille de l’ouverture doivent permettre d’optimiser l’entrée de lumière dans la pièce tout en assurant une bonne dispersion, en utilisant le moins d’ouverture possible.
2) Prévention de la surchauffe : Il est crucial d’éviter que la pièce ne surchauffe.
3) Confort visuel : Pour des raisons de confort visuel, il faut éviter les reflets sur les écrans et l’éblouissement, en assurant un bon contraste et une lumière douce.

Chaque typologie de bâtiment a son propre scénario d'éclairage naturel. La quantité de lumière naturelle requise, le type de lumière souhaité (la mesure dans laquelle on autorise ou non la lumière directe), et la rigueur avec laquelle on lutte contre la surchauffe et l'éblouissement sont intrinsèquement liés à la typologie d'un bâtiment et à la fonction de l'espace. Ainsi, chaque bâtiment/typologie a son histoire, son cahier de charge lumière naturelle, et son propre défi.

Voici quelques exemples :
- SHOWROOMS VOITURE/ SALLES D'EXPOSITION : Comment mettre en valeur les produits dans une pièce longue et étroite ? Comment obtenir une lumière uniforme sur toute la profondeur de la pièce ?
- AUDITOIRE : Utiliser autant que possible la lumière et la ventilation naturelles pour améliorer la performance et la vigilance des étudiants. Réduire le besoin de lumière artificielle et offrir des vues extérieures tout en maintenant l’écran dans l’obscurité. Éviter les éblouissements pour les étudiants, les professeurs et les écrans de leurs ordinateurs portables.
- HALL DE SPORT : Solutions anti-éblouissements : pas de contrastes sur le terrain, ni dans la vision, ni de soleil direct dans les yeux. Éviter la surchauffe pour ne pas avoir à refroidir et rester Low-Tech.
- SALLES DE CLASSE/ÉCOLES - "Écoles de demain" : Architecture durable et saine pour nos enfants, avec suffisamment de lumière naturelle et de ventilation, sans surchauffe. L’air frais et la lumière naturelle les stimulent. La lumière du matin, riche en lumière bleue, les active.
- CENTRES DE SOINS POUR PERSONNES ÂGÉES : Apporter la lumière du jour dans leur quotidien : besoin de 4 heures de lumière directe sans surchauffe.
- LES PIÈCES POLYVALENTES : Le secret des espaces flexibles avec une lumière du jour omniprésente.
- EXTENSION/ RETRAIT : Solutions pour compenser la perte de lumière dans la pièce adjacente qui en manque.
- BUREAU : Créer des environnements de travail agréables avec différents biotopes adaptés aux besoins en lumière naturelle et en ventilation.
- MUSÉE : Les secrets de la lumière diffuse.
- PISCINES : Éviter que la lumière directe ne se reflète sur l’eau pour prévenir le scintillement, qui peut provoquer des crises d’épilepsie.

Plus de lumière par ouverture :
Lorsque vous effectuez cet exercice, comme indiqué dans le conseil, vous pouvez tirer des conclusions intéressantes :
1) Redistribution de la surface vitrée : Répartir la même surface vitrée sur plusieurs ouvertures peut améliorer la répartition de la lumière dans la pièce, mais la quantité moyenne de lumière sera réduite en raison de l’épaisseur des murs et des cadres supplémentaires des fenêtres, qui entraînent une perte à chaque nouvelle ouverture.
2) Fenêtre ronde : Une fenêtre ronde de même surface semble mieux faire entrer la lumière dans la pièce.
3) Hauteur du plafond : Un plafond plus haut réduit la lumière dans la pièce si la fenêtre ne s’élève pas en même temps.
4) Position de la fenêtre : Une fenêtre placée plus haut est plus performante pour la pièce.
5) Pente de la fenêtre : Plus la pente de la fenêtre est plate, plus elle est performante, jusqu’à trois fois plus pour la même surface. Cela signifie qu’elle laisse passer autant de lumière qu’une ouverture verticale avec une surface trois fois plus petite, réduisant ainsi les déperditions de chaleur.
6) Orientation nord : Il ne faut surtout pas prévoir d’auvents sur une fenêtre orientée au nord, même petite, car vous perdrez facilement 150 lux dans la pièce.
7) Fenêtres pour toit plat : Deux fenêtres pour toit plat plus étroites ont plus d’effet qu’une ouverture centrale.
8) Réflexion de la lumière : La réflexion de la lumière contre un mur latéral apporte plus de lumière dans la pièce adjacente, surtout si les petits murs d’extrémité sont supprimés.
9) Distance par rapport au bâtiment principal : Placer une ouverture plus loin du bâtiment principal permet de contourner l’influence d’un linteau (voir “Le Saviez-vous”).
10) Ouverture perpendiculaire : Placer l’ouverture perpendiculairement par rapport au bâtiment principal n’entraîne pas nécessairement une diminution de la lumière dans l’espace situé sous le bâtiment principal. Si la structure porteuse l’exige ou si l’on souhaite créer plus de vues depuis l’espace central d’une extension, c’est une solution valable.
Il y a certainement d’autres conclusions à tirer de ces tests : n’hésitez pas à les partager.

Surchauffe : C’est un sujet que nous avons beaucoup abordé jusqu’à présent. La solution est simple : il faut éviter autant que possible que la lumière directe du soleil traverse une surface vitrée. C’est le principe du Shed et des alternatives explorées dans les chapitres précédents. La lumière directe qui traverse le verre change de fréquence vers l’infrarouge, générant de la chaleur dans la pièce, chaleur qui s’accumule avec le temps.

- Pas de lumière directe du soleil
- Privilégiez les façades nord, moins exposées au soleil quand vous créez des ouvertures.
- Évacuez immédiatement toute chaleur développée par une ventilation naturelle.
- Les stores intérieurs n'apportent qu'une aide limitée et peuvent même aggraver la surchauffe ou ses conséquences : les pare-soleil ou les volets roulants sont idéaux.
- Placez vos fenêtres pour toit plat dans la zone d'ombre de votre bâtiment principal.
- Utilisez les arbres au bon endroit (côté sud de la fenêtre).
- Le côté sud nécessite une approche haute technologie. Assurez-vous que votre store se relève automatiquement après une demi-heure pour éviter de rester dans le noir toute la journée. Idéalement, la lumière artificielle devrait également s’éteindre automatiquement.
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Paradoxe : En hiver, nous apprécions que la chaleur se développe derrière le vitrage (gain solaire). La quantité de chaleur est exprimée par la valeur g du verre (voir ci-dessous). En Belgique, nous dépensons encore plus d’énergie pour chauffer nos bâtiments que pour les refroidir. Nous sommes donc généralement heureux de profiter de cet "apport solaire" en hiver. Nous pouvons ajouter un autre facteur dans notre recherche du Shed idéal : le sur-mesure. L’idée est de laisser pénétrer la faible lumière directe solaire en hiver ou aux débuts et fins de journée, tout en bloquant la lumière plus intense. Par exemple, nous choisissons comme moment clé un angle de 30° (du 21 mars au 21 septembre).

Le type de vitrage de votre fenêtre est également important !
Valeur T : Cette valeur de transmission du verre indique la quantité de lumière provenant de l'extérieur (égale à 100 %) qui finit par passer à l'intérieur. Plus cette valeur est élevée, plus le verre laisse passer la lumière ! La valeur standard est d'environ 80 %. Les vitrages solaires ne laissent passer que 50 %, tandis que les vitrages super solaires ne laissent passer que 20 %.

Il est essentiel de choisir le bon vitrage, même dans vos simulations. Il est donc recommandé de différencier les différentes positions du vitrage en utilisant des textures variées dans votre modèle 3D avant de les importer dans le Daylight Visualizer !
Sachez également que plusieurs fabricants proposent des valeurs T combinées dans leurs fiches techniques. Cela est très pratique pour réaliser une étude de la lumière du jour : par exemple, “la valeur combinée d’un certain type de vitrage clair avec un store intérieur blanc”. Il n’est alors pas nécessaire de modéliser le store en 3D dans le modèle. Dans l’étude, il suffit de modifier la valeur T du verre, qui sera plus faible lorsqu’il est associé à un store intérieur.

Grâce à ces connaissances, vous pouvez comparer plusieurs scénarios logiques concernant l’accès à la lumière du jour :
1) Vitrage clair : Utilisez du vitrage clair avec une valeur T de 80 %, par exemple. Cela correspond à la situation où les pare-soleil ou les stores intérieurs ne sont pas baissés.
2) Pare-soleil ou stores intérieurs baissés : Effectuez une étude avec des pare-soleil ou des stores intérieurs baissés, par exemple avec une valeur T combinée de 35 %. Vérifiez si vous avez encore assez de lumière pour travailler en été sans allumer la lumière artificielle.
3) Vitrage solaire : Réalisez une étude avec un vitrage uniquement solaire, par exemple avec une valeur T de 50 %. Ces vitrages laisseront passer moins de lumière tout au long de l’année. Avec cette limitation, aurez-vous toujours un facteur de lumière du jour suffisant, même par temps couvert ?

Valeur G : Voir Gain solaire et Paradoxe ci-dessus. Le problème est que plus le verre est clair, plus la valeur G est élevée, ce qui entraîne une production de chaleur plus importante. Idéalement, on souhaiterait que ce soit l’inverse…
En Belgique, il est souvent préférable d’opter pour des stores intérieurs ou des pare-soleil dans les scénarios décrits ci-dessus. Ainsi, nous évitons le désavantage d’une lumière du jour réduite tout au long de l’année. En été, nous pouvons baisser les stores tout en espérant conserver suffisamment de lumière. En hiver, la valeur g plus élevée du vitrage clair ne pose pas de problème, car le gain de chaleur est le bienvenu..