Facteur de lumière du jour – Glossaire exhaustif de l’éclairement en aviation et architecture

Facteur de lumière du jour (DF)

Le Facteur de Lumière du Jour (DF) est une mesure fondamentale en conception d’éclairage architectural et aéroportuaire, représentant le rapport de l’éclairement intérieur en un point de référence à l’éclairement extérieur simultané, sous un ciel couvert standardisé. Exprimé en pourcentage, le DF est défini par la formule :

[ DF = \left( \frac{E_i}{E_o} \right) \times 100% ]

où Ei est l’éclairement intérieur (en lux) en un point donné (généralement sur un plan de travail horizontal), et Eo est l’éclairement horizontal extérieur sous un ciel couvert standard CIE. Cette approche standardisée isole la lumière diffuse du jour, en excluant volontairement la lumière directe du soleil et l’éclairage artificiel, afin d’assurer une évaluation robuste dans les conditions les plus exigeantes.

Le DF est central dans la conception de l’éclairage naturel pour des espaces comme les terminaux d’aéroport, tours de contrôle et grands bâtiments publics. Il garantit que les intérieurs restent confortables visuellement et économes en énergie, même par temps couvert. Les cadres réglementaires et les certifications de durabilité (telles que LEED, BREEAM ou EN 17037) imposent souvent des facteurs de lumière du jour minimaux selon le type d’espace. Par exemple, les espaces de travail généraux exigent typiquement un DF d’au moins 2 %.

Le DF est simple à calculer et conservateur, ce qui en fait un indicateur idéal pour la conception préliminaire, la conformité aux normes et les évaluations juridiques du droit à la lumière. Il ne tient cependant pas compte des variations climatiques annuelles ni de la lumière directe du soleil, qui sont prises en compte par des indicateurs avancés comme l’Autonomie Spatiale en Lumière du Jour (sDA).

Éclairement (Ei, Eo)

L’éclairement est le flux lumineux reçu par unité de surface, mesuré en lux (lx). En analyse du facteur de lumière du jour, les deux types clés sont :

• Ei (Éclairement intérieur) : L’éclairement mesuré ou simulé en un point précis à l’intérieur, typiquement sur un plan de travail horizontal (comme un bureau ou un sol). Dans les installations aéroportuaires, cela inclut les comptoirs d’enregistrement, zones d’attente et de sécurité.
• Eo (Éclairement extérieur) : L’éclairement horizontal mesuré à l’extérieur, en zone non obstruée, sous un ciel couvert standard CIE. Eo sert de référence pour les calculs de DF.

L’éclairement est essentiel pour assurer la visibilité des tâches et la sécurité, notamment dans des environnements complexes comme les aéroports. Il dépend de facteurs tels que la surface vitrée, la transmittance du vitrage, la distribution de la luminance du ciel, la géométrie de la pièce et la réflectance des surfaces. Les outils de simulation peuvent discrétiser le ciel et la baie vitrée, en additionnant les contributions de plusieurs portions de ciel pour calculer des valeurs précises d’éclairement.

Ciel couvert standard CIE

Le Ciel Couvert Standard CIE est un modèle internationalement reconnu de luminance du ciel, défini par la Commission Internationale de l’Éclairage (CIE). Il sert de condition de référence pour les calculs du facteur de lumière du jour afin d’assurer cohérence et évaluation conservatrice de la performance en lumière naturelle. Le profil de luminance est :

[ L(\varphi_{sky}) = L_z \frac{1 + 2 \sin \varphi_{sky}}{3} ]

où Lz est la luminance du zénith, et φsky l’angle d’élévation de l’élément de ciel. Le zénith est trois fois plus lumineux que l’horizon, et la luminance est uniforme dans toutes les directions à une altitude donnée.

Ce modèle est essentiel pour la conformité réglementaire et forme la base de tous les calculs de facteur de lumière du jour, notamment en architecture aéroportuaire et en évaluations juridiques du droit à la lumière.

Composante du ciel (SC)

La Composante du Ciel (SC) est la part du facteur de lumière du jour reçue directement du ciel visible, à travers les fenêtres ou autres ouvertures, sans réflexion externe ou interne. La SC dépend de la taille, de la localisation, de l’orientation des baies et de la présence d’obstructions extérieures.

La SC se calcule généralement par projection géométrique ou à l’aide d’outils graphiques (comme le diagramme de Waldram) pour déterminer quelles portions de ciel sont visibles depuis le point de référence intérieur. Chaque portion visible contribue proportionnellement à son angle solide et à sa luminance selon le modèle CIE. Dans de grands terminaux d’aéroport non obstrués, la SC peut être la source principale de lumière naturelle, mais elle diminue en milieu urbain ou ombragé.

Composante réfléchie extérieure (ERC)

La Composante Réfléchie Extérieure (ERC) prend en compte la lumière du jour réfléchie par des surfaces extérieures (telles que les chaussées, pistes ou bâtiments voisins) vers l’intérieur. Cette composante est particulièrement pertinente dans les environnements aéroportuaires où de grandes surfaces claires (pavés, toitures) peuvent augmenter la lumière entrant par les façades.

L’ERC se calcule en analysant la portion visible des surfaces extérieures depuis chaque baie, leur réflectance et la luminance incidente du ciel. La formule additionne les contributions de chaque zone extérieure, corrigées par la transmittance du vitrage et l’angle solide. L’ERC est d’autant plus significative lorsque la vue directe sur le ciel est limitée mais que les surfaces réfléchissantes sont abondantes.

Composante réfléchie intérieure (IRC)

La Composante Réfléchie Intérieure (IRC) désigne la lumière du jour qui, après être entrée dans l’espace, atteint le point de référence après une ou plusieurs réflexions sur les surfaces intérieures (murs, plafonds, sols). L’IRC est essentielle dans les espaces profonds ou à faible surface vitrée, représentant souvent une part importante du DF total.

L’IRC dépend de :

• La réflectance des surfaces (des valeurs élevées favorisent une forte IRC)
• La géométrie et l’ouverture de la pièce
• L’emplacement et la taille des fenêtres

Des finitions à haute réflectance (par exemple, plafonds blancs, murs clairs) maximisent l’IRC, améliorant la pénétration et l’uniformité de la lumière du jour. Les outils de simulation suivent de multiples rebonds pour modéliser l’IRC précisément, mais des approches empiriques permettent des estimations pour des espaces simples.

Transmittance visible du vitrage (τvis)

La Transmittance Visible (τvis) est la fraction de lumière du jour visible qui traverse le vitrage, généralement comprise entre 0,3 (verre teinté ou traité) et 0,8 (verre clair). τvis dépend de la composition, des traitements et de l’épaisseur du verre, et constitue un paramètre clé dans le calcul du facteur de lumière du jour.

Une τvis élevée maximise l’apport de lumière naturelle mais peut accroître l’éblouissement et les gains thermiques. Dans les installations aéroportuaires, le choix d’une τvis adaptée est essentiel pour équilibrer lumière naturelle, confort et efficacité énergétique.

Angle solide (Ω)

L’Angle Solide (Ω) quantifie la taille apparente d’un objet ou d’une portion de ciel vue depuis un point donné, mesuré en stéradians (sr). En éclairage naturel, l’angle solide détermine la part de ciel ou d’environnement extérieur visible à travers une ouverture depuis le point de référence.

Plus l’angle solide formé par la fenêtre est grand, plus la contribution potentielle en lumière du jour est importante. Maximiser Ω depuis les points stratégiques intérieurs est une stratégie centrale en architecture de terminaux et de grands bâtiments publics.

Luminance

La luminance est la luminosité mesurable d’une surface (en candelas par mètre carré, cd/m²) telle que perçue par un observateur. Dans l’analyse du facteur de lumière du jour, elle désigne la brillance des portions de ciel (modélisées selon la CIE) et des fenêtres, vues de l’intérieur.

La luminance influence la quantité et la qualité de lumière naturelle, affectant le confort visuel, l’éblouissement et la lisibilité de la signalétique et des écrans en environnement aéroportuaire. La conception doit équilibrer une luminance élevée pour l’apport en lumière du jour avec le risque d’éblouissement inconfortable.

Inter-réflexion

L’inter-réflexion est le processus par lequel la lumière du jour, après être entrée dans un espace, est réfléchie plusieurs fois par les surfaces de la pièce avant d’atteindre l’observateur ou le point de référence. Elle renforce l’IRC et détermine la profondeur de pénétration de la lumière du jour à l’intérieur.

Des finitions à haute réflectance (surfaces blanches ou claires) et une géométrie ouverte maximisent l’inter-réflexion bénéfique, favorisant une distribution homogène de la lumière du jour et limitant le recours à l’éclairage artificiel. La modélisation précise de l’inter-réflexion nécessite des outils de simulation avancés.

Autonomie spatiale en lumière du jour (sDA)

L’Autonomie Spatiale en Lumière du Jour (sDA) est un indicateur dynamique basé sur le climat, exprimant le pourcentage de la surface d’un espace bénéficiant d’un niveau minimal de lumière naturelle (généralement 300 lux) pendant au moins 50 % des heures d’occupation annuelles. La sDA prend en compte la lumière diffuse et directe ainsi que les variations climatiques annuelles, offrant une évaluation globale de la disponibilité de la lumière du jour.

La sDA est de plus en plus exigée par les réglementations et certifications modernes, en complément de l’approche conservatrice du DF. Une sDA élevée indique une conception efficace en lumière naturelle ; toutefois, l’excès de soleil direct doit être maîtrisé pour éviter l’éblouissement et la surchauffe.

Exposition annuelle au soleil (ASE)

L’Exposition Annuelle au Soleil (ASE) mesure le pourcentage d’une zone exposée à plus de 1000 lux de soleil direct pendant plus de 250 heures par an. L’ASE identifie les zones à risque d’éblouissement et d’inconfort thermique, aidant les concepteurs à équilibrer l’apport lumineux (sDA) et le confort des occupants.

Une conception optimale vise une sDA élevée tout en maintenant l’ASE sous les seuils (souvent <10 %) afin de garantir un bon niveau de lumière naturelle et un confort visuel/thermique dans des environnements très vitrés, tels que les terminaux d’aéroport.

En comprenant et en appliquant ces concepts de lumière naturelle—et notamment le Facteur de Lumière du Jour et ses composantes—les concepteurs et ingénieurs peuvent créer des espaces confortables visuellement, économes en énergie et conformes aux normes, tant dans l’aviation que dans l’architecture générale. Cela garantit une meilleure expérience pour les occupants, des coûts énergétiques réduits et la contribution aux objectifs de durabilité.