Besoins en éclairage naturel : le facteur de lumière du jour

La prise en compte de l’éclairage naturel est devenue une donnée importante autant en confort visuel que pour favoriser l’économie d’énergie en réduisant l’éclairage artificiel. Une étude du Facteur de Lumière du Jour (FLJ) permet justement d’estimer la quantité de lumière naturelle accessible dans un local. Nous vous proposons d’aborder les différents aspects de l’éclairage naturel, ses nombreux atouts et les façons de le caractériser.

Qualités de l’éclairage naturel

La lumière naturelle apporte un confort visuel dans les environnements de travail et dans les ambiances intérieures. L’accès d’un local à la lumière naturelle doit être suffisamment considéré dès la phase d’avant-projet sommaire.

Du coté des bureaux et des espaces de travail, la réglementation apporte des exigences à ce propos. Les articles R 4213-2 et R 4323-1 du code du travail obligent l’accès des locaux de travail à la lumière naturelle et à la vue sur l’extérieur. Des recommandations du niveau d’éclairement minimum sont données dans l’article 4223-4 à 120 lux, ce qui est une valeur assez faible.

La norme NF EN 12464-1 pour l’éclairage des bureaux et la norme française NF X 35-103 pour l’ergonomie visuelle au travail recommandent un niveau d’éclairement naturel moyen du plan de travail à 500 lux. Ces critères permettent un confort visuel optimal pour éviter fatigue visuelle, stress et baisse des performances au travail.

Les qualités de la lumière naturelle ne s’arrêtent pas aux enjeux de confort visuel. Elle présente également un potentiel considérable dans le cadre de la RT 2012 et des intérêts pour l’économie d’énergie.

Selon l’Ademe, la lumière naturelle pourrait permettre jusqu’à 60 % d’économies d’énergie en éclairage artificiel et chauffage. L’indicateur Cep dans la RT 2012 prend en compte l’influence de l’éclairage naturel pour réduire la consommation en énergie primaire. Pour l’indicateur Bbio, le besoin en éclairage total est pris en compte de façon significative, comme combinaison entre les éclairages naturel et artificiel.

L’autonomie en lumière naturelle sera d’autant plus valorisée à un niveau suffisant que l’éclairage artificiel ne sera pas utilisé pour atteindre la luminosité requise. Enfin, la lumière naturelle génère systématiquement de la chaleur qui aide à atteindre l’objectif de température intérieur de confort Tic, cette contribution pouvant aller jusqu’à 4 à 6 °C.

Le facteur de lumière jour

Comment estimer simplement le niveau d’éclairement naturel nécessaire dans un local ? Le facteur de lumière du jour est un paramètre défini pour cela. Il est calculé en tenant compte de plusieurs hypothèses simplificatrices. Pour les conditions extérieures, on considère un ciel couvert diffus, standardisé par la commission internationale de l’éclairage (CIE). Les rayons directs ne sont donc pas pris en compte.

Chaque surface intérieure et extérieure est considérée comme un réflecteur diffus. Les locaux sont considérés comme vides. Le facteur de lumière du jour (ou FLJ) est ainsi déterminé dans une partie du local, généralement la surface du plan de travail (plan horizontal à 1m du sol) comme rapport entre l’éclairement interne dans le plan de travail et l’éclairement extérieur.

Si on considère un objectif d’éclairement conventionnel intérieur de 500 lux avec un ciel nuageux d’éclairement de 15 000 lux, on trouve une valeur moyenne de FLJ de 3.3 %. Les différents niveaux des valeurs de FLJ sont situés autour de cette valeur moyenne. Néanmoins s’il est gênant de ne pas avoir le niveau d’éclairement suffisant (FLJ< 1,5%), un excès d’éclairage naturel au-delà d’un FLJ de 7% amènera également de l’inconfort par éblouissement.

Niveaux de grandeur des valeurs du FLJ. Pour un éclairement intérieur de 500 lux et un éclairement extérieur de 15 000 lux, le FLJ est de de 3.3 %.

Dans la démarche HQE, une exigence supplémentaire en termes de confort visuel concerne le FLJ dans les zones de premier rang (zones calculées proches des baies vitrées).

Dans les espaces de bureau performants, il faut en zone de premier rang une condition minimale de FLJ≥ 2% dans 80% des locaux concernés et un FLJ≥ 1,5% dans les 20% des locaux concernés restants. Différents niveaux de performances sont définis de façon similaire et permettent une uniformité de l’éclairement dans le local.

Concernant le FLJ moyen dans un local, une formule analytique a été développée par le Building Research Establishment (BRE) dans les années 80.

Elle prend en compte la surface totale des parois internes du local, les surfaces des baies vitrées avec leur coefficient de transmission lumineuse, la réflexion diffuse des parois, l’angle de ciel visible depuis les baies vitrées*.

Selon le BRE, cette formule donne de bons résultats en lien avec des tests de mesures effectués à la hauteur du plan de travail horizontal dans des locaux modèles, dans le respect toutefois des hypothèses de départ : ciel couvert diffus, réflexion uniforme des parois, local vide, etc.

Le FLJ permet ainsi de relier les besoins en lumière aux caractéristiques des parois du local et d’apporter en conséquence une aide à la décision pour le dimensionnement des baies.

Dans le cas où les exigences en FLJ ne sont pas atteintes, plusieurs pistes peuvent être étudiées : agrandissement des baies, augmentation du nombre de baies, augmentation de la transmission lumineuse des vitrages, éclaircissement des parois intérieures pour augmenter le coefficient de réflexion moyen.

* Angle de ciel visible a :
Défini en degrés, il prend en compte à la fois les masques lointains et les masques proches. L’angle a vaut 90° si aucun masque n’existe.