L ÉCLAIRAGE NATUREL POUR LES NULS

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1 Par Mathieu Leclerc, ing., PA LEED BD+C, de PAGEAU MOREL L ÉCLAIRAGE NATUREL POUR LES NULS PHOTO 1 C TOIT EN DENTS DE SCIES À LA MOUNTAIN EQUIPMENT COOP (MEC) DE LONGUEUIL AUJOURD HUI, IL FAUT TIRER PROFIT DE L ÉCLAIRAGE QUE NOUS PROCURE LE SOLEIL, NON SEULEMENT POUR MINIMISER NOTRE CONSOMMATION D ÉLECTRICITÉ, MAIS AUSSI POUR AMÉLIORER NOTRE CONFORT. «Lorsque l on cherche à optimiser l efficacité de la vision tout en tenant compte des coûts d opération d un bâtiment, il est inévitable que l éclairage artificiel soit la source d éclairement principale. La lumière naturelle devient un luxe.» 1 Voilà les propos du fondateur de l International Association of Lighting Designers, Derek Phillips, tirés de son ouvrage populaire Lighting Design in Architecture paru en 1964! À peu près n importe qui, aujourd hui, jugerait les propos de M. Phillips troublants, mais il faut comprendre que les pays riches vivaient à cette époque un boom industriel sans pareil. L efficacité dont il était question couvrait, en fait, deux volets : améliorer (croyait-on) les conditions de travail des employés non pas pour les rendre heureux, mais bien plus efficaces ; et puis, produire sans relâche, jour et nuit, sans dépendre de son environnement. POURQUOI REVENIR À L ÉCLAIRAGE NATUREL? L apport de l éclairage naturel dans la conception des bâtiments peut nous 14 ÉLECTRICITÉ QUÉBEC / Avril 2012

2 sembler bien récent, mais son étude remonte au moins au 1 er siècle avant J.-C. L architecte romain Vitruve, qu on pourrait considérer comme l un des pères de l architecture, en traitait d ores et déjà dans ses œuvres maintenant vieilles de plus de ans! À l époque, lorsqu il n y avait pas d éclairage artificiel, la lumière du jour régulait l horaire de travail des gens. Aujourd hui, principalement avec la venue de l éclairage fluorescent, l éclairage nous provenant du soleil a été relégué à un rôle plus architectural, esthétique. Il va de soi que le soleil fournit à l intérieur, lorsque correctement redirigé, un éclairage volumétrique ou ambiant et des variations des plus intéressantes en termes de couleurs et d intensité. Pourtant, on devrait aussi y avoir recours pour ses qualités scientifiques, les humains étant des animaux très visuels (80 % du cerveau est dédié à cette seule tâche 2 ) qui évoluent comme tout autre en fonction de leur environnement extérieur. Il est donc logique de chercher à maintenir le contact avec ce dernier. L activité du corps humain dépend d un cycle nommé rythme circadien. Le témoignage le plus évident de ce rythme est le cycle veille-sommeil. Il est entièrement régi par nos horloges biologiques, mais peut être perturbé par des facteurs externes comme le décalage horaire, l alimentation et, bien sûr, l exposition à la lumière artificielle. Le rythme circadien affecte donc notre vivacité et notre sommeil, notre croissance et notre développement, nos fonctions neurologiques et immunitaires. Nos neurotransmetteurs, quant à eux, sont soit activés par la lumière du jour, soit par la noirceur intrinsèque de la nuit. Dans le noir, ce sont les hormones liées au sommeil, à l humeur, à la puberté, à l intelligence, à l apprentissage et à la mémoire qui sont sécrétées. À la lumière du jour, ce sont les hormones associées à l impulsivité, à la faim, à la motivation, à la musculature, EQ_Half_pg_Horzntl_SPL_FA2.qxd 9/14/11 4:42 PM Page 1 au calme, à la concentration et à l inhibition qui sont transmises dans le corps. Il devient donc facile de comprendre à quel point il est important de maintenir un équilibre sain dans notre apport d éclairage naturel. Plusieurs études ont démontré qu en évoluant dans un environnement éclairé naturellement, les étudiants performent mieux à l école, les employés sont plus productifs, les cas de dépression diminuent, les ventes augmentent dans les magasins et surtout, la consommation énergétique est réduite (ainsi que notre empreinte écologique). COMMENT? Après avoir démontré que l éclairage naturel est bénéfique pour l humain, il faut réussir à l acheminer à l intérieur de nos bâtiments généralement hermétiques. On retrouve en premier lieu les puits de lumières ou lanterneaux (skylight). Ils ont l avantage d être VENTURE LIGHTING LONGÉVITÉ AVEZ-VOUS TOUJOURS RÊVÉ D UN SYSTÈME D ÉCLAIRAGE DURABLE? L ANCEMENT DE LA SUPER PULSE START Long Life (SPL) La série de lampes longue durée Pour plus d informations sur ce nouveau produit et comment Venture peut faire une évaluation de vos installations, aller à VentureLighting.com/SPL Durée de vie de 40,000 Heures Excellente Tenue du Flux Lumineux (Lumens) Solution de modernisation idéale Entretien réduit Brevet en instance Disponibles de Watts Une lampe halogène qui dure si longtemps, c est Super! 2011 Venture Lighting International. Venture Lighting and Ballastronix are registered trademarks of Venture Lighting International VLC-0017A ÉLECTRICITÉ QUÉBEC / Avril

3 (Suite de la page 15) PHOTO 2 C TOIT EN DENTS DE SCIES VU DE L INTÉRIEUR, MEC DE LONGUEUIL indépendants de l orientation du bâtiment, permettent à la lumière de pénétrer plus profondément dans le bâtiment et la plupart ne sont pas éblouissants. Ils ont toutefois un impact majeur sur la structure du toit, sont limités aux bâtiments à un seul étage (ou au dernier étage) et ne proposent pas un éclairage uniforme. Il existe certains dispositifs permettant de faire pénétrer plus effi cacement la lumière fonctionnant sur le même principe que le puits. Il s agit de tubes réfléchissants. Ils ont l avantage d éclairer plus d un étage et sont plus efficaces d un point de vue thermique, ils contrôlent un peu mieux la lumière émise, mais le concept reste toujours le même et nous savons aujourd hui qu il est loin d être optimal. Effectivement, à notre latitude, les rayons du soleil pénètrent directement dans le puits en été, et peinent à y entrer en hiver. Or, un bâtiment nordique idéal profiterait plutôt du rayonnement en hiver afin de se chauffer naturellement, et chercherait à éviter les gains en été puisque ceux-ci s ajouteraient à sa charge de climatisation. Les ouvertures verticales dans des murs, ou fenêtres, sont quant à elles très limitées en ce qui concerne la pénétration dans le bâtiment, sont soumises à l orientation de ce dernier, ont les mêmes problèmes de transfert thermique que le puits et sont souvent éblouissantes. Elles ont toutefois un avantage considérable sur les puits : elles procurent une vue sur l extérieur. Cet aspect n est certainement pas négligeable, et peut vous gratifier d un crédit dans le système de notation LEED. Qu importe, le concept optimal consiste plutôt à combiner ces deux stratégies C est là qu interviennent les claires-voies (appelées clerestory en anglais), soit des ouvertures verticales, mais au niveau du toit. Cela produit en fait un toit en dents de scie 16 ÉLECTRICITÉ QUÉBEC / Avril 2012

4 (Suite de la page 17) (voir les photos 1 et 2), un peu à la manière des vieilles usines. Lorsqu il est bien orienté, celui-ci produit une lumière diffuse très uniforme, évite l éblouissement et permet de garder contact avec l extérieur. À l instar des puits, les claires-voies ne conviennent qu aux bâtiments d un étage. Une bonne solution dans les bâtiments de grande hauteur serait d installer des fenêtres aux points cardinaux nord et sud, et le plus en hauteur possible. En fait, en cherchant à concevoir un immeuble maximisant l apport d éclairage naturel, et en tenant compte des occupants et des systèmes électromécaniques, nous obtiendrions un édifice allongé sur l axe est-ouest muni de fenêtres principalement sur les faces nord et sud. Dans tous les cas, on peut appliquer certains artifices au verre afin d en modifier les propriétés de transmission et de réflexion de la lumière, mais aussi les caractéristiques thermiques. Il existe aussi d autres technologies intéressantes comme le vitrage photovoltaïque, les stores motorisés, le verre intelligent et le verre diffusant. Il est vrai que l augmentation des superficies vitrées peut augmenter les pertes de chaleur. Par contre, en utilisant des sources d énergie hautement efficaces, telles que la géothermie, on obtient une réduction globale de la consommation d énergie tout en aug- TABLEAU 1 D ÉCONOMIES RELIÉES À L AUGMENTATION DE LA PRODUCTIVITÉ POUR UN IMMEUBLE À BUREAUX DE PIEDS CARRÉS COÛTS D EXPLOITATION Coût annuel par pied carré 1,80 $ Coût annuel total $ COÛTS RELIÉS AU PERSONNEL Salaire annuel moyen + bonus $ Espace moyen occupé par un employé 150 pi 2 Estimé du nombre d occupants de l immeuble 667 Coût annuel moyen relié au personnel 233 $/pi 2 Coût annuel total relié au personnel $ ÉCONOMIES Valeur d une augmentation de 6 % de la productivité Ratio de la productivité vs les coûts en énergie 14 $/pi 2 Source : Exemple de David Gottfried, «Economics of green buildings», Présenté à OG&E Electric DPMM_EQ_4_annonces:Layout 1 30/11/08 Services, 15:15 octobre Page fois Un combo incontournable Fiers partenaires depuis 20 ans Gatineau Jonquière Montréal Québec Dale Parizeau Morris Mackenzie et la Corporation des maîtres électriciens du Québec s Assurances automobile et habitation s Assurance des entreprises s Assurance des administrateurs et dirigeants 18 ÉLECTRICITÉ QUÉBEC / Avril 2012

5 mentant l apport de lumière naturelle. Ultimement, un système d éclairage naturel doit répondre à ces cinq critères : 1 Minimiser l apport direct de rayons solaires dans les espaces de travail, mais en permettre ailleurs, dans une certaine mesure, pour des raisons esthétiques. 2 Minimiser le ratio d éclairement maximum/minimum (idéalement 3:1). 3 Éviter les contrastes autour des ouvertures servant à l éclairage naturel. 4 Éteindre ou diminuer (par gradation) l éclairage artificiel lorsqu il n est pas requis. 5 Fournir une vue vers l extérieur. MATIÈRE À RÉFLEXION Je termine le tout avec une analyse M très intéressante et définitivement pertinente tirée d un cours suivi Y au Lightfair 2011 à Philadelphie : surcm une période de 30 ans, les salaires MY des employés valent en moyenne 92 % des frais d exploitation CY d une compagnie, laissant 8 % CMY pour l opération et le maintien du K bâtiment et de ses systèmes. Petit calcul rapide, une augmentation de 1 % dans la productivité des employés vaut plus cher que la facture énergétique annuelle du bâtiment (voir le tableau à la page 18). Pensez-y! C K Par Mathieu Leclerc, ing., PA LEED BD+C M. Leclerc est ingénieur pour PAGEAU MOREL. On peut le joindre par téléphone au ou par courriel à mleclerc@pageaumorel.com. Références 1. Traduction libre, extrait de «Lighting Design in Architecture», 1964, McGraw Hill 2. «Achieving Sustainable Design Goals through Optical Daylighting Strategies», Neall Digert, Ph.D., MIES, Todd VandenBurg, AIA, LEED AP, 2011, Lightfair 2011 Philadelphia ÉLECTRICITÉ QUÉBEC / Avril