Longueurs d'onde électromagnétiques en µm (10-6 m) VISIBLE

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1 1- La lumière La lumière est une partie extrêmement étroite du rayonnement électromagnétique dans lequel nous baignons, elle se déplace à une vitesse "c" de km/s). Ce rayonnement est caractérisé par sa longueur d'onde λ en mètres (ou sa fréquence f en hertz (λ = c/f)) 1. Ce que l'on appelle "lumière" est la partie de ce rayonnement que perçoit l'œil humain, elle est comprise entre 0,38 µ et 0,78 µ (380 nm et 780 nm) 2. En fait, notre œil ne perçoit pas la lumière directement, il ne perçoit que celle qui est émise ou réfléchie par des objets! (entre ce document et votre œil, il y a de la lumière que vous ne pouvez "voir"). La représentation ci-dessous montre l'étendue du spectre électromagnétique : Longueurs d'onde électromagnétiques en µm (10-6 m) Rayons gamma U. V. Rayons cosmiques Rayons X Infra rouge Radar, radio, TV VISIBLE la partie du spectre visible pour un œil humain n'en constitue qu'une toute petite fraction, mais quelle importance elle a pour notre vie quotidienne! La partie visible du spectre montre qu'à une longueur d'onde correspond une couleur, et les "7 couleurs" de l'arc en ciel définies par Newton 3 peuvent être retrouvées facilement Ci-dessous les couleurs avec les limites (λ en nm) conventionnelles (380) violet/indigo (450) bleu (500) vert (570) jaune (590) orange (610) rouge (780) Écran Rouge Source de lumière blanche Prisme en verre Violet Cette perception des couleurs est variable d'un individu à un autre, et la Commission Internationale de l'eclairage (C.I.E.) a défini des limites précises qui sont exprimées dans la courbe de réponse de l'œil. 1 Les propriétés de la lumière ne peuvent s expliquer qu»en combinant deux théories : - une théorie corpusculaire qui considère la lumière formée de particules d énergie (les photons) se déplaçant en ligne droite à la vitesse «c» - une théorie ondulatoire pour laquelle la lumière est formée d ondes, les vibrations ayant lieu perpendiculairement à la direction de déplacement. Le passage d une théorie à l autre est nécessaire pour comprendre le comportement de la lumière, même si ce n est pas très satisfaisant pour l intuition. 2 1 µ = 10-6 m et 1nm = 10-9 m 3 Newton n'avait pas le choix, il FALLAIT qu'il en trouve 7 : chiffre sacré de la chrétienté! Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 1 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

2 2 - La vision 2.1 La courbe de réponse statistique moyenne L'œil humain n'est pas sensible de la même façon à toutes ces longueurs d'onde. D'une sensibilité nulle aux deux extrémités du spectre, il passe par un maximum de sensibilité vers 555 nm (dans le jaune/vert). La courbe ci-dessous montre la courbe de réponse d'un œil humain pour un sujet jeune et en bonne santé. Il s'agit d'une courbe moyenne statistique, il ne faut donc pas s'étonner des écarts individuels par rapport à cette courbe. Courbe de réponse moyenne statistique d'un oeil humain (sujet jeune et en bonne santé) sensibilités relatives : valeur 1 à 555 nm 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, longueur d'onde en nanomètres En réalité, il existe deux courbes de réponse, l'une pour des éclairements forts (dite "photopique" et représentée ici), l'autre pour des éclairements faibles ("scotopique") mais qui s'applique pour des valeurs trop faibles pour faire partie d'un document sur l'éclairage (même en éclairage routier, la courbe ci-dessus reste valable).. Si le fonctionnement de l'œil humain est souvent comparé à celui de l'appareil photo, il existe une différence fondamentale, c'est que notre œil n'est rien sans le cerveau qui l'accompagne. De nombreux chercheurs ont montré que l'information lumineuse ne fonctionne pas de façon linéaire : le cerveau interprète en permanence, recale ses informations et ré-interprète. Cette boucle se produisant sans cesse, chaque petit décalage par rapport à nos acquis nous permet d'avancer, et d'accumuler des informations visuelles évolutives. C'est particulièrement vrai en ce moment avec la profusion de nouveautés visuelles mises sur le marché. Parfois lorsque le décalage est trop important, il se produit une rupture, une incompréhension 4, qui nous met mal à l aise, ou nous interroge. Enfin, de nombreux paradoxes de vision sont connus et exploités par les médias. 4 ces phénomènes sont largement exploités par l art visuel, la publicité Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 2 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

3 Donc deux individus à l'œil "normal" dans des conditions "normales" pourront avoir des réactions très différentes selon leur culture, leur histoire, leur état psychologique, et selon bien d'autres paramètres encore. 2.2 L œil n est pas un appareil photographique : exemples Revenons sur ce point, en l illustrant par deux exemples qui nous montreront que c est bien le cerveau qui corrige ou trompe notre vision. La première page de Libération d il y a quelques années, montre de façon spectaculaire l importance du cerveau dans le fonctionnement de l œil, avez vous remarqué qu il manque le premier «I» de Italie? Le vérificateur du journal ne l a pas remarqué non plus! Pourtant vous avez bien lu ITALIE. De même, les personnages ci-dessus ont tous la même taille, mais notre éducation à la perspective nous incline à penser le contraire. Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 3 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

4 Lorsqu'on ne travaille que sur l'œil, il est courant de définir trois critères de performance qui varient avec la quantité de lumière 5 : - l'acuité visuelle, ou capacité à distinguer deux objets très rapprochés 6 (qui varie aussi notablement avec l'âge). Variation de l'acuité visuelle avec le niveau d'éclairement Acuité visuelle "a" 2,5 2 1,5 1 0, Niveau d'éclairement en LUX L'acuité varie rapidement jusqu'à 50 lux. Au delà de cette valeur l'acuité varie peu - la vision des contrastes, ou capacité à distinguer une frontière entre deux objets 7 contraste négatif Plus le contraste est faible, plus l'éclairement doit être important. Plus le contraste est faible, plus l'éclairement doit être important. contraste positif 5 nous détaillerons plus loin les principaux mécanismes de la vision 6 L'acuité visuelle est l'inverse d'un angle (a = 1/α) avec α = sous lequel l'observateur voit l'objet. C'est elle que l'on note en dizièmes lors de contrôles de la vue. Notez que cette notation va jusqu'à 20, et que la note 10 ne correspond qu'à une vision "moyenne". 7 La définition du contraste, et ses valeurs recommandées ou limites seront données au 10 Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 4 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

5 - la vitesse de perception, ou capacité à distinguer rapidement deux objets remplissant les deux conditions minimales précédentes. Cas de la lecture Nb de lettres Niveau d'éclairement en LUX L'exemple ci-dessus illustre cette vitesse de perception dans le cas de la lecture : le nombre de lettres déchiffrées dans un temps donné croit rapidement jusqu'à 50 lux Remarque : si les courbes ci-dessus montrent une stagnation de la performance à partir de 50 lux, il faut rappeler les conditions des tests qui permettent de les obtenir : les sujets sont en situation de laboratoire, et leur activité est limitée dans le temps (quelques instants). Les résultats ne sont donc pas extrapolables directement à des situations de travail où l'activité prolongée suppose des valeurs d'éclairement plus importantes. Cependant l'allure des courbes reste identique. Ces trois paramètres fondent la plupart des approches de l'éclairage physique. À ces trois paramètres, il convient d'ajouter un coefficient de variation du niveau d'éclairement fonction de l'âge des sujets : Variation du niveau d'éclairement nécessaire avec l'âge : base 1 à 20 ans coefficient de correction Age du sujet Remarquez que la performance visuelle est optimale vers 20 ans, elle est plus faible pour les enfants (rapport de 1 à 2) et pour les gens plus agés (rapport 1 à 10). Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 5 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

6 3 - La couleur Qu'est-ce que la couleur? Cette question est au sein d'un très vaste débat, et pour certains auteurs, la couleur n'est qu'une "valeur ajoutée" à la vision (de fait certains animaux 8 ne perçoivent le monde extérieur qu'en noir et blanc). Nous ne voyons des surfaces colorées que parce qu'elles sont capables d'émettre (ou de ré-émettre) de façon sélective certaines composantes du spectre visible. Par exemple un tissu n'est vert que parce que les longueurs d'onde vertes sont réfléchies par ce tissu, les autres longueurs d'onde étant absorbées. Source de lumière blanche Verre teinté en rouge Surface verte Rayon réfléchi vert Source de lumière blanche Lumière rouge Un verre teinté ne laisse passer que certaines longueurs d'onde. Plutôt que cette question, posons la suivante : qu'est-ce qu'une lumière blanche? La réponse sera pour l'instant celle de M. de La Palice : une lumière blanche est une lumière qui n'apparaît pas colorée 9! Reprenons l'exemple ci-dessus : si la lumière qui éclaire le tissu est blanche, le tissu paraît vert. Mais si la lumière est rouge, le tissu absorbant le rouge (le non-vert), il apparaîtra noir! Mais attention, les lumières blanches peuvent avoir des dominantes variées, et révéler plus ou moins bien les couleurs des objets qu'elles éclairent. Le tissu vert sera peu mis en valeur par une lampe à incandescence qui a une dominante nettement rouge! Certaines sources fluorescentes seront bien meilleures pour révéler cette couleur verte. En fait une couleur n'existe pas en soi! Pour qu'une couleur existe il est nécessaire d'avoir trois éléments : une matière (et ses pigments), une lumière (et son spectre) et un œil (donc un cerveau)! Chaque changement de l'un de ces trois paramètres pourra faire changer la définition de la couleur : - une feuille jaune sera verte en lumière bleue - un "daltonien" 10 confondra les rouges et les verts - une surface "bleue-verte" sera sous le même éclairage tantôt appelée bleue, tantôt appelée verte selon les personnes (œil différent ou apprentissage du nom des couleurs différent lors de la petite enfance?) et parfois appelée une fois bleue, une fois verte par la même personne selon le moment. 8 et certains hommes atteints d'achromatopsie 9 il en est des lumières comme des lessives : il y en a de plus blanches que blanches! 10 il existe plusieurs formes de troubles de la vision colorée, celle appelée "daltonisme" n'est que la plus courante Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 6 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

7 4 - Comportement des matériaux 4.1 Les coefficients en lumière blanche Un matériau qui reçoit une puissance (sonore, lumineuse ou thermique) transforme ce flux incident en trois composantes : réfléchie, transmise et absorbée. Le schéma ci-dessous montre les rapports conduisant à la définition des trois coefficients. Puissance incidente P Valeur absorbée A La conservation de l'énergie donne P = A + T + R soit en divisant par P 1 = A/P + T/P + R/P On appelle α = A/P le coefficient d'absorption τ = T/P le coefficient de transmission ρ = R/P le coefficient de réflexion Valeur réfléchie R Valeur transmise T α + τ + ρ = 1 Cette équation est toujours valable, mais elle varie avec les longueurs d'onde (les fréquences) Les valeurs α, τ, ρ changent avec chaque longueur d'onde (couleur des objets). Pour permettre une comparaison facile du comportement lumineux des matériaux, il existe des coefficients globaux qui prennent en compte, sous lumière blanche, l'ensemble des longueurs d'onde pondérées de la manière dont l'œil humain les reçoit (courbe de réponse de l'œil). Par exemple, cette feuille de papier a un coefficient de réflexion de 80%, ce qui signifie qu'elle réfléchit 80% du flux incident d'une lumière blanche. Cette réflexion est diffuse (elle s'effectue dans toutes les directions). 4.2 Le comportement en réflexion et en transmission Les matériaux peuvent avoir deux comportement extrêmes en réflexion comme en transmission : régulier ou diffus. Un matériau a un comportement régulier si un rayon qui le frappe continue son chemin (après déviation) sous forme d'un rayon, il a un comportement diffus si ce rayon devient multiple. Les matériaux opaques ont un coefficient de transmission nul. Les matériaux transparents répondent à la loi de Descartes, ceux qui sont translucides répondent à la loi de Lambert. À titre indicatif, et sans préjuger du type de comportement (régulier ou diffus), le tableau ci-dessous donne quelques valeurs de facteurs de réflexion en lumière blanche Matériaux Peinture béton clair 0,35 Claire Moyenne Sombre béton sombre 0,15 blanc 0,8 0,7 brique 0,2 jaune 0,7 0,5 0,3 plâtre 0,65 gris 0,5 0,2 0,05 bois sapin 0,35 bleu 0,5 0,2 0,1 vitrage 0,08 rouge 0,35 0,2 0,1 Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 7 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

8 Pour les facteurs de transmission : vitrage simple : 0,9 vitrage double : 0,8 vitrages spéciaux : de 0,4 à 0,8 selon le type matériaux plastiques neufs : maximum 0,7... les mêmes après quelque temps : 0,3 Comportement d'un matériau en réflexion i r α I = I max cos α Loi de DESCARTES angle d'incidence =angle de réflexion Réflexion régulière Loi de LAMBERT quelque soit l'angle d'incidence, la réflexion se fait dans toutes les directions, de façon à ce que l'extrémité des rayons réfléchis soit sur la sphère tangente au point de contact. Réflexion diffuse Comportement d'un matériau quelconque, plus proche de la loi de Lambert que de celle de Descartes Réflexion régulière = matériau brillant Réflexion diffuse = matériau mat Dans le cas d'une réflexion diffuse, la luminance est constante quelque soit la direction d'observation, et l'on a alors l'expression : L = (ρ/π)x E. D'une manière générale, les matériaux classiques de construction répondent plutôt à cette loi de réflexion diffuse. Comportement d'un matériau en transmission α Transmission diffuse (matériau translucide) et semi-diffuse. La transmission directe (régulière) est donnée par les matériaux transparents. Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 8 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

9 5 - La photométrie C'est la science de l'éclairage. Elle s'appuie sur la physique de la lumière et sur la physiologie de l'œil. Le schéma ci-dessous permettra de définir les concepts et les unités. Nous définirons plus tard chacun d'eux plus précisément. Le flux est constitué par l'ensemble de la "puissance utile pour l'œil humain" qui sort de la source lumineuse (de la lampe). Son unité est le LUMEN (lm). Le flux des sources est fourni par les fabricants (lecture sur catalogue). Le flux qui sort du luminaire dépend du rendement de celui-ci. Il existe bien entendu un flux relatif aux sources naturelles (soleil, ciel) dont nous n'avons pas à nous soucier. L'intensité lumineuse est le "rayon lumineux" qui sort du luminaire dans une direction donnée (intensité directe vers le bas, indirecte vers le haut). Son unité est la CANDELA (cd). La façon dont se répartissent les rayons lumineux, et la valeur de chacun d'eux dépendent de l a "Courbe photométrique" du luminaire (de sa conception optique). Cette courbe est fournie par l e fabricant du luminaire. Les sources naturelles créent aussi des rayons lumineux d'intensité variable, ils ne seront pas utilisés dans le projet. L'éclairement est la quantité de flux qui arrive sur une surface donnée. Son unité est le LUX (lx). L'éclairement est généralement mesurée sur une surface plane (bureau, mur, chaussée, façade...) au moyen d'un luxmètre. Les éclairements sont fixés en fonction de l'activité qui est exercée dans le local (valeur de base à corriger : âge, fatigue,...). C'est généralement l'outil réglementaire. La luminance est la partie de la lumière qui arrive dans l'œil. Son unité est la CANDELA par mètre carré (cd/m 2 ) Les luminances primaires sont causées par des sources lumineuses, les luminances secondaires sont causées par des réflexions (sur un bureau...) ou transmission (à travers un vitrage...). La luminance sert à caractériser des contrastes, donc à quantifier la fatigue et l'éblouissement. Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 9 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

10 6 - Les paramètres à prendre en compte Nous nous centrerons essentiellement sur ceux qui ont une incidence directe sur le travail de l'éclairagiste 11. La performance visuelle Caractérise à la fois la vitesse à laquelle notre système visuel fonctionne, et la précision avec laquelle il effectue une tâche donnée. On constate facilement que la performance visuelle augmente avec le niveau d'éclairement jusqu'à un certain niveau (fonction de nombreux autres paramètres : contraste, taille de l'objet, couleur,...). Le niveau d'éclairement optimum Cette notion est très complexe à définir, elle varie fortement avec la tâche à accomplir, et les valeurs sont reconsidérées en permanence pour tenir compte de l'évolution des techniques, du désir des usagers, du coût des installations... Actuellement cette notion est définie par la Commission Internationale de l'éclairage (CIE) sous la forme d'un "éclairement moyen à maintenir" 12 dont voici quelques valeurs recommandées 13 par l'association Française de l'éclairage (AFE) 14 : Valeurs d'éclairement moyens à maintenir en lux) voie de circulation intérieure 125 hall d'accueil 250 bureaux (travaux généraux) et bibliothèques 425 salle de classe 325 salles de dessin 850 mécanique générale (pièces moyennes) 425 mécanique délicate 1250 Le confort visuel Il fera intervenir des notions de fatigue, de sentiment de sécurité, de distribution des luminances... La notion d'uniformité des luminances (équilibre d'aspect visuel entre les différentes valeurs d'un espace), qui a longtemps été la règle pour les locaux de travail, ou pour l'éclairage urbain, est fortement remise en cause par les réalisations récentes et le désir des usagers. Elle s'impose encore dans certains cas (éclairage routier, tâche très difficile ou à risque...). Luminance -Luminosité Il faut séparer les deux notions pour éviter par la suite des incompréhensions. La luminance a une définition mathématique et physique claire, elle est mesurable, et peut faire l'objet d'un chiffrage dans un cahier des charges. La luminosité est un outil subjectif, utilisé dans le langage courant, et en psychologie expérimentale. Il s'agit d'une "sensation visuelle selon laquelle une surface semble émettre plus ou moins de lumière". Il s'agit d'un sentiment individuel, qui peut donner des résultats statistiques sur un grand nombre d'observations, elle n'est pas accessible directement à la mesure. Exemple : nous avons sans difficulté la possibilité de dire qu'une surface est foncée et une autre claire, même si la surface foncée est très éclairée, et la surface claire très peu éclairée (la 11 une installation d'éclairage peut cependant être bruyante (ballasts) dégager de la chaleur (lampes à incandescence) poser des problèmes de sécurité (en particulier électrique)... et des controverses esthétiques! 12 notion qui fait appel à la qualité de la maintenance que nous verrons plus tard; 13 il ne s'agit donc pas de réglementation, mais ces valeurs se substituent le plus souvent à la réglementation. 14 Cette association édite régulièrement des brochures de recommandations selon les usages de locaux, les dernières concernant les locaux de travail datent de 1993 Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 10 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

11 luminance étant proportionnelle à l'éclairement, les rapports de luminance peuvent alors être inversés par rapport à la luminosité). L'ambiance lumineuse Plus subjective, cette notion fera apparaître la variabilité de l'éclairage, sa coloration, l'éventuelle convivialité qu'elle entraînera... Les notions d'esthétique n'en seront pas absentes, apportant là un élément personnel très important dans une culture occidentale surtout basée sur un mode de communication et d apprentissage visuels. Chacun pourra se référer à sa propre expérience pour décrire un espace visuel éclairé, et comparer ses impressions avec celles de ses proches. Les sources lumineuses 15 Il existe sur le marché une importante variété de sources lumineuses. Elles se caractérisent essentiellement par : - leur dominante de coloration (température de couleur) - leur capacité à restituer la «vraie» couleur d un matériau (indice de rendu des couleurs) - leur durée de vie (qui varie selon les cas entre 1000 et heures) - leur flux lumineux (de quelques centaines à quelques dizaines de milliers de lumens) - leur puissance électrique (de quelques unités à plusieurs centaines de Watts) Les catalogues des fabricants fournissent tous ces renseignements. Les trois derniers paramètres sont à prendre en compte pour le bilan économique à long terme de l installation. Les luminaires 16 Un luminaire doit remplir plusieurs fonctions : - répartir le flux de façon à moduler l éclairement selon les besoins - protéger l utilisateur de la vision directe des sources lumineuses - assurer les protections électriques, contre les chocs, ainsi que la pénétration des poussières ou de l eau. Selon les usages, en éclairage intérieur, il peut être nécessaire d avoir recours à des luminaires étanches ou d une protection électrique élevée (locaux humides). Le rendement des luminaires (rapport entre le flux lumineux sortant et celui des sources qu il renferme) varie entre 40% et 75%. Ce critère doit également intervenir dans la partie économique du projet. Installation, suivi et entretien 17 Une installation d'éclairage est éphémère par nature : elle n'existe que si on la connecte à une source d'énergie (en général électrique), et que si une maintenance est assurée. Ce paramètre est au coeur de tout choix des sources lumineuses (qui durent selon les cas h ou heures), des hauteurs d'installation (à hauteur d'homme, avec échelle ou camion à nacelle?), et des luminaires (ouverts, fermés, étanches, anti effraction...). Un projet qui ne prendrait pas correctement en compte ce paramètre serait voué à l'échec, quelque soit ses qualités par ailleurs. 15 pour plus de détails voir annexe 1 et 8 16 pour plus de détails voir annexe 2 17 pour plus de détails voir annexe 3 Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 11 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

12 7 - La lumière naturelle L'éclairage par la lumière du jour se fait à travers des prises de jour dont la fonction dépasse très largement le rôle de dispositif optique permettant la pénétration lumineuse. Paramètres qualitatifs : La vue Notre connaissance visuelle du monde extérieur passe par une baie vitrée transparente et latérale à hauteur de vision. Ce dispositif sert de transition, et permet une appropriation particulière de son espace proche : plantes, séchage du linge, disposition du mobilier... De nombreuses études ont permis de mieux cerner les qualités demandées au panorama perçu à travers une fenêtre, elles font toutes ressortir trois éléments importants : - une référence géographique qui permet la localisation de son espace de travail (ou de résidence) dans l'environnement local - une référence temporelle et météorologique, permettant de suivre l'évolution de la journée, des saisons, et du climat - un contact avec l'activité extérieure (mouvements de population, de véhicules sur une durée suffisante...) On constate sur la représentation ci-dessous que le panorama visuel est limité avec des fenêtres classiques, et dès que l on se trouve en recul dans le local, à la vision des bâtiments d en face. L observateur perd la vision du ciel (météorologique) et celle du sol (vie urbaine). Plus précisément on peut remarquer que lorsque les dominantes urbaines et rurales s'équilibrent la satisfaction visuelle est accrue, et, lorsque l'espace visuel est très ouvert, une réduction de la taille des prises de jour devient possible. Le critère visuel est le plus souvent à double sens : si une baie vitrée ouvre sur l'extérieur, elle ouvre aussi l'intérieur à la vision externe. L'intimité d'un local peut dans ce cas être perturbée, et l'ouverture masquée par ses occupants. On obtient alors un effet contraire à celui qui était recherché. Les aspects psychophysiologiques L'exclusion de la lumière du jour et de la pénétration des rayons solaires dans un bâtiment développent chez les occupants un sentiment de frustration et d'oppression générateur de tensions et de conflits 18. Il est parfois nécessaire de recourir à ces pratiques (locaux de haute sécurité par exemple), mais le plus souvent il ne s'agit que d'intentions plus ou moins explicites : intimité ou discrétion, augmentation des surfaces destinées à l'affichage ou au rangement, local central sacrifié au profit des locaux périphériques, sur-isolement acoustique... qui sont déconseillées surtout pour des occupations de longue durée, et pour des locaux de petite dimension. 18 on parle alors de local "aveugle" Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 12 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

13 Nous avons vu au paragraphe précèdent que la prise de jour avait un caractère social, temporel et géographique. Il s'y ajoute la stimulation qu'entraîne une variabilité importante des niveaux d'éclairements (parfois plusieurs centaines de lux par minutes) et de la coloration de la lumière et de notre environnement 19. Notre œil accepte très bien ces variations s'il sait qu'elles proviennent d'une prise de jour (des variations bien plus faibles en éclairage électrique sont mal ressenties). Deux techniques sont souvent employées : - la prise de jour latéral, qui, par l'orientation qu'elle induit, privilégie les zones d'ombre et de pénombre, et introduit une variation quantitative avec le recul - la prise de jour en plafond qui uniformise l'éclairement dans le local, et s'apparente plus de ce fait à l'éclairage électrique (noter que l'éclairage par sheds est orienté, le shed n'étant souvent qu'une baie latérale mise en hauteur!). Les sensations les plus souvent décrites sont exprimées dans le tableau ci-dessous 20 Le facteur de lumière du jour est le rapport constant qui existe entre l éclairement en un point intérieur du local et l éclairement horizontal extérieur (site dégagé). Les zones pour lesquelles le facteur de lumière du jour est inférieur à 0,5% sont à considérer comme des lieux où l éclairage électrique est quasi-permanent. Enfin, la lumière naturelle est un facteur d'équilibre psychophysiologique important (penser aux expériences d'isolement total au fond de gouffres, aux cosmonautes,...). Des troubles liés à sa raréfaction apparaissent en hiver pour les personnes âgées, pour les expéditions hivernales aux pôles ils sont en partie compensés par des expositions journalières d'une heure ou deux à des niveaux d'éclairement élevés (environ lux). 19 d'une manière statistique : lumière du nord ressentie froide et uniforme, lumière du sud chaude et variable; les lumières provenant de l'est et de l'ouest étant respectivement vertes et rouges 20 extrait de SNU : Recommandations pour l'éclairage naturel et artificiel des locaux scolaires. Association Suisse des électriciens appelés SAD (seasonal affective disorders) par Rosenthal, qui a prouvé qu'ils pouvaient être traitées par une exposition à des niveaux lumineux élevés Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 13 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble

14 8 - La lumière électrique Il existe une grande différence entre notre réaction aux variations de l éclairement naturel (souvent dans des rapports de 1 à 10 sans que nous en soyons affectés) et à la stabilité que nous exigeons de l éclairage électrique. D autre part, nous acceptons de travailler avec un niveau d éclairement très faible (ou très élevé) en éclairage naturel, alors que notre fourchette de tolérance pour l éclairage électrique est réduite (penser au niveau d éclairement pour lequel nous nous décidons à allumer le soir). Ces remarques préalables permettent de rappeler que l éclairagisme n est pas de la physique, même si la suite de ce chapitre sera surtout physique. Rayonnement du corps noir Les physiciens ont imaginé un corps ayant un comportement particulier : il absorbe toute l'énergie qui lui est envoyée (α = 1 pour toutes les longueurs d'onde), c'est également lui qui émet le plus d'énergie sous forme de rayonnement. Un tel corps n'existe pas, mais pour les expériences que nous allons décrire nous pouvons nous en faire une représentation "correcte" en imaginant un morceau d'acier. Nous allons décrire l'allure du rayonnement de notre morceau d'acier avec l'élévation de température. Au début, à la température ambiante ( 300 K) 22 il émet un rayonnement non visible (maximum à 10 microns). Au fur et à mesure de l'élévation de température, le maximum de l'émission se déplace vers les longueurs d'onde plus courtes, et il se produit une lueur (rouge sombre) lorsque le spectre d'émission atteint la valeur 700 nm 23. En continuant à chauffer nous obtenons un rouge clair, puis un orangé, un jaune, enfin un blanc de plus en plus lumineux 24. Ce blanc est considéré correct vers K, car à ce stade, il contient suffisamment de longueurs d'onde très courtes (bleues - violettes) par rapport aux plus longues (rouges). C'est la température de fonctionnement du filament d'une lampe à incandescence "classique" (constituée de Tungstène qui ne fond qu'à K). Si nous continuons à chauffer, nous atteignons à K, qui est la température du même filament dans les lampes à incandescence halogène. Dans ce cas, l'équilibre entre les extrêmes est encore meilleur, et on a tendance à dire (à juste titre) que la lampe à halogène est "plus blanche" que celle à incandescence. Continuons à chauffer (sans nous préoccuper de la fusion éventuelle du matériau). Nous voici à K, le maximum est à 0,58µ dans le jaune, c'est la température de la couche extérieure du soleil. Puis à K, le maximum est à 0,48µ dans le bleu, la courbe s'apparente à l'émission du ciel bleu. 22 le degré Kelvin n'est que le degré Celcius auquel on ajoute 273. Il est systématiquement utilisé en physique, et caractérise une température dite "absolue" (à 0 K, il n'y a plus de mouvement atomique). 23 Les pyromètres optiques sont basés sur cette propriété de correspondance entre couleur et température : rouge sombre vers 1000 K rouge vif vers 1200 K rouge cerise vres 1500 K orange vers 1600 K enfin blanc vers 1800 K, et nous sommes alors proches de la fusion de l acier. 24 à ce stade notre morceau d'acier a fondu, mais pas le corps noir! Données de base pour l éclairage des bureaux janvier page 14 J.J. Delétré Laboratoire CRESSON - École d'architecture de Grenoble