Bâtiment Vert : Lumière Naturelle et Éclairage LED

Introduction

Dans notre quête constante de développement durable et d'efficacité énergétique, la lumière naturelle et l'éclairage LED se positionnent comme deux piliers essentiels du design des bâtiments verts modernes. Une étude de l'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie (ADEME) révèle que l'éclairage représente environ 12% de la consommation électrique globale dans le secteur tertiaire en France. Par ailleurs, des recherches ont montré que la lumière naturelle peut réduire la dépendance à l'éclairage artificiel jusqu'à 60%, avec des incidences directes sur le bien-être et la productivité des individus. Ce constat met en avant le potentiel considérable de l'intégration harmonieuse de la lumière naturelle et de solutions d'éclairage économiques, comme les LED, dans la conception des bâtiments éco-responsables.

L’importance de la lumière naturelle

La lumière naturelle joue un rôle crucial dans la conception des bâtiments durables. Au-delà de ses avantages énergétiques, elle impacte aussi positivement la santé et le bien-être des occupants. Une étude menée par le Human Spaces Report a révélé que les employés travaillant dans des environnements avec une abondance de lumière naturelle présentent une augmentation de 6% de la productivité par rapport à ceux travaillant dans des conditions d'éclairage artificiel. La lumière naturelle contribue à réduire la fatigue oculaire et les maux de tête, permettant aux employés de rester concentrés et énergiques tout au long de la journée.

L'intégration de la lumière naturelle dans les bâtiments ne profite pas seulement aux individus, mais également à l'environnement. En effet l’intégration de la lumière naturelle dans les bâtiments va permettre de réduire les besoins d’éclairage artificielle de celui-ci. Selon une étude de l'Agence Internationale de l'Énergie, l'optimisation de l'utilisation de la lumière naturelle dans les bâtiments peut réduire la consommation d'énergie jusqu'à 40%. Moins de dépendance à l'éclairage artificiel signifie une réduction significative de la consommation d'énergie et, par conséquent, des émissions de gaz à effet de serre. Cela contribue directement aux efforts de lutte contre le changement climatique et favorise le développement de bâtiments écologiques.

De plus, L'utilisation stratégique de la lumière naturelle dans la conception de bâtiments, particulièrement à travers des fenêtres bien orientées et des matériaux réfléchissants, peut conduire à une augmentation significative de l'apport thermique solaire. Cela signifie que, dans un climat tempéré ayant une saison froide, les espaces peuvent être naturellement réchauffés par la lumière du soleil, réduisant ainsi la dépendance à des systèmes de chauffage conventionnels. Les principes de conception passive tirent parti de cet apport thermique solaire pour maximiser l'efficacité énergétique des bâtiments. En orientant les bâtiments pour maximiser l'exposition au soleil pendant les mois d'hiver ou en réduisant l’exposition au soleil pendant l’été, et en utilisant des matériaux avec une bonne inertie thermique, les équipes de conception peuvent naturellement gérer la température intérieure sans recours supplémentaire à l'énergie, réduisant ainsi les besoins de chauffage ou de climatisation.

Intégrer la Lumière Naturelle dans les Bâtiments

L'intégration efficace de la lumière naturelle dans les bâtiments n'est pas seulement une question d'ajout de fenêtres supplémentaires. Une utilisation optimale de la lumière naturelle peut non seulement améliorer l'efficacité énergétique mais aussi accroître le confort et la satisfaction des occupants comme nous l’avons vu précédemment. Cela nécessite une approche réfléchie qui considère premièrement l'orientation optimale du bâtiment. En effet,  l'orientation du bâtiment est un facteur déterminant pour capter au mieux la lumière naturelle. Les espaces de vie et de travail devraient être positionnés pour tirer le maximum de la lumière du jour, avec une préférence pour les expositions sud dans l'hémisphère nord (et inversement dans l'hémisphère sud) pour une luminosité optimale concernant les climats ayant une saison froide. La conception doit également permettre de limiter l'exposition directe au soleil en été (ou dans un climat à saison chaude unique comme sous les tropiques) pour éviter la surchauffe, tout en maximisant cette même exposition pendant les mois d'hiver.

Dans un second temps, le choix des matériaux est primordial : les surfaces intérieures et extérieures réfléchissantes peuvent contribuer à disperser la lumière naturelle plus efficacement à travers les espaces. Les plafonds hauts et les surfaces peintes en couleurs claires peuvent réfléchir la lumière vers les zones moins exposées, réduisant ainsi le besoin d'éclairage artificiel. 

Le choix des vitrages est tout aussi important, car il influence directement la quantité de lumière naturelle qui pénètre dans le bâtiment ainsi que l'isolation thermique générale. Les vitrages à haute performance énergétique, tels que les doubles vitrages avec un revêtement à faible émissivité, peuvent réduire les pertes de chaleur tout en permettant à la lumière naturelle d'entrer. En outre, ces revêtements à faible émissivité contribuent à maintenir des températures fraîches dans des environnements climatisés en bloquant le transfert de chaleur infrarouge, ce qui permet de réduire de manière significative la charge de travail des systèmes de climatisation et de favoriser un confort thermique optimal tout en économisant de l'énergie. En plus de leur capacité à isoler, ces vitrages peuvent être conçus pour contrôler le gain solaire, en bloquant la chaleur excessive en été tout en laissant passer la chaleur bénéfique en hiver. Par ailleurs, l'introduction de vitrages intelligents ou électrochromiques offre une solution avancée pour moduler la lumière et la chaleur entrantes. Ces vitrages peuvent changer de teinte automatiquement ou sur commande, réduisant la nécessité de stores ou de volets et permettant aux occupants de contrôler l'environnement intérieur selon leurs préférences. L'utilisation stratégique des ombrières et des brise-soleil peut également être cruciale pour optimiser l'équilibre entre la lumière naturelle et la protection contre le soleil direct. Ces éléments architecturaux, en plus d'ajouter une dimension esthétique, permettent de réduire l'éblouissement et de minimiser les gains de chaleur indésirables, tout en laissant passer suffisamment de lumière naturelle.

Enfin, l’aménagement des espaces permet d'optimiser l’utilisation de lumière naturelle. Un plan d'étage ouvert par exemple favorise la diffusion de la lumière naturelle et peut être complété par l'utilisation de cloisons transparentes ou semi-transparentes. L'aménagement doit viser à minimiser les obstacles à la lumière et favoriser une circulation fluide de celle-ci à travers les différents espaces.

Transition vers l'Éclairage LED 

L'éclairage LED représente une révolution dans le domaine de l'éclairage écoénergétique. Il permet de réduire la consommation énergétique des bâtiments tout en maintenant un éclairage de qualité. Quels sont les avantages de la transition vers l'éclairage LED  ?

Efficacité énergétique : Les LED consomment jusqu'à 90% moins d'énergie et durent jusqu'à 25 fois plus longtemps que les ampoules à incandescence traditionnelles. Ce haut niveau d'efficacité peut se traduire par des économies importantes, avec des réductions de coûts d'énergie pour les ménages moyens pouvant atteindre environ $225 par an en remplaçant l'éclairage incandescent par des LED selon Energy Star.

Durabilité : Les produits d'éclairage LED ont une durée de vie significativement plus longue par rapport à d'autres sources lumineuses. Les LEDs ne « brûlent » généralement pas mais subissent une « dépréciation lumineuse », ce qui signifie que leur luminosité diminue graduellement avec le temps. La durée de vie des LEDs est définie sur la base d'une diminution de 30% de la luminosité. Généralement, les LEDs peuvent durer entre 25,000 à 50,000 heures. Cela contraste fortement avec la durée de vie des ampoules incandescentes traditionnelles qui est d'environ 1,200 heures et celle des lampes fluorescentes compactes (CFL) qui peuvent durer jusqu'à 10,000 heures ​​. Cela rend l'éclairage LED nettement plus durable et rentable sur le long terme.

Qualité de lumière : Les LEDs offrent une large gamme de températures de couleur (de 2200K à 6000K) et peuvent atteindre des indices de rendu des couleurs (IRC) allant de 65 à 95, ce qui les rend adaptés à une variété d'environnements d'éclairage domestiques et commerciaux. Bien que les ampoules incandescentes aient tendance à avoir de meilleurs IRC (près de 100), les LEDs offrent une flexibilité et une personnalisation importantes en termes de qualité de lumière.

Moins de dégagement de chaleur : Contrairement aux ampoules traditionnelles, les LED produisent très peu de chaleur, ce qui réduit les besoins en climatisation pendant les mois chauds et contribue à un meilleur confort thermique. Les ampoules traditionnelles libèrent 90% de leur énergie sous forme de chaleur et 80% pour les CFL.

Combiner Lumière Naturelle et Éclairage LED

La combinaison de la lumière naturelle avec l'éclairage LED dans les espaces de travail et de vie peut créer un environnement idéal, équilibré et productif. La stratégie principale réside dans la création d'un système d'éclairage hybride qui ajuste l'éclairage LED en fonction de la disponibilité de la lumière naturelle. Des capteurs de lumière peuvent être installés pour détecter la quantité de lumière naturelle dans une pièce et ajuster l'intensité de l'éclairage LED en conséquence. Cela garantit que l'éclairage est optimal à tout moment de la journée, réduisant ainsi la consommation d'énergie tout en maintenant un niveau de confort élevé pour les occupants. Une approche par zones permet d'ajuster l'éclairage dans différentes parties d'un bâtiment en fonction de leur utilisation et de l'exposition à la lumière naturelle. Les espaces proches des fenêtres peuvent nécessiter moins d'éclairage LED pendant les heures ensoleillées, tandis que les zones plus éloignées peuvent nécessiter un éclairage supplémentaire. L'aménagement des espaces doit être conçu de manière à maximiser l'apport de lumière naturelle tout en fournissant un éclairage LED suffisant là où c'est nécessaire. Cela peut inclure l'utilisation de cloisons vitrées ou de matériaux réfléchissants pour diffuser la lumière naturelle à travers les espaces intérieurs. Les LED modernes offrent la possibilité de moduler la température de couleur et l'intensité de la lumière, ce qui peut être synchronisé avec le cycle naturel de la lumière du jour pour soutenir le rythme circadien des occupants et améliorer la productivité et le bien-être.

Tous ces aspects peuvent être géré via une gestion technique du bâtiment (GTB) intelligente avec l’intégration de capteurs de luminosité, détecteurs de présence, la gestion de l’éclairage LED (Intensité et température de couleur) ainsi que la gestion de volets roulants ou autre systèmes de contrôle de la lumière naturelle. La GTB va permettre de recueillir des données en temps réel sur les conditions d'éclairage et d’occupation des bâtiments. Ces données peuvent être utilisées pour analyser les tendances d'utilisation et ajuster les paramètres d'éclairage pour une efficacité maximale. La GTB permet la création de scénarios d'éclairage personnalisés adaptés à différentes activités ou moments de la journée. Cela peut inclure des réglages pour maximiser la lumière naturelle pendant les heures de jour et une transition douce vers l'éclairage LED en soirée ou par temps couvert.

Un exemple notable de bâtiment intégrant la lumière naturelle et l'éclairage LED via une GTB est la tour "The Edge" à Amsterdam, Pays-Bas. Conçu pour Deloitte, The Edge est souvent cité comme l'un des bâtiments de bureaux les plus verts et les plus intelligents au monde. Le système de GTB de la tour contrôle tous les aspects de l'environnement de bureau, y compris l'éclairage, qui est ajusté en temps réel en fonction de la lumière naturelle et de la présence des employés. Des capteurs placés dans tout le bâtiment mesurent la luminosité et ajustent automatiquement l'intensité des LED pour maintenir un niveau de confort tout en optimisant la consommation d'énergie diminuant ainsi les coûts opérationnels.  

Conclusion 

Dans cet article, nous avons exploré l'importance de la lumière naturelle et de l'éclairage LED dans la conception des bâtiments modernes. La synergie entre ces deux éléments offre une opportunité sans précédent pour améliorer à la fois l'efficacité énergétique et le confort des occupants. Comme l'illustre l'exemple de la tour "The Edge" à Amsterdam, l'intégration de technologies intelligentes telles que la gestion technique du bâtiment (GTB) permet une régulation optimale de l'éclairage naturel et artificiel, réduisant ainsi les coûts énergétiques tout en soutenant le bien-être des utilisateurs. 

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