(c) Smac Lorsqu’ils sont arrivés en France dans les années 1950, les lanterneaux avaient pour objectif premier d’apporter de la lumière naturelle dans les bâtiments de grand volume. Cette fonction est devenue secondaire en 1973, lorsque, suite à un feu meurtrier dans une discothèque, la réglementation incendie a été renforcée. L’évacuation des fumées a alors prévalu.
Il faudra attendre la RT 2012 et avec elle, la notion de performance énergétique, pour redécouvrir les atouts d’origine des lanterneaux. Avec un enjeu : montrer que, non seulement ils permettent de réaliser des économies d’énergie mais aussi que ces dernières compensent les déperditions thermiques qu’on leur reproche. Certes, les fabricants développent de nouvelles gammes à l’isolation des costières renforcée et aux joints plus résistants. Mais l’argument des apports en lumière naturelle revient sur le devant de la scène. « L’éclairage artificiel peut être l’un des postes les plus consommateurs d’énergie, parfois avant le chauffage, notamment pour les commerces », rappelle le GIF* Lumière.
Economie d’énergie
Les travaux menés par le syndicat ont montré qu’un éclairage de 300 lux 50 % du temps (correspondant à un Facteur lumière jour (FLJ, voir encadré) d’environ 2 %) était le seuil au-delà duquel l’éclairage naturel permettait de réduire le bilan énergétique d’un bâtiment. Dans le nord de la France, recouvrir de lanterneaux 11 % de la surface de la toiture permet d’atteindre ce seuil. Dans le sud, 7 % suffisent, selon des méthodes de calcul simplifiées. Résultat, la consommation d’énergie liée à la lumière artificielle peut être abaissée jusqu’à 50 % à l’aide d’un système de gradation, soit environ un euro par an par mètre carré. Certes, les consommations de chauffage peuvent augmenter, les lanterneaux étant souvent source de déperditions, mais le bilan reste positif. D’autant plus qu’il faut y intégrer la réduction des frais de maintenance des éclairages artificiels, ces derniers étant bien moins sollicités. Enfin, les gains sur le coefficient d’énergie primaire (Cep) sont eux aussi notables : entre 10 et 20 % selon une étude réalisée par le bureau d’études Tribu Energies.
Quantité et emplacement
Il reste que l’installation de dispositifs d’éclairage zénithal demande à être étudiée en amont pour assurer une quantité mais aussi une qualité de lumière naturelle suffisantes et éviter les zones de pénombre ou d’éblouissement. Pour cela, il existe de nombreux logiciels de simulation permettant de calculer une ou plusieurs configurations pour un même bâtiment. Parmi les critères essentiels à renseigner, le plus important reste le FLJ moyen sur une surface de référence. Seront également précisés les facteurs de réflexion des parois, les propriétés des matériaux translucides / diffusants et le fait que le bâtiment soit meublé ou vide. Le nombre de lanterneaux sera également défini en fonction de la hauteur sous plafond du bâtiment et de la surface maximale éclairée par le lanterneau. Le GIF Lumière précise par exemple qu’un bâtiment de 1 000 m² et de 8 m de hauteur nécessite un minimum de 15 lanterneaux répartis régulièrement sur la toiture.
* Syndicat qui regroupe les fabricants de matériel coupe-feu et d’évacuation des fumées. Il a notamment édité en 2018 un « Guide de l’éclairage naturel zénithal pour les bâtiments industriels, commerciaux et tertiaires ».
Lumière, santé et réglementation
La lumière joue un rôle clé dans la régulation du rythme biologique de l’être humain. Tout d’abord, elle contribue à nous réveiller. Ensuite, « l’exposition à d’importants niveaux de lumière durant la journée favorise le sommeil du soir, ajoute Marc Fontoynont, professeur à l’université de Aalborg (Danemark) spécialiste de la lumière. Notre corps a besoin d’un rythme jour-nuit régulier et la lumière naturelle s’avère être notre meilleur régulateur. En bloquant la production de mélatonine, une hormone du sommeil, elle participe à la réparation des troubles du sommeil. »
Avec un spectre riche en bleu, elle est plus douce pour l’œil et permet de le reposer. Un phénomène qui impacte aussi d’autres fonctions fondamentales telles que l’attention, le stress, la dépression… Son influence sur notre concentration et notre vigilance a été démontrée par plusieurs études comme celle du professeur Laike (université de Lund, Danemark).
Selon l’usage des bâtiments, les niveaux minimums indispensables au confort visuel varient. La norme européenne EN 12464-1, l’INRS et la RT 2012 dans son arrêté du 20 juillet 2011, préconisent un éclairage minimum du plan de travail de 300 lux pour avoir une bonne vision et éviter la fatigue visuelle. Pendant 50 % du temps d’occupation, ce niveau doit être atteint grâce à la lumière naturelle, pour la santé et l’efficacité des personnes.
Définitions
- Surface Lumière Efficace (SLE) : surface lumière en m² qui caractérise l’efficacité globale du transfert de lumière du lanterneau.
- Flux lumineux : évaluation, selon la sensibilité de l’œil, de la quantité de lumière rayonnée dans tout l’espace par cette source. Il s’exprime en lumen (lm).
- Eclairement : rapport du flux lumineux reçu à l’aire de cette surface. Son unité est le lux (équivalent à 1 lm/m²).
- Facteur lumière jour (FLJ) : en un point intérieur, rapport de l’éclairement naturel reçu en ce point à l’éclairement extérieur simultané, sur une surface horizontale en site parfaitement dégagé par ciel couvert. Il s’exprime en pourcentage. Un local avec une FLJ inférieur à 1 % est perçu comme sombre. Entre 1,5 % et 3 %, il apparaît clair. Au-delà de 3 %, il est considéré comme très lumineux.
(source : GIF)
Quels sont les atouts de la lumière zénithale par rapport aux apports latéraux ?
Par temps couvert et à surface égale, le lanterneau permet, grâce à son cône de diffusion, de multiplier par quatre la surface éclairée par rapport à une fenêtre de façade. Un phénomène que Marc Fontoynont, professeur à l’université de Aalborg (Danemark) spécialiste de la lumière, explique par le fait que « la fenêtre de toit regarde le ciel pratiquement dans son ensemble et sans obstruction quand la façade n’en voit que la moitié en raison de potentiels vis-à-vis avec d’autres ouvrages, de la végétation… De plus, le ciel est plus lumineux à son zénith ». Enfin, la lumière zénithale tombant perpendiculairement au sol, le cosinus de l’angle d’incidence est plus élevé que celui de la lumière rasante des façades et donc l’éclairement plus intense.
