Architecture

Effet lumière du jour

16 Avr 2021

C’est bien connu: le manque de clarté naturelle peut jouer sur notre moral, notre sommeil, notre concentration au travail… Alors comment reproduire chez soi la lumière du jour? Comment recréer les effets du rayonnement solaire à la maison, au bureau et dans les lieux publics? De nombreux ingénieurs, scientifiques et designers se sont penchés sur la question. S’appuyant sur des principes biophysiques éprouvés, ils ont mis au point des lampes qui rendent plus sains, plus attrayants et plus inspirants nos intérieurs. Le fonctionnement et les limites de ces produits qui nous promettent le bien-être en lumière.

 

Commençons par abattre un mythe. Reproduire la lumière du jour avec des lampes électriques n’est pas possible. Seules les ouvertures zénithales dans l’architecture (lanterneaux, verrières, fenêtres de toit) et frontales (fenêtres, baies vitrées, vérandas) nous permettent d’avoir accès aux formidables bénéfices du rayonnement solaire. Aucun éclairage artificiel ne peut totalement le remplacer. En effet, plusieurs facteurs entrent en jeu:

 

N° 1. La quantité de lumière (lux)

La lumière du jour est 100 à 200 fois plus dense sur une surface que l’éclairage normal. À l’extérieur, l’éclairement peut atteindre de 100 000 lux un jour d’été à 5 000 lux par ciel couvert. En revanche, l’éclairement d’une ambiance domestique est de 100 à 200 lux, celle des bureaux de 400 à 500 lux. Pourtant, le corps humain s’est habitué à recevoir une grande quantité de lumière au cours des millénaires.

 

 

N° 2. La couleur de la lumière (kelvin et IRC)

La température de couleur peut avoir un impact émotionnel sur l’homme. Le blanc lumière du jour (supérieure à 5 300 kelvin) par exemple a une forte teneur en bleu et cette partie bleue et plus “brillante” soutient les performances. C’est pourquoi, les ampoules “lumière du jour” et les lampes de luminothérapie disponibles sur le marché ont une température entre 5000 et 6500 kelvin. Une mesure qui est gage de qualité uniquement si l’indice de rendu des couleurs (IRC) se situe autour de 100.

 

Suspension Candeo d'Innolux. Elle peut être utilisée comme éclairage général (avec une lumière blanche chaude) ou comme luminaire de thérapie (avec une lumière plus brillante).

 

N°3. Le spectre des couleurs de l’éclairage blanc

La lumière se compose d’ondes mesurées en nanomètre. Lorsque la lumière du soleil nous apparaît blanche, elle comprend tout un éventail d’ondes qui passent d’une couleur à l’autre dans un dégradé ininterrompu (ce qu’on appelle le spectre complet et continu). 

 

Problème, seules les lampes halogènes s’approchent du spectre complet et continu de la lumière naturelle. C’est le cas, par exemple, des ampoules domestiques commercialisées par la société True-Light qui ont été développées aux Etats-Unis dans les années 60 pour la NASA. L’objectif était alors de reproduire la lumière naturelle dans les vaisseaux spatiaux et permettre aux spationautes de rester en bonne santé physique et mentale. La particularité des ampoules halogènes est de pouvoir reproduire un large éventail de longueurs d’ondes émises par le soleil, notamment celles qui ne sont pas visibles à l’œil nu, car elles sont inférieures à 380 nm ou supérieures 780 nm (les infrarouges et les ultraviolets). Il s’agit d’un avantage dès que l’on parle de l’impact de l’éclairage sur le bien-être humain, car certains rayons ultraviolets (UV-A, UV-B) sont réputés pour stimuler l’organisme.

 

Malheureusement pour des raisons énergétiques, les lampes halogènes sont amenées à disparaître du marché au profit des LED. Bien sûr, la lumière blanche des LED contient une grande quantité d’ondes. Il existe aussi des ampoules LED, chez Osram par exemple, conçues pour émettre des infrarouges ou des UV-C (utiles pour la désinfection des locaux). Mais, comme on le voit par exemple chez Artemide, les développements de l’éclairage autour des LED s’orientent plutôt vers la sélection de longueurs d’ondes spécifiques que vers la reproduction du spectre complet et continu de la lumière naturelle. C’est aussi le principe en luminothérapie où on utilise la technologie LED pour choisir des couleurs de lumière différentes en fonction des bénéfices attendus.

 

Spectral Light, Artemide. Par souci d'économie, cette suspension à LED additionne uniquement les longueurs d'ondes nécessaires à l'organisme des hommes, des chiens, des chats et des plantes. Ces longueurs d'ondes particulières et séparées, apparaissent par addition et convergence sous forme d'une lumière blanche.

 

Integralis d'Artemide. Un luminaire à LED désinfectant produisant des UV-C.

 

N°4. La dynamique de la lumière

La lumière du jour change constamment. Elle est parfois plus chaude, ou plus froide. Elle devient plus lumineuse et puis moins intense. Le soleil brille parfois depuis la gauche, parfois depuis la droite, etc. La monotonie de l’éclairage artificiel est contre-nature. Elle dérègle le cycle circadien, autrement dit l’horloge biologique de l’homme calée sur la courbe du soleil. Même une ampoule à lumière blanche brillante, d’un bon rendu et d’un spectre complet, ne procurera pas une meilleure santé que la plupart des autres sources lumineuses électriques si elle ne varie pas. 

 

Pour résoudre ce problème, l’éclairage circadien (dit aussi biodynamique) reproduit la lumière du soleil en fonction de l’heure de la journée, la saison et la localisation des luminaires en faisant varier l’intensité ainsi que la température de couleur de la lumière. Cette technologie a  demandé le développement d’ampoules capables de varier en couleurs et plus seulement en intensité. C’est par exemple le cas des ampoules à variateur DimTone de Signify (anciennement Philips) que l’on trouve couramment sur le marché. Celles-ci sont capables de passer d’une couleur jaune clair à une palette plus rouge, un peu comme le soleil. Elles peuvent aider les particuliers à diminuer les effets perturbateurs de l’éclairage artificiel sur leur horloge biologique même s’il ne s’agit pas à proprement parler de “lampes à lumière du jour”.  

 

 

Ampoule dimmable DimTone, Signify

 

Le développement du contrôle intelligent des bâtiments (domotique) a également fait avancer la cause de l’éclairage évolutif de manière considérable. Il a permis l’automatisation du réglage des ampoules de manière à obtenir des cycles avec différentes ambiances lumineuses. Zumtobel offre ainsi un vaste choix de luminaires et de techniques de commande avec des températures de couleur variables, allant de la possibilité de sélectionner divers tons de blanc à la variation progressive de la température de couleur le long de la courbe de Planck. De surcroît, son système de contrôle des ampoules Lutenet s’adapte à la courbe réelle du soleil par la mesure de la luminosité extérieure et le contrôle des stores. Ce qui permet d’utiliser au maximum les bénéfices de la clarté naturelle du jour et réduit le recours aux appareils électriques au minimum.

 

Système de gestion de l’éclairage Luxmate Lutenet de Zumtobel. Il permet un système de pilotage automatique de l’éclairage artificiel et des stores en fonction de la courbe du soleil.

 

L’éclairage biodynamique peut être appliqué dans les maisons dotées d’un système de domotique. Cependant, il est surtout utilisé dans les projets d’architecture de grande ampleur comme les écoles, les bureaux, les hôpitaux et les hôtels afin de stimuler l’organisme ou de favoriser la récupération du décalage horaire. Il s’agit en général de dispositifs d’éclairage très techniques en lien avec des spots encastrés.

 

Cependant, commencent à apparaître des lampes qui embarquent les technologies circadiennes HCL (human centring lighting) à l’intérieur d’objets que l’on peut toucher, déplacer et piloter manuellement. A l’exemple de la lampe Rivoli de Lucibel x Manganèse Editions ou du lampdaire Vitawork (en version HCL) de Lucra.

 

Luminaire Rivoli, design Studio BrichetZiegler pour Manganèse Editions. Il est doté de la technologie Cronos de Lucibel.

 

Lampadaire Vitawork en version Human centring lighting de Lucra.

 

Enfin, aux côtés des lampes qui reproduisent la clarté du jour en fonction de l’heure, ont été développés des “ciels lumineux” qui offrent une vision dynamique de l’horizon céleste, dans toute ses nuances de l’aube au crépuscule. Développés par des marques comme Light Cognitive, Signify ou Coelux, ils permettent une perception de l’espace au-delà des murs. Offrant ainsi un véritable sentiment de liberté… 

 

Luminaire reproduisant le ciel et ses variations en fonction de la lumière Big Sky de Light Cognitive.

 

Luminaire avec éclairage biodynamique imitant le ciel Coelux.

 



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