(calcul FLJ) par Dauchez Payet

Techniques & Logiciels
Etude d’éclairage naturel
Présentation de l’étude
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0
Rédigé par
Création du document
Marion DUPRE
Date
Vérifié par
12/03/14
Laurent PAYET
Présentation de l’étude d’éclairage naturel
Principe
L’étude d’éclairage naturel permet de quantifier l’apport de lumière naturelle dans le bâtiment étudié à partir
d’une modélisation 3D de ce bâtiment et de son environnement.
Pour quantifier cet apport, les logiciels de calcul s’appuient sur les paramètres suivants :

La géométrie du bâtiment, des pièces et des ouvertures

Les caractéristiques des menuiseries installées (transmission lumineuse du vitrage, pourcentage de châssis)

Les caractéristiques des revêtements intérieurs (couleur, aspect)

Les caractéristiques des éventuelles protections solaires

Les masques proches extérieurs.
L’étude d’éclairage naturel doit être réalisée le plus en amont possible du projet afin d’orienter les choix
constructifs, puis mise à jour tout au long du projet. La réalisation de cette étude en amont du projet permet en
effet de déterminer les niveaux de performance atteints en fonction du dessin initial des façades et à partir de
caractéristiques standards pour les vitrages et les revêtements intérieurs. En fonction des résultats obtenus, en
couplant l’étude d’éclairage naturel avec une étude thermique, des variantes peuvent être étudiées portant
notamment sur les paramètres suivants :

Pourcentage de surface vitrée

Géométrie des ouvertures
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
Transmission lumineuse des vitrages

Coefficients de réflexion lumineuse des revêtements intérieurs.
Les résultats obtenus après simulation sont de trois natures :

L’éclairement naturel, s’exprimant en lux, qui représente le flux lumineux reçu par une surface

Le Facteur de Lumière du Jour, s’exprimant en %, qui est la grandeur utilisée par les certifications HQE et
BREEAM
La luminance, s’exprimant en cd/m², qui permet de qualifier l’éblouissement.

Ces résultats se présentent sous plusieurs formes :

Représentation en fausses couleurs des niveaux d’éclairement naturel en lux

Courbes isolux

Tableau de valeurs FLJ par local selon un maillage paramétrable

Représentation en valeurs grises des niveaux de FLJ par local

Représentation en fausses couleurs des niveaux de luminance.
4.30 m
%
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.50
1.00
Représentation en fausses couleurs des niveaux
0.00
0.00
2.90 m
d'éclairement en lux
Représentation en valeurs grises des niveaux de FLJ dans
une pièce
Un héliodon simulé en parallèle de l’étude d’éclairage naturel permet d’observer les ombres portées des
bâtiments en fonction du temps, tout au long de l’année. Il détermine ainsi les façades les plus exposées au
risque d’éblouissement (à coupler avec les résultats de l’étude d’éclairage naturel), et l’influence du bâtiment sur le
droit au soleil et à la lumière naturelle des riverains.
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Etude des ombres portées à partir de l'héliodon
Définitions
Facteur de Lumière du Jour (FLJ)
En éclairage naturel, les exigences d’éclairement des certifications HQE et BREEAM s’expriment en valeur de
Facteur de Lumière du Jour. Ce facteur est le rapport de l’éclairement intérieur reçu en un point du plan de
référence (en l’occurrence le plan de travail) à l’éclairement extérieur simultané sur une surface horizontale en site
parfaitement dégagé. Il s’exprime en %.
( )
⁄
Dans les conditions de ciel couvert CIE, les valeurs du FLJ sont indépendantes de l’orientation des baies vitrées, de
la saison et de l’heure. Elles donnent ainsi une mesure de la qualité intrinsèque du bâtiment à capter la lumière
naturelle.
Zone de premier rang
Dans le cadre de la certification HQE, la notion de zone de premier rang est introduite. La zone de premier rang
est délimitée en profondeur à une distance égale à deux fois la distance entre le plan de travail (situé à 0,70 m) et la
hauteur de plafond.
Hauteur sous plafond
2,60m
Plan de travail
0,70m
Zone de
2 x (2,60 – 0,70) = 3,80m
Dauchez Payet
premier rang
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Par exemple pour une pièce de hauteur sous plafond de 2,60 m, la zone de premier rang est la zone qui s’étend de
la façade à 2 * (2,60 – 0,7) = 3,80 m.
L’éblouissement et la luminance
« L’éblouissement est l’effet de conditions de vision dans lesquelles l’individu subit une réduction de l’aptitude à
percevoir les objets, pouvant aller jusqu’à l’aveuglement temporaire. »
Il n’existe pas d’indicateur spécifique pour quantifier le risque d’éblouissement associé à l’éclairement naturel
d’un local. Néanmoins, la luminance permet d’illustrer le niveau de risque associé à un local.
La luminance, qui s’exprime en candela par mètre carré (cd/m²), est une grandeur qui décrit la clarté d’une surface.
Les valeurs typiques de luminance pour des parois intérieures éclairées varient de 25 à 250 cd/m². Un risque
d’éblouissement existe lorsque les luminances ou rapports de luminance sont trop importants. On peut fixer à
environ 400 cd/m² le seuil à partir duquel le risque d’éblouissement devient un enjeu.
Illustration de la luminance
Les logiciels utilisés
Le logiciel utilisé par Dauchez Payet pour réaliser l’étude FLJ est le logiciel DIALux développé par la société DIAL
GmbH, qui permet de réaliser des études d’éclairage naturel et artificiel.
DIALux permet une saisie graphique à partir de plans 2D. Une modélisation 3D du bâtiment est créée, à laquelle on
peut associer des masques proches. Le maillage de calcul est paramétrable et les résultats peuvent être visualisés
sous plusieurs formes (représentation en fausses couleurs, représentation en valeurs grises, tableau de valeurs de
FLJ, courbes isolux…).
Logo de DIALux
Le logiciel utilisé par Dauchez Payet pour réaliser les héliodons est le logiciel SketchUp de Google, qui permet de
modéliser la volumétrie du bâtiment étudié et des bâtiments alentours et d’observer les ombres portées créées par
ces bâtiments en fonction du temps.
Logo de SketchUp
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L’éclairage naturel et les certifications HQE et BREEAM
Lien avec la certification NF HQE® Bâtiment Tertiaires
Dans le cadre de la certification NF HQE Bâtiments Tertiaires, il est demandé pour la cible 10 « Confort visuel »
d’effectuer une étude FLJ et de respecter des seuils définis dans le référentiel.

ESPACES DE BUREAUX

Niveau Base : FLJ ≥ 1,2% pour 80% de la surface de la zone de premier rang, dans 80% des locaux
concernés (en surface)

Niveau Performant : FLJ ≥ 2% pour 80% de la surface de la zone de premier rang, dans 80% des locaux
concernés (en surface)
ET FLJ ≥ 1,2% pour 80% de la surface de la zone de premier rang, dans 90% des locaux concernés (en
surface)

Niveau Très Performant : FLJ ≥ 2,5% pour 80% de la surface de la zone de premier rang, dans 80% des
locaux concernés (en surface)
ET FLJ ≥ 1,5% pour 80% de la surface de la zone de premier rang, dans les 20% de locaux concernés
restants (en surface)
ET FLJ ≥ 0,7% pour 90% de la surface de la zone de second rang, dans tous des locaux concernés.
Ces exigences s’appliquent sur les zones de bureaux. Les seuils sont réduits de 0,5% lorsqu’un travail sur écran est
prévu.

ESPACES ASSOCIES (espace restauration, salles de réunion, espaces détente, hall, infirmerie…)

Niveau Très Performant 2 points : FLJ ≥ 1% sur 70% de la surface de 70% des espaces sensibles (en
surface).
Le seuil est réduit de 0,5% lorsque le local est utilisé de façon intermittente.

ENTREPOTS DES PLATEFORMES LOGISTIQUES

Niveau Très Performant 1 point : FLJ ≥ 1% dans 70% des locaux concernés (en surface)

Niveau Très Performant 2 points : FLJ ≥ 1,5% dans 70% des locaux concernés (en surface)
ET FLJ ≥ 1% dans les 20% de locaux concernés restants (en surface).

ENTREPOTS DES QUAIS DE MESSAGERIE

Niveau Performant : FLJ ≥ 1,5% dans 70% des locaux concernés (en surface)

Niveau Très Performant 2 points : FLJ ≥ 2% dans 70% des locaux concernés (en surface)
ET FLJ ≥ 1,5% dans les 20% de locaux concernés restants (en surface).
Dans le cadre de la certification NF HQE Bâtiments Tertiaires, il peut également être réalisé un héliodon pour
justifier le droit au soleil et à la lumière naturelle des riverains dans le cadre de la cible 1 « Relation du bâtiment
avec son environnement » et la conception bioclimatique (intérêt des brises soleil par exemple) dans le cadre de la
cible 4 « Gestion de l’énergie ».
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Lien avec la certification BREEAM International New Construction
La notion d’éclairement naturel est également abordée dans le cadre de la certification BREEAM International
New Construction 2013. Pour la partie Daylighting du crédit HEA 1 « Visual Comfort », il est demandé
d’effectuer une étude FLJ et de respecter les seuils suivants, pour les bâtiments autres que résidentiel :

FLJ moyen
-
FLJ moyen ≥ 1,7% pour 80% des locaux concernés (en surface) pour les projet situé à une latitude
comprise entre 40 et 45°N (Bordeaux, Toulouse, Toulon)
-
FLJ moyen ≥ 1,8% pour 80% des locaux concernés (en surface) pour les projet situé à une latitude
comprise entre 45 et 50°N (Paris, Lyon, Nantes, Strasbourg, Grenoble)
-
FLJ moyen ≥ 2% pour 80% des locaux concernés (en surface) pour les projet situé à une latitude
comprise entre 50 et 55°N (Lille)

FLJ minimum supérieur ou égal à 0,3 fois le FLJ moyen demandé en fonction de la latitude du projet, pour
chaque local concerné (donc respectivement 0,51%, 0,54% et 0,6%).
La réalisation de l’étude par Dauchez Payet
La réalisation de l’étude d’éclairage naturel se décompose en plusieurs étapes, résumées ci-dessous :
Saisie du
bâtiment
Saisie des
masques
Définition des
surfaces de
calcul
Simulation et
analyse des
résultats
Optimisation
et variantes
Saisie du bâtiment
La première étape consiste en la saisie du bâtiment dans le logiciel à partir des données d’entrée recueillies. Si les
données d’entrée ne sont pas toutes disponibles, l’ingénieur en charge de l’étude proposera des hypothèses qu’il
justifiera.
La saisie du bâtiment est elle-même décomposée en plusieurs étapes :

Saisie géométrique des différents niveaux

Orientation du bâtiment

Cloisonnement éventuel des niveaux

Saisie des vitrages et lanterneaux et de leurs caractéristiques

Affectation des coefficients de réflexion lumineuse aux différentes parois (mur, sol, plafond).
Saisie des masques
Une fois le modèle 3D du bâtiment étudié obtenu, l’étape suivante consiste en la saisie de son environnement
proche. Les masques à saisir peuvent être de différentes natures en fonction du projet : bâtiments alentours, arbres,
protections solaires extérieures. Des coefficients de réflexion lumineuse sont également attribués aux masques en
fonction de leur couleur et des matériaux.
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Définition des surfaces de calcul
A partir de la saisie du bâtiment, de ses différents niveaux et pièces, il s’agit de définir les surfaces pour lesquelles
on souhaite obtenir des résultats et qui seront simulées par le logiciel. Chaque pièce possède au moins une
surface de calcul qui correspond à sa zone de premier rang, et éventuellement une deuxième lorsque la zone de
second rang est étudiée.
Simulation et analyse des résultats
Une fois les éléments des étapes précédentes vérifiées, la simulation peut être lancée. Le logiciel calcule
l’éclairement naturel reçu sur chaque surface de calcul en fonction des caractéristiques de la pièce et de ces
masques. Les résultats obtenus sont de plusieurs natures : représentation en fausses couleurs, représentation en
valeurs grises, tableau de valeurs de FLJ, courbes isolux…
Les tableaux de valeurs FLJ de chaque surface de calcul sont extraits et font l’objet d’un traitement afin d’obtenir
les scores sous la forme demandée par la certification visée. Le traitement des résultats est donc différent selon que
le projet vise une certification HQE (FLJ en pourcentage sur la zone de premier rang) ou une certification BREEAM
(FLJ moyen par pièce et FLJ minimum par pièce).
Optimisation et variantes
Des variantes peuvent ensuite être simulées. Elles seront fonction des objectifs de l’étude. Ces variantes peuvent
porter sur les protections solaires extérieures et/ou le pourcentage de surface vitrée en couplant cette étude
d’éclairage naturel à l’étude thermique STD, mais également sur les choix des revêtements intérieurs et leur
coefficient de réflexion lumineuse correspondant.
Données d’entrée
Les données d’entrée nécessaires à la réalisation d’une étude d’éclairage naturel peuvent être classées en plusieurs
catégories.
DONNEES GENERALES ET CONTEXTUELLES

Objectif de l’étude et périmètre

Descriptif général de l’opération
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
Adresse exacte du site

Photos du site
PLANS, COUPES ET DETAILS ARCHITECTURAUX (FORMAT DWG)

Plan de situation (avec hauteur des bâtiments alentours)

Plan masse

Plans de cloisonnement de tous les niveaux

Plans de façades

Plans de toiture

Coupes (hauteurs sous le faux plafond)

Détails architecturaux
CARACTERISTIQUES DES MENUISERIES

DOE/CCTP/Fiches techniques du lot Menuiseries extérieures

Dimensions des menuiseries

Plan de repérage des typologies de menuiseries

Coefficient de transmission lumineuse (TLg et TLw)

Coefficient de cadre ou de clair de vitrage

Position par rapport au mur extérieur

Caractéristiques des protections solaires extérieures
CARACTERISTIQUES DES REVETEMENTS INTERIEU RS

DOE/CCTP/Fiches techniques du lot Peintures avec plan de repérage et identification des facteurs de
réflexion lumineuse

DOE/CCTP/Fiches techniques du lot Cloisons/Plâtrerie/Doublage avec plan de repérage et identification des
facteurs de réflexion lumineuse

DOE/CCTP/Fiches techniques du lot Sols souples avec plan de repérage et identification des facteurs de
réflexion lumineuse

DOE/CCTP/Fiches techniques du lot Carrelage avec plan de repérage et identification des facteurs de
réflexion lumineuse

DOE/CCTP/Fiches techniques du lot Faux plafonds avec plan de repérage et identification des facteurs de
réflexion lumineuse
Livrables
Un rapport de synthèse est produit par l’ingénieur en charge de l’étude. Il comporte les éléments suivants :

La présentation du projet

La présentation des objectifs de l’étude d’éclairage naturel

Les données de saisie du bâtiment

Les hypothèses et les explications sur les données d’entrée saisies

La présentation graphique de la répartition de l’éclairage naturel dans les locaux

L’analyse des résultats par rapport aux exigences de la (les) certification(s)

La présentation des éventuelles variantes et les préconisations qui en découlent pour satisfaire aux
exigences
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Etude d’éclairage naturel | Présentation de l’étude
Une mise à jour du calcul est effectuée à chaque phase du projet (programme, conception, réalisation) et le
rapport est mis à jour à la suite.
Limites de l’étude
L’étude, bien que précise, possède néanmoins certaines limites :

Le Facteur de Lumière du Jour ne permet pas de prise en compte du soleil direct, de l’orientation, du climat

Les valeurs réelles des coefficients de réflexion lumineuse des revêtements intérieurs sont difficiles à
obtenir auprès des fabricants

Une modélisation simplifiée des masques extérieurs proches (bâtiments environnants simplifiés,
aménagement paysager souvent non pris en compte ou partiel)

Les masques mouvants ne sont pas pris en compte (comme par exemple les flux de camions réguliers
devant les bureaux des plateformes logistiques)

Les coefficients de réflexion lumineuse des masques extérieurs sont fixés par hypothèses (sol extérieur,
bâtiments environnants, arbres…)

La hauteur du plan de travail est fixée par les référentiels, et peut être différente de celle du plan de travail
réel

Le mobilier n’est pas pris en compte car l’aménagement intérieur n’est généralement pas connu

Le logiciel ne permet pas de choisir l’épaisseur des murs extérieurs, ce qui engendre des incertitudes sur la
position des menuiseries par rapport au nu extérieur réel.
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Synthèse
L’étude d’éclairage naturel permet de quantifier l’apport de lumière naturelle dans le bâtiment étudié à partir
d’une modélisation 3D de ce bâtiment et de son environnement.
Cette étude est réalisée à partir des informations suivantes :

La description géométrique en 3D du bâtiment (géométrie du bâtiment, des pièces et des ouvertures)

L’environnement dans lequel se trouve le projet (masques du bâtiment)

Les caractéristiques des menuiseries installées (transmission lumineuse du vitrage, pourcentage de châssis)

Les caractéristiques des revêtements intérieurs (couleur, aspect).
Les résultats obtenus après simulation sont de trois natures :

L’éclairement naturel, s’exprimant en lux, qui représente le flux lumineux reçu par une surface

Le Facteur de Lumière du Jour (ou FLJ), s’exprimant en %, qui est la grandeur utilisée par les certifications
HQE et BREEAM. Ce facteur est le rapport de l’éclairement intérieur reçu en un point du plan de référence
(le plan de travail) à l’éclairement extérieur simultané sur une surface horizontale en site parfaitement
dégagé (condition de ciel couvert CIE)

La luminance, s’exprimant en cd/m², qui permet de qualifier l’éblouissement.
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Etude d’éclairage naturel | Présentation de l’étude
Sur la base des informations précédentes, et réalisée en amont du projet, l’étude d’éclairage naturel, couplée à une
étude thermique, permet d’orienter les choix de conception, notamment sur les sujets suivants :

Définir le pourcentage de surface vitrée du bâtiment

Optimiser la géométrie des ouvertures

Déterminer la transmission lumineuse optimale des vitrages

Déterminer les coefficients de réflexion lumineuse optimaux des revêtements intérieurs.
Un héliodon peut être simulé en parallèle de l’étude d’éclairage naturel afin d’observer les ombres portées des
bâtiments en fonction du temps, tout au long de l’année. Il permet ainsi de définir quelles sont les façades les
plus exposées au risque d’éblouissement (en recoupant avec les résultats de l’étude d’éclairage naturel), et quelle
est l’influence du bâtiment sur le droit au soleil et à la lumière naturelle des riverains.
Dauchez Payet vous propose la réalisation d’études d’éclairage naturel pour des bâtiments neufs ou en rénovation,
afin de vous accompagner dans vos stratégies de conception bioclimatique et répondre ainsi aux objectifs
environnementaux fixés pour le projet.
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