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L’une des conditions de notre bien-être quotidien est l'accès à la lumière naturelle. Elle influence notre rythme circadien (cycle biologique sur 24 heures), régule la fabrication de mélatonine – hormone dite du sommeil – et, en favorisant le bon fonctionnement de cette horloge interne, renforce notre protection immunitaire. En outre, la qualité spectrale de la lumière naturelle, sa variabilité et ses nuances, permettent une perception optimale des formes et des couleurs.
La lumière naturelle possède deux autres vertus majeures. Elle ne consomme pas d'énergie et, dans un bâtiment, ses sources requièrent peu de maintenance. Il est donc intéressant de la faire parvenir dans les pièces et locaux aveugles, que ce soit dans les logements, le tertiaire ou l’industrie.
Les puits de lumière
Première solution, les puits ou conduits de lumière naturelle. Transportant la lumière sur des longueurs de 0,4 à 10 m environ, ils peuvent éclairer des pièces jusqu’à trois ou quatre niveaux sous la toiture. Quelques marques de puits de lumière sont actives sur le marché français : Velux avec Sun Tunnel Rigide et Flexible, Ecodis (groupe Kingspan) avec Ecolux Spot/LuxLoop, Bluetek (ex-Hexadome) avec Lightube Spot et Lightube Office Led, Solatube distribué par Nature & Confort, et Solarspot. Ce dernier est le seul à disposer d’un Avis technique en cours de validité (Atec n° 6/14-2204).
Un conduit de lumière se compose d'un capteur traversant la toiture, d'un tube conducteur de lumière acceptant un ou deux coudes et d'un diffuseur installé dans la pièce à éclairer. Les capteurs extérieurs, en forme de coupoles pour capter un maximum de lumière, sont conçus pour différents types de toitures : couverture en pente en tuile ou ardoise, couverture métallique, toiture-terrasse avec étanchéité, etc. Le dôme breveté du Solatube dispose de prismes permettant de concentrer et renvoyer la lumière vers l'intérieur du tube.
A l'intérieur, les tubes sont revêtus d'une couche fortement réfléchissante qui leur confère un taux de réflexion de lumière très proche de la valeur absolue, d’environ 99,5 % pour Solarspot et 99,7 % pour Solatube.
En fin de parcours, la lumière est diffusée à travers des lentilles de différentes finitions, rassemblées dans des diffuseurs carrés, ronds ou rectangulaires, encastrés en plafonds ou faux-plafonds.
Les conduits – capteurs, tubes et diffuseurs – sont disponibles en plusieurs diamètres extérieurs de 200 à 900 mm. Plus le diamètre est important, plus la quantité de lumière transmise croît, plus le conduit peut être long et accepter de coudes.
Réguler la lumière
Selon Solatube, un tube de sa gamme Brighten Up 160DS de 250 mm de diamètre extérieur éclaire 9 à 13 m² et peut atteindre une longueur maximale de 6 m avec deux coudes. Le modèle 290DS de 350 mm éclaire 14 à 18 m² avec un tube de 9 m et deux coudes. Le modèle Skyvault M74DS de 740 mm est destiné aux locaux de grande hauteur : au moins 7 m sous plafond.
Associés à une sonde de luminosité ambiante et à un luminaire Led, certains conduits, comme Ecolux Spot Luxloop en diamètre 300 mm d’Ecodis ou Lightube Office Led de Bluetek, permettent une gestion fine de l’éclairement. Un automate reçoit une consigne d’éclairement en Lux et, si l’apport du conduit naturel ne suffit pas, il la maintient grâce au luminaire Led et à sa variation de lumière. Les conduits de lumière Solatube disposent d’un « régulateur de lumière naturelle ». Il s’agit de deux volets disposés en aile de papillon à l’intérieur du conduit. Motorisés et commandés par un interrupteur ou une télécommande sans fil, les ailes se déplient pour obturer le passage de tout ou partie du conduit.
Les conduits de lumière sont éligibles aux CEE (Certificats d'économie d'énergie) depuis le 20 mars 2015 pour les bâtiments industriels existants (fiche IND-BA-114) et tertiaires existants (fiche BAT-EQ-131), mais pas en logement.
Capteur de lumière, fibre optique et luminaire mixte
Une autre solution de captage et de diffusion de la lumière naturelle permet une gestion plus fine encore. Il s’agit de l’association capteur extérieur de lumière, fibre optique et luminaire de restitution hybride, solaire et Led.
Deux marques sont présentes en France : le suédois Parans et le français Echy. Dans les deux cas, un module de lentilles de Fresnel à l’extérieur capte et concentre la lumière naturelle. Les capteurs sont fixés sur des trackeurs motorisés selon un ou deux axes qui maintiennent constamment la meilleure orientation par rapport au soleil le long d'une course de 180° durant la journée, réorientée selon la saison.
Chez Echy, le trackeur porte 4, 6, 8 ou 10 capteurs Echysse avec 18 lentilles de Fresnel chacun. Un capteur Echysse mesure 120 x 60 x 15 cm, pèse 25 kg et génère un flux lumineux de 5700 lm (Lumen) sous un ciel clair et dégagé d'une luminosité de 80 000 lx.
Chez Parans, le récepteur SP3 (114 x 57 x 27 cm, 32 kg) fournit un éclairement de 5500 lm sous un ciel clair dispensant 100 000 lx. Ensuite, la lumière est transmise à un câble contenant jusqu’à 6 fibres optiques, d'une longueur de 5, 10, 15 ou 20 m. Ce câble peut être courbé en tous sens, autant de fois que nécessaire, sans nuire à l’acheminement de la lumière. La lumière est enfin restituée dans des luminaires purement solaires ou bien hybrides, solaires + Leds, de diverses formes, encastrés ou suspendus, verticaux ou horizontaux.
Selon Echy, pour un ciel dispensant 80 000 lx, un trackeur solaire portant 10 capteurs transporte 57 000 lm à 10 m ou 42 500 lm à 20 m. Ce qui se traduit à 10 m par une surface de 190 m² éclairée à 300 lx ou de 110 m² éclairée à 500 lx. Les luminaires hybrides sont destinés à maintenir une valeur d'éclairement de consigne programmée. Ils fonctionnent soit isolément avec l'aide d'une sonde d'éclairement ambiant, soit à travers un bus Dali pour le pilotage centralisé de l'éclairage.
