114 ingénierie

114 INGÉNIERIE
Ciel
11°
Soleil
Table tourn a n t e
3,31 m
01
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01 Mirror Box, coupe. 02 Ciel et soleil artificiel.
CIEL ET SOLEIL ART I F I C I E L S
ÉTUDE D’ÉCLAIRAGE NAT U R E L // D e
manière pratique, il est difficile de réaliser une
étud e d’ éclai rage naturel. Cepend ant,
diverses possibilités existent. Les mesures sur
site permettent de relever les valeurs réelles
de l’éclairement à l’intérieur d’un bâtiment.
Les graphiques d’éclairements re p r é s e n t e n t
les distributions réelles. Cependant, de telles
mesures ne peuvent être effectuées à n’importe quel moment et sous n’importe quelles
conditions météorologiques, ce qui limite les
187 ZOOM
03
03 Couverture complète du ciel. 04 Éléments construits.
L’éclairage naturel est une composante importante d’un projet d’architecture.
Il permet de créer des espaces ‘dynamiques’ en fonction du comportement de la
lumière naturelle. Utilisé de manière judicieuse, il est un atout majeur pour le
bâtiment. L’utilisation de la lumière du jour permet de mieux maîtriser la consommation énergétique et la relation à l’environnement de la création architecturale.
La lumière naturelle peut révéler un bâtiment par son action sur les espaces, les
formes, les structures, les matériaux, les couleurs et la signification de l'édifice.
Elle est au coeur même de la définition du geste créateur: exprimer, c'est-à-dire
mettre en lumière, extraire de l'ombre.
possibilités de caractérisation. De plus, elles
ne sont possibles qu’après la construction du
bâtiment, ce qui n’est guère intéressant lorsqu’il s’agit de conception.
L’utilisation de logiciels inform a t i q u e s
dans le cadre de la prédiction de la distribution de la lumière est courant. Des logiciels
existent et permettent des visualisations par
des méthodes de ‘radiosity’ et de ‘raytracing’.
Ils donnent assez rapidement et assez facilement des résultats et des animations pour
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05 Mirror Box. 06 Modèle réduit: vue intérieure.
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07 Modèle réduit dans la Mirror Box. 08 Répartition de la luminance (0 à 3.000 cd/m 2).
Documents: 01–04: © CSTC.
Photos: 05–08: © CSTC.
l’éclairage artificiel. Cependant, à l’heure
actuelle, la simulation de l’éclairage nature l
reste très délicate et peu didactique car peu
de logiciels l’intègrent de manière correcte.
L’étude sur modèles réduits permet de
réaliser des mesures sous des conditions
lumineuses précises, ce qui rend la comparaison entre divers projets ou diverses configurations de façade possible. Pour étudier
l’éclairage naturel sur un modèle réduit, on
dissocie l’éclairage provenant du ciel de celui
du soleil. Une simple superposit io n des
m e s u res réalisées sous un ciel et un soleil
artificiels permet d’obtenir les résultats pour
des conditions de ciel ensoleillé.
M ODÈ LES RÉD UIT S
Le Centre
Scientifique et Technique de la Construction
(CSTC) dispose d’installations de mesure de
l’éclairage naturel sur modèles réduits à sa
station expérimentale de Limelette. Il propose
deux types de ciels ayant des objectifs différents.
//
Le premier est un ciel à miroirs ou Mirror
Box qui se compose d'une enceinte revêtue
de miroirs très réfléchissants et d'un plafond
lumineux constitué de tubes fluore s c e n t s
m as qués p ar u n ma té riau d iffu san t. La
Mirror Box qui simule un ciel couvert a l’avantage d'être très didactique et permet d'étudier
des modèles relativement grands tout en limitant la durée des mesures et donc le coût.
Le second ciel est un ciel de type dôme
qui permet de simuler tout type de ciel. Il se
compose d’une source lumineuse et d’une
table tournante sur laquelle est positionnée la
maquette. La source lumineuse modélisant le
ciel est fixe et ne simule qu’une partie de
lavoûte céleste (1/145 e). Le dôme complet
est reconst itué via 145 angles de vues
d i ff é rents qui sont réalisés via un système de
double rotation (deux axes ort h o g o n a u x ) .
L ' é c l a i rement intérieu r est ainsi calculé
en pondérant et en superposant les résultat s obtenus à partir des 145 mesures.
Une fois ces mesures réalisées, toute combin aison de ciel peut être interpolée. Les
mesures sont automatisées ainsi que la superposition des résultats. Il suffit donc d’un tour
complet de 145 rotations pour caractériser
l ’ é c l a i rement du modèle, quelle que soit
l'heure ou le type de ciel choisis.
Le sol eil ar t i f i c i e l s e com pose d e
91 lampes halogènes fi xées au plafond.
Le mouvement relatif du soleil est réalisé par
la rotation de la maquette autour des deux
axes de rotation. L’observation de l’effet induit
par le soleil est directe. Elle doit cependant
être superposée aux valeurs obtenues lors des
m e s u res sous ciel diffus, afin de refléter la
réalité obtenue par combinaison du ciel clair
avec le soleil. Les modèles sont fixés sur le
plateau tournant via un système d’attaches
réglables en fonction de la taille du modèle.
Une fois le modèle installé, il est correctement
orienté et positionné par rapport à la référence
donnant le sud géographique.
Ces installations permettent ainsi de visualiser, de manière simple, dès le stade de la
conception, l’effet de la lumière naturelle sur
le bâtiment et sur le confort visuel. C’est un
outil except ionne l, uni que en Belgiq ue,
élaboré avec le soutien des régions et mis à la
disposition des concepteurs et des architectes
pour une meilleure con naissance et une
m e i l l e u re prédiction de l’éclairage nature l
dans les bâtiments.
MA GA L I B O D AR T E T AR N A UD D EN E Y E R
Magali Bodart est docteur-ingénieur; elle travaille au sein du groupe de
re c h e rche ‘Arc h i t e c t u re et Climat’ de l’UCL. Arnaud Deneyer est
Ingénieur-architecte; il travaille au CSTC.
CSTC
Avenue P. Holoffe 21, B-1342 Limelette
TEL 02 655 77 11 HTTP:// w w w. w t c b - l i c h t . b e