L'éclairage est fourni dans les intérieurs afin de satisfaire aux exigences suivantes :

• pour aider à fournir un environnement de travail sûr
• pour aider à l'exécution de tâches visuelles
• développer un environnement visuel approprié.

La mise à disposition d'un environnement de travail sûr doit figurer en tête de liste des priorités et, en général, la sécurité est accrue en rendant les dangers clairement visibles. L'ordre de priorité des deux autres exigences dépendra dans une large mesure de l'usage auquel l'intérieur est destiné. Les performances des tâches peuvent être améliorées en veillant à ce que les détails des tâches soient plus faciles à voir, tandis que des environnements visuels appropriés sont développés en faisant varier l'accentuation de l'éclairage donnée aux objets et aux surfaces dans un intérieur.

Notre sentiment général de bien-être, incluant le moral et la fatigue, est influencé par la lumière et la couleur. Sous de faibles niveaux d'éclairage, les objets auraient peu ou pas de couleur ou de forme et il y aurait une perte de perspective. Inversement, un excès de lumière peut être tout aussi indésirable qu'un manque de lumière.

En général, les gens préfèrent une pièce avec lumière du jour à une pièce sans fenêtre. De plus, le contact avec le monde extérieur est considéré comme favorisant le sentiment de bien-être. L'introduction de commandes d'éclairage automatiques, associées à la gradation à haute fréquence des lampes fluorescentes, a permis de doter les intérieurs d'une combinaison contrôlée de lumière du jour et de lumière artificielle. Cela a l'avantage supplémentaire d'économiser sur les coûts énergétiques.

La perception du caractère d'un intérieur est influencée à la fois par la luminosité et la couleur des surfaces visibles, tant intérieures qu'extérieures. Les conditions générales d'éclairage à l'intérieur d'un intérieur peuvent être obtenues en utilisant la lumière du jour ou un éclairage artificiel, ou plus probablement par une combinaison des deux.

Évaluation de l'éclairage

Exigences générales

Les systèmes d'éclairage utilisés dans les intérieurs commerciaux peuvent être subdivisés en trois grandes catégories : éclairage général, éclairage localisé et éclairage local.

Les installations d'éclairage général fournissent typiquement un éclairement sensiblement uniforme sur l'ensemble du plan de travail. De tels systèmes sont souvent basés sur la méthode de conception lumen, où un éclairement moyen est :

Éclairement moyen (lux) =

Les systèmes d'éclairage localisé fournissent un éclairement sur les zones de travail générales avec un niveau d'éclairement réduit simultané dans les zones adjacentes.

Les systèmes d'éclairage locaux fournissent un éclairement pour des zones relativement petites incorporant des tâches visuelles. De tels systèmes sont normalement complétés par un niveau spécifié d'éclairage général. La figure 1 illustre les différences typiques entre les systèmes décrits.

Figure 1. Systèmes d'éclairage

Lorsque des tâches visuelles doivent être exécutées, il est essentiel d'atteindre un niveau d'éclairement requis et de tenir compte des circonstances qui influencent sa qualité.

L'utilisation de la lumière du jour pour éclairer les tâches présente à la fois des avantages et des limites. Les fenêtres laissant entrer la lumière du jour dans un intérieur fournissent une bonne modélisation tridimensionnelle, et bien que la distribution spectrale de la lumière du jour varie tout au long de la journée, son rendu des couleurs est généralement considéré comme excellent.

Cependant, un éclairement constant sur une tâche ne peut pas être fourni uniquement par la lumière naturelle du jour, en raison de sa grande variabilité, et si la tâche se trouve dans le même champ de vision qu'un ciel lumineux, un éblouissement est susceptible de se produire, ce qui nuit à l'exécution de la tâche. . L'utilisation de la lumière du jour pour l'éclairement des tâches n'a qu'un succès partiel, et l'éclairage artificiel, sur lequel un plus grand contrôle peut être exercé, a un rôle majeur à jouer.

Étant donné que l'œil humain ne percevra les surfaces et les objets qu'à travers la lumière qui en est réfléchie, il s'ensuit que les caractéristiques de surface et les valeurs de réflectance ainsi que la quantité et la qualité de la lumière influenceront l'apparence de l'environnement.

Lors de l'examen de l'éclairage d'un intérieur, il est essentiel de déterminer la éclairement niveau et de le comparer aux niveaux recommandés pour différentes tâches (voir tableau 1).

Tableau 1. Niveaux typiques recommandés d'éclairement maintenu pour différents emplacements ou tâches visuelles

Eclairage pour tâches visuelles

La capacité de l'œil à discerner les détails...acuité visuelle— est fortement influencé par la taille de la tâche, le contraste et les performances visuelles du spectateur. L'augmentation de la quantité et de la qualité de l'éclairage améliorera également considérablement performances visuelles. L'effet de l'éclairage sur la performance des tâches est influencé par la taille des détails critiques de la tâche et par le contraste entre la tâche et l'arrière-plan environnant. La figure 2 montre les effets de l'éclairement sur l'acuité visuelle. Lors de l'examen de l'éclairage visuel de la tâche, il est important de prendre en compte la capacité de l'œil à effectuer la tâche visuelle avec rapidité et précision. Cette combinaison est connue sous le nom de performances visuelles. La figure 3 donne les effets typiques de l'éclairement sur les performances visuelles d'une tâche donnée.

Figure 2. Relation typique entre l'acuité visuelle et l'éclairement

Figure 3. Relation typique entre la performance visuelle et l'éclairement

La prédiction de l'éclairement atteignant une surface de travail est d'une importance primordiale dans la conception de l'éclairage. Cependant, le système visuel humain réagit à la distribution de la luminance dans le champ de vision. La scène dans un champ visuel est interprétée en faisant la différence entre la couleur de surface, la réflectance et l'illumination. La luminance dépend à la fois de l'éclairement et de la réflectance d'une surface. L'éclairement et la luminance sont des quantités objectives. La réponse à la luminosité, cependant, est subjective.

Afin de produire un environnement offrant satisfaction visuelle, confort et performance, les luminances dans le champ de vision doivent être équilibrées. Idéalement, les luminances entourant une tâche devraient diminuer progressivement, évitant ainsi les contrastes trop durs. La variation suggérée de la luminance sur une tâche est illustrée à la figure 4.

Figure 4. Variation de la luminance sur une tâche

La méthode lumen de conception d'éclairage conduit à un éclairement plan horizontal moyen sur le plan de travail, et il est possible d'utiliser la méthode pour établir des valeurs d'éclairement moyennes sur les murs et les plafonds d'un intérieur. Il est possible de convertir des valeurs d'éclairement moyennes en valeurs de luminance moyennes à partir des détails de la valeur de réflexion moyenne des surfaces de la pièce.

L'équation reliant la luminance et l'éclairement est : 

Figure 5. Valeurs d'éclairement relatif typiques et valeurs de réflectance suggérées

La figure 5 montre un bureau typique avec des valeurs d'éclairement relatives (à partir d'un système d'éclairage général au plafond) sur les surfaces de la pièce principale ainsi que des réflectances suggérées. L'œil humain a tendance à être attiré par la partie de la scène visuelle qui est la plus brillante. Il s'ensuit que des valeurs de luminance plus élevées se produisent généralement dans une zone de tâche visuelle. L'œil reconnaît les détails d'une tâche visuelle en faisant la distinction entre les parties les plus claires et les plus sombres de la tâche. La variation de luminosité d'une tâche visuelle est déterminée à partir du calcul de la contraste de luminance:

De

L_t = Luminance de la tâche

L_b = Luminance du fond

et les deux luminances sont mesurées en cd·m^-2

Les lignes verticales dans cette équation signifient que toutes les valeurs de contraste de luminance doivent être considérées comme positives.

Le contraste d'une tâche visuelle sera influencé par les propriétés de réflectance de la tâche elle-même. Voir figure 5.

Contrôle optique de l'éclairage

Si une lampe nue est utilisée dans un luminaire, il est peu probable que la distribution de la lumière soit acceptable et le système sera presque certainement non économique. Dans de telles situations, la lampe nue est susceptible d'être une source d'éblouissement pour les occupants de la pièce, et bien qu'une certaine lumière puisse éventuellement atteindre le plan de travail, l'efficacité de l'installation est susceptible d'être sérieusement réduite en raison de l'éblouissement.

Il sera évident qu'une certaine forme de contrôle de la lumière est nécessaire, et les procédés les plus fréquemment employés sont détaillés ci-dessous.

Obstruction

Si une lampe est installée dans une enceinte opaque avec une seule ouverture pour que la lumière s'échappe, la distribution de la lumière sera très limitée, comme le montre la figure 6.

Figure 6. Contrôle de sortie d'éclairage par obstruction

Réflexion

Cette méthode utilise des surfaces réfléchissantes, qui peuvent varier d'une finition très mate à une finition très spéculaire ou semblable à un miroir. Cette méthode de contrôle est plus efficace que l'obstruction, car la lumière parasite est collectée et redirigée là où elle est nécessaire. Le principe mis en jeu est illustré à la figure 7.

Figure 7. Contrôle du flux lumineux par réflexion

La diffusion

Si une lampe est installée dans un matériau translucide, la taille apparente de la source lumineuse est augmentée avec une réduction simultanée de sa luminosité. Les diffuseurs pratiques absorbent malheureusement une partie de la lumière émise, ce qui réduit par conséquent l'efficacité globale du luminaire. La figure 8 illustre le principe de diffusion.

Figure 8. Contrôle du flux lumineux par diffusion

Réfraction

Cette méthode utilise l'effet "prisme", où généralement un matériau de prisme en verre ou en plastique "plie" les rayons de lumière et, ce faisant, redirige la lumière là où elle est nécessaire. Cette méthode convient parfaitement à l'éclairage intérieur général. Il a l'avantage de combiner un bon contrôle de l'éblouissement avec une efficacité acceptable. La figure 9 montre comment la réfraction aide au contrôle optique.

Dans de nombreux cas, un luminaire utilisera une combinaison des méthodes de contrôle optique décrites.

Figure 9. Contrôle du flux lumineux par réfraction

Répartition de la luminance

La distribution de la sortie lumineuse d'un luminaire est importante pour déterminer les conditions visuelles rencontrées par la suite. Chacune des quatre méthodes de contrôle optique décrites produira différentes propriétés de distribution de la sortie lumineuse du luminaire.

Reflets voilants se produisent souvent dans les zones où des écrans de visualisation sont installés. Les symptômes habituels rencontrés dans de telles situations sont une capacité réduite à lire correctement le texte sur un écran en raison de l'apparition d'images indésirables à haute luminance sur l'écran lui-même, généralement à partir de luminaires suspendus. Une situation peut se développer où des reflets voilants apparaissent également sur du papier sur un bureau dans un intérieur.

Si les luminaires d'un intérieur ont une forte composante verticale descendante du flux lumineux, alors tout papier sur un bureau sous un tel luminaire reflétera la source lumineuse dans les yeux d'un observateur qui lit ou travaille sur le papier. Si le papier a une finition brillante, la situation est aggravée.

La solution au problème est de s'arranger pour que les luminaires utilisés aient une distribution de sortie lumineuse qui est principalement à un angle par rapport à la verticale vers le bas, de sorte que, selon les lois fondamentales de la physique (angle d'incidence = angle de réflexion), l'éblouissement réfléchi soit être minimisé. La figure 10 montre un exemple typique du problème et du remède. La distribution de la puissance lumineuse du luminaire utilisé pour surmonter le problème est appelée distribution des ailes de chauve-souris.

Figure 10. Réflexions voilées

La répartition de la lumière des luminaires peut également conduire à éblouissement direct, et pour tenter de surmonter ce problème, les unités d'éclairage locales doivent être installées en dehors de «l'angle interdit» de 45 degrés, comme illustré à la figure 11.

Figure 11. Représentation schématique de l'angle interdit

Conditions d'éclairage optimales pour le confort visuel et la performance

Il convient, lors de l'étude des conditions d'éclairage pour le confort visuel et les performances, de prendre en compte les facteurs affectant la capacité à voir les détails. Celles-ci peuvent être subdivisées en deux catégories : les caractéristiques de l'observateur et les caractéristiques de la tâche.

Caractéristiques de l'observateur.

Il s'agit notamment de:

• sensibilité du système visuel de l'individu à la taille, au contraste, au temps d'exposition
• caractéristiques d'adaptation transitoire
• sensibilité à l'éblouissement
• âge
• caractéristiques motivationnelles et psychologiques.

Caractéristiques de la tâche.

Il s'agit notamment de:

• configuration de détail
• contraste de détail/arrière-plan
• luminance de fond
• spécularité du détail.

En ce qui concerne les tâches particulières, il convient de répondre aux questions suivantes :

• Les détails de la tâche sont-ils faciles à voir ?
• La tâche est-elle susceptible d'être entreprise pendant de longues périodes ?
• Si des erreurs résultent de l'exécution de la tâche, les conséquences sont-elles considérées comme graves ?

Afin de produire des conditions d'éclairage optimales sur le lieu de travail, il est important de tenir compte des exigences imposées à l'installation d'éclairage. Idéalement, l'éclairage de tâche devrait révéler la couleur, la taille, le relief et les qualités de surface d'une tâche tout en évitant simultanément la création d'ombres, d'éblouissements et d'environnements « durs » potentiellement dangereux pour la tâche elle-même.

Éblouissement.

L'éblouissement se produit lorsqu'il y a une luminance excessive dans le champ de vision. Les effets de l'éblouissement sur la vision peuvent être divisés en deux groupes, appelés éblouissement handicapé ainsi que éblouissement inconfort.

Prenons l'exemple de l'éblouissement des phares d'un véhicule venant en sens inverse pendant l'obscurité. L'œil ne peut pas s'adapter simultanément aux phares du véhicule et à la luminosité beaucoup plus faible de la route. Il s'agit d'un exemple d'éblouissement handicapant, puisque les sources lumineuses à haute luminance produisent un effet handicapant dû à la diffusion de la lumière dans les supports optiques. L'éblouissement du handicap est proportionnel à l'intensité de la source de lumière incriminée.

L'éblouissement d'inconfort, qui est plus susceptible de se produire dans les intérieurs, peut être réduit ou même totalement éliminé en réduisant le contraste entre la tâche et son environnement. Les finitions mates à réflexion diffuse sur les surfaces de travail doivent être préférées aux finitions brillantes ou à réflexion spéculaire, et la position de toute source de lumière incriminée doit être en dehors du champ de vision normal. En général, une performance visuelle réussie se produit lorsque la tâche elle-même est plus lumineuse que son environnement immédiat, mais pas excessivement.

L'ampleur de l'éblouissement d'inconfort reçoit une valeur numérique et est comparée à des valeurs de référence afin de prédire si le niveau d'éblouissement d'inconfort sera acceptable. La méthode de calcul des valeurs de l'indice d'éblouissement utilisée au Royaume-Uni et ailleurs est examinée sous « Mesure ».

Mesure

Etudes d'éclairage

Une technique d'enquête souvent utilisée repose sur une grille de points de mesure sur l'ensemble de la zone considérée. La base de cette technique est de diviser l'ensemble de l'intérieur en un certain nombre de zones égales, chacune idéalement carrée. L'éclairement au centre de chacune des zones est mesuré à la hauteur du bureau (généralement 0.85 mètre au-dessus du niveau du sol) et une valeur moyenne d'éclairement est calculée. La précision de la valeur de l'éclairement moyen est influencée par le nombre de points de mesure utilisés.

Il existe une relation qui permet au minimum nombre de points de mesure à calculer à partir de la valeur de index des chambres applicable à l'intérieur considéré.

Ici, la longueur et la largeur font référence aux dimensions de la pièce et la hauteur de montage est la distance verticale entre le centre de la source lumineuse et le plan de travail.

La relation évoquée est donnée par :

Nombre minimal de points de mesure = (x + 2)²

où "x” est la valeur de l'indice de pièce ramenée au nombre entier immédiatement supérieur, sauf que pour toutes les valeurs de RI égal ou supérieur à 3, x est pris égal à 4. Cette équation donne le nombre minimum de points de mesure, mais les conditions nécessitent souvent plus que ce nombre minimum de points à utiliser.

Lors de l'examen de l'éclairage d'une zone de travail et de son environnement immédiat, la variation de l'éclairement ou uniformité d'éclairement doit être pris en compte.

Sur toute zone de travail et son environnement immédiat, l'uniformité ne doit pas être inférieure à 0.8.

Dans de nombreux lieux de travail, il n'est pas nécessaire d'éclairer toutes les zones au même niveau. L'éclairage localisé ou local peut fournir un certain degré d'économie d'énergie, mais quel que soit le système utilisé, la variation d'éclairement à travers un intérieur ne doit pas être excessive.

Les culturelle d'éclairement s'exprime par :

En tout point de la zone principale de l'intérieur, la diversité d'éclairement ne doit pas dépasser 5:1.

Les instruments utilisés pour mesurer l'éclairement et la luminance ont généralement des réponses spectrales qui varient de la réponse du système visuel humain. Les réponses sont corrigées, souvent par l'utilisation de filtres. Lorsque des filtres sont incorporés, les instruments sont appelés couleur corrigée.

Les mesureurs d'éclairement ont une autre correction appliquée qui compense la direction de la lumière incidente tombant sur la cellule du détecteur. Les instruments capables de mesurer avec précision l'éclairement à partir de différentes directions de la lumière incidente sont dits cosinus corrigé.

Mesure de l'indice d'éblouissement

Le système fréquemment utilisé au Royaume-Uni, avec des variantes ailleurs, est essentiellement un processus en deux étapes. La première étape établit un indice d'éblouissement non corrigé valeur (UGI). La figure 12 en donne un exemple.

Figure 12. Vues en élévation et en plan d'un intérieur typique utilisé dans l'exemple

La hauteur H est la distance verticale entre le centre de la source lumineuse et le niveau des yeux d'un observateur assis, qui est normalement prise à 1.2 mètre au-dessus du niveau du sol. Les dimensions principales de la pièce sont ensuite converties en multiples de H. Ainsi, puisque H = 3.0 mètres, alors longueur = 4H et largeur = 3H. Quatre calculs distincts d'UGI doivent être effectués afin de déterminer le scénario le plus défavorable conformément aux schémas illustrés à la figure 13.

Figure 13. Combinaisons possibles d'orientation du luminaire et de direction d'observation dans l'intérieur considéré dans l'exemple

Des tableaux sont produits par les fabricants d'équipements d'éclairage qui spécifient, pour des valeurs données de réflectance du tissu dans une pièce, des valeurs d'indice d'éblouissement non corrigé pour chaque combinaison de valeurs de X et Y.

La deuxième étape du processus consiste à appliquer des facteurs de correction aux valeurs UGI en fonction des valeurs du flux de sortie de la lampe et de l'écart de la valeur de la hauteur (H).

La valeur finale de l'indice d'éblouissement est ensuite comparée à la valeur de l'indice d'éblouissement limite pour des intérieurs spécifiques, donnée dans des références telles que le code CIBSE pour l'éclairage intérieur (1994).

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