Grandeurs photométriques

Dans le domaine de physique qui traite de la mesure des grandeurs liées aux rayons lumineux, les chercheurs spécialisés considèrent qu’il existe quatre gardeurs photométriques principaux qui sont : (i) l’éclairement (ii) la luminance (ii) le flux lumineux (iv) et l’intensité lumineuse, comme l’illustre la figure 2_2.

Figure 2–2: Représentation de l’éclairement, de la luminance et de l’intensité la luminance (Liébard et De Herde 2005)

2.6.1.1. Eclairement

En fait, l'éclairement d'une surface est un indice d’évaluation du confort lumineux, il est défini comme le rapport du flux lumineux total reçu par une surface (Mardaljevic 2012), voir la figure 2_2. C’est le flux lumineux total incident sur une surface par une surface éclairée (Köster 2013) . Cette définition, référencée sur la surface éclairée et le flux lumineux sur toute la gamme des longueurs des ondes lumineuses, est indépendante du type et des caractéristiques de la (des) source (s) lumineuse (s). L'éclairement est ainsi utilisé pour construire une métrique locale et à court terme par l’évaluation de la quantité de la lumière avec un critère à un seul (tailed), comme l’attestent Carlucci, Causone, et al. (2015). Par ailleurs, les aspects quantitatifs de la lumière sont fortement liés avec la photométrie (Kottas, 2013). D’après Liébard et De Herde (2005), l'éclairement dépend de quatre (4) exigences, qui sont : (i) l'intensité de la lumière, (ii) la source lumineuse, (iii) la distance entre la source et la surface éclairée, et (iv) l’inclinaison de la surface éclairée par rapport aux rayons lumineux.

L’unité de l’éclairement est le lux, équivalent à 1 lumen par mètre carré. L’éclairement a été défini également comme « une grandeur très difficilement perceptible par l'œil humain » (Liébard et De Herde 2005), c'est une mesure de l'intensité de la lumière incidente, de la longueur d'onde pondérée par la sensibilité de l'œil pour corréler avec la perception de la luminosité humaine (Mardaljevic 2012).

Chapitre 2 : Lumière naturelle et confort lumineux

De leurs coté, Carlucci, Causone, et al. (2015) confirment qu’ils existe plusieurs seuils d'éclairement optimal qui sont proposés par les chercheurs pour les différentes typologies de bâtiments et les différents types d’utilisation des espaces architecturaux (Carlucci, Causone, et al. 2015). Dans une utilisation de bureau typique, la plupart des auteurs suggèrent une valeur de référence de 500 lux évaluée sur le plan de travail, comme l’indiquent Lee and Selkowitz (2006) et Tzempelikos et Athienitis (2007), tandis que d'autres considèrent que le 425 lux est suffisante selon Franzetti, Fraisse et Achard (2004), ou même 300 lux selon (David et al. (2011). D’autre part, ces valeurs d’éclairement sont optimales pour les milieux d’habitations pour certaines taches comme la lecture, de se barder, regardez le TV, travailler sur ordinateur, tablette, portable…etc. Par contre, on peut les considérer comme des valeurs inconfortables dans certaines tâches comme dormir, ou se reposer…etc., où l’habitant a besoin d’occulter son séjour de l’environnement extérieur afin de rendre un environnement intérieur sombre pour qu’il soit dans un état confortable.

2.6.1.2. Luminance

En fait, la luminance est généralement définie comme la grandeur qui indique le flux d’une source lumineuse qui se propage dans une direction précise divisée par la surface de cette source dans cette même direction (Kottas 2013), figure 2_2. D’autre part, la luminance nous permet d’évaluer l’éblouissement parce qu’elle est un outil de quantification de l’impression acquise par les yeux d’un habitant qui regarde une source lumineuse ou une surface éclairée d’une manière directe et dans une certaine direction (Narboni 2006). À ce titre, Mardaljevic (2012) assure qu’elle décrit la quantité de lumière qui traverse ou qui est émise dans une zone particulière et tombe dans un angle solide donné (Mardaljevic 2012). La luminance d’une surface dépend de la nature de la surface et des conditions atmosphériques (Narboni 2006). Pa ailleurs, il est à noter que la luminance varie selon la position de l’observateur (l’habitant). Elle s’exprime en candelas par mètre carré comme le montre la figure 2_3.

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Figure 2–3: Cartographie de la luminance (Hirning, Lim et Reimann 2016)

D’autre part, Suk, Schiler et Kensek (2013) signalent que l'identification de la valeur de luminance absolue optimale des sources d'éblouissement est considérée comme la problématique la plus critique lors de la tentative de fixation d'une valeur supérieure limite du facteur d'éblouissement pour une scène d'éblouissement particulière (Suk, Schiler et Kensek 2013).

D’après Carlucci, Causone, et al. (2015), il n'existe aucun accord général sur ces valeurs limites supérieures, d’où:

 Dubois (2001) a proposé que la zone optimale varie seulement entre 500 et 2000 cd/m², sachant que cette zone peut doubler si la source d'éblouissement est la lumière naturelle. (Dubois 2001)

 Wienold et Christoffersen (2006) ont proposé les valeurs 2000, 4000 et 6000 cd/m² respectivement comme seuils pour les zones «acceptable», «juste inconfortable» et

«éblouissement intolérable». (Wienold et Christoffersen 2006)

 Suk, Schiler et Kensek (2013) ont proposé également les valeurs 3200, 5600 et 10000 cd/m², respectivement pour les mêmes trois catégories «acceptable», «juste inconfortable» et «éblouissement intolérable». (Suk, Schiler et Kensek 2013)

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2.6.1.3. Flux lumineux

Le flux lumineux est défini par Köster (2013) comme la puissance rayonnée émise par une source lumineuse ou l'incidence de la puissance rayonnée sur une surface (Köster 2013).

Dans les espaces d’habitation, généralement les sources lumineuses sont les lampes et le soleil ou les surfaces réfléchissantes intérieures (parois, plafond, table...etc.), ou extérieures (bâtiment, la terre, dispositif extérieur de la fenêtre…etc.). D’autre part, Kottas (2013) certifie que « cette grandeur est mesurée en lumen (lm) qui peut être défini comme le flux émis dans un stéradian par un point de lumière, qui émet uniformément une lumière dans toutes les directions dans l’espace » (Kottas 2013).

2.6.1.4. Intensité lumineuse

L’intensité lumineuse peut être définie comme le flux lumineux directionnel d'une source lumineuse (Köster 2013), voir la figure 2_4. De même, Liébard et De Herde (2005) ont défini également ce terme comme l’émission du flux lumineux dans une direction précise dans l’espace par unité d’angle solide (Liébard et De Herde 2005). D’autre part, l’intensité lumineuse est utilisée généralement pour les calculs de l’éclairement ponctuel d’un point dans l’espace, sachant qu’elle s’exprime en candelas. En outre, Narboni (2006) signale qu’elle quantifie le faisceau de lumière naturelle ou artificielle émis, complémentaire de la direction d’émission. Selon le même auteur, l’intensité lumineuse est définie comme : « le quotient entre le flux lumineux élémentaire abandonnant la source et l’angle solide élémentaire dans lequel il se propage ».

Figure 2–4: Représentation de l’intensité lumineuse (Liébard et De Herde 2005)

Chapitre 2 : Lumière naturelle et confort lumineux