III- Les types de réflexions

-Figure 32 : L’angle d’incidence- (Source : L’auteur)

-Figure 33 : Pourcentage du rayonnement intercepté par une paroi en fonction de l’angle d’incidence- (Source : Guide de l'énergie solaire passive. Mazria) :

IV-II- La réflexion du flux solaire par une paroi :

-La quantité et la direction de la lumière réfléchie dépendent de la texture

-La couleur de la lumière réfléchie dépend de:

- la couleur de la lumière incidente - la texture de la surface - la couleur de la surface -Figure 34 : La réflexion du flux solaire-

(Source : l’auteur)

Le flux solaire incident sur une surface est, à son tour, réfléchi, absorbé et transmis, suivant les caractéristiques de surface de la paroi.

Le flux solaire réfléchi dépend du facteur de réflexion solaire de la surface ou du matériau de la paroi, son albédo. Il est essentiellement lié à la couleur ; le noir ne réfléchit rien, le blanc réfléchit tout. Le flux solaire réfléchi est perdu pour la paroi considérée.

IV-III- Les types de réflexions :

surface est mate, la réflexion est diffuse, identique dans toutes les directions. Si la surface est polie, la réflexion est spéculaire, dans une direction symétrique à la direction incidente.

-Figure 35 : Deux types de réflexion- (Source : Guide de l'énergie solaire passive. Mazria) :

Entre la réflexion spéculaire (aussi appelée régulière) et la réflexion parfaitement diffuse, il existe des cas intermédiaires. Il s'agit des matériaux qui dispersent la lumière de manière étroite, plus large ou complexe. (Voir figures suivantes)14.

Figure 36 : Réflexion diffuse étroite Figure 37 : Réflexion diffuse large Figure 38 : Réflexion prismatique Complexe

Quelques exemples15 :

14,15 Dr BENZERZOUR Mohammed, 2006, (docteur en sciences de l’ingénieur option architecture et enseignant à l’école d’architecture de Nantes). Cours sur les matériaux et les surface.

surface polie REFLEXION SPECULAIRE surface mate REFLEXION DIFFUSE

a b

Figure 39: L’image exacte de la source -Figure 40 : L'image réfléchie n'est pas- Figure 41 : L'image réfléchie de la est reproduite visible du tout : on ne source correspond à un spot retrouve qu'un halo lumineux. de lumière brillant, dans lequel on ne peut pas retrouver la forme de la

source lumineuse

Figure 42 : La lumière est réfléchie Figure 43 : La lumière est réfléchie de manière de manière non uniforme aléatoire, selon une

intensité aléatoire.

a)- L’angle de dispersion :

Pour pouvoir classifier un matériau dans l’une de ces catégories il est nécessaire de connaître son angle de dispersion δ, comme le montre la figure ci-dessous :

-Figure 44 : L’angle de dispersion δ - (Source : Mohammed BENZERZOUR)16

16 Dr BENZERZOUR Mohammed, 2006, (docteur en sciences de l’ingénieur option architecture et enseignant à l’école d’architecture de Nantes). Cours sur les matériaux et les surface.

L'angle de dispersion, δ, d'un matériau, est l'angle compris entre la direction d'intensité lumineuse maximum (Imax) de la lumière réfléchie et la direction de l'intensité lumineuse de valeur Imax/2, quand la courbe d'intensité lumineuse peut être supposée comme symétrique autour de la direction de Imax (ce qui est typiquement le cas quand l'angle d'incidence vaut 0).

b)- Le facteur de réflexion lumineuse (Rho) :

Le facteur de réflexion lumineuse d'une surface est la quantité d'énergie lumineuse qu'elle réfléchit par rapport à celle qu'elle reçoit.

Ce facteur de réflexion, aussi appelé facteur ou coefficient de réflexion hémisphérique, peut être décomposé en facteur de réflexion régulière ou spéculaire (c'est-à-dire en accord avec les lois géométriques de l'optique) et facteur de réflexion diffuse :

Rho h= Rho r+ Rho d Par contre, le facteur d’absorption solaire d’une surface, détermine le flux solaire qu’elle absorbe . Dans le cas d'une paroi opaque, le coefficient d'absorption vaut 1- albédo ; le noir absorbe tout, le blanc n'absorbe rien.

Le rayonnement solaire absorbé par la paroi se transforme en chaleur et élève la température de surface de la paroi. La paroi échange alors avec son environnement suivant les trois modes fondamentaux d'échanges, par conduction à l'intérieur de la paroi, par convection avec l'air environnant et par rayonnement vers les parois voisines.

V- Les parois transparentes :

Le flux solaire transmis ne se produit qu'avec des parois transparentes, la lumière qui

rencontre un vitrage est transmise, absorbée et réfléchie, selon des proportions qui dépendent en grande partie du type de vitrage et de l’angle d’incidence du rayon solaire sur la vitre. D’une part, le choix du vitrage influence non seulement la lumière transmise mais aussi les gains solaires et les pertes de chaleur au travers de la fenêtre. (Figure 45)

-Figure 45 : Absorption, transmission et réflexion du flux solaire par le vitrage- (Source : http://audience.cerma.archi.fr)

TRANSPARENT

TRANSLUCIDE

reflexion _rayonnement^absorption et convection 85% 75% diffusion

soleil

D’autre part, les facteurs de transmission, d’absorption et reflexion des vitrages (dont la

somme est 1) varient avec l’angle d’incidence comme le montre la figure 46 ci-dessous

-Figure 46 : Le taux de transmission lumineuse en fonction de l’angle d’incidence- (Source : http://audience.cerma.archi.fr)

Généralement, on distingue pour les vitrages, les composantes directe et diffuse du flux solaire incident, leur appliquant des coefficients solaires différents, variable avec l'angle d'incidence pour le direct, constant et établi autour de la valeur moyenne pour le diffus. Les constructeurs donnent souvent les coefficients solaires des vitrages pour une incidence normale. ( Ou mentionne souvent le facteur solaire d'un vitrage)

Donc, la transmission lumineuse et énergétique d'un vitrage peut être caractérisée par trois paramètres :

-Le coefficient de conductivité thermique k (aussi appelé U),

-Le facteur solaire (FS ou g),

-Le coefficient de transmission lumineuse (Tl).

Pour ce qui est de la réflexion lumineuse d’un vitrage, celle-ci est caractérisée par : -Son coefficient de réflexion lumineuse (RI)

V-I- Le coefficient de conductivité thermique (K) (capacité à résister au transfert de chaleur

entre intérieur et extérieur) :

Le facteur k d'une fenêtre exprime la quantité de chaleur traversant celle-ci en régime permanent, par unité de temps, pour 1 mètre carré de surface et pour 1°C de différence de température entre l'intérieur et l'extérieur.

Le facteur k d'un vitrage dépend principalement: - du nombre de couches de verre,

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

angle d'incidence (degres)

taux de transmis sio n vitrage simple double vitrage

- du type de gaz qui remplit ces espaces

- et de la présence d'éventuelles couches déposées sur le verre.

-figure 47 : Influence de l’espace interstitiel sur le coefficient K - (Source : Mohammed BENZERZOUR)17

V-II- Le facteur solaire d'un vitrage (FS) :

Le second facteur caractérisant les performances solaires d'une fenêtre est sa capacité à contrôler le passage du rayonnement solaire au travers du vitrage. Il s'agit du facteur solaire du vitrage.

Quand un rayonnement solaire frappe un vitrage, une partie de celui-ci est réfléchie, une partie est transmise directement au travers du vitrage et une partie est absorbée par le vitrage. La partie absorbée par le vitrage est ensuite partagée en une partie qui est réémise par le vitrage vers l'intérieur et une partie réémise vers l'extérieur. (Figure 48).

17 Dr BENZERZOUR Mohammed, 2006, (docteur en sciences de l’ingénieur option architecture et enseignant à l’école d’architecture de Nantes). Cours sur les matériaux et les surface.

-Figure 48 : Le facteur solaire d’un vitrage- (Source : Mohammed BENZERZOUR)18

Le facteur solaire du vitrage est défini par la fraction du rayonnement solaire qui rentre à l'intérieur du bâtiment au travers de la fenêtre sur le rayonnement incident.