Propagation de la lumière par réflexions spéculaires

À partir de la configuration comportant des surfaces diffuses claires, des miroirs ont été ajoutés sur les murs. Les deux cas présentés à la Figure 3.9 comportent des matériaux de mur réfléchissant de manière spéculaire.

Quart supérieur des murs miroirs

Pour le premier des deux cas, le quart supérieur des murs est recouvert de miroir. Les miroirs ont été placés volontairement en partie supérieure du puits de jour, car il s’agit de la partie des murs la plus importante. En effet, pour parvenir au fond du puits de jour, le flux lumineux est contraint de passer par le haut. Ce sont ces premières surfaces que la lumière a alors la plus grande chance de rencontrer. En couvrant ces surfaces de miroirs, la direction de réflexion du flux lumineux direct provenant du ciel ou du Soleil se produit uniquement vers l’intérieur du puits de jour. Avec des surfaces réfléchissant de manière diffuse, une partie importante de ce flux lumineux réfléchi est renvoyée à l’extérieur du puits de jour.

Avec seulement le quart supérieur recouvert de miroirs, on observe une amélioration considérable de tous les indicateurs. Les jours aveugles sont considérablement réduits, passant de 154 à 33 jours, le DA100 et le Emoy sont doublés.

Totalité des murs miroirs

Pour le deuxième cas de la Figure 3.9, la totalité des murs du puits de jour est couverte de miroirs. Dans cette configuration, le flux lumineux entrant est assuré d’être réfléchi dans la direction verticale depuis la partie supérieure vers le fond du puits de jour.

Si l’on compare cette configuration au cas avec celle comportant les surfaces diffuses claires, les indicateurs changent d’ordre de grandeur : pour la pièce du rez-de-chaussée, il n’y a plus aucun jour aveugle durant l’année, les DA100 sont supérieurs à 9h par jour contre moins de 3h par jour dans le cas avec des surfaces diffuses claires et l’éclairement moyen passe de 75 lux à 343 lux. Les écarts de condition d’éclairement entre les étages supérieurs et les étages inférieurs sont considérablement diminués.

Ces résultats obtenus par la mise en place de miroirs dans le puits de jour mettent une nouvelle fois en relief le fort potentiel d’amélioration que constitue la modification des caractéristiques des surfaces. L’apport de surfaces permettant des réflexions spéculaires permettent d’améliorer

Pour différentes raisons, la mise en place de ce type de surface n’est pas toujours envisageable : coût d’installation, contraintes architecturales... À noter que même si des quantités suffisantes de lumière parviennent aux étages les plus bas durant la période hivernale, un net déséquilibre des quantités de lumière perçue est également observé entre les différentes saisons comme c’est le cas pour les configurations avec des surfaces diffuses.

Haut miroir

+ Surfaces claires ^{Murs miroirs}

Murs : Sol : Miroirs : ρd = 85% ρd = 60% ρr = 90% Murs : Sol : Miroirs : ρd = 85% ρd = 60% ρr = 90% DA100 [h/jour] Performances au RdC : E >100lx <100lx DA100 Emoy. BD 5h37 146 lx 33 j DA100 Emoy. BD 9h12 343 lx 0 j

Figure 3.9 : Répartition des DA100 dans les différents étages et détails des performances du rez-de-chaussée pour les différentes variantes de puits de jour avec des murs miroirs.

Dec21 Jun21 Dec21

6 12 18

Dec21 Jun21 Dec21

6 12 18

Dec21 Jun21 Dec21

6 12 18

Dec21 Jun21 Dec21 6 12 18

Visualisation du flux de lumière dans le puits de jour

La Figure 3.10 représente les éclairements obtenus dans la totalité de la scène lors d’une journée ensoleillée de novembre à midi. Les rayons du soleil viennent heurter la partie supérieure du mur du puits de jour orienté vers le Sud. Les inter-réflexions spéculaires sont nettement visibles dans la configuration des murs miroirs.

Concernant les différences d’éclairements reçus dans les espaces intérieurs, une remarque peut être faites concernant les étages supérieurs. Lorsque la lumière du soleil est réfléchie de manière diffuse dans toutes les directions, une partie pénètre à chaque fois dans les espaces intérieurs des étages supérieurs peu importe la direction des rayons du soleil. Lorsque la lumière du soleil est réfléchie de manière spéculaire, il faut que les ouvertures se situe dans la direction de réflexion pour que cette lumière parvienne dans les espaces intérieurs. Si ce n’est pas le cas, la lumière du soleil est redirigée plus bas et contribue à l’éclairement des espaces inférieurs. C’est la raison pour laquelle les étages supérieurs reçoivent moins de lumière avec les murs miroirs dans le cas présenté.

Surfaces claires Murs miroirs

Inter-réflexions diffuses Inter-réflexions spéculaires

E [lux]

Figure 3.10 : Éclairements reçues au midi solaire, un jour ensoleillé de novembre. À gauche : surfaces

diffuses claires ; à droite : murs miroirs.

Problèmes de surplus de lumière en partie supérieure

Avec des miroirs et des matériaux réfléchissants, le problème de l’éblouissement dû à des quantités excessives de lumière se pose. Dans la figure 3.11, les risques d’éblouissement selon

plus touché puisqu’il est le plus exposé, les valeurs du DAmax,2000 sont très faibles dans les 3 cas. Le passage à des miroirs ou à des murs réfléchissants blancs n’augmente que légèrement le risque d’éblouissement par rapport aux murs sombres. Dans les étages inférieurs, le passage aux miroirs n’a qu’un faible impact dans la zone très proche des ouvertures. À ces étages, le DAmax,2000 n’est même pas la moitié du niveau du dernier étage sans miroirs.

DAmax,2000 [%] DAmax,2000 [%] 3e étage 2% 3% 5% 2e étage 0% 0% 2% 1er étage 0% 0% 1% RdC 0% 0% 0%

Figure 3.11 : Répartition des DAmax,2000 dans trois configurations : à gauche, surfaces sombres diffuses ; au milieu, surfaces claires diffuses ; à droite, murs miroir.