Investir dans l'éclairage des bureaux : des retombées pour les employés et pour l'environnement

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Solution constructive, 1997-12-01

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Investir dans l'éclairage des bureaux : des retombées pour les

employés et pour l'environnement

Veitch, J. A.; Newsham, G. R.

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p a r J.A . Ve itch e t G.R. Ne w sha m

L’industrie de l’éclairage avait grand besoin de moyens d’évaluation de la

qualité acceptés à grande échelle. Ce numéro de Solutions constructives

donne les premiers résultats d’un projet de recherche sur la qualité de

l’éclairage réalisé par l’Institut de recherche en construction du CNRC.

S o l u t i o n c o n s t r u c t i v e n

o

_{1 0}

Les bureaux ont subi maintes transformations au cou rs d es tren te d ern ières an n ées.

L’éclairage flu orescent, le plus répandu dans les bureaux depuis les années 1930, se composait essentiellement de rangées régulières de luminaires encastrés avec des lentilles en acrylique sur les lampes. Ce typ e d ’éclairage d irect d on n ait u n bon éclairage des murs et un très bon éclairage des surfaces horizontales. On pensait qu’il était important d’avoir des surfaces de travail claires pour

assurer la visibilité des tâches, préoccupation pleinement justifiée : il n’était pas rare que des employés passent chaque jour des heures à lire d es cop ies au carbon e d e troisièm e gén ération , ou d es n otes au crayon à p ein e lisibles.

Au jou rd ’h u i, la p lu p art d es em p loyés d e bu reau p assen t au m oin s u n e p artie d e la journée à travailler sur un ordinateur, ce qui a des répercussions importantes pour l’éclairage d es bu reau x. Au lieu d e lire u n e feu ille d e p ap ier p osée à p lat, ils lisen t su r u n écran d e verre vertical lu m in eu x. Les lu m in aires à d iffu seu r qu i d on n aien t u n bon éclairage h orizon tal son t sou d ain d even u s sou rces d e reflets indésirables sur les écrans (figure 1). Ces reflets peuvent réduire l’aptitude d ’u n e p erson n e à lire à l’écran , avec d es conséquences variant de gênantes à désas-treuses, selon le caractère critique de la tâche et l’importance du problème. Par exemple, les courtiers de la bourse ont besoin de lire avec p récision et rap id ité les p rix d es action s su r l’écran , et u n éblou issem en t trop p ron on cé p eu t en traîn er des inexactitudes coûteuses dans l’information qu ’ils com m u n i-qu en t à leu rs clien ts.

Recommandations fondées sur

un consensus

Les recom m an d ation s n ord -am éricain es d estin ées au x éclairagistes son t fou rn ies p ar l’Illu m in atin g En gin eerin g Society (IES) of North Am erica. La n orm e actu elle relative à

Investir dans l’éclairage des

bureaux : des retombées

pour les employés et pour

l’environnement

Figure 1.Les luminaires derrière l’employé assis produisent des reflets gênants sur l’écran de l’ordinateur.

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2

l’éclairage d es bu reau x est la IESNA RP-1 (1993), A m erican National Standard Practice

for Office Ligh tin g. Le tableau 1 d on n e u n

résu m é d e ces recom m an d ation s, qu i visen t à assu rer u n éclairage ad équ at d e la su rface d e travail p ou r la lectu re d e d ocu m en ts, tou t en réd u isan t le reflet su r les écran s d ’ord in a-teu r. Les lim ites d e rap p ort d e lu m in an ce on t p ou r bu t d ’em p êch er u n trop gran d con-traste en tre les zon es d ’om bre et d e lu m ière.

Les recom m an d ation s en m atière

d ’éclairage son t con n u es p ou r su ivre d ’assez loin les recherches publiées, et les publications d e rech erch e elles-m êm es son t con n u es p ou r leur médiocre qualité. Les recommandations rep résen ten t l’op in ion d ’éclairagistes exp éri-m en tés, éri-m ais elles n e p eu ven t garan tir qu e les con cep tion s qu i su iven t ces recom m an -dations répondront aux besoins des occupants, contribueront à leur performance, à leu r con fort, à leu r san té, et leu r d on n eron t satisfaction .

L’ad op tion d e cod es d e l’én ergie p ou r les bâtim en ts p ose u n p roblèm e su p p lém en taire pour l’éclairage des bureaux en imposant des lim ites à la qu an tité d ’électricité con sacrée à l’éclairage. La n orm e ASHRAE/ IESNA 90.1,

En ergy efficien t d esign of n ew bu ild in gs

ex cep t n ew low -rise resid en tial bu ild in gs, et

le Cod e n ation al d e l’én ergie p ou r les

bâti-m en ts, cod e m od èle, lim iten t tou s d eu x p ou r

les bureaux la densité de puissance électrique à en viron 14 W/ m2. Les n orm es et cod es d e l’én ergie récen ts on t fait ressu rgir la crain te qu ’u n e réd u ction d e l’én ergie con sacrée à l’éclairage se trad u ise p ar u n e m au vaise qualité de celui-ci. Cela avait été le cas durant la crise d e l’én ergie d es an n ées 1970, où la stratégie d ’écon om ie d om in an te avait été la réduction du nombre de lampes. Les progrès réalisés en éclairagism e on t d ébou ch é su r d e n ou velles solu tion s en m atière d ’écon om ie d ’én ergie m ais, en l’absen ce d e con cen su s sur la façon d’évaluer la qualité de l’éclairage, on d ou tait d e ces n ou velles tech n ologies qu i n e sem blaien t p as en m esu re d e con trer u n e rép étition d es an cien s p roblèm es.

Recherche de l’IRC sur la qualité

de l’éclairage

L’Institut de recherche en construction (IRC) du Conseil national de recherches du Canada s’est attaqu é au p roblèm e en lan çan t, en octobre 1994, un projet d’études expérimen -tales su r la qu alité d e l’éclairage, les p réfé-rences et les effets du contrôle des commandes

Tableau 1.Résumé des recommandations de la norme IESNA RP-1

Éclairement du Luminance Rapport de Rapport de Rapport de Autres plan de travail max. du plafond luminance : luminance : luminance max/ considérations (lux) (cd/m2₎ _{tâche/ambiant} _tâche/murs _{min du plafond}

300–500 (200–300 gén éral; 300–450 tâch e) Préférable : 850 @ 55° Accep table : 850 @ 65° 3:1 10:1 ou 1:10 40:1 m ax. h ors d u ch am p d e vision Préférable : 4:1 Acceptable : 10:1 VCP* > 70 Facteu rs d e réflexion et fin is En tretien * p robabilité d e con fort visu el

Données de base sur l’éclairage fluorescent

Un systèm e d ’éclairage flu orescen t se com p ose d e trois p arties : le lu m in aire, les lam p es et le ballast. Le lu m in aire est le term e tech n iqu e qu i d ésign e tou t ap p areil d ’éclairage; il con tien t les lam p es et les ballasts, m ais p eu t au ssi in clu re d es d isp ositifs op tiqu es p ou r d iriger la lu m ière. Les lam p es flu orescen tes ém etten t d e la lu m ière lorsqu e leu r revêtem en t d e p h osp h ore reçoit l’én ergie d ’atom es d e m ercu re gazeu x excités p ar u n arc électriqu e. Le ballast com m an d e l’arc électriqu e en tre les extrém ités d u tu be, em p êch an t la ten sion d e m on ter à u n n iveau d estru cteu r.

Beaucoup n’aiment pas l’éclairage fluorescent et s’en méfient. Ils lui reprochent surtout de vaciller et de bourdonner, deux défauts imputables aux ballasts. Les premiers ballasts étaient de type magnétique à bobinage sur noyau et pouvaient produire un léger bourdonnement p ercep tible [Rea, 1993], selon leu r con stru ction et le typ e d e lu m in aire. Les ballasts m agn étiqu es bien u tilisés activen t d es lam p es flu orescen tes à 120 Hz (2 fois les 60 Hz d u réseau ). Peu d e gen s p erçoiven t cette m od u lation d e lu m ière sou s form e d e vacillem en t; m ais au fu r et à m esu re qu e les lam p es et les ballasts vieillissen t, la vitesse d e m od u lation p eu t ralen tir au p oin t où l’on p erçoit u n vacillem en t qu i p eu t être gên an t. De p lu s, il est p rou vé qu e le systèm e n erveu x est sen sible à d es m od u lation s lu m in eu ses allan t ju squ ’à 147 Hz, m êm e si l’observateu r n e p erçoit p as d e vacillem en t.

Les p rogrès réalisés d an s les circu its in tégrés on t p erm is le d évelop p em en t d e ballasts électron iqu es fon c-tion n an t à d es fréqu en ces d e 20 000-60 000 Hz, qu i son t trop élevées p ou r l’oreille h u m ain e et p ou r qu e la m od u lation lu m in eu se p u isse être p erçu e p ar le systèm e n erveu x. Leu r fon ction n em en t est exem p t d e bru it et d e vacillem en t et la fréqu en ce élevée est calcu lée p ou r n e p as p rod u ire d ’in terféren ce électrom agn étiqu e. De su rcroît, ils on t l’avan tage d e m oin s con som m er d ’én ergie qu e les ballasts m agn étiqu es.

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am bian t était com p lété p ar u n éclairage d e la tâch e. Pou r tou tes les con d ition s d e DPL faible et m oyen n e, on avait eu recou rs à d es ballasts électron iqu es et, p ou r les con d ition s su p érieu res, à d es ballasts m agn étiqu es.

Tâches effectuées

Des em p loyés d e bu reau occasion n els (292 en tou t), recru tés p ar u n e firm e locale, participaient à l’expérience. Chacun travaillait u n e jou rn ée d an s l’u n e d es n eu f con d ition s d ’éclairage, m ais ign orait qu e l’exp érien ce p ortait su r l’éclairage ju squ ’à la fin d e la journée. Les conditions d’éclairage changeaient d ’u n e jou rn ée à l’au tre, au h asard , p ou r con trôler les variables extern es. Du ran t la journée, les employés effectuaient une variété d e tâch es su r ord in ateu r et su r p ap ier, rep résen tatives d u travail d e bu reau actu el, et ils rem p lissaien t d es qu estion n aires qu i p erm ettaien t d ’évalu er leu rs im p ression s et leu r d egré d e satisfaction con cern an t la qualité de l’éclairage, leur humeur, leur confort p h ysiqu e et leu r com p ortem en t social. Ils faisaien t au ssi d es tests visu els au d ébu t et à la fin d e la jou rn ée.

Résultats

Les em p loyés qu i travaillaien t d an s d es bureaux où l’éclairage comportait des ballasts électron iqu es avaien t u n e m oin s gran d e fatigu e visu elle à la fin d e la jou rn ée et accomplissaient plus facilement des tâches de lectu re et d ’écritu re. De p lu s, ils attribu aien t au x tâch es u n e cote d e d ifficu lté m oin d re qu e ceu x qu i travaillaien t avec u n éclairage à ballasts m agn étiqu es. La figu re 4a m on tre qu ’ils tap aien t p lu s d e texte avec u n

éclairage à ballasts électron iqu es. Cette série de constatations concordent avec les résultats d ’au tres travau x d e rech erch e en trep ris p ar le CNRC et ailleu rs, qu i on t d ém on tré qu e les ballasts électron iqu es à h au te fréqu en ce am élioren t la p erform an ce visu elle, faciliten t le m ou vem en t d es yeu x p en d an t la lectu re et réd u isen t l’in cid en ce d es m au x d e tête et d e la fatigu e ocu laire.

d ’éclairage su r la p erform an ce et l’efficacité én ergétiqu e. Ses objectifs étaien t :

• d e caractériser la qu alité d e d ifféren tes con cep tion s d ’éclairage d es bu reau x, à d es d en sités d e p u issan ce lu m in eu se (DPL) typ iqu es d es con d ition s existan tes et d es cod es et n orm es actu els et fu tu rs d e l’én ergie;

• d ’établir u n lien en tre la p erform an ce d es em p loyés d e bu reau et la qu alité d e l’éclairage;

• de déterminer l’effet du contrôle personnel de l’éclairage d’un bureau sur la satisfaction et la p erform an ce d e l’em p loyé.

Les résu ltats d ’u n e exp érien ce qu i p ortait su r les d eu x p rem iers objectifs son t d éjà p u bliés. Un e exp érien ce visan t le troisièm e objectif est en cou rs.

Installation de recherche

La première expérience a eu lieu dans l’instal-lation d e rech erch e su r l’en viron nement intérieur de l’IRC (figure 2). L’espace d e 83 m2_{(880 p i}2_{) com p ren d u n e aire d e} bu reau x à aire ou verte san s fen êtres, avec six p ostes d e travail. Trois sp écialistes on t créé n eu f typ es d ’éclairage qu i com bin aien t trois n iveau x d e d en sité d e p u issan ce lu m in eu se (DPL) et trois n iveau x d e qu alité « con cep teu r » d ’éclairage (QCÉ), d éfin is p ar con sen su s, form an t u n e m atrice d e con d ition s exp érim en tales d e 3x3 (figure 3). Tou tes les con d ition s d e faible QCÉ faisaien t ap p el à d es ch em in s lu m in eu x en castrés avec len tilles p rism atiqu es, les conditions de QCÉ moyenne à des chemins lu m in eu x en castrés avec d iffu seu rs p araboliqu es, et les con d ition s d e QCÉ élevée faisaien t ap p el à d es ap p areils d ’éclairage in d irect ou m ixte. Les n iveau x d e d en sité d e p u issan ce

lu m in eu se étaient d’environ 9, 14 et 25 W/m2. Dan s les op tion s d e faible DPL, l’éclairage

3 Figure 2.Un poste de travail éclairé en condition DPL faible/QCÉ élevée.

Figure 3.Matrice de conception

QCÉ croissante QCÉ 1 QCÉ 2 QCÉ 3 • • • • • • • • • DPL 1 DPL croissante DPL 2 DPL3

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L’exp érien ce a au ssi m on tré qu e les sys-tèm es d ’éclairage con çu s p ou r les bu reau x in form atisés favorisen t u n e m eilleu re p erform an ce d e la tâch e à l’ord in ateu r. La figu re 4b m on tre qu ’avec les d iffu seu rs p araboliqu es, l’éblou issem en t a été évalu é com m e étan t m oin s fort qu ’avec les len tilles p rism atiqu es, ce qu i est exactem en t leu r raison d ’être. En gén éral, la p erform an ce d e la tâch e à l’ord in ateu r était m eilleu re avec d es d iffu seu rs p araboliqu es qu ’avec d es len tilles p rism atiqu es. En ou tre, lorsqu ’on a d em an d é au x p articip an ts d e com p arer leu r p erform an ce à celle obten u e d an s leu rs con d ition s d e travail h abitu elles, ceu x qu i étaien t éclairés p ar u n systèm e à d iffu seu rs paraboliques ont signalé que leur productivité s’était accrue de 8 % , alors que pour ceux qui avaien t u n éclairage à len tilles p rism atiqu es, leu r p rod u ctivité était restée la m êm e.

Les p articip an ts on t attribu é u n p lu s gran d d egré d e satisfaction et u n e m eilleu re qu alité d ’éclairage au x systèm es qu i in cor-p oraien t u n e com bin aison d ’éclairage d e la tâch e et d ’éclairage am bian t. Com m e la com bin aison éclairage d e la tâch e/ éclairage am bian t est sou ven t reten u e com m e

stratégie d ’écon om ie d ’én ergie, tou t com m e les lam p es et les ballasts m od ifiés, c’est là u n e bon n e n ou velle. Lorsqu ’il est bien con çu , l’éclairage écon om iqu e en én ergie p eu t au ssi être d e bon n e qu alité.

Recherche et recommandations

sur l’éclairage

Cette exp érien ce vien t ap p u yer d e façon empirique les recommandations actuelles sur l’éclairage, qu i rep osen t su r u n con sen su s. Les systèmes que nous utilisons au jou rd ’h u i p ou r les bu reau x in form atisés faciliten t en effet le travail à l’ord in ateu r. Les rech erch es

com m e celle-ci d on n en t p lu s d e p oid s au x recom m an d ation s. Bien qu e les effets au n iveau d es com p ortem en ts sign alés ici soien t m od érés, ils p orten t su r d es asp ects im p ortan ts p ou r les em p loyés d e bu reau et leu rs em p loyeu rs. Com m e les salaires et les avantages sont de l’ordre de 10 fois supérieurs aux coûts du bâtiment, les faibles coû ts d es am élioration s d e l’éclairage son t n ettem en t com p en sés p ar les am élioration s d e la performance et de la satisfaction que procure u n m eilleu r éclairage.

Résumé

Un p rojet d e rech erch e effectu é p ar l’IRC su r la qu alité d e l’éclairage a p erm is d e démontrer qu’un éclairage de bonne qualité — éclairage qu i réd u it l’éblou issem en t et fait ap p el à d es ballasts électron iqu es — est u n excellen t in vestissem en t car il p erm et d es écon om ies d ’én ergie et con tribu e à u n e m eilleu re p erform an ce au travail tou t en d on n an t u n e p lu s gran d e satisfaction .

Références

1. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers/Illuminating En gin eerin g Society of North Am erica. (1989). En ergy efficien t d esign of n ew bu ild in gs excep t n ew low -rise resid en tial bu ild in gs, ASHRAE/ IES stan d ard 90.1. Atlan ta: Am erican Society of Heatin g, Refrigeratin g an d Air-Con d ition in g En gin eers.

2. Illu m in atin g En gin eerin g Society of North Am erica (IESNA). (1993). Am erican n ation al stan d ard p ractice for office ligh tin g (ANSI/ IESNA RP-1 1993). New York: IESNA.

3. Rea, M.S. (Ed .). (1993). Ligh tin g h an d book: Referen ce an d ap p lication (8th ed ). New York: Illu m in atin g En gin eerin g Society of North Am erica. J.A . Ve itch, Ph .D., et G.R. Ne w sham , Ph .D., son t agen ts d e rech erch e au Program m e su r l’en viron n em en t intérieur de l’Institut de recherche en construction, Con seil n ation al d e rech erch es d u Can ad a.

Pou r com p lém en t d ’in form ation , con su lter :

In tern et : http://irc.nrc-cnrc.gc.ca/ light/lq_p roject/lqpf.html

Figure 4.Exemples de l’incidence du type de ballast et de luminaire

0 20 40 60 80 100 Cote d’éblouissement Diffuseur parabolique Lentille prismatique Luminaire 2000 1800 1600 1400 1200 1000

Nbre de caractères tapés

Électronique

Magnétique

Type Ballast

(a) (b)

« S olutions constr uctiv e s » e st une colle ction d ’ar ticle s te chniq ue s r e nfer m a nt d e l’infor m a tion p ra tiq ue issue d e ré ce nts tra v a ux d e r e cher che e n constr uction. Pour obtenir de plus amples renseignements, communiquer avec l’Institut de reche rche en construction, Conseil national de reche rches du Canada, Ottawa K1A 0R6

Con seil n ation al d e rech erch es d u Can ad a Décem bre 1997