- Eclairage solaire
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Conduit de lumière
Conduit de Lumière - Présentation
Les conduits de lumière sont utilisés pour transporter et distribuer de la lumière naturelle sans transmission de chaleur dans des pièces sombres éloignées des ouvertures traditionnelles[1] tout en réduisant au minimum la perte de lumière. Le concept du conduit de lumière tel que nous le connaissons aujourd’hui a été créé par Solatube® en Australie en 1986[2]. Dans leurs applications de transport de lumière naturelle, ils sont souvent appelés canon de lumière, lucarne tubulaire ou encore lumiduc.
Un puits de lumière fait référence à une ouverture zénithale (au plafond) qui permet de laisser passer la lumière du jour tandis qu’un conduit de lumière (souvent appelé à tort puits de lumière) fait référence à :
- Une zone de collecte
- Une zone de transmission
- Une zone de diffusion
Cet aménagement est principalement constitué de quatre éléments : un dôme collecteur de lumière, un solin d'étanchéité en sortie de toit, un tube de transmission et un diffuseur.
Sommaire
Fonctionnement
Le principe de fonctionnement d'un conduit de lumière est très simple [1] :
La collecte de la lumière
Deux systèmes de collecte de lumière sont principalement utilisés par les différents fabricants:
- La fenêtre de toit
- Le dôme
Les fenêtres de toit ne permettent qu’une faible collecte de lumière et sont principalement privilégiées pour des raisons esthétiques (installation à fleur de toit).
Le dôme est le système de collecte le plus utilisé aujourd’hui du fait de sa haute performance malgré une ouverture plus faible que pour une fenêtre de toit classique.
Un dôme a trois principaux objectifs : collecter, concentrer et dévier
1) Collecter la lumière
2) Concentrer la lumière
Certains systèmes utilisent un réflecteur orienté vers le sud afin de réorienter les rayons solaires à l’intérieur du conduit. Ce système permet d’accroître la quantité de lumière capturée favorisant une intensité lumineuse accrue. Ce système de réflecteur permet d’optimiser l’utilisation de la lumière naturelle.
3) Dévier la lumière
Certains dômes intègrent des prismes permettant de réorienter la lumière naturelle émise à angles faibles à l’aube et au crépuscule. Ce système optique créé un éclairage uniforme tout au long de la journée et permet de gagner une heure d'éclairage le matin et le soir.
Différents matériaux sont utilisés pour la fabrication des dômes tels que le verre, l’acrylique (polyméthacrylate de méthyle) et le polycarbonate. L’acrylique équipe la majorité des systèmes modernes. Il ne jaunit pas avec le temps à l’inverse du polycarbonate et s’avère être d’une plus grande résistance aux intempéries (grêle, chocs) et autant que le verre[3].De plus l'acrylique à l'avantage de laisser passer 99.6% de lumière contre 70% pour le polycarbonate[4].
Les dômes issus des dernières technologies filtrent les rayons UVA, UVB et les IR (Infrarouge) empêchant toutes détériorations (tableaux, tissus) et tout apport de chaleur dans la pièce. Ils peuvent par ailleurs être dotés de lentilles en leurs sommets afin d'éviter les surintensités lumineuses.
La transmission de la lumière
La lumière est ensuite déviée dans un tube de transmission aux parois hautement réfléchissantes dont le diamètre varie selon les marques de 250 à 600 mm[5]. Constitué d'aluminium recouvert d'un film multicouche à base de polymère, il possède un fort pouvoir de réflectivité. L’objectif est de transmettre la lumière avec un minimum de perte tout en conservant les spécificités de la lumière naturelle. Les différents systèmes développés aujourd’hui offrent la possibilité de faire des coudes à 90° et d’atteindre des longueurs importantes (jusqu’à 12 mètres de longueur[6]).
Les principales différences entre les tubes de transmissions sont principalement en termes de nature (tube souple ou rigide) et en fonction de leurs indices de réflexion.
Les différents produits commercialisés sur le marché ont des indices de réflexion allant de 85% à 99.7%. Les conduits ayant la plus faible réflexion sont les conduits souples en aluminium dont le rendement lumineux est trois fois plus faible que celui de la version rigide[4]. Le conduit de lumière le plus réfléchissant au monde est fabriqué à base de silicium. Il permet une réflexion de 99.7%, soit seulement 0.3% de perte par réflexion. Par ailleurs la quantité de lumière transmise sera plus importante si le conduit est court et large et inversement plus le diamètre du tube sera étroit et plus la perte de lumière sera conséquente.
Avec l’utilisation de tube long, une partie de l’intensité lumineuse est perdue. Afin de minimiser les pertes, une haute réflectivité du tube est cruciale.
Tableau comparatif des différents produits commercialisés sur le marché: Produit 99,7 % [7] Produit 99,5 % Produit 98 % Produit 91 % Produit 84 % Perte par réflexion 0.003 0.005 0.02 0.09 0.16 Diamètre du tube D en mm 350 350 350 350 350 Longueur du tube L en m 3 3 3 3 3 Perte totale En % dans le tube 2.96% 4.89% 18.29% 61.06% 82.51% Puissance lumineuse totale En % du flux incident 97.04% 95.11% 81.71% 38.94% 17.49% La diffusion de la lumière
La lumière est ensuite diffusée dans toute la pièce grâce à une lentille de diffusion conçue pour le confort visuel. Le diffuseur doit être placé au plafond de la pièce à éclairer. Aujourd’hui certaines lentilles hautement performantes permettent une conservation optimum de la qualité de la lumière naturelle lors de sa diffusion.
Propriétés et applications
Système d’éclairage naturel
Les conduits de lumières naturelles offrent de très bonnes propriétés d’isolation thermique ainsi qu’une grande flexibilité quant à l’utilisation des pièces intérieures en dépit d’une diminution du contact visuel avec l'environnement externe.
Dans le contexte du TAS (trouble affectif saisonnier), il est important de prendre en considération le fait que l’installation de conduits de lumière dans des pièces sombres de l’habitation augmente la quantité d’exposition quotidienne à la lumière naturelle. Ce système contribue ainsi à améliorer le bien-être des résidents ou salariés (luminothérapie) en évitant les dépressions saisonnières[8] et les effets de sur-illumination. En comparaison avec une source de lumière artificielle, un conduit de lumière a l’avantage de fournir de la lumière naturelle tout en économisant de l’énergie.
L’intensité de la lumière transmise varie pendant la journée. Afin de pallier cet effet et de permettre une utilisation totale, les conduits de lumières peuvent être combinés avec un kit d’éclairage électrique d’appoint.
D’un point de vue pratique, les conduits de lumière ne requièrent pas d’installations électriques et ne nécessitent pas d’isolation particulière. Ils peuvent être utilisés dans des lieux humides comme les salles d’eaux ou un système de ventilation peut être adapté en option. Contrairement aux fenêtres de toit classique, l'installation d'un conduit de lumière ne nécessite pas d'autorisation préalable en mairie.
Exemples d’application
Gymnase de l'Université des Sciences et Technologies de Pékin durant sa constructionLes conduits de lumière trouvent de nombreuses applications et sont de plus en plus utilisés par les professionnels. Conciliant économie, confort, qualité, design et environnement, de nombreux architectes ont déjà intégré les conduits de lumière dans leurs démarches HQE(Haute Qualité Environnementale).
En raison de leurs nombreux atouts et de leurs hautes performances d’éclairage, les conduits de lumière trouvent une application idéale dans les écoles, les entrepôts, les surfaces commerciales et les constructions HQE .
Des réalisations récentes intégrant des conduits de lumière mettent en avant des possibilités nouvelles et intéressantes pour la conception architecturale. Dans le cadre des prochains Jeux Olympiques d'été de 2008 à Beijing, les architectes ont intégré dans leurs édifices le système des conduits de lumière. C’est le cas notamment du Gymnase de l'Université des Sciences et Technologies de Pékin qui accueillera pendant les prochains Jeux les épreuves de Judo et de Taekwondo. L’édifice fut équipé de 148 conduits de lumières Solatube® de 53 centimètres de diamètre afin d’apporter un éclairage naturel, économique et écologique au bâtiment[2].
Le marché des conduits de lumière
Le marché français de l’éclairage électrique est estimé à environ 1 milliard d’euros[9]; il n’y a pas de chiffres pour l’éclairage naturel. Aujourd’hui porté par l’activité du Bâtiment et des Travaux Publics (BTP), le marché s’intéresse de plus en plus aux innovations technologiques et esthétiques des fabricants, observées notamment dans certaines niches en éclairage intérieur. L’innovation demeure en effet le principal vecteur de développement du marché. Sans oublier les produits à faible consommation qui vont dans le sens des démarches HQE.
Fabricants de conduits de lumière
Le concept du conduit de lumière tel que nous le connaissons aujourd’hui a été créé par Solatube® en Australie en 1986. En 1992, le produit investit le marché américain et la commercialisation s'intensifie aux États-Unis. Rapidement, le succès des conduits de lumière attire l’attention des médias et plusieurs émissions de télévision lui sont consacrées. En 1996, les conduits de lumière arrivent en Europe.
À partir des années 2000, la concurrence à commencé à s'intensifier et de nombreux acteurs sont arrivés sur le marché. Aujourd’hui les principaux fabricants de conduits de lumière sont Solatube®, Monodraught SunPipe, Solarspot®, Velux et Solarwill.
Voir aussi
- Environnement
- Développement durable
- Écoconstruction
- Éclairage
- Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME)
Liens externes
- (fr) Schéma fonctionnement Conduit de Lumière
- (en) Solatube® view on history
- (fr) Site de l'AFE (Association Française de l'Éclairage)
- (fr) CSTB (Centre Scientifique et Technique du Batîment)
- (fr) Le Gymnase de l'Université des Sciences et Technologies de Pékin sur le site des jeux Olympiques d'été de 2008, fr.beijing2008.cn.
- (fr) conduit de lumiere, alsace bas-rhin
- (fr) nouveauté dans la qualité des dômes avec un Crystal solution lightway
Notes et références
- ↑ Fenêtre de façade et fenêtre de toit classique
- ↑ 1986, dépôt du brevet du conduit de lumière par Solatube® International Inc. / http://www.solatube.com/corporate/about_history.php
- ↑ Test de résistance: obus d'acier de 250g lâché sur le dôme à un mètre de hauteur
- ↑ a et b Amener la lumière naturelle dans une pièce sombre / Le particulier pratique - n°336 - juin 2008
- ↑ Conduits de lumière possédant une réflectivité allant de 84% à 99.7% / Voir tableau ci-dessus
- ↑ La longueur maximale du tube est fonction de son diamètre, de sa réflectivité et de la présence, ou non, de coudes
- ↑ Conduit de lumière transmettant 99.7% de l'intensité lumineuse collectée au sommet
- ↑ Dr Norman E. Rosenthal et Gérard Pons : « Soif de lumière » Jouvence éditions
- ↑ Source Association Française de l’Éclairage / [http://www.afe-eclairage.com.fr (AFE)
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