Conduit de lumière

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Conduit de Lumière - Présentation
Exemple de puits de lumière simple (EHPAD de Trith-Saint-Léger (photographié un jour d'hiver, gris et pluvieux)

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 d'apporter la lumière par réflexion a été inventé par les égyptiens, qui utilisaient des miroirs pour éclairer les pyramides. Le système du conduit de lumière tel que nous le connaissons, a été développé en Australie en 1986[2]. Dans leurs applications de transport de lumière naturelle, ils sont souvent appelés puits de lumière, 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 trois éléments pour la diffusion de la lumière et un élément pour l'étanchéité :

  1. une vitre ou un dôme collecteur de lumière,
  2. un solin d'étanchéité en sortie de toit,
  3. un tube (rigide en métal poli réflecteur ou souple en aluminium réflecteur) de transmission et
  4. un diffuseur.

Les tubes rigides sont plus performants.

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Exemple de puits à lumiduc (EHPAD de Trith-Saint-Léger, 1er étage, par temps couvert et pluvieux)


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 mais sont principalement privilégiées pour des raisons esthétiques (installation à fleur de toit).

Le dôme est le système de collecte le plus utilisé aujourd’hui grâce à sa haute performance malgré une ouverture plus faible que pour une fenêtre de toit classique. Un dôme a quatre principaux objectifs :

1) Collecter la lumière

Le système de collecte est installé sur le toit. Il collecte les rayons du jour mais aussi la lumière ambiante dans un ciel diffus.

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.

4) Uniformiser la lumière

Certains dômes sont dotés d'une lentille[3] en leurs sommets afin d'éviter les surintensités lumineuses notamment lorsque le soleil est au zénith. Cela permets d'avoir un éclairage homogène tout au long de la journée.

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 a une meilleure transparence et ne jaunit pas avec le temps à l’inverse du polycarbonate. 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 une majorité des rayons UVA, UVB et les IR (Infrarouge) limitant toutes détériorations (tableaux, tissus) et tout apport de chaleur dans la pièce.

Rendement de transmission lumineuse[modifier | modifier le code]

La lumière est déviée dans un tube de transmission aux parois plus ou moins réfléchissantes dont le diamètre varie selon les marques de 220 à 900mm.

L'objectif est de transmettre la lumière avec un minimum de perte tout en conservant les spécificités de la lumière naturelle. Les différents systèmes et modèles développés aujourd’hui offrent la possibilité de faire des coudes à 90 ° et d’atteindre des longueurs importantes (jusqu’à 12 mètres de longueur[5]).

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 qui vont de 84 % à 99,8 %. Il existe trois technologies de tube :

1) Le tube souple

Ce tube est comparable à une gaine de VMC rétractable que l'on déplie à la hauteur voulue. En France, ce produit est distribué uniquement par Velux

2) Le tube rigide

C'est un tube anodisé qui utilise une technologie Pulvérisation Sous Vide : dans une chambre à vide, des ions métalliques (argents alu) sont déposés sur un substrat aluminium.

3) Le tube ultra réfléchissant à films collés

Constitué d'aluminium recouvert d'un film multicouche à base de polymère, il possède un fort pouvoir de réflectivité.

Les conduits ayant la plus faible réflexion sont les conduits souples en aluminium dont le rendement lumineux est selon des fabricants trois fois plus faible que celui de la version rigide[4]. Le conduit de lumière le plus réfléchissant au monde 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 importante.

Tableau comparatif des différents produits commercialisés sur le marché en fonction du coefficient du tube (soleil : hauteur de 30° avec un dôme sans prisme)
Produit 99,7 % [6] 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 (mm) 350 350 350 350 350
Longueur du tube(m) 4 4 4 4 4
Perte totale(% dans le tube) 2,96 % 4,89 % 18,29 % 61,06 % 82,51 %
Puissance lumineuse totale(% du flux incident) 97,04 % 95,11 % 81,71 % 38,94 % 17,49 %

La diffusion de la lumière[modifier | modifier le code]

La lumière est ensuite diffusée dans toute la pièce grâce à un diffuseur conçue pour le confort visuel et homogénéiser la diffusion. Le diffuseur doit être placé au plafond, au centre de la surface à éclairer. Aujourd’hui certaines lentilles hautement performantes permettent une conservation optimum de la qualité de la lumière naturelle lors de sa diffusion.

Selon la hauteur du soleil, il est possible de modéliser le cône de diffusion issu du diffuseur et ainsi réaliser des simulations lumineuses.

Propriétés et applications[modifier | modifier le code]

Système d’éclairage naturel[modifier | modifier le code]

Les conduits de lumière naturelle offrent de 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 trouble affectif saisonnier (TAS), il est important de prendre en considération 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 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. Quand la lumière extérieure est insuffisante, il est possible de palier ce manque de lumière grâce à un kit d’éclairage électrique d’appoint.

D’un point de vue pratique, les conduits de lumière ne requièrent pas d’installation électrique et contrairement aux fenêtres de toit classique, l'installation ne nécessite pas de permis de construire. Une déclaration préalable de travaux à la Mairie est toutefois nécessaire pour indiquer un changement d'aspect extérieur du bâtiment.

Les conduits de lumière peuvent nécessiter une isolation particulière dans les régions où les températures descendent régulièrement en dessous de 0° en hiver et dans les pièces fortement exposés à la vapeur d'eau comme la salle de bain ou la cuisine. Il est conseillé dans ces cas d'isoler le conduit de lumière aussi bien à l’extérieur que l’intérieur afin d'éviter toute création de pont thermique. Certains fabricants mettent en place un double ou triple vitrage à l’intérieur même du tube de transmission.

Exemples d’application[modifier | modifier le code]

Gymnase de l'Université des Sciences et Technologies de Pékin durant sa construction

Les conduits de lumière trouvent une application idéale dans les écoles, les entrepôts, les surfaces commerciales... Conciliant économie, confort, qualité, design et environnement, de nombreux architectes ont intégré les conduits de lumière dans leurs projets notamment dans leurs démarches Haute Qualité Environnementale (HQE) car les conduits de lumière naturelle répondent à la cible 10 qui concerne le confort visuel.

Des réalisations récentes intégrant des conduits de lumière mettent en avant des possibilités nouvelles et intéressantes pour la conception architecturale.

Dans le cadre des Jeux olympiques d'été de 2008 à Pékin, 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 accueillit pendant les 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.

En 2012 a été inauguré le premier Lycée français à énergie positif de France. Il est équipé de 150 puits de lumière SOLARSPOT®, et possède le label HQE.

Le marché des conduits de lumière[modifier | modifier le code]

Le marché français de l’éclairage électrique est estimé à environ 1 milliard d’euros[7] ; il n’y a pas de chiffres pour l’éclairage naturel. Aujourd’hui porté par l’activité du Bâtiment et 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[modifier | modifier le code]

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 a commencé à s'intensifier et de nombreux acteurs sont arrivés sur le marché. Aujourd’hui, les principaux fabricants de conduits de lumière sont Solatube, Solarspot, Lightway et Velux. Et ce nombre est renforcé par de nouveaux arrivants chaque année.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Fenêtre de façade et fenêtre de toit classique
  2. 1986, dépôt du brevet du conduit de lumière par Solatube International Inc. / http://www.solatube.com/about/solatube-history
  3. « Evolution du dôme Solatube depuis plus de 20 ans »
  4. a et b Amener la lumière naturelle dans une pièce sombre / Le particulier pratique - n°336 - juin 2008
  5. La longueur maximale du tube est fonction de son diamètre, de sa réflectivité et de la présence, ou non, de coudes
  6. Tube réfléchissant transmettant 99,7 % du flux lumineux incident
  7. Source Association Française de l’Éclairage / (AFE)
  8. « Guide sur l'éclairage naturel, Le Sommer Environnement »