Pourquoi la lumière naturelle est-elle si importante dans la conception d’école ?

Nous savons tous que le meilleur antidote au « cafard hivernal » est de faire une pause sous des horizons plus chauds, plus ensoleillés et de préférence agrémentés de plages de sable blanc et d’eaux cristallines.

L’effet revigorant de la lumière naturelle et de la chaleur peut également être ressenti, à moindre échelle, dans toute une série d’environnements allant de la maison au bureau, en passant par les bâtiments publics, les écoles et les universités. Il n’est peut-être dès lors pas surprenant que, dans le cadre d’une récente étude¹ consacrée à l’impact de la conception physique des bâtiments d’enseignement sur les résultats des élèves, la lumière s’avère être un des paramètres individuels clés.

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Pourquoi la lumière du jour ?

Plusieurs études montrent que la lumière naturelle est non seulement bénéfique pour la santé et le bien-être général des enfants, mais aussi qu’elle peut sensiblement améliorer les résultats scolaires.

Une de ces études1 a été menée par l’université de la Sorbonne en utilisant les données de l’étude SINPHONIE qui couvre 13 pays européens et à laquelle 2 387 enfants ont participé. Elle a conclu que les résultats scolaires peuvent s’améliorer de 15 % quand les élèves travaillent dans des classes dotées de fenêtres plus grandes – en raison d’un apport plus important en lumière naturelle et d’une meilleure vue sur le monde extérieur.

La conclusion de l’étude Clever Classrooms2 menée par l’université de Salford, Royaume-Uni, est qu’une bonne lumière naturelle contribue à créer une sensation de confort physique et mental dont les avantages vont bien au-delà du simple confort de vue.

Comment concevoir avec la lumière naturelle ?

S’il est certes parfois nécessaire de renforcer la lumière naturelle grâce à un éclairage artificiel abondant et de bonne qualité quand la luminosité extérieure n’est pas suffisante, nous devons essayer de faire de la lumière du jour la principale source d’éclairage dans les écoles. Si elle est contrôlée de façon adéquate, la lumière du soleil est généralement bien accueillie comme une source d’éclairage dans les bâtiments aux quatre coins d’Europe.

Quand des fenêtres ou des verrières sont orientées au nord, la lumière naturelle qui pénètre dans une pièce a tendance à être plus douce et plus diffuse, avec de subtils changements de niveaux lumineux et de texture de couleur au fil de la journée. Avec d’autres orientations, la lumière du soleil renforce la luminosité générale des intérieurs, avec des zones spécifiques où la lumière se concentre.

Le défi que représente la conception utilisant la lumière naturelle est particulièrement évident dans les salles de cours profondes où la distance entre les fenêtres et le fond de la classe est considérable. Dans ce genre d’environnements, on remarque souvent une disparité dans les niveaux de lumière : lumineux près des fenêtres et plus sombre vers le fond. Dans les situations où la forme ou la taille des classes ne permet pas des niveaux de lumière adéquats dans toute la pièce et/ou la possibilité d’installer une fenêtre est limitée, les verrières sont souvent la solution idéale. En l’absence d’accès direct au ciel en raison de la présence d’étages supérieurs, les puits de lumière peuvent constituer une alternative efficace.

Un des avantages collatéraux de la création d’ouvertures pour la lumière naturelle est qu’elles offrent aussi une connexion sur l’extérieur, nous permettant ainsi de suivre les changements météorologiques, l’heure de la journée et l’époque de l’année.

Il y a de nombreux facteurs à prendre en compte quand on réfléchit à la quantité de lumière qui sera obtenue grâce à des fenêtres ou verrières. Parmi ceux-ci : la transmittance du vitrage, l’épaisseur du mur, les obstacles extérieurs, les extensions en surplomb (p. ex. : avancées, balcons) et sur les côtés (p. ex. : extension du bâtiment même), la profondeur de la pièce, etc. Quand on prend en compte tous ces facteurs, une verrière offre généralement plus du double de lumière naturelle qu’une fenêtre de façade de taille égale.

Prévenir un éblouissement excessif

L’éblouissement apparaît quand des zones trop lumineuses sont situées dans le champ de vision ou quand le contraste est trop fort. Cependant, l’éblouissement causé par la lumière naturelle n’est pas le même que celui induit par l’éclairage électrique en ce qui concerne l’ampleur, la distribution de la luminance complexe et l’acceptation par les usagers (p. ex. : les gens ont tendance à mieux tolérer l’éblouissement dans un environnement éclairé naturellement)3. Dans une classe, si les niveaux élevés de lumière naturelle offerts par de grandes fenêtres et verrières sont optimums, ils doivent néanmoins être contrôlés pour éviter tout éblouissement excessif lié à la lumière directe du soleil. Ce problème devient de plus en plus critique avec la généralisation de l’utilisation en classe de tableaux blancs interactifs et de projecteurs.

Un aspect important à prendre en compte dans le cadre du contrôle de l’éblouissement et du contraste est l’orientation des fenêtres. Les grandes surfaces vitrées doivent idéalement être orientées au nord afin de permettre à une lumière naturelle diffuse de pénétrer autant que possible tout au long de la journée/de l’année.

Une autre solution efficace pour contrôler l’éblouissement est l’installation de stores opaques faciles à manipuler afin de régler les niveaux de lumière naturelle. Une alternative aux stores est une occultation extérieure permanente, mais celle-ci peut malgré tout nécessiter des dispositifs d’occultation supplémentaires, selon les conditions et nécessités particulières. D’autres protections solaires comme des rideaux, des stores rideaux, etc. en textile, en plastique ou en matériaux opaques perforés peuvent également être utilisées. Elles réduiront toutes l’éblouissement à des degrés divers en fonction : des propriétés optiques du matériau, de l’orientation de la fenêtre, de l’emplacement géographique et des heures d’ensoleillement annuel, de la zone vitrée et de la transmittance de la vitre, et de la distance entre l’usager et la source de lumière. Les propriétés du matériau et les niveaux de protection contre l’éblouissement de ces types de protections solaires sont définis dans la norme SN EN 14501 Fermetures et stores, et la norme EN 17037 L’éclairage naturel des bâtiments.

Le contraste est un problème tout aussi important. Quand il est question d’éblouissement et de contraste, la différence entre luminosité absolue et luminosité relative est capitale. Pensez à la manière dont les feux de route peuvent être éblouissants de nuit et à peine visibles en plein jour. De même, une puissante source de lumière provoquera un éblouissement et un contraste bien moindres dans une pièce bien éclairée de manière générale par rapport à, par exemple, une grande fenêtre unique recevant la lumière directe du soleil dans une pièce sombre. Dans le champ de vision, le « rapport de luminance » recommandé entre la tâche visuelle et l’environnement proche est de 1/10. Ce rapport de luminance est une expression du ratio entre la luminance dans le centre du champ visuel et la vision périphérique des environs4.

Fenêtres ou verrières ?

L’idéal pour obtenir une bonne distribution de la lumière naturelle dans une pièce est souvent d’utiliser plusieurs sources de lumière naturelle, par exemple une combinaison de verrières et de fenêtres. Cela peut aussi offrir des niveaux réduits d’éblouissement et de contraste. Il ne faut toutefois pas oublier l’importance de la vue : « Quand nous sommes assis à côté d’une fenêtre, nous préférons tolérer une grande quantité de lumière naturelle et profiter de la vue extérieure que baisser les stores et utiliser un éclairage artificiel. »3

Pour les pièces où même de grandes surfaces de fenêtres ne laissent pas entrer suffisamment de lumière ou dans lesquelles leur installation est tout simplement impossible (dans de très grandes classes, des salles de conférence ou dans des parties communes intérieures au centre du bâtiment), les verrières sont une excellente option à envisager. Des verrières ouvrantes stratégiquement situées dans la conception d’ensemble du bâtiment laissent entrer quantité de lumière naturelle durant les sombres mois d’hiver tout en apportant de l’air frais tout au long de l’année, en améliorant la qualité de l’air intérieur et en permettant de réguler la température.

Normes de construction et niveaux de lumière

Dans un espace intérieur, le rendement de la lumière naturelle dépend en grande partie de la disponibilité et des propriétés de la lumière naturelle à l’emplacement du bâtiment (p. ex. les conditions climatiques dominantes). La norme européenne L’éclairage naturel des bâtiments EN 17037 qui a été élaborée en étroite collaboration entre la Suisse et l’Union propose de changer la base des évaluations de la lumière naturelle en « objectifs de facteur de lumière du jour » fondés sur l’occurrence de niveaux d’éclairement lumineux extérieur provenant de données climatiques enregistrées. La « connectivité climatique » du projet indique qu’une pièce doit atteindre un niveau cible de lumière naturelle à hauteur du plan de travail sur un pourcentage spécifié de la surface au sol pertinente pour la moitié des heures de clarté de l’année. Le niveau de lumière du jour visé est basé sur la fourniture d’un éclairement lumineux intérieur supérieur ou égal à 300 lux, correspondant à l’exigence d’éclairage sur les lieux de travail (voir ci-dessous). Le niveau de lumière du jour doit être atteint pour 50 % de la surface au sol pertinente dans une pièce avec fenêtres en façade ou dans un toit en pente. De plus, un objectif minimum de niveau de lumière du jour fondé sur la fourniture d’un éclairement lumineux intérieur supérieur ou égal à 100 lux est nécessaire pour 95 % du plan de travail. Dans une pièce uniquement éclairée par des fenêtres de toit dans une construction de toit pratiquement horizontale, le niveau de lumière du jour visé doit être atteint sur 95 % de la surface au sol pertinente. L’objectif correspondant en termes de facteurs de lumière du jour pour chaque capitale européenne est disponible dans la norme, mais les valeurs sont supérieures pour les pays situés dans le nord de l’Europe par rapport à ceux du sud du continent en raison de la baisse naturelle de lumière du jour disponible.

Les niveaux absolus de lumière qui sont nécessaires pour une tâche visuelle particulière dépendront du caractère de la tâche et de l’environnement visuel dans lequel elle est accomplie. La norme  SN EN 12464-1 : lumière et éclairage des lieux de travail – partie 1 : Lieux de travail intérieur, fournit des informations concernant les niveaux de lumière intérieurs applicables dans un environnement scolaire. De manière générale, les niveaux de lumière intérieurs suivants sont recommandés :

Sources

  1. Impact of Lighting on School Performance in European Classrooms (2016) C. Maesano and I. Annesi-Maesano, CLIMA 2016, 12th REHVA World Congress 2016, Aalborg
  2. Clever Classrooms (2015), rapport sommaire du projet HEAD, Université de Salford, Manchester
  3. « Design Innovations for Contemporary Interiors and Civic Art », Luciano Crespi, 2016
  4. CLEAR Luminance Ratios, https://www.new-learn.info/packages/clear/visual/people/performance/luminance_ratios.html