Exploiter au maximum le potentiel d'économie de la lumière naturelle

Les systèmes adaptatifs à la lumière naturelle permettent d'assurer en permanence un confort visuel optimal aux utilisateurs d'une pièce, tout en économisant de l'énergie. Cependant, dans de nombreux cas, leur potentiel d'économie n'est pas pleinement exploité. Tout d'abord, la multiplicité des systèmes et des options rend difficile le choix du bon système. Ensuite, une installation et un réglage corrects sont également nécessaires.

Éclairage adaptatif à la lumière naturelle

Économiser l'énergie

Les commandes adaptatives à la lumière naturelle sont utilisées pour fournir des niveaux d'éclairage optimaux aux utilisateurs dans les espaces intérieurs qui bénéficient d'un éclairage naturel, en fonction des besoins et/ou de l'utilisation de la pièce.

Elles permettent de tirer le meilleur parti de la lumière du jour, l'éclairage artificiel ne jouant qu'un rôle complémentaire - la gradation ou la commutation le règle automatiquement pour maintenir le niveau d'éclairage optimal.

En combinaison avec des détecteurs de présence, les systèmes adaptatifs à la lumière naturelle sont donc l'outil idéal pour économiser de l'énergie. Par exemple dans les bâtiments tertiaires, sur les coûts indirects de personnel que l'éclairage artificiel entraîne. En particulier dans les grands bâtiments avec de nombreuses et/ou grandes surfaces vitrées, les économies peuvent s'accumuler.

Confort

L'invention de la lumière artificielle a peut-être rendu les gens plus productifs, mais travailler de nombreuses heures dans des espaces intérieurs dans de mauvaises conditions d'éclairage nous rend fatigués, léthargiques, déprimés...

Pour un rythme de vie sain et efficace, nous avons besoin des changements naturels de la lumière du jour. L'exposition à des quantités adéquates de lumière naturelle renforce notre alignement sur notre rythme circadien. Cela crée un sentiment de bien-être psychologique général et nous aide, par exemple, à rester concentrés et donc productifs plus longtemps.

Aujourd'hui, en activant les commandes de lumière du jour, il est possible d'ajuster l'éclairage non seulement en termes de luminosité (de 1% à 100%, variable en continu) en fonction des préférences et des activités, mais aussi de température de couleur (du blanc chaud 2.700 K au blanc froid 6.500 K). La technologie la plus connue à cet égard est celle du blanc accordable.

L'attention croissante portée à la lumière du jour

Les effets positifs de la lumière du jour sur les êtres humains sont de mieux en mieux connus et pris en compte. En témoignent, par exemple, la norme EN 17037 sur la lumière du jour et l'intégration de la lumière du jour dans la dernière version de la norme NBN EN 12464-1:2021 (sur l'éclairage intérieur des lieux de travail).

L'élément de lumière naturelle est de plus en plus intégré dans les concepts architecturaux, ce qui se traduit concrètement par des ouvertures de lumière du jour plus grandes ou plus nombreuses.

On remarque également que les particuliers se familiarisent de plus en plus avec le confort de la domotique, ce qui signifie que les commandes adaptatives à la lumière naturelle devraient bientôt devenir plus courantes dans les bâtiments publics.

Les compteurs numériques et les systèmes de gestion des bâtiments permettent un suivi plus précis de la consommation, et un système d'éclairage à l'efficacité optimale bénéficie également des contrats de performance énergétique.

Fonctionnement du contrôle de la lumière du jour

Un système de contrôle qui réagit à la lumière naturelle utilise un capteur pour enregistrer en temps réel la lumière naturelle incidente dans un espace intérieur et, sur la base de cette information, ajuste automatiquement et en continu le flux lumineux des luminaires concernés par la gradation et/ou la commutation.

Les systèmes de contrôle de l'éclairage combinent généralement trois composants, dont chacun remplit une fonction différente et peut être soit séparé, soit combiné dans un seul dispositif. Les capteurs enregistrent certaines informations provenant de l'environnement. Un contrôleur les interprète et les traite, ce qui revient essentiellement à traduire l'observation en une commande concrète et à la transmettre via un certain protocole de communication. Enfin, un actionneur (dans le cas de l'éclairage LED, il s'agit du driver) veille à ce que le dispositif d'éclairage exécute la commande.

Application d'un éclairage adaptatif

Le choix d'une commande qui réagit à l'incidence de la lumière naturelle n'est pas forcément justifiée dans n'importe quelle pièce. Une première condition évidente est que la mise en œuvre se fasse en combinaison avec un système d'éclairage économe en énergie.

Le choix d'une commande qui réagit à l'incidence de la lumière naturelle n'est pas forcément justifiée dans n'importe quelle pièce

Une autre condition est que le bâtiment en question dispose de nombreuses ouvertures laissant entrer la lumière du jour, que des personnes soient souvent présentes pendant la journée et que l'éclairage soit souvent allumé (immeubles de bureaux, écoles, centres de soins...) Dans ces cas, plus l'éclairage artificiel est présent longtemps pendant la journée, plus les économies sont importantes.

Des considérations cruciales

Le choix d'un éclairage adaptatif selon la lumière naturelle incombe principalement à l'installateur. Bien que le principe de base soit simple, dans la pratique, il s'agit de bien plus qu'une simple installation de trois composants. En effet, il existe tellement de systèmes et de composants qu'il n'est pas facile d'en choisir un, et encore moins de l'installer et de le régler correctement.

En tout état de cause, pour faire les bons choix, une étude de l'éclairage et des besoins est nécessaire en plus du cahier des charges. Elles permettent non seulement de concevoir l'installation d'éclairage proprement dite, mais fournissent également des indications importantes sur les questions cruciales suivantes.

Boucle ouverte ou boucle fermée?

Dans les systèmes en boucle ouverte, le capteur de lumière ne mesure que la lumière du jour incidente, avec une corrélation connue avec la quantité de lumière du jour dans la zone où l'éclairage artificiel est contrôlé. Dans certains de ces systèmes, le capteur est placé à l'intérieur, face à une ouverture éclairée par la lumière du jour. Dans d'autres, il est placé à l'extérieur, sur le toit ou contre la façade par laquelle la lumière du jour pénètre. En présence de stores, les systèmes en boucle ouverte ne sont applicables que s'ils sont associés à leur contrôle.

Dans les systèmes en boucle fermée, le capteur est orienté vers la zone de travail, où il mesure à la fois la lumière du jour et la lumière artificielle, et ajuste la puissance lumineuse en conséquence, tout en ajustant le signal envoyé au capteur. Ce système offre une plus grande certitude quant au niveau de lumière spécifique sur la surface de travail, mais peut être légèrement plus 'nerveux'.

Quel que soit le type d'installation, un réglage adéquat doit toujours contribuer à assurer le confort visuel de l'utilisateur.

Gradation ou commutation?

Le contrôle de l'éclairage en fonction de la lumière naturelle avec gradation est presque toujours le choix qui s'impose. La gradation est possible même lorsque la lumière du jour est faible, alors que les systèmes commutables ont besoin d'une plus grande quantité de lumière du jour pour éteindre l'éclairage. En outre, les systèmes à gradation, qui modifient progressivement les niveaux d'éclairage, offrent un meilleur confort visuel que les systèmes à allumage/extinction brusque.

Dans tous les cas, les systèmes à gradation nécessitent des pilotes compatibles, et dans la plupart des cas, il en existe. C'est ce qui explique leur prix généralement plus élevé.

Entièrement automatique ou non?

On peut encore privilégier une commande manuelle dans certains cas, par exemple dans une salle de projection. Il existe différents systèmes sans fil (avec ou sans piles) qui peuvent être installés sans découpe ni rainurage.

Par luminaire, par groupe ou par salle?

Pour la commande par luminaire, les capteurs et les régulateurs sont généralement intégrés directement dans les luminaires.

Le contrôle par groupe de luminaires ou par pièce utilise un ou plusieurs capteurs dans la pièce (éventuellement à l'extérieur, dans le cas d'un système en boucle ouverte) et un contrôleur central - qui contrôle ensuite les luminaires, sur la base des mesures et des profils de gradation.

Il est possible de contrôler tous les luminaires comme un seul groupe, mais on choisit souvent de contrôler chaque rangée séparément, par exemple parallèlement aux fenêtres. Le choix dépendra, entre autres, de l'échelle et de la géométrie de la pièce, du type de contrôle et du projet.

Les systèmes avec capteur et contrôleur dans le luminaire se prêtent particulièrement bien aux rénovations. Attention toutefois aux différences de niveau de gradation. Selon les circonstances, un luminaire peut être plus ou moins gradateur, ce qui peut entraîner une gêne en cas de vision directe.

Si le choix se porte sur un ou plusieurs capteurs centraux, il est essentiel de bien les placer. Un capteur central dans la pièce, ou plusieurs capteurs en disposition maître-esclave? Dans tous les cas, la mesure de la lumière doit être représentative de l'ensemble de la zone contrôlée.

Protocole ouvert ou fermé?

Les protocoles numériques fermés sont utilisés par les fabricants dont les systèmes sont totalement propriétaires. Ils offrent une flexibilité limitée - après tout, vous restez dépendant du fabricant à tous les niveaux et à tous les moments. Si un composant se casse et que le fabricant ne le produit plus, l'ensemble du système doit être remplacé.

Solution globale ou auto-assemblage?

De plus en plus de fabricants proposent des solutions globales où la communication se fait selon DALI, par exemple. C'est intéressant pour les installateurs qui ne travaillent qu'occasionnellement avec des systèmes adaptatifs à la lumière naturelle. En effet, le fabricant d'éclairage se charge généralement du réglage et de la mise en service.

Si vous voulez vous présenter comme un spécialiste, il est préférable d'opter pour un système que vous assemblez vous-même. Cela permet de choisir le produit en toute liberté et d'avoir le contrôle nécessaire sur le travail effectué.

Numérique ou analogique?

Les systèmes non adressables utilisant un signal analogique 0/1-10 V (qui n'est plus proposé par les fabricants de luminaires) ou la diffusion DALI, par exemple, nécessitent une attention particulière lors du câblage et offrent moins de flexibilité pour les changements futurs. En effet, chaque groupe de luminaires ne peut être connecté qu'à la ligne sur laquelle son signal de commande est contrôlé. Une modification du système de commande peut donc entraîner une réouverture et un recâblage de l'ensemble.

Une modification du système de commande peut donc entraîner une réouverture et un recâblage de l'ensemble

Dans les systèmes numériques, les différents composants sont reliés entre eux en réseau ou par un système de bus. Dans ces systèmes, chaque conducteur reçoit une adresse et la commande peut être indépendante de l'alimentation électrique. Cela permet d'ajuster les groupes dans les systèmes câblés sans rupture supplémentaire - à condition de disposer d'une certaine programmation.

Il existe différents protocoles numériques, notamment DALI (DALI-2), Bluetooth, Zigbee ... DMX (surtout DMX512) gagne du terrain dans différents secteurs, mais pour l'éclairage fonctionnel, le système DALI reste la référence. Jusqu'à 64 sorties DALI (drivers, relais et gradateurs) et 64 entrées DALI-2 (capteurs, interrupteurs et boutons-poussoirs) peuvent être connectées à chaque sous-réseau DALI avec une limite de 250 mA par bus, qui peut être contrôlé en 16 groupes.

Remarque: seuls les composants "DALI Compliant" garantissent que le système fonctionnera en totale conformité avec la norme DALI (uniquement pour DALI-2). Les composants "compatibles DALI" intègrent plusieurs éléments de la norme mais n'offrent pas une garantie à 100%. Si vous décidez de remplacer certains composants DALI 1, envisagez toujours de remplacer également le contrôleur par un contrôleur DALI-2. Ce n'est qu'ainsi que vous pourrez utiliser toutes les fonctionnalités de la nouvelle version.

Sans fil ou câblé?

Il n'est pas nécessaire de tirer de nouveaux câbles grâce aux systèmes de commande sans fil qui communiquent par Bluetooth ou d'autres signaux RF. Ils peuvent fonctionner de manière autonome ou être reliés à un système câblé au niveau du bâtiment. Les systèmes câblés disposent également d'options permettant de travailler avec des adresses, de sorte que les changements apportés au système ne nécessitent pas nécessairement d'être enregistrés.

Local ou via un système de gestion centralisé?

Les systèmes de contrôle de l'éclairage sont de plus en plus souvent intégrés dans un système central de gestion du bâtiment (GTB) afin que les différents systèmes (ombrage, contrôle de l'éclairage en fonction de la lumière naturelle...) puissent être coordonnés efficacement.

Soit un contrôleur dans le système de gestion du bâtiment centralise le contrôle de tous les éléments d'éclairage dans le bâtiment, soit un contrôleur est fourni par pièce qui communique avec un contrôleur central dans le système de gestion du bâtiment par l'intermédiaire d'une passerelle.

En raison du coût et des possibilités - un système de gestion du bâtiment utilise généralement un protocole différent - la deuxième option est presque toujours choisie de nos jours. Le contrôle de l'éclairage en fonction de la lumière naturelle reste alors entre les mains de l'installateur, tandis que le niveau supérieur est souvent optimisé par un intégrateur de systèmes.

Systèmes combinés

Différents contrôleurs permettent de combiner le contrôle de l'éclairage en fonction de la lumière naturelle et en fonction de l'heure ou de la détection de présence - souvent dans le même appareil. Dans ce cas, il convient de veiller à ce que les deux fonctions soient remplies de manière optimale grâce à un positionnement judicieux.

Adaptation

Pour exploiter pleinement le potentiel d'économies de la régulation en fonction de la lumière du jour, il est nécessaire de procéder à un réglage correct. Les systèmes de commande basés sur la lumière du jour dépendent fortement des conditions d'installation spécifiques.

Bien que les fabricants simplifient le travail d'installation en termes de conception, il est important que les paramètres par défaut soient toujours vérifiés et ajustés si nécessaire. Certains fabricants d'éclairage procèdent eux-mêmes à ce réglage afin de simplifier le choix d'un éclairage adaptatif en fonction de la lumière naturelle.

Toutefois, vous pouvez également procéder vous-même à la mise en service. Les principes suivants vous aideront à démarrer.

Adaptation au système

Les systèmes en boucle ouverte et en boucle fermée doivent être réglés différemment en raison des différences de perception. La marque des composants détermine également la méthode de réglage. Dans certains systèmes, par exemple, le réglage se fera en exposant plus ou moins le capteur à la lumière incidente, tandis que dans d'autres, il s'agira d'une télécommande.

Adapté à la fonction du bâtiment

Mesurez l'éclairement à plusieurs endroits de la surface de travail. Comme référence, les exigences de la norme NBN EN 12464-1 sont généralement d'application - les spécifications peuvent imposer des exigences plus strictes. En mesurant l'éclairement sur la surface de travail dans différentes conditions de lumière du jour (ensoleillé, nuageux...), il est possible de définir des profils de gradation.

Adapté aux conditions

En principe, les réglages ne sont effectués qu'au stade final de la construction, idéalement lorsque les pièces sont déjà meublées et peintes. Ce n'est qu'à ce moment-là que l'on peut garantir les niveaux d'éclairement adéquats dans des conditions réelles.

Atténuation

L'atténuation empêche l'éclairage LED de varier chaque fois qu'un nuage passe devant le soleil. Dans la mesure du possible, chaque système adaptatif à la lumière naturelle doit être équipé d'un dispositif d'atténuation.

Contrôle

Effectuez des contrôles réguliers, en particulier au cours de la première année suivant l'installation. Vérifiez le fonctionnement du système adaptatif à la lumière naturelle en fonction des conditions météorologiques et des saisons.

Vérifiez également la consommation d'énergie et interrogez les utilisateurs. Cela vous permettra de savoir si le système atteint les performances souhaitées dans d'autres conditions météorologiques, d'adapter l'installation à tout réaménagement de la pièce et de vous informer de tout problème éventuel.

Accorder suffisamment d'attention aux économies d'énergie

En théorie, un système adaptatif à la lumière naturelle parfaitement réglé associe un confort maximal à des économies d'énergie maximales. Toutefois, dans la pratique, les installateurs et les fabricants ont tendance à prendre une marge suffisante sur l'éclairement pour assurer le confort en particulier.

Mais plus le contrôle de l'énergie gagnera en importance - et plus la part des contrats de performance énergétique augmentera - plus l'aspect énergétique devra être pris en compte. Ceux qui continueront alors à prévoir une marge de sécurité trop importante pour le confort - un choix presque par définition au détriment des économies d'énergie - seront à un moment ou à un autre confrontés à des clients ou des gestionnaires de bâtiments mécontents.

Il est donc préférable de s'efforcer dès maintenant d'associer le confort requis à une consommation d'énergie réduite au minimum.

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