Modélisation de la position du soleil et des types de ciels
Outils et méthodes pour l’éclairage naturel

Chez l'homme, plus de trois quarts des informations que reçoit et traite le cerveau proviennent des yeux. L'orientation dans l'espace dépend essentiellement de sa perception visuelle de l'environnement. La précision de ses gestes est obtenue par le fait que l'œil les suit.

Pendant des millénaires

Les hommes ont été tributaires de l'alternance des jours et des nuits. L'invention de moyens artificiels d'éclairage a considérablement atténué la rigueur de cette sujétion. Sous la réserve des contraintes de qualité du travail obtenu et du coût de la mise en œuvre de ces moyens, il est devenu possible de vivre, de se déplacer et de travailler, en dehors des heures où l'éclairage naturel est suffisant. Toute la vie sociale s'en est trouvée changée, ainsi que les conditions de travail. Dans ce dernier cas, on a pu s'affranchir absolument des conditions naturelles, aussi bien en faisant fonctionner les usines 24 heures sur 24, qu'en construisant des locaux aveugles.

Avant l'avènement des techniques performantes d'éclairage artificiel, l'utilisation de la lumière naturelle était une nécessité qui a, de ce fait, longtemps stimulé la recherche en architecture.

Encore jusqu'au début du XX^e siècle, le coût de l'énergie limitait le recours à l'éclairage artificiel. Les bâtisseurs s'assuraient que des baies, en nombre et surface suffisants, permettaient d'éclairer les locaux à la satisfaction des usagers.

Avec la baisse continue, au cours du XX^e siècle, des tarifs énergétiques, spécialement ceux de l'électricité, les constructeurs de locaux industriels n'y ont plus vu le même intérêt et s'en sont, parfois, complètement affranchis.

Depuis la crise pétrolière des années 1970, et bien que le coût de l'énergie n'ait pas augmenté au point de redevenir décisif, l'éclairage naturel a progressivement repris de l'importance en architecture. On distingue principalement trois raisons à ce retour en grâce :

• les avancées de l'ergonomie qui ont imposé la notion du rôle relationnel des fenêtres. L'importance des conditions de travail a rendu obligatoire la mise en place de moyens d'éclairage naturel ;

• les effets biologiques de la lumière sur l'homme qui sont maintenant mieux cernés. Aujourd'hui, nous savons que la variation quotidienne de la lumière joue un rôle de synchronisation de nos rythmes « internes » aux cycles diurnes et saisonniers. La lumière excite la sécrétion de certaines hormones, par une voie distincte du chemin visuel (noyau suprachiasmatique) ;

• la prise de conscience des impacts et des risques environnementaux engendrés par la production de l'électricité, que ce soit à partir de l'énergie nucléaire, hydraulique ou chimique (combustion).

Concernant ce dernier mode de production, la source d'énergie primaire est, généralement, un hydrocarbure d'origine géologique (houille, pétrole, gaz naturel) ; sa combustion libère dans l'atmosphère du gaz carbonique dont le carbone avait été fixé dans l'écorce terrestre des millions d'années auparavant. Avec celles des autres gaz à effet de serre, ces émanations sont considérées comme l'une des causes principales du réchauffement du climat. Leurs limitations font aujourd'hui l'objet d'un large consensus international. Le protocole de Kyöto (Japon), ouvert aux signatures en 1998, propose un calendrier de réduction de ces émissions gazeuses.

En France, la Haute Qualité Environnementale, qui a d'abord été un socle théorique consensuel, avant de devenir une marque déposée, s'est établie progressivement, au début des années 1990, entre divers acteurs de la construction. Cette démarche vise, entre autres, au renforcement du recours aux énergies renouvelables, donc, en particulier, à l’utilisation de la lumière du jour dans les bâtiments.

La source de l'éclairage naturel est le soleil, ainsi que la voûte céleste, par le jeu de la diffusion de la lumière dans l'atmosphère. Les constructions qui abritent l'homme des intempéries sont essentiellement opaques et limitent l'effet de la luminosité du ciel. Il importe donc de connaître les conditions dans lesquelles des baies transparentes ou translucides permettent de répondre aux besoins, et de savoir calculer la surface de ces percements.