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Mesurer l’éblouissement

Introduction

Deux métriques décrivant l’éblouissement dû à la lumière naturelle sont utilisées couramment et inclues dans certains outils de conception. Ce sont le Daylight Glare Index (DGI) et le Daylight Glare Probability (DGP).

Le DGI décrit la sensation d’éblouissement sur une échelle alors que le DGP décrit la probabilité qu’une personne soit gênée par un éblouissement provenant de la lumière naturelle.

Cette dernière métrique fût développée sous des conditions de lumière naturelle et a montré dans plusieurs cas qu’elle est mieux corrélée avec la perception d’éblouissement dû à la lumière naturelle que le DGI.

L’ensemble du contenu de cette page provient du rapport « Energy audit et inspection procedures » réalisé lors de la sous-tâche C de la tâche 50 de l’AIE (Agence Internationale de l’Énergie). Pour plus d’information, le rapport complet des méthodes d’audit et procédure d’inspection peut être téléchargé ici en français.

Le Daylight Glare Probability (DGP)

Le Daylight Glare Probability (DGP) est une approche pour prédire l’éblouissement d’inconfort pour des environnements de type locaux de bureaux.

Le DGP est un indice d’éblouissement, qui utilise l’éclairement vertical de l’œil (de manière à considérer un effet de saturation de l’œil) ainsi que les sources individuelles de haute luminance (telles que le soleil et ses réflexions spéculaires) pour estimer la proportion de personnes insatisfaites. Des simulations basées sur les données climatiques ou des procédures de calcul simplifié du DGP permettent d’évaluer la fréquence d’occurrence de situations éblouissantes. Ceci permet d’évaluer le comportement annuel de l’environnement visuel.

L’équation du DGP est une formule empirique connectant des quantités physiques directement mesurables (luminance des sources, éclairement vertical au droit de l’œil, ange solide formé par la source éblouissante, luminance de l’arrière-fond, etc.) avec l’éblouissement ressenti par les sujets. Les variables importantes sont :

L’éclairement vertical au niveau de l’œil : cette valeur joue un rôle majeur dans l’expérimentation de l’éblouissement des places de travail éclairées naturellement. De plus, cette valeur est aussi utilisée de manière à tenir compte de l’adaptation de l’œil au niveau d’éclairement ambiant.
La luminance de la source d’éblouissement. Dans le cas de fenêtres : la luminance du ciel vu au travers de la fenêtre (plus la source ou le ciel est brillant, plus l’index est haut).
L’angle solide sous-tendu par la source. Dans le cas de fenêtres : la taille apparente de la surface de ciel visible depuis l’œil de l’observateur (plus la surface est grande, plus l’indice est haut).
La position angulaire de la source par rapport à la ligne de vue de l’observateur. Dans le cas de fenêtres : la position du ciel visible dans le champ de vision (plus il est loin de la direction centrale de vision, plus l’indice est petit).

DGP = 5,87.10^-5 x E_v + 9,18.10^-2 x log( 1 + ∑_i[ (L_s,i² x ω_s,i) / (E_v^1,87 x P_i²) ] ) + 0,16

Avec :

E_v: l’éclairement vertical de l’œil [lux]
L_s: la luminance de la source [cd/m²]
i : le nombre de sources éblouissantes
P : l’indice de position [-]
ω_s : l’angle solide de la source [-]

Le DGP peut être appliqué à tout espace intérieur éclairé naturellement et dans lequel les tâches sont comparables à des tâches de bureau. Dans le cas de positions de travail multiples, la position la plus défavorable en termes d’éblouissement devrait être investiguée. Ces positions sont habituellement proches de la façade et/ou là où on peut s’attendre à une vue directe vers le soleil, lorsqu’il se trouve bas sur l’horizon.

De manière à éviter l’éblouissement d’inconfort pour des espaces de type bureaux, le DGP (Daylight Glare Probability) pour la direction de vision principale ne devrait pas excéder une valeur de 0.45 durant 5% du temps d’occupation. Le Tableau suivant résume les catégories de valeur du DGP.

Critères d’éblouissement	Daylight Glare Probability
L’éblouissement est le plus souvent non perçu	DGP ≤ 0,35
L’éblouissement est perçu mais le plus souvent non dérangeant	0,35 < DGP ≤ 0,40
L’éblouissement est perçu et souvent dérangeant	0,40 < DGP ≤ 0,45
L’éblouissement est perçu et souvent intolérable	0,45 < DGP

Une autre possibilité est d’utiliser une valeur seuil (DGPt) pour différents niveaux de protection de l’éblouissement.

Recommandation pour un niveau de protection à l’éblouissement	DGPt	Maximum d’excédant permis durant le temps d’usage de référence
Minimum	0,45	5 %
Moyen	0,40	5 %
Élevé	0,35	5 %

La sensibilité à l’éblouissement augmente avec l’âge. De plus, la variation de perception de l’éblouissement entre personnes est large. Le DGP ne devrait pas être appliqué aux situations pour lesquelles on soupçonne que l’éclairement vertical n’est pas un bon, indicateur de la perception d’éblouissement. Ces situations incluent ; une tâche positionnée loin de la fenêtre, les surfaces de vente des magasins, des halls sportifs et des espaces profonds et sombres avec des très petites fenêtres.

Le Daylight Glare Index (DGI)

Le Daylight Glare Index DGI (ou équation d’éblouissement de Cornell) est une version modifiée du « British glare index BGI », pour prédire l’éblouissement venant des fenêtres. L’équation est exprimée comme suit :

DGI = 10 log( 0,48 x ∑_i [ (L_s^1,6 x Ω_s^0,8) / (L_b + 0,07 x ω_wi^0,5 x L_wi) ] )

Avec

L_s : la luminance de source(s) d’éblouissement [cd/m²]
L_b : la luminance de l’arrière-plan [cd/m²]
L_w : la luminance moyenne pondérée de la fenêtre, en fonction de la surface relative du ciel, des obstructions et du sol [cd/m²]
i : le nombre de sources éblouissantes
Ω_s : l’angle solide sous-tendu par la fenêtre [sr]
ω_s : l’angle solide sous-tendu par la source d’éblouissement, modifié par la position de la source en considérant le champ visuel et l’indice de position de Guth [sr].

Le DGI exprime la magnitude d’éblouissement et sa valeur est définie comme :

Critères d’éblouissement	Daylight Glare Index
Juste imperceptible	16
Juste acceptable	20
Juste inconfortable	24
Juste intolérable	28

Le DGI a été développé dans des conditions d’éclairage électrique et son applicabilité pour des sources d’éblouissement dispersées de même que pour des sources d’éblouissement de grande superficie n’est pas claire. Il ne tient pas non plus compte d’un effet de saturation de l’œil.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les luminaires – limiter l’éblouissement

Locaux sans ordinateur

Dans les locaux où il n’y a pas d’écran d’ordinateur, on cherchera principalement à limiter l’éblouissement direct des occupants.

Pour les luminaires ouverts traditionnels, les risques d’éblouissement sont réduits si le luminaire dispose de ventelles empêchant la vue directe des lampes à partir d’un certain angle de vision par rapport à la verticale (angle de défilement).

Luminaire a ventelles.

Recommandations
Angle de défilement maximum	60°
Rendement minimum	70 %

La norme NBN EN 12464-1 prévoit de limiter l’éblouissement direct par des ventelles en fonction de la luminance de la lampe :

Luminance de la lampe en kCd/m2	Angle maximum de défilement
20 à < 50	75°
50 à < 500	70°
>= 500	60°

Les luminaires basse luminance ne sont pas strictement nécessaires mais apportent un confort supplémentaire aux élèves. Leur prix est cependant supérieur par rapport aux simples luminaires avec ventelles blanches (les luminaires avec ventelles blanches ont souvent un très faible rendement).

Locaux avec ordinateurs

On peut éviter les réflexions parasites sur les écrans de deux manières différentes :

Avec des luminaires basse luminance

Le choix d’un luminaire dit « basse luminance » est la meilleure solution pour l’éclairage des locaux informatisés de surface relativement importante, quel que soit le type d’écran. Celui-ci ne doit pas être incliné de plus de 20° par rapport à la verticale (position courante de travail sur PC).

Pour prévenir tout risque de reflets dans les écrans quel que soit leur type, les normes recommandent pour un angle d’élévation de 65° des valeurs de luminance reprise dans le tableau ci-dessous et ce quel que soit le plan du luminaire considéré (C0, C30, …, C90) :

	Niveau limite de luminance moyenne des luminaires (cd/m²)
État de luminance élevé de l’écran	Écran à haute luminance L > 200 cd/m²	Écran à luminance moyenne L ≤ 200 cd/m²
Tâche de bureau classique	≤ 3 000	≤ 1 500
Besoin de détail	≤ 1 500	≤ 1 000
L’état de luminance élevé de l’écran (selon EN ISO 9241-302) décrit la luminance maximale de la partie blanche de l’écran, valeur fournie par le fabricant.

Cependant, la protection contre l’éblouissement se fait au détriment du rendement du luminaire (plus on dispose de ventelles devant la lampe pour limiter l’éblouissement, plus importantes seront les pertes).

Les constructeurs proposent différents types de luminaires « basse luminance » avec des angles d’élévation inférieurs à 65°. Dans ce cas, il est important de garantir le maintien d’un rendement acceptable. Pour ce faire, Laborelec (le laboratoire belge de l’industrie électrique) a établi un tableau synthétique donnant, pour différents angles d’élévation, un rendement minimum à respecter.

Type de travail sur ordinateur	Recommandation EN 12464-1 Angle d’élévation	Luminance < 200 cd/m² pour des angles g
		Recommandation Laborelec par rapport à la DIN 5035
		Angle d’élévation	rendement minimum
	Dans tous les plans	Dans les plans longitudinaux (C90), transversaux (C0) et diagonaux (C30 et C60)
Usage limité	65°	65°	65 %
Usage important mais non fatigant		60°	65 %
Usage intensif et fatigant		50°	55 %

En observant le tableau ci-dessus, on se rend compte que la DIN 5035 est plus précise et contraignante que la norme EN 12464-1. À l’heure actuelle, certains constructeurs proposent des luminaires dont les caractéristiques techniques tiennent compte des deux normes.

Exemple.

Ce luminaire basse luminance répond à la norme EN 12464-1. La luminance du luminaire est inférieure à 200 Cd/m² pour un angle de défilement > 65° et ce dans toutes les directions. Son rendement, avec 1 lampes T8 de 58 W est de 76 %. De plus, il est DIN 60.

Remarque.

Comme on l’a vu, la norme EN 12464-1 précise que pour un angle d’élévation de 65°, on considère tous les plans du luminaire; autrement dit, quel que soit la position du bureau et par conséquent l’angle de vue, les 200 Cd/m² ne peuvent pas être dépassés; ce qui n’était pas le cas dans les anciennes normes NBN L 13 – 006, IN 5035 (partie 7), CIBSE LG3 (1989) qui ne privilégiaient que certains plans. On en conclut, dans ce cas, que la EN 12464-1 est plus restrictive.

Le libre choix des luminaires équipés de lampes T5 ou T8 est laissé à l’auteur de projet. Toutefois on rappellera que pour comparer ces deux technologies il faut :

Vérifier que les constructeurs donnent des valeurs de rendement qui puissent être comparées (pour une même température ambiante),

Vérifier le prix.

Se rendre bien compte que les sources LED et les lampes T5 ont une luminance plus élevée que les lampes T8 donc risque d’éblouissement.

Avec des luminaires « lumière douce » ou à plexi performant

Écran à affichage positif… et … Écran à affichage négatif.

Les luminaires « lumière douce » ont une luminance nettement supérieure à 200 cd/m² pour des angles d’élévation > 65°.

Ils ne peuvent donc pas être utilisés en présence d’ordinateurs, sauf dans le cas très restreint d’écrans plats à affichage positif (caractères sombres sur fond clair) et bon traitement antireflet.

En effet, la norme européenne ISO 9241 admet qu’une luminance moyenne des luminaires de 1 000 cd/m² (avec des pointes de moins de 1 500 cd/m²) ne provoquera pas de réflexion gênante sur les écrans. Ceci s’explique par la réduction du contraste entre ce type d’écran et les réflexions qui peuvent y apparaître (attention, le contraste entre le fond d’écran et le texte diminue aussi, ce qui est un inconvénient !).

Les luminaires « lumière douce » respectent ce critère soit directement, soit moyennant une adaptation qui limite leur luminance moyenne (par exemple pour les lampes fluocompactes).

L’avantage de ce type de luminaire apparaît lorsqu’on utilise des ordinateurs portables. (En effet les recommandations Laborelec s’appliquent pour des écrans inclinés de 15° à 20° par rapport à la verticale). Dans le cas d’ordinateurs portables, l’utilisateur incline plus fortement son écran. Il risque alors d’apercevoir des reflets même si les luminaires sont à basse luminance. Un luminaire « lumière douce » ayant une luminance moyenne dans toutes les directions, même verticale, peut alors se justifier. Il existe des luminaires à plexi performant avec les mêmes avantages que la « lumière douce ».

Cas particulier : les bureaux individuels

Les recommandations ci-dessus s’appliquent pour la majorité des bureaux. Cependant, dans un petit bureau (bureau individuel), on peut placer le luminaire et/ou les postes de travail de manière telle qu’il n’y ait jamais de réflexion. L’angle sous lequel l’écran voit le luminaire reste alors toujours inférieur à 50 – 60°.

On peut alors toujours choisir un luminaire qui n’est pas basse luminance, par exemple à ventelles planes et diffusantes ou à plexi. Ces luminaires ont un prix inférieur par rapport aux luminaires identiques équipés de ventelles paraboliques. Ces derniers apportent cependant un « plus » au standing du local et donc contribuent au confort psychologique des occupants.

Exemple : bureau avant et après

Avant : 2 vieux luminaires 2 x 36 W BM avec du bruit et éclairage trop faible.

Après : 2 luminaires 1 x 35 W T5 BE-DIM avec un niveau d’éclairement x 1,5, une économie d’énergie > 50 %, < 2,5 W/m²/100 lux et confort visuel élevé !

Cas particulier : les circulations

Les couloirs de bureaux, d’école, …

Les circulations ne présentent aucune exigence en termes de basse luminance. Tout au plus faut-il éviter un éblouissement trop important en choisissant des luminaires comportant un système de défilement. Des luminaires ouverts à ventelles planes sont donc tout à fait indiqués (angle de défilement minimum de 75°).

Les couloirs d’hôpital, de maison de repos

Les couloirs d’hôpitaux et des maisons de repos nécessitent une attention particulière sachant que l’éblouissement dû au luminaire peut être important pour les patients alités. C’est la raison pour laquelle les luminaires à basse luminance sont intéressants.

Flexibilité du local

Dans certains locaux, le type de travail et/ou la disposition des postes de travail peuvent varier dans le temps. Dans ce cas, l’éclairage général ne peut privilégier aucune zone ni direction dans le local. Si tel était le cas, leur adaptation à une nouvelle situation doit se faire avec un minimum de manipulations.

Voici différents types de luminaires pouvant répondre à ces exigences :

des luminaires à distribution de lumière identique dans toutes les directions,

un éclairage à deux composantes : éclairage général moyen (direct ou indirect) associé à des luminaires individuels mobiles,

si, à terme, le local risque d’être équipé d’ordinateurs, on peut préventivement envisager des luminaires à basse luminance,

si des bureaux individuels risquent d’être regroupés en bureaux paysagers, il est préférable de les équiper de luminaires basse luminance.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer les risques d’éblouissement

Les risques d’éblouissement

Selon la tâche effectuée, certains types d’éblouissement peuvent apparaitre plus gênants que d’autres.

Dans les bureaux et les classes

Les occupants, à leur place de travail, sont peuvent être gênés par une trop grande « brillance » des luminaires. Cette sensation est caractérisée par la « luminance » des luminaires.

Éblouissement direct

Une personne assise à son poste de travail ou un élève assis à son banc ne doit pas ressentir, dans son champ de vision, un trop grand contraste éblouissant émanant du luminaire.

Les risques d’éblouissement apparaissent généralement pour les luminaires les plus éloignés du plan de travail. Les luminaires se trouvant proches de la verticale par rapport au plan de travail ( ϒ >< 45°) ne poseront pas de problème d’éblouissement. Cette dernière situation est presque toujours rencontrée dans les bureaux individuels standards.

Les problèmes d’éblouissement sont plutôt rencontrés dans les locaux de grandes tailles tels que les bureaux paysagés. Ainsi, l’éblouissement perturbe davantage les élèves du fond de la classe que ceux du premier rang. En effet, un élève du fond de la classe, lorsqu’il regarde vers le tableau, aura dans son champ de vision plusieurs rangées de luminaires.
Certains luminaires sont propices à provoquer des éblouissements (les tubes nus constituent évidemment le pire des cas).

Éblouissement indirect

La même personne assise à son même poste de travail équipé d’un écran de visualisation risque de subir des éblouissements par réflexion indirecte dans l’écran. La norme EN 12464-1 recommande pour cela de limiter la luminance des luminaires.

Dans les salles de sport

Dans une salle omnisports, les joueurs regardent vers le haut pour suivre les balles en hauteur, la gymnastique peut se faire sur le dos. Les sportifs ont alors une vue directe des lampes par le bas. Il est dès lors très difficile d’empêcher l’éblouissement par la vue des sources lumineuses. Le risque principal est donc « l’éblouissement direct invalidant ».

« L’éblouissement direct d’inconfort » est moins important dans les salles de sport que dans les classes ou les bureaux. En effet, dans ces derniers, l’éblouissement est aggravé par une position et une direction du regard relativement fixes. Sur les terrains de sport, par contre, l’axe de vision d’un sportif est constamment changeant.

Dans les ateliers

Pour ce type de tâche, le risque d’éblouissement principal réside dans :

l’éblouissement direct vu que les ateliers sont souvent des espaces ouverts et que le travailleur risque d’être ébloui par les luminaires les plus éloignés ;

l’éblouissement indirect de par la présence de pièces métalliques brillantes.

Un autre phénomène assez pernicieux est l’effet stroboscopique qui se manifeste lorsque des pièces en rotation sont soumises à un éclairage à courant alternatif. Sans rentrer dans les détails, la résultante de cet effet est que le travailleur risque de croire que la pièce tournante est à l’arrêt (comme dans les bons vieux westerns, on a l’impression que les roues des chariots des cowboys tournent à l’envers ou ne tournent pas du tout).

Dans les hôpitaux

Ni les patients, ni le corps médical ne peuvent être gênés par une trop grande « brillance » des luminaires.

Le problème de l’éblouissement qu’il soit d’origine directe ou indirecte est plus délicat à traiter dans les hôpitaux à cause des multiples directions du regard que l’on peut rencontrer :

Les patients couchés, regardant en général vers le plafond. Ce sera souvent le cas, dans les couloirs où les patients sont véhiculés dans leur lit ou encore dans les chambres.

Le corps médical examinant le patient, regardant un écran de contrôle,…

A priori, jamais une personne couchée ne devrait apercevoir directement

une lampe,
le ciel clair,
un contraste trop important entre un point lumineux et le plafond.

Les risques de gêne augmentent donc si des luminaires directs sont disposés dans l’axe d’un lit. Ceci condamne souvent l’éclairage direct dans les zones où des lits sont véhiculés ou stationnés.

Il faut aussi éviter de placer les lits face à une fenêtre.

Pour le personnel, les risques d’éblouissement direct sont plus réduits. Reprenons ici quelques principes :

Une personne à son poste de travail ne doit pas ressentir, dans son champ de vision, un trop grand contraste éblouissant émanant du luminaire.

Les risques d’éblouissement apparaissent pour les luminaires situés dans un angle vision de 45° par rapport à l’axe du regard (voir plus haut : cas des bureaux).

Les situations à éviter

Pour diminuer les risques il faudra veiller :

> À la position et l’orientation des luminaires

par rapport aux tâches à effectuer. Par exemple, pour un hall de sport, un luminaire pour lampes à décharge placé de manière inclinée aux extrémités d’un terrain dans l’axe longitudinal de celui-ci provoquera de l’éblouissement.

> Aux matériaux employés

Des luminaires sur un plafond sombre peuvent renforcer l’éblouissement. De même, un revêtement de sol trop brillant ou trop clair peut être source d’éblouissement. Par contre des couleurs trop foncées donnent une impression psychologique désagréable.

> À la position et/ou la protection des baies

L’éblouissement pourra aussi être provoqué par des baies vitrées placées dans l’axe longitudinal d’une surface d’évolution, surtout si les vitres sont claires, non occultées et orientées au soleil. Un ciel vu à travers un lanterneau peut également provoquer de l’éblouissement.

> Au type de luminaire employé

Certains types de luminaires sont plus propices à provoquer des éblouissements :

Pour les locaux « hauts »

Les luminaires avec lampes à décharge ont une luminance très élevée. Les lampes à décharge présentent une luminance au moins 15 à 20 fois plus élevée que les tubes fluorescents.

Ces luminaires sont fort éblouissants s’ils sont utilisés pour des hauteurs inférieures à 7 m.

Les lampes halogènes pour projecteurs peuvent avoir une luminance environ 7 à 90 fois plus élevée que celle des tubes fluorescents classiques. Ils risquent donc d’être très gênants pour les sportifs de jeux de balles, surtout s’ils sont inclinés dans l’axe longitudinal d’un des terrains de la salle omnisports.

Dans les locaux « bas »

Les tubes nus (vision directe de la lampe) ou les luminaires à diffuseur opalin ne contrôlent pas la diffusion de lumière. Ils sont donc éblouissants et peuvent être très gênants pour des usages de type bureaux.

Avec les luminaires équipés d’un diffuseur opalin de type lumière douce, le flux lumineux est diffusé de manière uniforme ce qui réduit le risque d’éblouissement direct. Dans la figure ci-contre, l’éblouissement indirect du plafond provient de la réflexion de la lumière naturelle au travers des baies vitrées sur le plafond.

Les luminaires équipés de ventelles (planes ou profilées) présentent, quant à eux, peu de risque d’éblouissement. On voit ici des luminaires avec ventelles paraboliques en aluminium, ce sont les luminaires dits « basse luminance ».

Les luminaires à tubes LED peuvent devenir des sources d’éblouissement non négligeables sachant qu’un tube LED est constitué d’une multitude de lampes LED ponctuelles de grande luminance.

Comment évaluer sa situation ?

Idéalement, avec un luminancemètre

La gêne causée par l’éblouissement direct ou indirect peut être mesurée à l’aide d’un luminancemètre. Ces mesures sont alors comparées aux valeurs de référence de la norme EN 12464-1. Un luminancemètre est cependant très cher et les mesures, difficiles à effectuer, ne peuvent être convenablement exécutées que par des spécialistes.

Deux valeurs de la norme sont à prendre en considération :

La luminance en fonction des angles de défilement.

La valeur du facteur UGR (taux d’éblouissement unifié) qui prend en compte l’éblouissement associé à la présence de plusieurs luminaires dans un local (valeur d’UGR comprise entre 10 et 30) n’est pas non plus facile à déterminer. On fera soit de nouveau appel à un professionnel soit il y a possibilité de calculer cette valeur dans le logiciel Dialux (standard en matière d’éclairage) mais c’est par pur sport.

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