par De Luminae

L'indicateur de climat lumineux est la fréquence d'apparition des ciels clair, intermédiaire et couvert (ou seulement clair et couvert suivant la disponibilité dans la base de données) pour une période ou pour l'année en fonction des données météorologiques du site géographique choisi. Cet indicateur contient également les niveaux d'éclairement sur le site géographique. Il ne dépend pas des caractéristiques micro-urbaines, ni du projet.

Fréquence par période et lux

La méthode analyse la base de données météo retenue. Pour chaque pas de temps, elle détermine s'il s'agit d'une heure de jour. S'il s'agit d'une heure de jour, elle analyse le rayonnement reçu afin de déterminer si celui-ci est au-dessus d'une limite définie (rayonnement direct normal > 120w/m², source Organisation Météorologique Mondiale). Si oui, on considère que cette heure est en ciel clair. Si non, il s'agira de ciel couvert. Face à cette heure, la méthode stocke l'information d'éclairement lumineux global sur le plan horizontal.

  - Localisation géographique du projet

Il est possible de déterminer plusieurs échelles :
- Une échelle nationale : de à . Cette échelle nous semble pertinente car elle se réfère à des situations réalistes et dont les utilisateurs peuvent avoir l'expérience.

Image du Plugin prototype pour l’indicateur de Climat Lumineux, Données Satel-Light, Interface De Luminae

Pour le site étudié, l’utilisateur obtient les valeurs suivantes : la fréquence d'apparition du ciel clair/intermédiaire/couvert pour une période donnée (mois par exemple) et les niveaux d'éclairement sur le site géographique (sur un plan horizontal dégagé).

Répartition des fréquences de types de ciel pour Paris, image issue de Satel-Light)

Le second résultat montré dans cet indicateur concerne les fréquences des niveaux d’éclairement mensuels en ciel couvert pour Paris au sol en site dégagé :

Répartition des éclairements au sol en ciel couvert par mois à Paris. données Satel-Light., présentation De Luminae

Il s'agit d'un indicateur à utiliser en phase très amont du projet et disponible avant même le début du projet. Il informe le concepteur sur l'importance du ciel clair ou couvert sur son site géographique. Cette information est utile pour la conception des ouvertures et leurs protections, du solaire passif, de la prise en compte des aspects énergétiques et ambiantales, etc.

Elle informe aussi sur la relative difficulté à atteindre tel ou tel indicateur. Les tests menés (cf. Livrable 3 partie sur les tests de FLJ et Autonomie) montrent que la variation des données climatiques joue un rôle très important sur les valeurs données aux indicateurs. Cette situation est évidente. Ceci entraîne que, pour un indicateur, les seuils peuvent être plus ou moins faciles à atteindre, voire qu'un indicateur peut être plus ou moins pertinent suivant les conditions climatiques du site. Par exemple, l’utilisation de FLJ dans le Sahara, donc l’évaluation de la situation en ciel couvert, est moins importante qu’en Irlande où la fréquence du ciel couvert est très grande.

Il nous semble donc utile de fournir une indication aux concepteurs sur la situation climatique de son projet, ce qui lui fournira dès le début du projet des informations sur la relative difficulté d'atteindre tel ou tel niveau d'un indicateur du fait du climat du site.

Des données climatiques sont disponibles dans des bases de données internationales. Celles-ci ne sont en général pas orientées vers le traitement de l'éclairage mais de la thermique. Toutefois, certaines corrélations sont établies et mais nous pouvons tirer des informations utiles de ces données. Pour l'Europe, la base de données Satel-Light est pour sa part consacrée à la lumière naturelle et contient de nombreuses informations utiles (en particulier la répartition des types de ciel entre clair, couvert et intermédiaire et les niveaux d'éclairement).

Afin de disposer d'une information simple et générale, l'indicateur de climat montre sur la répartition des fréquences sur le site du projet pour les ciels entre clair, intermédiaire, couvert et les niveaux d'éclairement en fonction des bases de données utilisées.

Besoin

Dans l'optique d'une architecturale durable, bioclimatique, intégrée dans son environnement et peu consommatrice d'énergie, l'adaptation du projet au climat est un facteur essentiel.

Les concepteurs disposent de peu d'informations relatives au climat lumineux (et dans une moindre mesure thermique). Ces informations existent, mais elles ne sont pas facilement accessibles pour les non-initiés.

Or, les variations du climat lumineux ont une très grande influence sur l'ambiance lumineuse à l'intérieur des espaces tout au long de l'année. Par exemple, la comparaison entre Nancy et Marseille montre une fréquence de ciel clair beaucoup plus importante à Marseille qu'à Nancy. Si l'on compare l'autonomie lumineuse en lumière naturelle d'un local simple, une fenêtre deux fois plus petite à Marseille permet d'atteindre une même autonomie lumineuse qu'à Nancy (hors toute autre considération d’influence du climat sur le confort, l'agrément, la thermique, etc.).

Ainsi, la connaissance du climat lumineux est une information essentielle pour concevoir de manière raisonnée les ambiances lumineuses dans un projet d'architecture ou d'urbanisme.

Réponse au besoin

Pour répondre à ce besoin nous représentons le climat lumineux par :

• la fréquence des types de ciel par saison, par année, par jour, etc.
• les éclairements produits par ces ciels au sol en environnement dégagé (les mesures des éclairements sur le plan horizontal sont effectuées dans les stations météorologiques sur des plates-formes qui assurent un « accès » complet à la voute céleste, c’est-à-dire sans masque).

Le site Satel-Light (http://www.satel-light.com/) présente le climat lumineux de cette manière. D’autres bases de données climatiques existent et sont accessibles, EnergyPlus…

Cette présentation permet également de comparer facilement les climats lumineux de différents sites entre eux, ce qui est une aide pour le concepteur.

Nous avons retenu de présenter cet indicateur de climat avec ces deux types d’informations de telle manière que le concepteur puisse comparer directement la situation du site de son projet par rapport aux sites les plus marquants dans le pays concerné (la France pour le prototype). Cet indicateur est présenté de façon simple et facilement lisible, et, dans cet indicateur, il n'y a pas lieu de juger un climat, mais plutôt de le comparer avec des références (par exemple le lieu avec les climats les plus extrêmes dans le même pays ou la même région).

Disponibilité / rapidité

L'indicateur de climat est naturellement disponible dès le début de la conception avant même que celle-ci soit commencée. Il fournit au concepteur les premières informations sur le site géographique.

Cet indicateur ne nécessite aucune information sur le projet, si ce n'est sa localisation.

Les informations fournies sont stables tout au long du projet et l’utilisateur obtient des réponses immédiates.

Nous avons débuté l’implémentation informatique sous forme de prototype. Nous testons ici si la technique de calcul et son implémentation permettent de donner un résultat juste.

L'indicateur s’appuie sur des fichiers météo EnergyPlus et/ou Satel-Light pour effectuer ses calculs. Comme ces deux sources de données produisent des résultats différents, il reste à déterminer la plus adaptée suivant le contexte.

Il est possible d’exploiter ces fichiers météo afin de comparer les résultats donnés par le programme de calcul de l'indicateur de climat avec ceux calculés « manuellement » pour obtenir une validation de la fiabilité des résultats. Le calcul manuel consiste à calculer sous Excel chaque test proposé en utilisant le fichier météo EnergyPlus. Le calcul manuel permet de suivre le calcul pas à pas pour le comparer avec les résultats du programme et donc prouver la justesse du résultat du programme. La démarche de calcul manuel est tout à fait similaire aux calculs manuels que nous avons explicités pour la validation de la méthode RD (même démarche, mêmes fichiers météo), seul le calcul lui-même est différent. Nous ne le décrirons pas ici car il est très simple (manipulation de colonnes sous Excel et chacun peut le refaire). Nous avons fait cette validation sur toute l’année et plusieurs sites.

Dans le prototype de CLEA, nous travaillons sur la France, c’est-à-dire que les références utilisées sont en France. Dans le prototype également, les fichiers EnergyPlus que nous utilisons ne permettent pas de travailler sur la notion de ciel intermédiaire. Dans un outil futur, d’autres bases de données pourront être utilisées pour travailler en ciel intermédiaire.

Suite à la validation de la logique de l’indicateur et de sa fiabilité, cet indicateur est validé.