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Éclairage architectural : maîtriser les effets de la lumière

Éclairage architectural : maîtriser les effets de la lumière

Techniques et conseils pour élaborer un projet d’éclairage architectural spectaculaire et maîtriser les lumières avec un logiciel de modélisation 3D

La lumière a une profonde influence sur la perception, l’expérience et la fonctionnalité des espaces architecturaux. Nous nous souvenons bien que c’est justement Le Corbusier, maître de l’architecture rationaliste, qui définissait l’architecture comme «le jeu magistral, correct et magnifique de masses réunies dans la lumière.» Et il ajoutait également : «Nos yeux sont faits pour voir des formes dans la lumière ; la lumière et l’ombre révèlent ces formes ; les cubes, les cônes, les sphères, les cylindres ou les pyramides sont les grandes formes primaires que la lumière révèle en avant ; l’image de celles-ci est distincte et tangible en nous sans ambiguïté. C’est pour cette raison que ce sont des formes belles, les plus belles formes. Tout le monde est d’accord là-dessus, l’enfant, le sauvage et le métaphysicien.»

Cette approche montre comment Le Corbusier considérait également la lumière comme un moyen grandiose pour exalter la beauté des formes architecturales pures.

Dans cet article, nous verrons comment valoriser vos projets en faisant un usage judicieux de la lumière artificielle et en contrôlant le résultat des choix de projet grâce à un logiciel de conception architecturale BIM.

Rendu d'éclairage architectural issu du logiciel Edificius

Rendu d’éclairage architectural issu du logiciel Edificius

Éclairage architectural des façades des bâtiments

Comme mentionné précédemment, la lumière a le pouvoir de mettre en valeur l’architecture. Il est donc essentiel que l’éclairage architectural soit précédé d’un véritable projet et prenne forme à la suite d’évaluations, d’analyses détaillées du contexte et du résultat souhaité.

Il ne suffit pas en effet d’utiliser un grand projecteur sur la façade pour obtenir le meilleur résultat, mais il est nécessaire de comprendre d’abord quels éléments nous voulons valoriser, où il est possible de positionner les lumières, quel type utiliser (rasante, frontal, chaud, froid, etc.) pour atteindre l’effet imaginé. Ces choix détermineront des effets et des résultats très différents et il est nécessaire de les étudier et de les prévoir dès la phase de projet. Par exemple, si la façade est caractérisée par une texture matérielle ou irrégulière (revêtements en pierre, briques, etc.), la lumière rasante peut mettre en valeur la trame et créer un résultat très agréable, tridimensionnel et saisissant. Ou, si l’on choisit d’utiliser des lumières frontales pour éclairer de manière uniforme le bâtiment, il est nécessaire de vérifier directement sur place où il est possible de les positionner et à quelle distance, en fonction des contraintes et des caractéristiques des lieux. En effet, il n’est pas toujours possible de positionner les lumières là où nous l’avons supposé, peut-être en raison de la présence de routes, de bâtiments et d’autres obstacles physiques.

Pour aborder un projet de lighting design, il est d’abord nécessaire d’identifier le point de vue principal vers le bâtiment ou vers la zone à éclairer. Il est bon de ne pas laisser cette direction coïncider avec celle de l’éclairage si l’on veut éviter un effet plat : en effet, la direction de la lumière peut mettre en valeur ou aplatir les détails et être même gênante pour les utilisateurs (phénomènes d’éblouissement qui peuvent être évités en augmentant la hauteur d’installation, en dirigeant l’intensité maximale des projecteurs à des angles inférieurs à 70° par rapport à la verticale vers le bas et en augmentant l’éclairage ambiant).

Pour déterminer la quantité de lumière pour l’éclairage des espaces extérieurs, il y a une combinaison de facteurs à considérer tels que : 

  • luminance ;
  • réflectance ;
  • éclairement.

Dans le domaine de l’éclairage architectural, la luminosité du contexte environnant et la typologie de la zone, connue sous le nom de luminosité ambiante, jouent un rôle fondamental. Pour éviter la sur-illumination et la dispersion de la lumière, il est essentiel de suivre des normes spécifiques, qui incluent des niveaux de luminance recommandés en fonction de l’éclairement moyen et maximal pour différentes zones, allant des zones naturelles en dehors des villes aux centres urbains plus densément éclairés. Le rapport entre la luminance moyenne et maximale détermine le contraste du sujet, connu sous le nom de contraste de luminance. Par exemple, si une petite partie de la façade d’un bâtiment est éclairée avec une luminance de 1 cd/m², les détails seront à peine perceptibles ; en augmentant la luminance à 5 cd/m², l’effet devient plus évident. Ce rapport prend également en compte la quantité de lumière réfléchie par les surfaces. Par exemple, si une façade est faite de briques rouges avec un indice de réflexion de 0,3 et qu’une autre partie est blanche avec un indice de 0,9, et qu’elles reçoivent la même quantité d’éclairage, il y aura un rapport de contraste de 1:3. Pour faciliter la planification, il existe des valeurs d’éclairement recommandées pour les matériaux les plus courants, qui peuvent être utilisées comme guide lors de la phase de conception préliminaire, en utilisant une source lumineuse blanche.

Rendu d'éclairage architectural issu du logiciel Edificius

Rendu d’éclairage architectural issu du logiciel Edificius

Il est important, dès la phase de conception, de réaliser des simulations réalistes reproduisant l’effet de l’éclairage architectural. Avec un logiciel de modélisation 3D BIM, vous pouvez obtenir ces résultats de manière simple. Modélisez le bâtiment en 3D, ajoutez des textures et des matériaux, placez des points lumineux, générez des rendus et des vues réalistes du projet ou naviguez dans le modèle en temps réel pour vérifier la validité de vos choix. Apportez des modifications au modèle et vérifiez le résultat pour qu’il se rapproche de plus en plus de l’idée du projet.

Vous pouvez insérer des luminaires et les choisir dans un catalogue riche proposant de nombreux modèles des marques les plus connues et emblématiques. Pour les luminaires, vous appliquez le point lumineux en choisissant le type : 

  • projecteur ;
  • point lumineux ;
  • source lumineuse de zone ;

la couleur de la lumière, les lumens, la température (Kelvin) et le type : 

  • incandescent ;
  • halogène ;
  • LED ;
  • fluorescent ;
  • etc.

Les images présentes dans cet article sont toutes réalisées avec un logiciel de modélisation 3D BIM et vous montrent le type d’effet que vous pouvez obtenir avec un minimum d’effort. Ensuite, je vous propose également une vidéo vous indiquant comment procéder à l’insertion des points lumineux dans votre modèle 3D.

Les évaluations concernant la source lumineuse doivent inclure : 

  • position ;
  • angle d’ouverture ;
  • puissance ;
  • température (lumière chaude, froide ou même colorée RGBW) ;
  • distance de l’objet ;
  • inclinaison (angle d’incidence) ;
  • qualité de l’appareil (adapté à l’extérieur, imperméable, résistant aux chocs, etc.) ;
  • variabilité de l’intensité et gestion de la luminosité.
Température de la lumière LED

Température de la lumière LED

Les techniques d’éclairage des façades des bâtiments peuvent être variées et dépendent de l’effet souhaité, du design architectural et de l’environnement environnant. Voici quelques-unes des techniques les plus courantes.

Éclairage en projection

Lorsque vous souhaitez illuminer les façades des bâtiments depuis une certaine distance, il est important de considérer comment positionner stratégiquement les luminaires. Si les bâtiments sont directement éclairés depuis le point de vue principal, ils risquent d’apparaître plats et sans profondeur. Il est donc conseillé de positionner les luminaires avec une inclinaison latérale par rapport au point de vue principal, afin de créer des ombres marquées qui confèrent de la profondeur à la façade.

Il est essentiel d’éclairer uniformément l’ensemble du bâtiment pour le mettre en valeur par rapport à l’environnement environnant. Tous les éléments tels que le toit, les cheminées, les murs, les arbres, doivent être impliqués dans l’éclairage. Il est souvent nécessaire d’intégrer des projecteurs supplémentaires pour éviter des effets d’éclairage inégaux qui pourraient donner l’impression que les bâtiments sont en suspension dans le vide. Les luminaires peuvent être dissimulés derrière des structures existantes, encastrés dans le sol ou installés discrètement.

Les façades avec des éléments verticaux, typiques de l’architecture gothique et classique, peuvent être mises en valeur en positionnant les luminaires sur les côtés de la façade et en utilisant des projecteurs à faisceau moyen. Cependant, il est important de noter que l’éclairage oblique peut générer des contrastes très marqués, il est donc recommandé d’intégrer une lumière de remplissage depuis la direction opposée pour adoucir l’effet global.

Rendu d'éclairage architectural issu du logiciel Edificius

Rendu d’éclairage architectural issu du logiciel Edificius

Pour les bâtiments contemporains avec des compositions horizontales et des éléments en saillie, tels que les bureaux et les hôtels, il est important de positionner les projecteurs près de la façade et dirigés vers le haut pour créer des ombres suggestives. Il est possible d’installer un éclairage supplémentaire au-dessus des rebords pour atténuer les ombres ou régler la distance entre la façade et la source lumineuse. Pour les bâtiments directionnels ou industriels avec des façades plates, il est recommandé de placer les luminaires très près de la surface ou sur la partie haute du bâtiment pour créer des effets d’accent visuel. De plus, il est important de prêter attention aux façades vitrées qui peuvent réfléchir la lumière vers le haut, réduisant ainsi l’effet lumineux souhaité.

Éclairage d’accentuation

Lors de l’éclairage d’une sculpture ou d’un détail décoratif du bâtiment, il est essentiel de créer un effet pour mettre en valeur les formes, les faisant ressortir par rapport au contexte environnant. La principale différence entre l’éclairage naturel et artificiel est que la lumière naturelle a toujours une direction de haut en bas, tandis que la lumière artificielle peut provenir de différentes directions, souvent de bas en haut. Cela signifie que les ombres projetées par la lumière artificielle seront différentes de celles de la lumière naturelle, créant un aspect nocturne distinctif et un plan de lecture du bâtiment complètement inhabituel.

La première étape consiste à déterminer la position de vision principale. Ensuite, on procède généralement à l’éclairage principal venant d’un angle d’environ 45°, si possible, complété par une source lumineuse de remplissage de l’autre côté. Un effet tridimensionnel plus accentué peut être obtenu en ajoutant un rétroéclairage , en veillant à éviter l’éblouissement des observateurs depuis la position principale de vision. Lors de l’éclairage d’un objet visible sous différents angles, il est conseillé de l’éclairer depuis trois directions, en mettant davantage l’accent sur l’une d’entre elles.

Les œuvres d’art aux couleurs claires sont plus visibles lorsqu’elles sont plus claires que l’arrière-plan, tandis que les statues sombres, comme les bronzes, ressortent mieux avec un effet de silhouette.

Les ombres projetées par un objet éclairé peuvent contribuer de manière significative à l’effet global. En utilisant des sources lumineuses de différentes couleurs, il est possible de créer des jeux de lumière et de couleur intéressants. Cependant, il est important d’équilibrer l’intensité de la lumière pour éviter des ombres trop marquées qui pourraient compromettre l’aspect final.

Dans les lieux de divertissement, il est important d’éviter une utilisation excessive des ombres, car elles pourraient réduire le sentiment de sécurité des personnes dans l’espace.

Lors de l’éclairage des façades avec des balcons ou des galeries, l’éclairage en projection est souvent préféré pour éviter les ombres marquées. Cependant, si l’espace devant la façade est limité, il est possible de placer un éclairage supplémentaire sur les balcons ou de l’incorporer directement dans le bâtiment pour créer les ombres souhaitées.

Les contraintes techniques ou les besoins spécifiques nécessitent souvent une distribution ou une intensité de faisceau lumineux modifiée. L’utilisation de composants optiques supplémentaires peut être utile pour régler le faisceau lumineux et obtenir le résultat souhaité, tout comme la possibilité de régler l’intensité de la lumière à l’aide d’un gradateur sur le projecteur lui-même.

Rendu d'éclairage architectural issu du logiciel Edificius

Rendu d’éclairage architectural issu du logiciel Edificius

Éclairage rasant

Essayez cette expérience vous-même : la nuit, en extérieur, pointez directement une lampe de poche sur un mur en briques – vous verrez la couleur et les formes des briques. Maintenant, placez la lampe de poche près de la surface du bâtiment et dirigez la lumière de manière rasante (du bas ou du haut, en positionnant la source lumineuse presque parallèlement à la surface du mur) – vous remarquerez également la texture. Cette technique, connue sous le nom de «grazing» (effleurement), est efficace pour montrer non seulement la texture des murs, mais aussi pour accentuer les formes et ajouter de la profondeur. Elle simplifie également l’éclairage des détails architecturaux. Un avantage pour les bâtiments habités ou fréquentés même en soirée, tels que les bureaux, les hôtels ou les villas, est que cette technique permet de faire pénétrer peu de lumière dans le bâtiment, évitant ainsi tout inconfort ou gêne pour ses occupants.

Une approche plus conventionnelle du «wall washing» implique un éclairage uniforme sur toute la façade. En installant des appareils à intervalles réguliers – ou en une rangée continue dans le cas de profils linéaires – les murs sont doucement « lavés » par une lumière uniforme. Cet éclairage doux, sans éblouissement, suscite un intérêt visuel et, dans de nombreux cas, fournit une lumière générale dans la zone grâce à la réflexion.

La distance entre les appareils, en particulier dans les profils linéaires, et le choix du faisceau lumineux approprié jouent un rôle clé dans la détermination si un mur est suffisamment éclairé ou non. Des lignes séparées peuvent être souhaitées pour communiquer et rythmer une façade.

Le «wall washing» nécessite généralement un grand nombre d’appareils à faible puissance par rapport à ceux utilisés pour la projection à distance. Lorsque cela est possible, les appareils doivent être encastrés ou dissimulés à la vue.

Éclairage de guidage

Pour indiquer les chemins piétonniers (mais aussi les voies carrossables), il est possible d’utiliser des appareils lumineux encastrés dans le sol. Ces dispositifs lumineux peuvent guider les individus le long d’un chemin spécifique, attirer l’attention et indiquer la direction à suivre. Il est conseillé d’utiliser des lampes à faible puissance à cet effet, afin de souligner discrètement les entrées, les sentiers, les croisements, les marches et les sièges, tout en évitant la pollution lumineuse. Pendant la nuit, ils fournissent un guide visuel clair, tandis que le jour, ils restent un point de repère visuel.

Les appareils lumineux encastrés dans le mur représentent une alternative efficace à ceux au sol, surtout dans les zones avec des dénivelés. Il est nécessaire de prévoir une structure de logement pour les appareils et de fournir l’alimentation électrique. La forme des appareils peut être choisie en fonction du contexte, qu’elle soit circulaire, carrée ou rectangulaire. Les appareils encastrés dans le mur sont généralement moins exposés au vandalisme que les bollards souvent utilisés pour éclairer les chemins.

Il existe différentes typologies d’appareils encastrés ou fixés au mur, qui peuvent être équipés de diverses combinaisons de lumières colorées et de grilles directionnelles pour créer des effets lumineux variés. Il est également important de prendre en compte les fenêtres directionnelles pour diriger le faisceau lumineux horizontalement. La sélection des appareils devrait également tenir compte de leur impact esthétique dans l’environnement environnant.

Il est essentiel d’obtenir un effet lumineux final brillant, chaleureux et uniforme, surtout dans les zones de passage. La couleur de la lumière doit être naturelle et ne pas éblouir les passants. Il est important de faire attention à la température de surface des appareils, surtout en considérant la possibilité que les enfants puissent les toucher. Par conséquent, il est recommandé d’utiliser des appareils à basse température pour éviter ce risque.

Effets lumineux

Le ton de l’éclairage architectural, qui peut être accueillant ou formel, intime, relaxant ou festif, dépend largement de la réponse émotionnelle suscitée par l’effet lumineux utilisé. Le concepteur dispose donc d’un outil puissant, la lumière, pour redéfinir l’apparence de l’architecture ou du paysage naturel.

Dans le contexte extérieur, l’éclairage ne devrait pas simplement reproduire l’aspect diurne du bâtiment ou du sujet, car la direction de la lumière diurne est généralement opposée à celle de la nuit. Les installations les plus efficaces exploitent ces différences au lieu de chercher à les émuler.

Un exemple d’éclairage conçu pour créer un effet est l’éclairage des colonnes. Une rangée de colonnes peut être éclairée de face, latéralement ou par l’arrière, créant un effet de silhouette. Il est préférable d’utiliser la lumière pour mettre en valeur les formes plutôt que d’aplatir l’ensemble.

Le concepteur doit tenir compte de l’impact visuel et du point de vue privilégié. Il est possible d’utiliser une série de techniques d’éclairage, y compris des jeux de lumière, des ombres et des couleurs ; des variations dans la position de montage ou la hauteur ; des modifications de conception et de type d’appareil ; et des ajustements de l’éclairage localisé. Une visite sur site est souvent essentielle pour établir le point de vue principal, évaluer les textures des surfaces et s’assurer que l’éclairage est harmonieux avec l’environnement environnant. Il convient d’éviter l’éblouissement ou la dispersion de la lumière qui pourraient être gênants ou dangereux.

Pour obtenir une lumière colorée, une solution courante est d’utiliser des lampes colorées. Il est possible d’utiliser des systèmes dynamiques pour changer de couleur, comme les LED RVB contrôlés par des dispositifs électroniques DMX, qui offrent une variété d’options de couleur programmables et réglables.

Rendu d'éclairage architectural issu du logiciel Edificius

Rendu d’éclairage architectural issu du logiciel Edificius

 

Lumière en architecture

La lumière architecturale crée une harmonie lumineuse entre l’objet éclairé et son environnement, mettant en valeur les détails architecturaux, la forme et la beauté.

Il y a deux aspects à prendre en compte lors de l’éclairage d’un bâtiment : l’aspect fonctionnel et l’aspect émotionnel. L’aspect fonctionnel fait référence aux aspects techniques : le positionnement des appareils d’éclairage, la quantité de lumière émise, les caractéristiques de la surface à éclairer, le type de lampes, la restitution des couleurs. L’aspect émotionnel, quant à lui, concerne les jeux de couleurs, la taille du faisceau lumineux, le contraste créé par les éléments architecturaux, la température de couleur.

En plus de l’éclairage de type fonctionnel et architectural, il existe un troisième type d’éclairage ayant un objectif promotionnel. Avec la lumière, différents résultats peuvent être obtenus, tels que : 

  • mettre en valeur l’architecture ;
  • mettre en relief le bâtiment ;
  • créer des atmosphères suggestives et de l’empathie avec l’observateur ;
  • améliorer l’utilisation des espaces en l’absence de lumière naturelle ;
  • accroître la perception de la sécurité pendant les heures nocturnes ;
  • mettre en avant une marque commerciale.

Les différentes techniques d’éclairage permettent d’obtenir des résultats variés. Voici quelques-unes des variables en jeu et quelques secrets pour les gérer.

Surfaces

La quantité de lumière que nous dirigeons vers le monument ou le bâtiment est moins importante que celle qui est réfléchie. La perception visuelle dépend en effet du type de texture et de la capacité réfléchissante de la surface.

Par exemple, les surfaces plus sombres et rugueuses nécessitent un éclairage plus important que les surfaces plus claires et lisses. Il en va de même pour la couleur, car un aspect crucial est l’indice d’absorption de la couleur. Les sources lumineuses monochromatiques ou basées sur une gamme limitée de couleurs ne montreront que quelques nuances de la structure. Par exemple, l’utilisation d’une lampe au sodium à basse pression (de couleur jaune monochromatique) sur une surface rouge serait inefficace car elle n’émet pas de longueurs d’onde rouges, rendant l’effet visuel presque imperceptible. Cependant, si nous éclairons une surface avec une couleur dominante, comme des arbres avec des feuilles vertes, avec une lumière correspondante, nous obtiendrons une saturation de la couleur, mettant en valeur la teinte naturelle du sujet. Pour une restitution fidèle des couleurs, des sources lumineuses «blanches» couvrant l’ensemble du spectre chromatique sont nécessaires. En plus de la réflectance, il est important de prendre en compte le degré de spécularité de la surface du bâtiment. Les surfaces mates réfléchissent uniformément la lumière dans toutes les directions, assurant une bonne brillance lorsqu’elles sont éclairées par le bas. Cependant, les surfaces réfléchissantes comme le marbre et l’acier inoxydable peuvent poser problème lorsque les projecteurs installés au sol projettent les rayons lumineux vers le haut, loin de l’observateur.

Sources lumineuses

Les lampes les plus couramment utilisées dans l’éclairage architectural sont les lampes à décharge haute intensité (HID) telles que les lampes aux halogénures métalliques et le sodium haute pression. Cependant, ces lampes ne conviennent pas à la gradation et, dans le cas du sodium, ne permettent pas une distinction précise des couleurs. Les petites lampes halogènes au tungstène, avec leur excellente restitution des couleurs et leur lumière brillante, continuent d’être utilisées, mais en raison de leur faible efficacité et de leur courte durée de vie, elles sont souvent remplacées par des LED. Les lampes fluorescentes linéaires offrent un flux lumineux élevé et une large gamme de températures de couleur, mais en raison de leur taille et de la dispersion de la lumière, elles ne sont pas optimales pour la projection directe ; elles conviennent mieux pour le wall washing et comme guides lumineux. Actuellement, les LED sont les lampes les plus utilisées, grâce à leurs performances en constante évolution et à leurs coûts réduits. Leurs caractéristiques uniques, telles que l’allumage instantané, l’efficacité élevée, la petite taille, la longue durée de vie, les performances fiables à basse température, la bonne restitution des couleurs et la gestion des couleurs/graduation, les rendent idéales pour la plupart des applications. De plus, le flux lumineux des LED est dirigé, ce qui permet au design, aux techniques et aux matériaux optiques de contrôler la distribution de la lumière et de maximiser les performances.

Restitution des couleurs

Dans le domaine de la lumière «blanche», émise par des sources fluorescentes, halogènes, aux halogénures métalliques et des LED, on observe une variation de la température de couleur, qui influencera l’aspect général, le rendant plus chaud ou plus froid en fonction de la température. Une méthode simple et fiable consiste à utiliser des sources lumineuses à lumière chaude avec des matériaux aux couleurs chaudes et une lumière froide avec des matériaux aux couleurs froides. Par exemple, on pourrait opter pour l’éclairage d’une brique rouge avec des lampes au sodium haute pression (émettant une teinte jaune avec un spectre limité) avec une température de couleur d’environ 2000K pour obtenir un effet globalement chaud, tandis qu’il pourrait être inapproprié avec des lampes aux halogénures métalliques avec une température de couleur supérieure à 5000K. De plus, il existe un indice de rendu des couleurs, IRC, exprimée en «IRC» ou «Ra» (de 0 à 100) : une valeur plus élevée indique une restitution des couleurs plus précise. Les lampes avec une valeur de IRC élevée, supérieure à 80, garantiront une bonne restitution des couleurs, rendant la scène plus naturelle, tandis que les lampes avec une faible restitution des couleurs altéreront certaines couleurs, donnant un aspect globalement artificiel.

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