Lorsque nous parlons de lumière naturelle, nous avons souvent l’impression de désigner un phénomène unique : la lumière du soleil entre par une fenêtre et éclaire la pièce.

La réalité est plus complexe. La lumière naturelle présente dans un bâtiment résulte de plusieurs composantes : elle peut provenir directement du soleil, être diffusée par le ciel ou encore être réfléchie par le sol, les façades voisines et les différents éléments qui entourent le bâtiment. Ces lumières ne produisent pas les mêmes effets — elles ne possèdent ni la même intensité, ni la même direction, ni la même stabilité. Pour Joël Sels, Senior Daylight Design Engineer chez VELUX, comprendre leurs différences est indispensable pour concevoir des espaces à la fois lumineux, agréables et confortables.

La lumière directe : spectaculaire, mais changeante

La lumière directe est celle que nous associons le plus spontanément au soleil. Elle crée ces taches lumineuses qui se déplacent sur les murs et les sols au fil de la journée, donne du relief aux espaces, fait apparaître les textures et produit des contrastes parfois très forts. Une pièce traversée par un rayon de soleil peut changer complètement d’atmosphère en quelques minutes.

Mais cette lumière est aussi très mobile : sa présence dépend de l’heure, de la saison, de l’orientation des ouvertures et des obstacles situés autour du bâtiment. Une pièce exposée au soleil le matin ne le sera pas nécessairement l’après-midi, tandis qu’une ouverture bénéficiant d’un rayonnement direct en été peut ne plus en recevoir en hiver. Pour en profiter intelligemment, il faut donc comprendre la course du soleil et anticiper les moments auxquels ses rayons atteindront les différentes pièces.

La lumière directe est également très intense : elle peut provoquer de l’éblouissement et apporter une quantité importante de chaleur à travers les vitrages. Mal maîtrisée, elle augmente ainsi le risque de surchauffe, particulièrement durant l’été. L’enjeu n’est donc pas de la faire entrer sans limite, mais de pouvoir l’utiliser lorsque ses effets sont bénéfiques et de s’en protéger lorsqu’elle devient inconfortable.

(Lire aussi : « Qu’est-ce qu’une ouverture peut réellement apporter à une maison ? »)

La lumière diffuse : une ressource plus régulière

La deuxième composante est la lumière diffuse du ciel. Elle provient du rayonnement solaire dispersé par l’atmosphère et par les nuages et, contrairement à la lumière directe, ne produit pas de rayons nettement dessinés ni d’ombres très marquées : elle enveloppe davantage les volumes et se répartit de manière plus homogène.

Dans un pays au climat souvent nuageux comme la Belgique, cette lumière constitue une ressource essentielle : même lorsque le disque solaire n’est pas visible, le ciel continue à éclairer les bâtiments. Généralement plus douce et plus stable que le soleil direct, elle permet d’obtenir un éclairage régulier, particulièrement intéressant dans les espaces de travail, les écoles, les ateliers ou les pièces où il faut éviter les contrastes excessifs.

Cela ne signifie pas qu’elle soit constante : son intensité varie en fonction de la couverture nuageuse, de la saison, de l’heure et de la portion de ciel visible depuis la fenêtre. Une pièce située au rez-de-chaussée entre des immeubles élevés recevra beaucoup moins de lumière diffuse qu’un espace situé sous une toiture largement ouverte vers le ciel.

La lumière réfléchie : la composante souvent oubliée

La lumière naturelle peut également atteindre une habitation après avoir été réfléchie par son environnement. Le sol, une terrasse, un mur clair, une façade voisine, la végétation ou même les surfaces intérieures renvoient une partie de la lumière qu’ils reçoivent.

Cette troisième composante est parfois négligée, alors qu’elle peut jouer un rôle important, notamment dans les environnements urbains denses. Lorsqu’une fenêtre ne dispose que d’une vue limitée sur le ciel, une façade voisine claire peut contribuer à renvoyer de la lumière vers l’intérieur ; à l’inverse, des matériaux très sombres en absorberont une grande partie. À l’intérieur, le même principe s’applique : des plafonds et des murs clairs favorisent la diffusion de la lumière dans la profondeur de la pièce, tandis que des surfaces foncées la retiennent davantage.

La lumière présente dans une habitation est donc toujours le résultat d’un mélange entre soleil direct, lumière diffuse du ciel et réflexions produites par son environnement.

Pourquoi choisir une situation de référence ?

La lumière naturelle évolue continuellement, entre le matin et le soir mais aussi entre l’hiver et l’été. Pour étudier un projet et comparer différentes solutions, il est donc nécessaire de choisir des conditions de référence : sans cela, le résultat dépendrait entièrement du jour et de l’heure auxquels l’observation est réalisée.

Dans son explication, Joël Sels prend le 21 mars comme journée de référence. Cette date n’est pas un choix arbitraire : elle est couramment utilisée dans les études d’ensoleillement des bâtiments, notamment dans le cadre de la norme européenne EN 17037, adoptée en Belgique sous la référence NBN EN 17037. Pour évaluer la durée pendant laquelle une pièce peut recevoir du soleil direct, cette norme prévoit de choisir une journée comprise entre le 1er février et le 21 mars — proche de l’équinoxe de printemps, cette dernière date est fréquemment retenue comme repère commun permettant de comparer différentes orientations ou différentes solutions architecturales. Cette date concerne toutefois principalement l’étude de l’exposition au soleil direct : l’évaluation globale de la lumière naturelle ne peut pas être limitée à une seule journée, elle doit aussi tenir compte de la lumière diffuse, des conditions de ciel couvert et des variations observées au cours de l’année.

Ce choix du 21 mars permet d’éviter de se placer dans l’une des situations extrêmes de l’année. Le 21 juin, les journées sont longues et le soleil monte haut dans le ciel — concevoir les ouvertures uniquement à partir de ces conditions très favorables risquerait de sous-estimer les besoins de lumière pendant le reste de l’année. À l’inverse, le 21 décembre correspond à une période où les journées sont courtes et le soleil très bas : dimensionner toutes les fenêtres pour atteindre un niveau élevé de lumière dans cette situation pourrait conduire à des surfaces vitrées très importantes, avec un risque accru de surchauffe durant l’été. L’équinoxe offre ainsi un repère pédagogique intéressant pour observer la position solaire dans une situation intermédiaire, sans constituer l’unique base de tous les calculs de lumière naturelle.

Un soleil situé à environ 39 degrés à Bruxelles

À l’équinoxe, le Soleil se trouve à la verticale de l’équateur. À midi solaire, sa hauteur au-dessus de l’horizon dépend alors principalement de la latitude du lieu. Bruxelles se situant à un peu plus de 50 degrés de latitude nord, le soleil atteint une hauteur d’environ 39 degrés à midi solaire lors de l’équinoxe.

Cet angle est intéressant pour l’architecture belge, car il est proche de la pente de nombreuses toitures inclinées traditionnelles : une ouverture en toiture peut donc entretenir une relation particulière avec cette position du soleil. Il faut toutefois distinguer l’heure affichée par nos montres du midi solaire, c’est-à-dire le moment où le soleil atteint son point le plus haut dans le ciel — les deux ne correspondent pas nécessairement en raison du fuseau horaire et du passage à l’heure d’été.

Comment mesurer et calculer la lumière ?

Une méthode classique d’évaluation de la lumière naturelle est le facteur de lumière du jour. Celui-ci compare la quantité de lumière reçue en un point à l’intérieur d’une pièce avec la quantité de lumière disponible simultanément à l’extérieur, sous un ciel couvert défini, et exprime le résultat en pourcentage. Cette méthode se concentre sur la lumière diffuse et ne dépend donc pas de l’orientation du bâtiment ni d’une position précise du soleil : elle permet de comparer la capacité de différentes ouvertures à apporter la lumière du ciel dans un espace. Le résultat dépend notamment de la taille et de la position des fenêtres, de la profondeur de la pièce, des propriétés du vitrage, des couleurs intérieures et des obstacles qui masquent le ciel. Des simulations plus complètes permettent aujourd’hui d’étudier également l’ensoleillement direct, les variations horaires et saisonnières ainsi que différentes conditions de ciel.

Pour dépasser la simple impression de clarté ou d’obscurité, il est aussi possible de mesurer directement la lumière. L’éclairement correspond à la quantité de lumière reçue par une surface et s’exprime en lux : plus le nombre de lux est élevé, plus la surface mesurée reçoit de lumière. L’instrument utilisé pour réaliser cette mesure est le luxmètre, que l’on peut placer sur une table, un plan de travail ou à un autre endroit précis de la pièce afin d’évaluer le niveau d’éclairement disponible. Cette mesure doit toutefois être interprétée avec prudence : la lumière naturelle change constamment, un résultat obtenu le matin ne sera pas nécessairement identique l’après-midi, et une mesure effectuée sous un ciel dégagé sera différente de celle réalisée par temps couvert. Pour comparer plusieurs pièces ou plusieurs ouvertures, il est donc préférable d’effectuer les relevés dans des conditions similaires. Le luxmètre permet néanmoins de rendre visible une réalité que nous évaluons souvent uniquement de manière subjective, et aide à comprendre pourquoi une fonction est agréable à un endroit et difficile à pratiquer à un autre.

Chercher la bonne lumière plutôt que le maximum de lumière

Concevoir un espace lumineux ne consiste pas simplement à rechercher la plus grande quantité de lumière possible. La lumière directe apporte de la chaleur, du mouvement et des contrastes, mais elle doit être maîtrisée. La lumière diffuse assure un éclairage plus doux et plus régulier. La lumière réfléchie contribue à distribuer la clarté dans les espaces et dépend fortement de l’environnement comme des matériaux. Une ouverture réussie combine ces différentes composantes en fonction des besoins de la pièce : dans un bureau, on recherchera une lumière relativement homogène qui limite l’éblouissement ; dans un espace de vie, quelques rayons de soleil peuvent créer une atmosphère chaleureuse ; dans une chambre, l’orientation de la lumière doit accompagner le rythme de la journée sans provoquer de surchauffe.

Toutes les lumières ne sont donc pas les mêmes. C’est précisément leur diversité qui permet de créer des espaces vivants. Le rôle de l’architecture est de les observer, de les mesurer et de les associer afin d’offrir la bonne lumière, au bon endroit et au bon moment.

« L’homme ne crée pas… il découvre. Ceux qui recherchent les lois de la nature comme support de leurs nouvelles œuvres, collaborent avec le créateur. » Antoni Gaudi (Architecte)