Locaux scolaires : Efficacité énergétique et confort visuel

À Leval (59), une nouvelle école a bénéficié d’un éclairage LED. Etap a élaboré conjointement avec le bureau d’étude HDM Ingénierie SA une solution avec EasyDim, appliquant à la fois la régulation de la lumière en fonction de la lumière du jour et la détection de mouvement. L’éclairage général a été complété, dans toutes les salles, par un éclairage spécifique du tableau, réalisé à l’aide de luminaires dotés de réflecteurs à distribution lumineuse asymétrique.

Vétuste et inefficace, l’éclairage des locaux scolaires fait l’objet d’importantes rénovations. Mairies, départements, régions, selon le type d’établissement, les maîtres d’ouvrage prennent conscience des enjeux à la fois économiques et ergonomiques.

L’éclairage des locaux scolaires a longtemps été laissé pour compte, d’autres urgences de mises aux normes ayant requis leur attention. Aujourd’hui, les textes réglementaires (voir encadré 1), aussi bien dans le neuf que dans l’existant, imposent de porter un autre regard sur les installations d’éclairage. Et, surtout, la consigne est d’économiser l’énergie, or, un éclairage vétuste devient énergivore. L’objectif est donc triple : limiter les consommations électriques, les coûts de maintenance et simplifier les opérations d’entretien, et ce, dans le respect des textes réglementaires en vigueur ; offrir un confort visuel et ergonomique aux élèves, qui leur permette de bien distinguer ce qui est écrit au tableau, de lire et écrire sans effort ni gêne ; donner la possibilité à l’enseignant d’adapter l’éclairage à ses besoins sans perturber son cours.

Lycée professionnel Kyo to, Poitiers (86) « 100 % énergies propres ». Dans le CDI, en complément de la lumière naturelle, des appareils en saillie accueillent les lycéens dès l’entrée, tandis que des suspensions équipées de fluocompactes ponctuent les circulations en procurant 500 lux sur les tables.
Lycée professionnel Kyo to, Poitiers (86) « 100 % énergies propres ». Dans le CDI, en complément de la lumière naturelle, des appareils en saillie accueillent les lycéens dès l’entrée, tandis que des suspensions équipées de fluocompactes ponctuent les circulations en procurant 500 lux sur les tables.

Norme EN 12464 : valeurs recommandées
Les valeurs prescrites dans la norme EN12464-1 (voir encadré 2) s’appliquent autant aux bâtiments neufs qu’existants. Les niveaux d’éclairement moyen à maintenir doivent être atteints quel que soit l’âge de l’installation. Il s’agit de valeurs en dessous desquelles l’éclairement moyen possible et disponible de la surface considérée ne doit pas descendre ; si c’est le cas, une opération de maintenance doit être déclenchée. À titre d’exemple, la norme recommande 300 lux dans les salles de classe primaires et secondaires et 500 lux dans les amphithéâtres. L’indice de rendu des couleurs, noté Ra ou IRC, doit être supérieur ou égal à 80. Le taux d’éblouissement unifié (UGR), sensation d’inconfort produite par des surfaces brillantes dans le champ visuel, doit être de 19 dans la plupart des locaux d’enseignement. La norme recommande d’installer un système de contrôle de l’éclairage dans les salles de classe et de conférence.

La norme EN 12464-1 ne donne pas directement les caractéristiques des lampes à mettre en oeuvre, mais, pour atteindre les prescriptions, il est indispensable de prendre en compte trois paramètres :

  • l’efficacité lumineuse (lm/W) : rapport du flux lumineux produit et la puissance électrique consommée par le système ;
  • la température de couleur (K) : elle qualifie l’ambiance lumineuse, des teintes dites « chaudes » (2 700 K), à dominante jaune, jusqu’aux teintes dites « froides » d’aspect blanc bleuté (5 500 K) ;
  • la durée de vie : exprimée en heures. Dans les locaux scolaires, les lampes fluorescentes, tubes ou fluocompactes sont encore souvent utilisées, mais la LED, grâce à l’évolution de ses performances, gagne du terrain.

Fluorescence ou LED ?
Les caractéristiques techniques des lampes fluorescentes ou LED en font les sources les mieux adaptées dans les établissements scolaires.

Les lampes fluorescentes présentent des efficacités lumineuses allant jusqu’à 87 lm/W pour les fluocompactes, et 104 lm/W pour les tubes, et leur durée de vie varie de 8 000 heures à 20 000 heures (pour le tubes T5). Elles offrent un large choix de températures de couleur, de 2 700 K à 6 500 K, avec un IRC de 85 à 98. Autre avantage : elles peuvent être équipées de ballasts électroniques. Le tube T5 (diamètre 16 mm) fait désormais école avec une efficacité lumineuse de plus de 100 lm/W. Une température de couleur intermédiaire, entre 3 000 K et 4 000 K, est conseillée pour une ambiance confortable. Il est essentiel, lors des opérations de maintenance (changement de tubes), de choisir la même température de couleur.

Le tube a désormais une concurrente de poids : avec des IRC qui atteignent 90, des efficacités lumineuses qui avoisinent les 100 lm/W, la possibilité d’associer un système de gestion de la lumière (variation d’intensité, de températures de couleur, détection de luminosité, de présence) et bien entendu une durée de vie de 50 000 heures, la LED offre des avantages économiques et ergonomiques indéniables. Si son prix a été pendant un temps un frein à son application dans les locaux scolaires, son déploiement sur le marché ajouté à un raisonnement en coût global (consommations réduites et maintenance quasiment inexistante) en fait une solution en plein développement.

La performance énergétique passe par la gestion
L’éclairage général est assuré par des luminaires encastrés ou suspendus équipés d’optiques spécifiques pour éviter l’éblouissement, essentiellement des encastrés ou plafonniers qui présentent un rendement au moins égal à 0,55 (c’est-à-dire de 55 %). Le tableau doit bénéficier d’un éclairage particulier ou spécifique, mais pas les deux avec un allumage indépendant. Les luminaires doivent être conformes à la norme EN 60 598. Ils sont caractérisés par leur classe électrique, leurs caractéristiques photométriques, par leur indice de protection noté IP suivi de 2 chiffres leur rendement, la quantité de lumière produite par la lampe et reçue par la zone de travail.

Le confort visuel peut être encore amélioré et des économies réalisées en mettant en place un système de gestion comme des détecteurs de présence qui déclenchent automatiquement l’allumage ou l’extinction de l’éclairage dès qu’une personne entre ou sort d’une pièce, ou/et des détecteurs de lumière du jour qui offrent la possibilité de maintenir un niveau d’éclairement constant quels que soient les apports de lumière naturelle.

Adapter la lumière à l’heure de la journée

Le collège Luis Ortiz à Saint- Dizier (52), certifié HQE tertiaire et classé BBC, met en oeuvre un éclairage performant associé à un système de gestion qui pilote l’ensemble des salles de classe. (Jean-Philippe Thomas Architectes).
Le collège Luis Ortiz à Saint- Dizier (52), certifié HQE tertiaire et classé BBC, met en oeuvre un éclairage performant associé à un système de gestion qui pilote l’ensemble des salles de classe. (Jean-Philippe Thomas Architectes).

Une étude a été menée par le professeur Damien Léger et le docteur François Duforez en 2013 dans une école primaire de Vitré (Ille-et-Vilaine) en utilisant le nouveau système « SchoolVision » développé par Philips. Il permet de faire varier l’ambiance lumineuse de la salle de classe et d’adapter précisément l’intensité et la couleur de la lumière à l’heure de la journée et aux besoins pédagogiques.

L’étude avait un double objectif :

  • évaluer l’effet de l’installation et de l’utilisation du système d’éclairage SchoolVision sur les rythmes de sommeil et de vigilance des écoliers d’une classe de CM2 ;
  • démontrer que l’on peut améliorer l’attention et la performance sans altérer le sommeil et la vigilance des écoliers.

Le système SchoolVision met en place 4 scénarios :

  • Standard (pour les périodes qui ne demandent pas une attention particulière) propose une lumière d’intensité habituelle comportant un ensemble de couleurs froides et chaudes équilibrées.
  • Énergie (début de matinée ou d’aprèsmidi) : la lumière est d’intensité plus élevée et enrichie en lumière bleue (plus froide).
  • Concentration (périodes au cours desquelles la concentration doit être élevée) : la lumière est encore plus intense et plus enrichie en lumière bleue.
  • Repos (avant le retour à la maison, par exemple) : lumière d’intensité habituelle enrichie en couleurs chaudes (plus jaunes). Deux phases d’observation :
  • Première phase (10 jours en décembre) : éclairage inchangé avec tubes fluorescents placés en plafonniers et allumés toute la journée.
  • Seconde phase (10 jours en février) : l’éclairage SchoolVision a été ainsi modulé : scénario Énergie le matin en arrivant et en début d’après-midi ; scénario Performance une demi-heure dans la matinée ; éclairage en mode Repos l’heure précédant la fin des cours.

Chaque jour de classe, les enfants ont effectué des tests d’attention sous la supervision de l’enseignant : un test de ZAZZO 1 (1) de 5 min, et un test de ZAZZO de 10 min, avec décompte du nombre d’erreurs, du nombre d’oublis et mesure du temps de réalisation pour chacun d’eux. À la maison avec l’aide des parents, ils ont rempli un agenda du sommeil, un questionnaire global de santé et une échelle de somnolence pédiatrique KSS (2).

La rapidité de réalisation est améliorée pour les deux tests après aménagement de la lumière par l’éclairage SchoolVision :

  • ZAZZO 1 : 2 min 47 s vs 3 min 17 s
  • ZAZZO 2 : 2 min 27 s vs 3 min 27 s.

L’étude SchoolVision met en évidence le fait que l’adaptation de l’éclairage en plusieurs périodes a permis une amélioration de la vitesse de réalisation des tests de ZAZZO 1 et 2, mais aussi une diminution significative des erreurs lors du second test, demandant une attention soutenue, sans aucun effet sur le temps de sommeil ou la somnolence ressentie des enfants.

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1) Les tests de ZAZZO sont utilisés en psychomotricité pour mesurer l’attention soutenue.

2) L’échelle de somnolence de Karolinska (Karolinska Sleeping Scale) permet d’évaluer le niveau d’éveil ou de somnolence à un instant T de la journée.

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Réglementation :

  • Bâtiments neufs : la RT 2012 donne des exigences en termes de consommation d’énergie annuelle globale qui s’exprime en kilowattheures d’énergie primaire. Elle est modulable en fonction du type de bâtiment, sa localisation, son altitude, des émissions de gaz à effet de serre des énergies utilisées. Pour ce qui concerne l’éclairage, cela implique l’utilisation de systèmes de gestion tels que détecteurs de présence et de luminosité.
  • Bâtiments existants : l’arrêté du 3 mai 2007 réglemente les travaux de rénovation à partir de 100 m². L’article 40 stipule, entre autres, que la puissance installée pour l’éclairage général doit être inférieure ou égale à 2,8 W par mètre carré de surface utile et par tranche de niveaux d’éclairement moyen à maintenir de 100 lux sur la zone de travail. Ou alors l’installation d’éclairage général est composée de luminaires de type direct ou direct/indirect de rendement normalisé supérieur à 55 %, équipés de ballasts électroniques et utilisant des lampes dont l’efficacité lumineuse est supérieure ou égale à 65 lm/W.

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