Lanterneaux et efficacité énergétique

Les puits de lumière ont un fort potentiel pour fournir la quantité, le type et la distribution de lumière du jour nécessaires pour répondre aux spécifications d’un bâtiment. En même temps, ils permettent de réduire l’énergie utilisée pour l’éclairage artificiel et le chauffage.

Parmi ses nombreux avantages, la lumière naturelle représente une source de chaleur gratuite. En fait, les bâtiments qui bénéficient de niveaux élevés de lumière naturelle uniformément répartie sont naturellement chauds pendant une grande partie de l’année. Dans ce cas, des réductions significatives des coûts de chauffage peuvent être obtenues en maximisant les ouvertures des fenêtres et des puits de lumière sur les côtés sud, plus ensoleillés, des bâtiments et en minimisant ces ouvertures sur les côtés nord, plus froids.

Type et quantité de lumière

Les puits de lumière sont la méthode la plus efficace pour faire entrer la lumière naturelle dans un bâtiment, car ils permettent également de réguler le type et la quantité de lumière. Essentiellement, la lumière peut être de deux types :

Lumière directe : la lumière pénètre dans le bâtiment par le lanterneau sous la forme d’un faisceau direct, sans obstacle ni interférence ; la lumière est donc concentrée sur une zone limitée. Ce type de lumière est obtenu en utilisant le polycarbonate et le PVC, tant transparent que dans la plupart des teintes disponibles ;
Lumière diffuse : la lumière passe à travers le lanterneau et éclaire plus uniformément la structure située en dessous. L’obtention de ce type de lumière peut s’avérer utile lorsqu’il s’agit d’éclairer une très grande surface en réduisant au minimum la formation d’ombres. Cet éclairage est obtenu en utilisant des matériaux tels que la fibre de verre, le polycarbonate et le PVC, sous une forme structurée et avec des couleurs opales.

Le concepteur d’un bâtiment doit dimensionner les lanterneaux de manière à ce qu’ils régulent l’éclairage intérieur aux niveaux les plus appropriés pour l’utilisation prévue du bâtiment, choisir les matériaux appropriés et déterminer la meilleure zone à occuper par les lanterneaux. Lors de la phase de conception d’un bâtiment, il est également nécessaire de dimensionner la surface occupée par les lanterneaux, en tenant compte de la possibilité que l’utilisation finale du bâtiment puisse changer. Cela garantit, dans tous les cas, des niveaux adéquats de lumière naturelle. Toutefois, on considère généralement que la surface occupée par les lanterneaux dans le toit d’un bâtiment ne devrait pas être inférieure à 10 %. Dans certaines situations, la quantité de lumière entrant dans un bâtiment doit être contrôlée, afin d’éviter la surchauffe de la zone située en dessous.

Configurations des puits de lumière

Les principaux facteurs à prendre en compte lors de la conception d’un puits de lumière sont les suivants :

La nécessité d’un éclairage qui crée une atmosphère accueillante et appropriée aux activités qui s’y dérouleront ;
Exigences particulières en matière d’éclairage dans des zones spécifiques du bâtiment ;
La relation entre la hauteur du bâtiment et la capacité du lanterneau à fournir un éclairage adéquat au niveau du sol ;
La fréquence de maintien de la couverture et la facilité d’accès à celle-ci.

Les configurations suivantes sont possibles :

Puits de lumière en mosaïque

Cette configuration permet d’installer des lanterneaux individuels séparés et assure une distribution de la lumière la plus homogène possible. La lucarne est fixée au toit sur les quatre côtés et est donc très bien ancrée au toit. Cette configuration prévoit le plus grand nombre d’éléments en laiton et exige donc un soin maximal lors de l’application des produits d’étanchéité, ce qui entraîne une augmentation des coûts d’installation.

Puits de lumière arrondi dans la ligne de toit

La lucarne arrondie le long de la ligne de toit a un impact esthétique favorable sur la canopée et assure une distribution relativement uniforme de la lumière, à condition que la pente de la canopée soit faible. Par rapport à la disposition en damier, le nombre de joints à fixer et à sceller est plus faible. En outre, ce type de lanterneau est une solution plus sûre en cas d’accès fréquent au toit. En tout état de cause, cette configuration est soumise à des charges de vent élevées.

Lanterneaux de la ligne de toit à la gouttière, plats ou arrondis

Puits de lumière à profil plat ou arrondi ; ils peuvent être installés de la ligne de toit vers le bas, dans certains cas jusqu’à la gouttière. Ils minimisent le nombre de joints nécessaires, améliorant ainsi la fiabilité et les performances pendant toute la durée de vie du lanterneau. Dans tous les cas, une configuration de ligne de toit à gouttière limite les possibilités d’accès au toit.

Lanterneaux en demi-eau

Cette configuration représente un compromis entre la configuration en damier et la configuration de la ligne de toit à la gouttière, à la fois en termes de distribution de la lumière et de simplicité d’utilisation.

Lanterneaux plats continus

Ce type de puits de lumière offre de bons niveaux d’éclairage, mais il est moins utilisé dans l’architecture moderne.

Les tolérances de production et les tolérances d’assemblage des lanterneaux avec les éléments de couverture doivent faire l’objet d’une attention particulière.

Lanterneaux plats en dents de scie

Ce type de lanterneau peut être considéré comme un lanterneau à parcours continu, bien qu’il ne soit pas soumis aux mêmes problèmes liés aux tolérances.

Puits de lumière arrondi ou en forme de lucarne avec une disposition occasionnelle sur une toiture plate

Utilisés sur des toits horizontaux ou à faible pente, les lanterneaux sont installés sur des supports spécialement conçus en fonction des différentes exigences et de la conception du toit.

Lanterneaux arrondis sur toit incurvé

Dans cette solution, les lucarnes arrondies, placées sur un support ayant la même courbure que le toit, courent le long de toute la section transversale du toit, s’arrêtant au milieu du toit.

Structure en vitrail

Ces structures peuvent avoir pratiquement n’importe quelle forme et n’importe quel design et sont généralement construites avec des sections en aluminium ou en acier et des éléments en polycarbonate ou en verre, ce qui permet une liberté infinie pendant la phase de conception et de design.

Matériaux utilisés

Les matériaux utilisés pour les puits de lumière doivent non seulement permettre le passage de la lumière, mais aussi répondre à toutes les exigences en matière de durabilité, de résistance thermique, de sécurité et de résistance au feu. Les matériaux généralement utilisés sont la fibre de verre, le polycarbonate, le verre et, dans une moindre mesure, le PVC.

Polycarbonate

Le polycarbonate est un matériau très polyvalent, dont les principales propriétés sont les suivantes :

une résistance exceptionnelle aux chocs ;
des niveaux élevés de transmission de la lumière ;
bonne capacité de traitement ;
classification de la bonne performance en matière d’incendie ;
une grande résistance aux conditions météorologiques défavorables ;
la légèreté.

Tous les panneaux en polycarbonate sont normalement disponibles en version claire et colorée, pour fournir une lumière directe, ou en version structurée et colorée opale, pour produire une lumière diffuse. La protection UV coextrudée élimine jusqu’à 99 % des rayons ultraviolets, protégeant ainsi les matériaux et les personnes à l’intérieur du bâtiment.

En substance, le polycarbonate peut être de trois types différents :

multi-parois : permet d’obtenir les meilleures performances en matière d’isolation thermique. Comme le polycarbonate compact, il peut être plié à froid (bien que dans une moindre mesure) et présente un rapport résistance/poids très élevé, ce qui le rend particulièrement adapté à la construction de structures vitrées ;
profilé : utilisé si le lanterneau à installer est plat et doit reproduire exactement le profil des éléments de couverture adjacents ;
compact : possède de bonnes propriétés de transparence. Il peut être plié à froid, convient aux structures d’une certaine complexité et peut être plié en différentes formes, telles que des dômes ou des pyramides.

Fibre de verre

La fibre de verre est le matériau profilé le plus polyvalent et le plus couramment utilisé. Idéal pour la construction de lanterneaux arrondis, il s’avère avoir d’excellentes performances et fournit des niveaux élevés de lumière diffuse à l’intérieur d’un bâtiment.

Des feuilles de fibre de verre de haute qualité sont disponibles sur le marché aujourd’hui. Ils intègrent une protection de surface contre les rayons ultraviolets, capable d’éliminer pratiquement l’altération de la couleur qui se produit généralement à long terme.

Verre de sécurité

Le verre, qui est largement utilisé dans les supermarchés et les commerces, a.. :

excellente tenue au feu ;
bonne résistance aux chocs ;
caractéristiques de transmission de la lumière élevées ;
des caractéristiques de transparence exceptionnelles.

Le verre peut être plié pour la construction de lucarnes arrondies.

En outre, ils sont dotés de divers revêtements et traitements de surface qui permettent de laisser passer la lumière diffuse, de contrôler la quantité de lumière solaire transmise et d’assurer une protection totale contre les rayons UV.

PVC

Le PVC présente une faible résistance aux chocs et aux conditions environnementales par rapport à d’autres solutions. Le PVC ne satisfait pas à l’exigence de non-fragilité sans mesures de sécurité supplémentaires à mettre en œuvre pendant la construction du lanterneau.

Lanterneaux plats

Détails

PanelSandwich.ORG permet à ses clients d’installer des lanterneaux plats sur des toits en pente, en associant une feuille de plastique avec un profil A38 au panneau sandwich Cover A38 P1000 G4.

En fonction du matériau utilisé, les systèmes intégrés suivants sont possibles :

lanterneau à double feuille assemblé sur place.

Composé d’une feuille de fibre de verre profilée, disponible dans des longueurs allant jusqu’à huit mètres, à utiliser avec un rouleau ondulé sur la face intérieure ;

lanterneau à simple feuille assemblé sur place :

basée sur l’utilisation d’une feuille profilée en polycarbonate alvéolaire présentant les caractéristiques suivantes ;

d’une longueur maximale de douze mètres et d’une largeur d’un mètre ;
d’excellentes propriétés d’isolation thermique (K = 2,8 kcal/m2 h °C) ;
résistance aux variations de température (-40 à 120 °C) ;

lanterneau à simple feuille assemblé sur place :

composé d’un panneau plat en polycarbonate alvéolaire et de quatre parois, avec les caractéristiques suivantes :

longueur allant jusqu’à 12 mètres et largeur de 0,93 mètre ;
excellentes propriétés d’isolation thermique (K = 1,39÷1,43 kcal/m2 h °C) ;
résistance aux variations de température (-30 à 120 °C) ;

lanterneau à double feuille assemblé sur place :

constitué d’une feuille profilée en polycarbonate compact. Il est disponible en longueurs allant jusqu’à huit mètres et doit être installé avec une feuille alvéolaire plate en polycarbonate sur la face intérieure ;

Directives d'installation

Lors de l’installation d’une tôle profilée trapézoïdale en tant que lanterneau plat, il est nécessaire de s’assurer que ses saillies latérales chevauchent les saillies correspondantes des éléments de toiture métalliques adjacents. En outre, comme le montre la figure 8.15, la feuille doit être installée de manière à ce que sa face supérieure soit en dessous de la tôle du panneau de recouvrement situé au-dessus, tandis que sa face inférieure doit être au-dessus de la tôle du panneau de recouvrement situé en dessous.

Un soin particulier doit être apporté à l’installation de la plaque de polycarbonate alvéolaire à quatre parois, car elle ne peut être couplée au panneau de couverture qu’à l’aide d’un système d’éléments en laiton approprié.

Tous les puits de lumière décrits doivent être installés avec un filet de sécurité, conformément à la législation en vigueur. Le filet de sécurité doit être placé directement sous la bâche en plastique.

L’assemblage est réalisé à l’aide de fixations qui ancrent le lanterneau aux éléments structurels sans subir de dommages dus aux charges de vent, en garantissant l’étanchéité des trous de fixation dans des conditions météorologiques défavorables (même dans des conditions extrêmes) et, dans le même temps, en laissant un jeu considérable pour la dilatation thermique. Les fixations principales doivent être appliquées en correspondance de la partie inférieure du profilé et une rondelle d’étanchéité doit être montée. Les fixations doivent être suffisamment étroites pour comprimer correctement la rondelle d’étanchéité. Pour éviter l’accumulation d’eau de pluie dans la zone des fixations, le diamètre de la rondelle doit être inférieur d’au moins 10 mm à la largeur de la zone de fixation.

En raison du coefficient de dilatation thermique du PVC et du polycarbonate, il est nécessaire de prévoir des trous de fixation avec de grandes tolérances autour des fixations principales ; cela permettra d’éventuelles modifications liées à la dilatation thermique sans provoquer de tensions indésirables. Étant donné que ces changements peuvent être considérables, la longueur des feuilles de PVC et de polycarbonate utilisées dans les lanterneaux ne devrait pas dépasser six mètres. Les puits de lumière en fibre de verre, en général, ne nécessitent pas de mesures spéciales liées à ces changements thermiques.

Un soin particulier doit être apporté à l’application des fixations et du mastic afin d’obtenir un revêtement résistant aux intempéries. Au moins une bande de produit d’étanchéité doit être appliquée des deux côtés (haut et bas) de la feuille, entre la feuille elle-même et l’élément de couverture métallique, sur la face inférieure des fixations correspondantes. De préférence, le produit d’étanchéité doit être appliqué à proximité des fixations afin de tirer parti de la compression produite par ces dernières. Des bandes d’étanchéité supplémentaires doivent être appliquées si nécessaire, en fonction de la pente du toit et du degré d’exposition. En règle générale, plus la pente du toit est faible, plus la quantité de produit d’étanchéité à appliquer est importante.

Les bandes d’étanchéité peuvent être appliquées sur les côtés de la bâche, correspondant à la partie la plus haute des surplombs qui se chevauchent, comme le montre la figure 8.21, bien qu’il soit souvent préférable d’appliquer deux bandes d’étanchéité, une de chaque côté du surplomb.

Lors de l’installation de la tôle ondulée pour les lanterneaux, les fixations principales doivent être placées au point le plus haut du profil. Dans ce cas, il est nécessaire d’utiliser des fixations auto-étanches avec une tige en caoutchouc synthétique et un capuchon d’étanchéité.

Le mastic doit toujours être de couleur claire, de préférence blanche, car un mastic de couleur foncée peut entraîner des déformations des lanterneaux en raison de l’échauffement solaire.

Lanterneaux hors plan

Détails et lignes directrices pour l’installation

PanelSandwich.ORG offre la possibilité d’installer deux types différents de lucarnes hors plan : des lucarnes arrondies à la ligne de toit, fixes ou ouvrantes, et des lucarnes en dôme, fixes ou ouvrantes.

La lucarne arrondie dans la ligne de toit :

est constitué d’une feuille de polycarbonate alvéolée autoportante d’une épaisseur de 10 à 16 mm et d’une largeur d’environ 650 mm.

Le film convient aux toits courbes avec un rayon fixe d’environ 3 500 mm. Il est doté d’une protection contre les UV et est disponible en couleurs transparente, perlée, verte et fumée. La structure porteuse du lanterneau est constituée par l’assemblage de supports transversaux courbes autoportants, en acier galvanisé et plastifié, de section carrée et à joint ouvert, avec deux petites plaques profilées en U aux extrémités.

Les crochets sont placés à une distance de 650 mm. L’installation s’effectue en insérant les bords profilés de la feuille de polycarbonate dans les supports carrés, comme le montrent la vue en coupe de la Fig. 8.28 et la vue agrandie de la Fig. 8.29.

Les extrémités thermoscellées de la feuille de polycarbonate, ainsi que d’autres accessoires, assurent une étanchéité exceptionnelle du système.

Dans tous les cas, il est nécessaire de suivre attentivement les instructions du fabricant concernant l’application des fixations et du mastic d’étanchéité afin de garantir le respect des exigences en matière d’étanchéité, de résistance aux chocs, de durabilité et d’isolation thermique.

Les lanterneaux en dôme peuvent être fixes ou s’ouvrir manuellement ou électriquement.

Ils se composent généralement d’un dôme, qui peut être en polycarbonate ou en acrylique, et d’un support, dont la fonction est de surélever le dôme d’au moins 150 mm par rapport à la surface de la canopée.

Le support peut être en métal préformé, en plastique ou en fibre de verre. En outre, il peut avoir un profil latéral approprié avec des saillies pour faciliter son couplage avec le panneau sandwich Cover A38 P1000.

Le support doit être fixé à la structure du toit au moyen de fixations appropriées. Lorsque les dômes sont vendus avec les supports préformés correspondants, ils sont généralement livrés avec les trous de fixation nécessaires.

Si ces trous de fixation doivent être réalisés lors de l’installation, ils doivent être plus grands pour permettre une éventuelle dilatation thermique sans contrainte.

Une solution spéciale, adaptée à l’installation d’un lanterneau dôme, sans l’aide de supports préformés, sur une toiture en panneaux sandwich Hipertec Roof, est illustrée dans le .

Dans ce cas, une plaque isolante, utilisée comme support, doit être fixée au panneau à l’aide d’éléments spéciaux en laiton convenablement profilés. Avant l’installation de la coupole, une bande continue de produit d’étanchéité doit être appliquée sur la partie supérieure du support.

Règles à respecter lors de l'installation d'un puits de lumière

Lors de l’installation d’un puits de lumière, il est bon d’appliquer les règles suivantes, qui doivent être respectées :

le lanterneau doit être résistant à l’impact de violents orages de grêle. En général, les feuilles de polycarbonate et de fibre de verre ne présentent pas de signes significatifs de dommages lorsqu’elles sont exposées à la grêle, comme l’ont montré des tests récents. Ces essais sont réalisés à l’aide d’un petit canon à air comprimé capable de tirer des projectiles en polyamide (le polyamide a une masse spécifique similaire à celle de la grêle) sur les tôles à tester, à une vitesse d’environ 21 m/s. Les feuilles de PVC se sont révélées moins résistantes et peuvent se détériorer sérieusement après une exposition prolongée aux dégâts causés par la grêle ;

lors de l’installation d’un lanterneau, il est important de choisir un système qui offre une isolation thermique similaire à celle de la toiture. En effet, dans les cas où l’isolation thermique de la fenêtre de toit est inférieure à celle de la toiture environnante, un pont thermique se crée en correspondance avec la fenêtre de toit, ce qui entraîne la formation de condensation ;

Les systèmes de lanterneaux peuvent avoir des valeurs statiques très différentes selon les matériaux et les méthodes d’installation utilisés. Par conséquent, pour concevoir un lanterneau présentant certaines caractéristiques de sécurité, il incombe au concepteur de vérifier auprès du distributeur si les solutions choisies sont appropriées.

Absence de fragilité à long terme

Les lanterneaux sont conçus et fabriqués pour être totalement non fragiles une fois installés, à condition qu’ils soient installés conformément aux recommandations du fabricant.
L’absence de fragilité à long terme peut être influencée par de nombreux facteurs externes, par exemple :
une installation initiale incorrecte ;
le nombre et la position des fixations ;
la corrosion des fixations ou des matériaux de soutien ;
des fixations de dimensions inadaptées ;
nombre insuffisant de fixations dans les zones soumises à des charges de vent élevées ;
la taille des rondelles ;
les joints durcis ou détériorés ;
des opérations d’inspection et de maintenance inadéquates.
Durée de l’accord

Matériaux

Tous les puits de lumière, en particulier ceux en PVC, sont sujets à une détérioration progressive qui entraîne une décoloration et un affaiblissement des couleurs. Les lanterneaux sont généralement résistants aux conditions habituelles de pollution atmosphérique, à condition qu’ils soient protégés par des inhibiteurs de lumière ultraviolette et que des protections de surface appropriées aient été mises en œuvre. Les matériaux les plus couramment utilisés sont

Fibre de verre

La plupart des lanterneaux en fibre de verre restent structurellement sains pendant trente ans ou plus. L’action combinée des rayons UV et des agents atmosphériques peut provoquer une décoloration et une érosion superficielle, mais n’affaiblit pas le matériau et ne le rend pas plus cassant.

Les films non protégés peuvent commencer à se décolorer au bout de cinq ans. En revanche, les films de bonne qualité, protégés superficiellement contre les rayons UV, éliminent les problèmes de décoloration tout au long de leur cycle de vie, surtout s’ils sont soumis à un programme d’entretien approprié.

Polycarbonate

Ces produits assurent une durée de vie de plus de quinze ans, avec une lente détérioration des propriétés mécaniques et de transmission de la lumière. Une attention particulière doit être accordée à la compatibilité de ce matériau avec les personnes en contact direct avec lui. Certaines finitions de surface (comme le plastisol) peuvent, avec le temps, influencer les caractéristiques mécaniques du produit, de sorte qu’un système d’isolation approprié doit être conçu et appliqué.

PVC

La plupart des produits en PVC ont tendance à s’assombrir et à s’affaiblir sous l’action des rayons UV, ce qui garantit une durée de vie de cinq à dix ans. Des produits en PVC sont disponibles sur le marché, avec des formulations et des protections spéciales, qui peuvent durer plus de vingt ans. Le PVC, en particulier à basse température, doit toujours être considéré comme un matériau fragile et ne doit donc pas être utilisé dans les bâtiments industriels et commerciaux, à moins que des systèmes supplémentaires ne soient prévus lors de la phase de conception pour éviter les chutes par les lanterneaux.

En ce qui concerne les lanterneaux plats, il est généralement préférable de choisir des matériaux de couleur claire, car ils ont tendance à absorber moins de lumière solaire que les matériaux plus foncés et donc à exercer des contraintes moindres dans les zones de chevauchement des panneaux de revêtement, qui ont tendance à se détériorer plus rapidement à des températures plus élevées. De même, il convient d’utiliser des produits d’étanchéité et d’autres composants de couleur claire.

Les lanterneaux hors plan ne sont généralement pas influencés par les matériaux environnants et adjacents, car ils en sont séparés par des élévations, des supports et d’autres systèmes d’isolation. En tout état de cause, ils doivent également être soumis aux mêmes règles que les mastics et autres composants.

Maintenance

La fréquence des opérations d’inspection et de maintenance doit être programmée en tenant compte des conditions environnementales locales auxquelles il est soumis : les atmosphères plus agressives nécessitent des inspections plus fréquentes. En général, les opérations de maintenance peuvent être décrites comme suit :

Nettoyage

Les lanterneaux doivent être nettoyés régulièrement pour éliminer les salissures superficielles. La transmission de la lumière et l’absorption de la chaleur restent ainsi toujours élevées et les propriétés physiques et optiques ne sont pas altérées à long terme. Le nettoyage consiste généralement en un rinçage à l’eau chaude avec un détergent doux (les traitements abrasifs, caustiques et chimiques sont à éviter absolument). Les salissures tenaces doivent être éliminées à l’aide d’un chiffon ou d’une brosse à poils doux. Les éclaboussures de peinture ou de goudron doivent être éliminées à l’aide d’un chiffon doux imbibé d’essence ou d’alcool. Le processus se termine par un rinçage à l’eau uniquement.

L’utilisation de pompes à haute pression n’est pas recommandée, car le jet d’eau à haute pression peut pénétrer dans les joints ;

L'inspection

Les puits de lumière doivent être inspectés au moins une fois par an. Il est préférable d’associer cette procédure à une opération de nettoyage. Il faut vérifier que la surface du lanterneau n’est pas endommagée, car si elle pénètre dans la protection de surface, cela affectera la capacité du lanterneau à résister aux chocs dans le temps.

Enfin, toutes les fixations doivent être vérifiées, à la fois pour détecter les signes de corrosion et pour s’assurer qu’elles sont serrées au bon couple. Tout appareil qui ne correspond pas aux exigences de l’installation doit être remplacé par un appareil rapide.

Toutes les deux ou trois inspections, il est bon d’inclure une vérification du système d’étanchéité : les joints présentant des signes de détérioration doivent être remplacés.

Il est important de se rappeler que, bien que la dégradation du lanterneau puisse être minimisée en apportant un soin particulier aux détails de fabrication et en procédant à des opérations fréquentes de nettoyage, d’inspection et de réparation, sa durée de vie ne dépassera pas facilement 20 à 25 ans. Par conséquent, dans le programme d’entretien du bâtiment, il est nécessaire de prévoir le remplacement de tous les lanterneaux.