La lumière naturelle, qu'est ce que c'est exactement ? Comment la définir ?

Principalement émise par le soleil, l’énergie générée par cette étoile est suffisamment puissante pour atteindre la Terre, traverser l’atmosphère et couvrir la distance qui nous sépare, soit en environ 150 millions de km.

Le soleil dégage autour de lui une énergie de 66 millions de W/m², produite par des réactions nucléaires en chaîne. Seule une fraction de cette énergie atteint les limites de notre atmosphère et est de 1 353 W/m². L’énergie reçue au niveau du sol est plus faible que cette valeur car l’atmosphère absorbe une partie du rayonnement solaire (environ 15 %) et la réémet dans toutes les directions sous forme de rayonnement diffus. L’atmosphère réfléchit une autre partie du rayonnement solaire vers l’espace (environ 6 %).

Le rayonnement solaire désigne l'ensemble des ondes électromagnétiques émises par le soleil, dont la lumière visible. Ainsi, à la surface de la Terre le rayonnement solaire comprend :

• 5% de rayons ultra-violet
• 40% de lumière visible
• 55% de rayons infrarouge (IR), porteurs de l'essentiel de l'énergie thermique.

La lumière visible, correspondant aux ondes que notre œil peut percevoir (les autres étant invisibles à l’œil humain), se décompose sur un spectre de longueur d’ondes allant de 380 nm à 800 nm.

Nous pouvons nous rendre compte de cet ensemble par la décomposition de la lumière blanche à travers un prisme, par exemple.

Une onde électromagnétique comme la lumière se propage sans milieu matériel, mais la lumière « transporte » aussi de l’énergie.

Lumière ondulatoire et corpusculaire. Qu’est ce que cela signifie ?

Après des siècles de réflexions :

• Au Moyen Age, il était commun de penser que c’était l’œil qui émettait la lumière et éclairait les objets observés ;
• Plus tard, suite aux travaux d’Isaac Newton, on a pensé que c’était seulement des particules qui avaient des vitesses différentes selon les couleurs du spectre, alors qu’à la même époque Huygens considère la lumière comme une onde qui se propage de manière identique aux ondes visibles sur l’eau ;

C’est au début du 20e siècle, et suite aux travaux d’Albert Einstein, que la lumière a été définie comme étant à la fois corpusculaire et ondulatoire : c’est-à-dire qu’elle se propage de façon rectiligne dans le vide, de vitesse constante et peut être ainsi définie par une fréquence, une longueur d’onde et une vitesse.

Pour faire simple, la lumière du jour se décompose en deux parties complémentaires :

• une lumière directe, venant de l’éclairage du soleil : il s’agit du rayonnement direct et donc de l’ensoleillement ;

• une lumière diffuse, venant de l’éclairage du ciel par l’atmosphère terrestre et les nuages : permettant d’y voir « clair » dans la journée même si à cause du mauvais temps les rayons solaires ne nous atteignent pas directement.

Enfin la lumière peut être réfléchie par différents types de matière solide ou liquide.

Pour un bâtiment d'implantation déterminée, la quantité de lumière naturelle disponible est fonction :

• du type de ciel ;
• du moment de l'année ;
• de l'heure ;
• de l'orientation de l'ouverture ;
• de l'inclinaison de l'ouverture ;
• de l'environnement physique : bâtiments voisins, ombrages, type de sol, végétation etc.