par De Luminae

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Définition

L’indicateur de contrastes des ilots de luminance calcule et montre une image d’un champ de vision en luminance et permet de calculer et afficher les contrastes entre les ilots de luminance présents/choisis (ou entre des points) pour les comparer aux seuils.

Son intérêt est qu'il est simple, immédiatement compréhensible et peut être pris en compte facilement par les architectes.

Unité

sans unité

Données d'entrée

  • Modèle 3D d’enveloppe du projet avec son environnement micro-urbain,
  • Géométrie 3D détaillée du local étudié,
  • Date et heure pour le ciel clair ou choix d’un ciel couvert
  • Caractéristiques optiques détaillées des matériaux opaques et transparents,
  • Choix du champ de vision.

Seuil et/ou références

Des seuils existent. Les seuils actuels sont publiés dans des publications européennesimgJohn R. Goulding (1993), Energy Conscious Design: A Primer for Architects, European Commission, B T Batsford Ltd, London. (1/3, 1/10, 1/20, 1/40). Ce sont des seuils de contrastes de luminance que nous associons dans cet indicateur aux seuils de contrastes entre les îlots de luminance plutôt qu'à des points. Pour l’éclairage naturel, ils ne concernent que les locaux de travail en éclairage diurne.

Toutefois, il y a un réel besoin d’autres seuils pour tenir compte des surfaces des îlots de luminances et pas seulement des niveaux de luminances de ces îlots, ainsi que d’autres types de fonctions des locaux.

Résultats

Le résultat est une image de haute qualité en luminance, avec la possibilité de visualiser les valeurs de luminances. La visualisation des valeurs est possible : dans les points choisis, et au travers des ilots de luminance dans l'image en fausses couleurs où tous les points ont des valeurs de luminance. Pour l'analyse nous nous référons à la publication PLEA2005imgL. Mudri et al, 2005, Interpretation models and their applications for luminous ambience, PLEA2005, Liban. Il s'agit ici d'un exemple réalisé pour un immeuble de bureaux que nous avons étudié dans notre pratique professionnelle.

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Résultat : image de haute qualité en luminance (en haut) et les zones d'analyse dessinées (en bas)

Zone 1 : La zone est caractérisée par des luminances qui sont situées entre 200 cd/m² et 380 cd/m² (point 1 à 4) ce qui correspond aux des contrastes de luminance très doux, de l'ordre de 1:2 et avec des dégradés très doux répartis sur une très grande surface. Il s'agit d'une zone très calme avec une douce variation sensible.

Zone 2 : Cette zone se distingue des zones 1 et 3 du fait de ses luminances plus élevées, même si on y trouve un îlot plus sombre qui met encore plus en évidence la clarté de ce qui l'entoure. Le contraste dans la zone est au maximum de 1:3 ce qui est doux (points 5 et 7). Il est sans dégradé avec l'îlot plus sombre du fond (points 5 et 6 & 5 et 7), on constate également des dégradés sur d'autres parties de la zone. Dans le rapport avec les zones 1 et 3, le passage est en dégradé et contraste très doux. Il s'agit d'une zone calme, très lumineuse avec un évènement lumineux simple.

Zone 3 : La zone est composée d'une surface au sol et d'un événement lumineux au fond de la zone. La surface au sol est caractérisée par les contrastes de 1:2 environ, les dégradés et de petites irrégularités d'ordre juste visible. Les niveaux de luminances sont proches de ceux au plafond, il y a un équilibre lumineux dans ce rapport. Le rapport avec le pylône reste du même ordre de grandeur, pour les contrastes.

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Résultat : Image avec les valeurs des luminances dans les points choisis (en haut) et l'image en fausses couleurs montre les îlots de luminance (cf. palette)

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L'événement lumineux au fond de la zone 3 contient des contrastes des îlots de luminance de l'ordre très grand. Le maximum est de l'ordre de 1:1000 (point 19 et 22 non contigus mais proches) extrêmement grand, mais sur des surfaces très petites comme la tache lumineuse sur le luminaire (point 22). Les points indiqués (par ex. 7) avec leur luminance (637.35 cd /m²) sont représentatifs d'un îlot de luminance au voisinage qui contient ce point (surface rouge sur le mur). Malgré ces petites surfaces, ce contraste pourrait être très gênant et source d'inconfort pour quelqu'un l'aurait dans le champ de vision depuis son bureau tout le temps et s'il ne pouvait pas l'éviter.

Tous les autres contrastes (point 21 et 22, etc.) qui sont grands, de l'ordre 1:10 à 1:15 mais qui reste dans le registre du confortable.

Il s'agit d'une zone qui commence de manière très tranquille. Puis le pylône annonce l'évènement qui vient derrière lui avec de grands contrastes et un risque de grand inconfort.

Zone 4 : Cette zone est très variée, mais cette variété se répand de façon régulière sur la zone et la même image est reflétée dans le sol. Les luminances de cette zone sont les plus élevées de tout ce champ de vision, avec 1500cd/m2 qui est le point du ciel dans la fenêtre (point 28). Le contraste qui apparait juste autour du "ciel dans la fenêtre", c'est-à-dire en contre-jour, est, dans la plupart des surfaces, inférieur à 1:10. Quelques surfaces de mobilier et de leur ombre sur le sol provoquent des contrastes 1:20 jusqu'à 1:50 ponctuellement.

La partie au sol reflète l'image dans la fenêtre de manière adoucie avec des contrastes jusqu'à 1:4 doux.

Il s'agit d'une zone très animée. Sachant que les contrastes en rapport avec la surface vitrée sont considérés comme confortables jusqu'à 1:20, ce critère est globalement respecté dans ce champ de vision. Quelques meubles introduisent de sources d'inconfort par extrêmement grand contrastes. Ces points d'inconfort se répètent plusieurs fois dans le champ de vision.

En conclusion pour le confort de ce champ de vision, on trouve quelques contrastes de luminance inconfortables (zone 3 points 19 et 22 ; zone 4 points 28, 34 et 38), ils sont dus aux objets ajoutés (mobilier) et non pas à l'enveloppe intérieure elle-même de cet espace. Toutefois, ces contrastes sont très inconfortables pour une personne qui aurait ce champ de vision constamment dans la vue.

En ce qui concerne l'agrément, on peut dire que : les zones 1, 2et 3 (à l’exclusion de quelques points) sont plutôt calmes - vu les contrastes - et douces - vu les dégradés des luminances. Pour le sol et le plafond, ces dégradés évoluent dans le même sens, ce qui contribue à une sensation d’équilibre. Les textures et irrégularités dans le sol et le fond de la zone 2 rajoutent un côté animé à l’ambiance. La monotonie est évitée pour ces trois zones. Le fond de la zone 3 amène un événement lumineux et coloristique, mais aussi quelques points d’inconfort qui n’enlèvent pas la sensation d’agrément, pour quelqu’un qui passe dans cette zone, qui la garde dans la mémoire et part à son poste ailleurs dans cette salle. En revanche, pour la personne qui a ce fond dans le champ de vision constamment, l’ambiance est au départ agréable mais le contraste fort provoque l’inconfort et une tension du système de vision et à terme, l’agrément disparait et laisse place à l’inconfort (l’inconfort est dû aux éléments de mobilier).

La Zone 4, à droite, est très brillante et avec beaucoup de variations. Elle est comme un contrepoids aux trois zones plutôt « zen ». La zone 4 introduit une dynamique dans l’ambiance lumineuse pour tout l’espace. Quelques points de très grands contrastes peuvent transformer cette dynamique en inconfort suivant la durée d’occupation dans ce champ de vision (l’inconfort est provoqué par des meubles posés sur le ciel dans la fenêtre).

En conclusion, hormis quelques points d’inconfort (réparables car dus aux meubles, donc pas d’inconfort sur l’enveloppe intérieure du local y compris les surfaces vitrées) cette ambiance a un coté calme est doux mais pas monotone, et un autre bien animé et dynamique, propice pour un bureau et, en conclusion, agréable.

Cette situation apparaît en ciel couvert plutôt lumineux ou ciel clair mais à des moments sans pénétration du soleil direct par les surfaces vitrées.

Cette analyse est naturellement une analyse produite par une spécialiste des ambiances lumineuses. Toutefois, celle-ci ne pourrait se faire sans cet indicateur et permet de montrer à quoi sert cet indicateur.

Validation : Logique de l’indicateur

Besoin

Le confort lumineux est un aspect de plus en plus mis en avant dans les travaux tant académiques que pratiques de la conception et de l’usage. La notion d’inconfort est directement liée aux gênes et ces gênes visuelles sont cause directe de tensions et divers maux. De ce fait, le confort n’est plus considéré comme un luxe mais comme un moyen de contribuer au bien-être et, par conséquent, à la productivité des usagers.

Le confort est souvent confondu avec la notion très générale d’ambiance lumineuse. Dans le projet CLEA, nous avons proposé d’étudier une ambiance lumineuse à travers de 3 notions : quantité, confort et agrément. Ces notions qui concourent ensemble à la production de bâtiments énergétiquement efficaces pour l’éclairage. Actuellement, les travaux sur le confort lumineux concernent principalement les contrastes de luminance et dans un second temps les contrastes de couleurs.

Ces contrastes, au-delà de certains seuils, sont générateurs d’inconfort. Toutefois, ils sont aussi des éléments essentiels pour apprécier la plasticité de l’espace qui donne un caractère à l’espace et un agrément. Ils doivent donc être contrôlés avec soin.

Les outils permettant d’apprécier les contrastes sont hors de portée de la pratique professionnelle des acteurs du bâtiment car les seules plates-formes de calcul capables de simuler correctement des luminances sont trop complexes et longues à utiliser. De même, le nombre de BET capables de faire de telles analyses est très réduit.

Ainsi, les concepteurs ne disposent pas des moyens d’apprécier les contrastes futurs dans leurs projets architecturaux et urbains durant la conception. Seules des images de rendus sont produites pour représenter les ambiances, mais elles sont plutôt destinées à transmettre les « souhaits », les intentions, des architectes et non pas de produire un juste état des lieux de ces ambiances dans le projet modélisé.

Réponse au besoin

L’indicateur de Contrastes de luminances est une contribution au domaine. Il permet de produire beaucoup plus facilement des images de haute qualité qui soit juste sur le plan photométrique.

Au-delà l’outillage complémentaire permet facilement à l’architecte d’explorer les rendus des champs de vision choisis pour détecter les contrastes par rapport aux seuils existants.

En attendant un outil d’analyse complètement automatique, nous croyons que cet indicateur est un bon outil d’analyse.

Les images en fausses couleurs permettent d’analyser les relations aux seuils de confort existants. Les images photo-réalistes permettent d’analyser la plasticité de l’espace et donc l’agrément.

Disponibilité / rapidité

Cet indicateur nécessite de disposer de l’ensemble des données relatives au projet tant au plan de la géométrie que du choix des matériaux.

D’autre part, les images, pour être de bonne qualité, sont assez longues à calculer (de 1 heure à plusieurs heures).

Aussi cet indicateur est adapté aux phases avales de la conception.

Validation : fiabilité

Dans cet indicateur, la production d’images de haute qualité est effectuée par la plate-forme de calcul Radiance qui est validée sur le plan des luminances. L’outillage complémentaire conçu permet d’utiliser Radiance plus facilement et surtout d’explorer l’image produite, c'est-à-dire visualiser les luminances pour chaque point et de produire des images en fausses couleurs. Ceci ne demande pas de validation particulière.

Dans son état actuel, l'indicateur est validé. Toutefois, des travaux complémentaires d'analyse automatique de ces valeurs seraient très utiles bien que très difficiles à produire, car les analyses ci-dessous sont complexes et reposent sur des compétences spécifiques et une longue expérience.

Ambiances lumineuses en lumière de jour