Application à l’ambiance lumineuse

L’application d’une démarche d’aide à la conception par l’intention d’am-biance ne peut se faire que sur une partie de l’amd’am-biance. Nous devons donc nous focaliser sur une ambiance sensorielle particulière qui regroupe un ensemble de perceptions, de sensations et leurs phénomènes physiques associés.

Nous choisissons l’ambiance lumineuse pour diverses raisons. Nous avons souligné l’importance de la vision chez l’être humain dans le contexte. Lorsque l’on perçoit une ambiance visuelle, il y a une perception simultanée de la forme et

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le laboratoire, qui accueille cette recherche, sur les ambiances relatives à la perception visuelle (ensoleillement et visibilité).

La lumière est un élément primordial dans notre perception du monde, du bâtiment, de l’espace [Stannord, 1998]. Plus précisément, nous nous attachons aux ambiances lumineuses dues à l’éclairage naturel. Ces ambiances sont une connexion permanente à l’environnement. Elles ont des implications lumineuses, thermiques et esthétiques, et couvrent une grande variété de conditions clima-tiques, entre autres les ciels couverts.

Ambiance lumineuse et éclairage naturel dans la conception

La place de l’ambiance lumineuse dans la conception architecturale dépend de la sensibilité du concepteur à la lumière, et de sa propre relation avec le milieu. C’est de cette notion subjective que vont surgir les problèmes liés à l’intégration des intentions d’ambiance lumineuse dans un outil de conception.

Perception de l’ambiance lumineuse La lumière n’est pas perçue directement, mais par le biais des objets qui la réfléchissent. Un objet éclairé est remarqué plutôt que l’origine de son éclairement. Contrairement à la perception sonore pour laquelle l’origine et le timbre des sons sont perçus, plutôt que leurs réflexions sur les objets de l’environnement.

La lumière est généralement appréhendée comme une présence et l’ombre comme une absence, bien que J. Tanizaki nous rappelle que c’est le jeu entre l’ombre et la lumière qui génère l’ambiance lumineuse [Tanizaki, 1993]. Ces jeux d’ombres et de lumière sont perçus comme une entité indivisible. Les nuances de lumières et d’ombres sont comparables aux mélanges des couleurs, en ce sens que le noir ou le blanc sont les deux extrémités d’une échelle de nuances infinies, le noir est l’obscurité, et le blanc la lumière extérieure.

2.1 AIDE À LA CONCEPTION

Description de l’ambiance lumineuse Il est difficile de caractériser l’ambiance lumineuse par ses effets, car nous ne pouvons la percevoir que de manière globale. La description d’une ambiance lumineuse par ses effets est donc une description rationnelle faite en observant le résultat des effets lumineux sur notre perception. S’il est possible d’analyser notre perception d’une ambiance lumineuse pour en dégager les effets qui la composent, est-il possible de concevoir une ambiance lumineuse en faisant une association d’effets lumineux ? Comment pouvons-nous imaginer l’ambiance lumineuse résultant d’une telle opération ?

Si l’on prend le parti de faire une description graphique de l’ambiance lumineuse, les questions précédentes sont toujours présentes. La conception peut se faire en décrivant une ambiance lumineuse puis en essayant de retrouver les effets qui la composent, ou en décrivant des effets lumineux pour construire une ambiance.

Relations aux autres éléments L’ambiance lumineuse est un des éléments qui lie l’usager à l’environnement extérieur, à l’aspect diffus de la lumière du ciel et à l’aspect temporel de la lumière. Cette ambiance lumineuse dépend du bâtiment lui-même (volumes, ouvertures, structures et matériaux) et de la transparence de sa façade, mais aussi de sa localisation géographique et du climat. Nous ne négligeons pas le fait qu’au cours de la conception beaucoup d’autres phénomènes liés aux ambiances lumineuses sont à prendre en compte, en particulier la thermique et la consommation énergétique du bâtiment. Un outil

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Maîtrise de l’éclairage naturel par le bâtiment

L’éclairage est influencé par notre action sur les paramètres du bâtiment. Ces paramètres peuvent être, suivant leur importance dans le processus de conception, la forme, les ouvertures ou les matières. Les ouvertures du bâtiment sont alors déterminées avant l’ambiance lumineuse pour des raisons esthétiques, thermiques ou fonctionnelles.

Le contrôle de l’éclairage naturel dans le projet architectural est fait, par ordre de traitement, par :

– Les masques lointains, le plan masse,

– Les dimensions (surtout la hauteur) du vitrage, et donc la surface vitrée, – Les dispositifs de protection ou autres,

– La profondeur qui a un impact au niveau de la géométrie de la pièce pour garder les surfaces invariantes (contraintes du programme),

– Les matériaux.

Ces éléments sont considérés dans le cas où le local donne directement sur l’extérieur. Ils sont variables (paramètres) ou invariants (contraintes) suivant les situations. Par exemple, les masques lointains sont des paramètres dans le cas où une pièce donne sur un atrium, qui est aussi défini par le concepteur.

Inconvénients de la simulation de l’éclairage naturel Certains outils numériques d’aide à l’esquisse peuvent faire une simulation d’éclairage [Cohen et Wallace, 1993, Weinstock et Stathopoulos, 2006]. Cette simulation permet d’anticiper la distribution lumineuse à partir de la définition d’un volume et de la comparer à une éventuelle intention d’ambiance lumineuse. Par une itération de simulation, le concepteur peut travailler sur les volumes ou les matériaux, et apprécier leur impact sur l’éclairage. Les résultats des simulations mettent en évidence la relation entre l’ambiance et la configuration matérielle. On

2.1 AIDE À LA CONCEPTION

peut alors déceler les différences entre les intentions d’ambiance et l’ambiance effectivement produite par la configuration matérielle en cours de conception, et proposer une nouvelle configuration. C’est le principe d’une méthode classique de conception empirique basée sur la notion d’essai-erreur. L’inconvénient est que les simulations restent des intermédiaires entre le concepteur et l’ambiance lumineuse.

Pour améliorer ce cycle, il apparaît qu’il faudrait donner des informations permettant de définir des paramètres explicites pour caractériser d’autres éléments que ceux relatifs au facteur de lumière du jour, et si possible, avec une dimension qualitative. Par exemple, l’influence de l’éclairage naturel dans le bâtiment pourrait être exprimée par la transparence des façades.

Maîtrise du bâtiment par l’éclairage naturel

La maîtrise de l’ambiance lumineuse tout au long du processus de création architecturale est un des moyens permettant la conception par l’intention d’ambiance. Cette maîtrise demande au concepteur d’avoir conscience de la relation entre la configuration matérielle qu’il met en place et l’ambiance lumineuse qu’elle génère. Ceci demande une étude pratique de la relation environnement - ambiance lumineuse par la représentation et la manipulation de la lumière dans le projet architectural. Cette étude permet la compréhension du phénomène physique d’éclairage et du phénomène psychologique de perception.

CHAPITRE2 : PROBLÉMATIQUE

accompagner la conception. Cette intégration demande un traitement informatique des intentions afin de déduire un ensemble de configurations spatiales. La simulation inverse de phénomènes physiques est un des moyens permettant d’accomplir ce traitement (fig. 2.2). La préoccupation est ici de rechercher les causes d’un phénomène à partir de ses effets. La simulation inverse de l’éclairage propose d’agir directement sur l’ambiance lumineuse à partir de la description des intentions d’ambiance. Cette recherche est basée sur l’utilisation de la simulation inverse en architecture :

– 2D : Le Corbusier [Harzallah, 2002], Henri Sauvage, – 3D : Twarowsky (origine 1962), Knowles,

– Ensoleillement : Siret [Siret, 1997], – Visibilité : Nivet [Nivet, 1999],

– Application : Houpert [Houpert, 2003].

Cette méthode de simulation inverse n’est possible que si l’on caractérise sans ambigüités l’éclairage que l’on cherche. Cette caractérisation doit être simple et explicite et peut se faire par des indicateurs spécifiques. Nous rejoignons l’idée d’une base d’expression commune de l’ambiance lumineuse pour les acteurs du projet. D’autre part cette méthode n’est utile que si l’on peut exprimer les résultats de manière claire.

2.1 AIDE À LA CONCEPTION

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2.2 Questionnement

Nous étudions plus précisément les questions posées par la mise en place d’une aide numérique à la conception par l’intention. Autrement dit, comment est-il possible d’intégrer la notion d’ambiance lumineuse au cœur de l’outil de conception ?

La problématique peut se diviser en trois problèmes qui suivent les étapes du calcul numérique : la structuration des paramètres d’entrée, la simulation inverse et l’analyse des résultats. Les problèmes posés par chacune de ces étapes dans la conception par l’intention d’ambiance lumineuse sont expliqués, ainsi que le rôle éventuel d’un outil d’aide à la conception.