Dynamique des ambiances lumineuses : approche basée sur la photométrie vidéo d'espaces de transition

DYNAMIQUE DES AMBIANCES LUMINEUSES

Approche basée sur la photométrie vidéo d’espaces de transition

Mémoire

MATHIEU COULOMBE

Maîtrise en sciences de l’architecture

Maître ès sciences (M.Sc.)

Québec, Canada

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Résumé

Les variations de la lumière naturelle lors du passage d’un espace à un autre caractérisent de manière complexe, mais importante le design d’un bâtiment. Cette adaptation visuelle s’inscrit dans un processus spatiotemporel et influe sur le confort et le bien-être de ses occupants. La littérature fait état du peu de connaissances de la relation lumière espace-temps. Cette recherche propose donc d’étudier cette relation spatio-temporelle existant entre la lumière et l’espace, afin de qualifier un parcours architectural au moyen d’une expérimentation in situ et de segments filmiques. La recherche combine l’utilisation d’un luminance-mètre, d’une caméra vidéo et d’une méthode d’analyse d’images numériques afin de permettre l’évaluation des qualités spatio-temporelles de la lumière. Le parcours architectural est analysé selon la diversité et l’intensité des ambiances lumineuses en fonction du temps permettant de décrire les perceptions visuelles d’espaces transitions. Cette méthode dynamique offre un potentiel d’analyse et de création aux concepteurs désireux d’enrichir le design de séquences spatiales en favorisant la diversité lumineuse dans l’expérience architecturale.

Mots clefs

adaptation visuelle, analyse d’images, ambiance lumineuse, contraste, éclairage naturel, espaces transitions, lumière perception visuelle, vidéo, spatio-temporel.

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Abstract

Natural light characterizes architecture in a complex manner, especially when considering its fluctuations and variations whenever we experience a transition or passage from a space to another. It also influences the comfort and the well-being of its occupants. This visual adaptation appears in a process that is translated into a spatio-temporal dynamics implying body movement from space to space. The literature review recognizes the lack of knowledge in the relation light-space-time. This research proposes to study this spatio-temporal relation existing between light and architectural space, to qualify an architectural promenade through in situ experimentation including filmic segments. The thesis develops an innovative ambient survey methodology integrating whereas variables of this research take into account the qualitative and quantitative aspects of light. It combines the use of a luminance-meter, a camcorder and the analysis of numerical images as a starting point for the assessment of spatio-temporal qualities of light. The resulting analysis allows a classification of luminous transitional experiences. The architectural promenade is analyzed according to the diversity and relative intensity of luminous ambiances in relation to time, which allows the development of a descriptive analysis of visual perceptions through spatial transitions. This method of analysis potentially favours the design of sequences of spaces while encouraging and applying principles of luminous diversity in architecture.

Keywords

Contrast, daylight, images analysis, light, luminous ambiances, video, visual adaptation, visual perception, transitional spaces, spatio-temporal.

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Table des matières

Résumé ... iii 

Abstract ... v 

Table des matières ... vii 

Liste des tableaux ... ix 

Liste des figures ... xi 

Remerciements ... xiii 

Chapitre 1 - Introduction ... 1 

1.1   Notion d’espace de transition ... 4 

1.2   Caractérisation de la perception dynamique des espaces transitions ... 8 

1.2.1   Au-delà de l’analyse d’images – le processus de la perception ... 8 

1.2.2   La découverte de l’architecture et le mouvement ... 11 

1.3   Contexte théorique et question de la recherche ... 19 

1.3.1   Objectifs ... 19 

1.3.2  Hypothèses ... 20 

Chapitre 2 - Vers une représentation dynamique de l’ambiance lumineuse ... 21 

2.1   Qu’est-ce qu’une ambiance lumineuse? ... 23 

2.2  Adaptation visuelle et qualification des transitions spatiales ... 25 

2.3   Mesure de l’ambiance lumineuse et relevé vidéo ... 35 

2.4   Représentation graphique d’une architecture séquentielle ... 40 

2.5   Synthèse ... 45 

Chapitre 3 - Méthodologie : le relevé dynamique ... 47 

3.1   Outil de capture dynamique des ambiances lumineuses ... 49 

3.2   Contexte physique du relevé ambiant ... 58 

3.3   Repérage qualitatif : principe de capture d’une séquence spatiale ... 63 

3.4.   Paramétrage quantitatif : validation de la luminance ... 66 

3.5.   Méthode d’analyse des relevés ambiants ... 68 

Chapitre 4 - Analyse spatio-temporelle des ambiances lumineuses ... 77 

4.1   Diversité des ambiances lumineuses ... 77 

4.2   Perception des ambiances lumineuses en fonction de la direction ... 89 

4.3   Transition lumineuse et relation avec le temps ... 91 

Chapitre 5 - Conclusion ... 95 

5.1   Avantages et limites de la méthode expérimentale ... 97 

5.2.   Perspectives de développement de la recherche ... 98 

Bibliographie ... 101 

Annexe 1- Dynamique des ambiances lumineuses par relevés vidéo d'espaces de transition. Article publié lors de DRS 2010 à Montréal, Québec, Canada ... 109 

viii

Annexe 3- Relevé des Données lors de la promenade architecturale de A vers F ... 129  Annexe 4- Données provenant du logiciel Culplite à partir des images issues de la promenade

architecturale de Avers F ... 131  Annexe 5- Données provenant de la corrélation entre la moyenne et l’écart-type de l’image en

relation avec la brillance calibrée de l’image issue de la promenade architecturale de A vers F. ... 135  Annexe 6- Relevé des Données des luminances mesurées lors de la promenade architecturale de F vers A ... 137  Annexe 7- Données provenant du logiciel Culplite à partir des images issues de la promenade

architecturale de F vers A ... 139  Annexe 8- Données provenant de la corrélation entre la moyenne et l’écart-type de l’image en

relation avec la brillance calibrée de l’image issue de la promenade architecturale de F vers A. ... 141  Annexe 9- Caractéristiques de la caméra utilisée. ... 143 

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Liste des tableaux

Tableau 2-1 Aspects physiques et perceptuels de la lumière [Tableau traduit de Demers, 1997] ... 31  Tableau 2-2 Recherches sur l’analyse et la représentation de l’espace et du mouvement en relation

avec leurs médiums et leurs rapports au temps. ... 46  Tableau 3-1 Principaux éléments de comparaison entre l’œil et la caméra. ... 55  Tableau 3-2 Principaux éléments de comparaison entre les capteurs CCD et CMOS. [Dhir, 2004

:253- 261] ... 56  Tableau 3-3 Influence de la présence de personne sur l’analyse des images. ... 59  Tableau 3-4 Qualificatif des risques d’éblouissement associés aux ratios d’éblouissement de Schiler

dans Culplite, tableau adapté de [Japee, 1995]. ... 75  Tableau 3-5 Caractéristiques de la sensation du confort visuel et le ratio de luminosité perçue.

Tableau adapté de (CIBSE (1994) Code for Interior Lighting. ... 76  Tableau 3-6 Relation entre le contraste et la définition de l’espace et l’ambiance lumineuse. Tableau

adapté de [Demers, 2007 :2] ... 76  Tableau 4-1 Analyse d’extraits d’images d’une séquence vidéo ... 78  Tableau 4-2 Caractéristiques de la sensation du confort visuel et le ratio de luminosité perçue.

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Liste des figures

Figure 1-1 Comparatif des cinq principaux types d’espaces transitions naissant de la relation entre

deux éléments. [Potvin 1997, d’après Borie, 1986] ... 6 

Figure 1-2 Montage d’images de la Villa Savoye [1928-1931] par Le Corbusier [Source : Sbiglio; 1999]. ... 13 

Figure 1-3Théorie de la production de la forme par Paul Klee [1920] ... 16 

Figure 2-1 Chronophotographie géométrique de 24 images sur plaque fixe, d’un homme qui court. [Muybridge1886], [Source : Teston; 2004, 247]. ... 22 

Figure 2-2 Descripteurs physiques de la lumière [Egan, 2002 : 83] ... 27 

Figure 2-3 La sensibilité au contraste [Robson, 1968] ... 29 

Figure 2-4 L’adaptation et la transition [Potvin 1997 p.6 (d’après Flynn et al. 1992 p.110)] ... 32 

Figure 2-5 L’adaptation lumineuse (luminosité à laquelle l’œil est adapté et influencé par le champ de vision) [Egan, 2002 : 43]... 34 

Figure 2-6 Relation entre la brillance d’une image et son contraste [Demers; 2007, 4]... 38 

Figure 2-7 Vision en série de Cullen [Cullen; 1961, 17] ... 41 

Figure 2-8 Extrait de la promenade de Venise [Bosselmann, 1998] ... 43 

Figure 2-9 Extrait du Manhattan Transcript [Tschumi, source: Kipnis, 2001] ... 45 

Figure 3-1 Processus schématisé de la méthodologie développée. ... 48 

Figure 3-2 Coupe anatomique de l’œil humain, [Marieb, E.N.; 1993, 505]... 50 

Figure 3-3 Champs de vision de l’œil humain [Egan, 2002 :40]. ... 51 

Figure 3-4 Représentation qualitative de la vision de l’œil [source : http://cdn.cambridgeincolour.com/images/tutorials/camera-eye_detail1c.jpg]. ... 52 

Figure 3-5 Comparaison du champ de vision de la caméra en mm et en degré [EF Lens work, Canon, 2006 :3]. ... 53 

Figure 3-6 A) Maquette du Séminaire de Québec; B) Contexte de l’entrée principale; C) Panoramique de la cour intérieure du Petit séminaire de Québec, crédit photo Victor Rodrigue. ... 58 

Figure 3-7Contexte et cadre bâtit du petit séminaire de Québec. ... 61 

Figure 3-8 Section du Petit Séminaire à l’étude ... 61 

Figure 3-9 A) Subdivision du parcours en 6 zones aux fins d’analyse, B) Parcours établi dans le séminaire de Québec de la zone A, située à l’extérieur du bâtiment vers la zone F, située à l’intérieur du bâtiment. C) Élévation du parcours du côté nord-ouest. ... 64 

Figure 3-10 Exemple de collecte de données qualitatives effectuées selon le parcours A) Subdivision Lumineuse en diagonale, B) Source lumineuse ponctuelle C) Patron lumineux de réflexion. ... 66 

Figure 3-11 Sélection des points de relevé de luminance. ... 67 

Figure 3-12 Relevé des données de luminance à l’aide du luminance-mètre. ... 68 

Figure 3-13 Schéma méthodologique ... 69 

Figure 3-14 Transformation d’une image en mode Isohélie en 5 tons de gris. ... 71 

Figure 3-15 Distribution lumineuse dans une image [Demers, 2007 :3]. ... 72 

Figure 3-16 Attribution des luminances mesurées in situ à la valeur du pixel concordant. ... 72 

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Figure 4-1 Graphique de la distribution de la brillance (luminosité) et du contraste en fonction du temps dans le cadre d’une promenade architecturale de l’espace A vers F. ... 80  Figure 4-2 Graphique de la distribution de la brillance (luminosité) et du contraste en fonction du

temps dans le cadre d’une promenade architecturale de l’espace F vers A. ... 81  Figure 4-3 Distribution de la brillance (luminosité) et du contraste en fonction du temps dans le cadre

d’une promenade architecturale de l’espace A vers F. ... 82  Figure 4-4 Distribution de la brillance (luminosité) et du contraste lors de la transition entre l’extérieur

et l’intérieur. ... 83  Figure 4-5 Distribution de la brillance (luminosité) et du contraste en fonction du temps dans le cadre

d’une promenade architecturale de l’espace F vers A. ... 84  Figure 4-6 Section agrandie de la figure 4.3, illustrant la présence de 4 ambiances lumineuses. .... 85  Figure 4-7 Représentation de la séquence d’entrée du bâtiment et de la perception du black-out. a)

extérieur au t=17 secondes et avec une luminance moyenne de 6555 cd/m², b) perception du black-out au t=20 secondes et avec une luminance moyenne de 740 cd/m², c) espace de transition constitué par le hall d’entrée au t=22 secondes et avec une luminance moyenne de 22 cd/m². ... 87  Figure 4-8 Section agrandie de la figure 4.5, images représentant la séquence de sortie du bâtiment

et l’effet white-out 4 a) intérieur au t = 48 secondes et avec une luminance moyenne de 41 cd/m² 4 b) phénomène du white-out au t= 55 et avec une luminance moyenne de 7000 cd/m² 4 c) extérieur au t =57 et avec une luminance moyenne 5300 cd/m². ... 88  Figure 4-9 Section agrandie des figures 4.3 et 4.5 de la section D du parcours, illustrant la différence

de perception des ambiances lumineuses en fonction de la direction ... 90  Figure 4-10 Images représentant le champ visuel dans l’espace D. A) lors de la migration de A vers

F figure 4.3; B) lors de la migration de F vers A figure 4.5. ... 90  Figure 4-11 Caractérisation de la perception de la transition lumineuse en fonction du temps pour

une promenade architecturale de A vers F. ... 92  Figure 4-12 Caractérisation de la perception de la transition lumineuse en fonction du temps pour

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Remerciements

Au terme de l’accomplissement de ce mémoire, je tiens à exprimer mes gratitudes et mes hautes considérations à toutes les personnes qui m’ont accordé le privilège de réaliser ce travail et qui ont ainsi contribué de près ou de loin à ce projet de recherche. Tout d’abord, je tiens à remercier le Fonds québécois de recherche sur la société et la culture (FQRSC) du Gouvernement du Québec qui a permis un appui financier à cette recherche par l’intermédiaire de la subvention de recherche-création intitulée “l’Oeil créatif: processus digital d’exploration de la diversité visuelle et thermique en architecture”. Je tiens à remercier Claude Demers et André Potvin, mes directeurs, pour avoir cru en ce projet et accepté de superviser ce mémoire. Vos conseils très précieux, l’intérêt et le suivi que vous n’avez cessé de démontrer tout au long de la réalisation de ce mémoire ont fait de moi quelqu’un de privilégié. Merci Claude, de ton enthousiasme contagieux qui a su stimulé mon intelligence et d’avoir, à chaque fois, su trouver les mots justes pour m’encourager à persévérer. Je remercie mes collègues du Groupe de recherche en ambiance physique de l’Université Laval (GRAP) pour leur soutien ; le climat chaleureux et leur soif d’apprendre ont été grandement appréciés. Je tiens également à témoigner toute ma gratitude au corps professoral de l’école d’architecture de l’Université Laval qui a su me communiquer la passion pour l’architecture.

Merci à mes amis qui m’ont soutenu d’une manière ou d’une autre. Plus spécialement, Sandra Thibault, Philippe Asselin, Magali Gilbert, Myriane Pilon et Marie-Pierre Paré qui ont su offrir une oreille attentive et m’accorder leur confiance.

Ce document ne serait pas ce qu’il est sans l’appui indéfectible de ma famille. Mylène, Philip et David merci d’avoir été là pour encourager, écouter et soutenir. Pierre-Luc Cossette, merci de me faire voir les choses ordinaires d’une façon extraordinaire.

Finalement, ma mère pour qui j’ai une profonde admiration, qui a toujours cru en moi et qui a toujours été un exemple de persévérance. Je lui dédie cette thèse.

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Chapitre 1 - Introduction

Le design d’un espace éclairé naturellement tient à la fois compte de la performance énergétique du bâtiment, mais considère également la recherche de confort visuel pour ses occupants. Par contre, le design en relation à la lumière naturelle demeure l’un des champs de recherche les moins développés en ce qui a trait à l’analyse qualitative de l’environnement intérieur en relation à des données quantitatives. Il est généralement admis que c'est par la vue et le mouvement que s’effectue en premier l’expérience d’un bâtiment [Cullen, 1971 : 10]. C’est également de cette façon que Le Corbusier explicite la notion de promenade architecturale par cette description de la Villa La Roche : « On entre : le spectacle architectural s’offre de suite au regard; on suit un itinéraire et les perspectives se développent avec une grande variété; on joue avec l’afflux de la lumière éclairant les murs ou créant des pénombres.» [Le Corbusier, 1910-1929: 60].

L'analyse des espaces transitions, et tout particulièrement l'analyse de leur perception visuelle, apparaît alors essentielle pour étudier la dimension spatio-temporelle de la lumière naturelle impliquée dans l’expérience de la « promenade architecturale ». Cette recherche propose donc d’étudier une relation spatio-temporelle existant entre la lumière et l’espace afin de qualifier un parcours architectural. L’approche novatrice et exploratoire de l’analyse de la lumière naturelle y sera présentée, reconnaissant sa nature dynamique dans le contexte d’un parcours architectural, ciblant de manière expérientielle l’analyse de l’environnement visuel d’un occupant. Pour y arriver, la recherche propose la mise au point d’un outil d’analyse vidéo qui permettra d’évaluer et de caractériser la qualité lumineuse de manière dynamique des espaces transitions, et ce, dans le but d’alimenter le processus décisionnel en phase préliminaire de design (chapitre 3, méthodologie). Elle s’inscrit dans une volonté d’approfondir les connaissances sur la dynamique des ambiances lumineuses architecturales, un domaine encore peu étudié puisque les paramètres impliqués dans les phénomènes de transition, de perception et de lumière naturelle sont multiples. À cet égard, la méthode digitale proposée devrait permettre de simplifier le processus d’analyse et de représentation de ce phénomène complexe.

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L’analyse la perception visuelle des espaces transitions implique une acquisition de données qui peut s’avérer complexe pour tenter de comprendre notre système visuel. Que voyons-nous principalement lorsque nous arpentons un bâtiment ? Est-ce un ensemble de pièces et d’espaces, un ensemble d’ambiances? Ou alors est-ce un seul élément composé de formes, de couleurs, de textures et aussi de mouvements ? La complexité du système visuel fait en sorte que nous ne pouvons pas évaluer et analyser un bâtiment avec une seule image photographique. Par contre, cette dernière peut rendre compte du caractère d'un lieu, des espaces qui s'y trouvent et éventuellement de leur ambiance. Cependant, elle ne peut révéler l'expérience que nous avons ou que nous aurions de ce lieu, la manière de le traverser afin de se prévaloir de la meilleure vue, comme les sensations que peuvent nous procurer différents parcours dans un même espace. Comme l'a écrit Thiel [1961 : 33] : "Architecture may well be `frozen music' like a phonograph record; but man is the pickup whose movement realizes the experience. " En ce sens, les espaces de transition sont des lieux privilégiés en architecture puisqu’ils permettent d’expérimenter la diversité de la lumière lors de transitions lumineuses, permettant l’adaptation visuelle des usagers. L'analyse de ces espaces en fonction de la lumière et du mouvement est la voie privilégiée de la recherche actuelle. Les méthodes proposées échouent généralement à caractériser cette expérience, car elles se basent sur une description ponctuelle de l'environnement visuel, et ce, indépendamment de tout cheminement. De ce fait, ces méthodes ne prennent pas en compte l'analyse des variations lumineuses dans l’espace construit au fil d’une promenade architecturale.

De façon générale, pour caractériser et analyser les ambiances lumineuses, deux types d’approches ont été développées : ponctuelle et globale [Demers, 1997]. La première consiste à mesurer ponctuellement, en différents endroits d’un espace intérieur l’éclairement en lux afin d’établir un ratio entre l’intérieur et l’extérieur d’un bâtiment, soit le facteur lumière du jour [Tregenza,1998]. Cette méthode offre l’avantage d’établir une analyse plus objective et est par conséquent, la plus largement répandue auprès des professionnels de l’architecture. Par contre, les valeurs absolues, tel que l’éclairement, ne permettent pas une interprétation complète de l’environnement visuel, car elles ne considèrent pas l’adaptation de l’œil qui est omniprésente en milieu réel [Fontoynont et. Al., 1994]. La seconde approche s’avère beaucoup plus riche en termes d’évocation du caractère visuel de

3 l’espace et consiste notamment à analyser une image photographique en fonction sa brillance et de son contraste [Demers, 1997]. L’image photographique rend possible une analyse plus juste de la perception de l’espace que nous ne pourrions observer avec la première approche. Elle nous laisse percevoir les phénomènes visuels et descriptifs de l’espace, tels que la profondeur, le volume, la composition. Bien que ces deux méthodes aient pour même objectif une description plus graphique et par conséquent, une meilleure compréhension des phénomènes liés aux ambiances lumineuses, aucune ne réussit à décrire correctement la dimension spatio-temporelle de la lumière naturelle impliquant le mouvement d’un observateur dans l’espace.

La présente recherche développe la mise en relation des deux approches précédemment évoquées en y ajoutant la notion de temps. Plus exactement, ce projet s’intéresse au développement d'une méthode d'analyse de la perception lumineuse dans les espaces transitions au fil d’une promenade architecturale qui nous permettrait de mesurer et de caractériser les variations de la morphologie d’un pattern lumineux en fonction du temps et des espaces traversés.

Dans ce chapitre, il convient de préciser la notion d'espace de transition afin de définir plus spécifiquement le champ d'études et d’établir l’intérêt d'analyser ce type d'espace (section 1.1). Pour poursuivre, il sera question de la perception visuelle dynamique dans les espaces transition en fonction de deux approches: biologique et psychologique (section 1.2.1). Les prémisses d'une nouvelle méthode d'analyse de la perception lumineuse des espaces transitions au fil d’un parcours, seront, par la suite, établies (section 1.2.2).

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1.1 Notion d’espace de transition

Il existe plusieurs façons de percevoir les espaces transitions, un constat probablement intrinsèquement lié à la nature même du terme transition, lequel est défini, selon le Larousse comme étant un état "intermédiaire", "passager", qui ne dure pas et qui conduit d’un "état" à un autre. Selon, Augé [1995 : 79], l’espace de transition peut être défini comme étant à la fois un lieu et un non-lieu qui possède des polarités opposées: le premier n'est jamais complètement effacé, et le deuxième n’est jamais complètement achevé. Ils sont comme des palimpsestes sur lesquels se développe un jeu brouillé de l'identité et où les relations sont sans cesse réécrites [Augé, 1995 : 79]. Les espaces transitions sont donc des espaces qui ont le pouvoir de juxtaposer au fil du temps, en un seul lieu réel plusieurs espaces qui sont de prime abord incompatible. L’espace de transition fait principalement référence à la relation existant entre l’espace intérieur et l’espace extérieur. Ses conditions transitoires dans ce que nous définissons comme des espaces transition sont caractérisées par une variable dynamique, instable, où on y trouve des conditions fluctuantes [Potvin, 2002 : 475]. Ces espaces peuvent être caractérisés par les termes «zones tampons» et constituent les espaces servant de lien entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment. La définition d’un espace de transition en architecture peut être associée selon Pitts [2007 : 815], aux foyers, lobbies, atriums, corridors et autres espaces où les gens passent lorsqu’ils voyagent entre l’intérieur et l’extérieur, ou entre différents espaces intérieurs. Ces zones de transitions constituent donc des "entre-deux" architecturaux où le climat intérieur et extérieur est modifié, sans systèmes de contrôle mécanique et où l'occupant peut faire l'expérience des dynamiques de ce changement.

La définition des conditions transitoires est donc complexe et exacerbée par les effets de nombreuses variables telles que les fluctuations de température, de rayonnement solaire, de vent, des microclimats, etc. Les implications d’une meilleure compréhension et d’un meilleur contrôle de tels espaces sur l’amélioration de la qualité de vie sont primordiales dans une vision globale de confort des occupants. Les espaces transitions sont donc le résultat de la rencontre des différentes conditions climatiques offrant de plus grandes possibilités d’adaptations. Dans le même ordre d’idée Jason McLennan [2004 : 17] définit l’espace de transition comme étant un Écotone, c'est-à-dire un espace offrant une diversité sensorielle élevée à la jonction existante entre deux environnements

5 bioclimatiques différents. L’amélioration de tels espaces devient donc un des éléments clefs dans le développement durable tel que le mentionnent Demers et Potvin [2007].

« Les espaces de transitions, qui ne sont ni internes ni externes, ont le pouvoir de générer des articulations plus raffinées entre l'intérieur et l'extérieur et favoriser les adaptations tant visuelles que thermiques des individus et du bâti à la variabilité environnementale. [...] Aujourd'hui, les défis reliés à l'architecture durable dépendent en grande partie de la capacité des architectes à optimiser la performance énergétique des bâtiments. Cette performance énergétique repose essentiellement sur deux aspects: la définition correcte de la transition intérieur-extérieur en termes d'opacité et de transparence et sur l'attente face au confort des occupants. »

[Demers Potvin , 2007]

Potvin (1999) d’après Bory distingue les espaces transitions en cinq principales catégories (voir fig.1.1) qui naissent dans l’élément intermédiaire de la relation entre deux volumes. Cette classification ne s’attarde qu’à l’aspect morphologique de l’objet, permettant d’identifier le procédé géométrique générateur de la composition architecturale et l’articulation entre les éléments géométriques (Potvin 1999).

Indépendance : Il s’agit d’un espace de transition extérieure où la relation entre les deux volumes est mitigée. L’influence des conditions extérieures y est prépondérante. Il ne possède pas de lien physique avec un bâtiment et est donc constitué essentiellement d’un espace en plein air, influencé par une structure extérieure, comme un pavillon ou un abri d’autobus

Proximité : L’espace de transition naît de l’interaction entre les deux volumes où les conditions extérieures ont encore une influence importante, mais la proximité des deux volumes provoque des conditions particulières qui modifie passablement les conditions ambiantes.

Adjacence : L’espace de transition apparaît dans la connexion entre les deux formes créant une zone modulée exclusivement par le joint des deux espaces. Il est caractérisé par un joint, un espace couvert relié au bâtiment (ou entre les bâtiments, où prédominent des conditions extérieures, telles une rue couverte, une arcade, etc.)

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Intersection : Les relations avec l’extérieur sont, dans cette typologie, filtrées complètement, la notion de l’extérieur devient complémentaire. Ce type d’espace peut être caractérisé par une forte diversité environnementale, de part son emplacement stratégique entre intérieur et extérieur. Il s’agit d’un espace contenu dans un bâtiment et à la limite avec l’extérieur, comme un atrium, un hall, où les conditions environnementales sont constamment instables, dû aux fluctuations engendrées par les entrées et sorties d’un bâtiment.

Inclusion : Il s’agit d’un espace contenu dans un bâtiment, une pièce totalement interne, où le lien avec l’extérieur s’effectue notamment par l’apparition de baie vitrée en toiture.

Figure 1-1 Comparatif des cinq principaux types d’espaces transitions naissant de la relation entre deux éléments. [Potvin 1997, d’après Borie, 1986]

La thèse/recherche se concentre principalement sur les espaces de type intersection, correspondant à un espace contenu dans un bâtiment, tel un atrium, un hall, ou couloir, où les conditions sont changeantes dû aux entrées et sorties des gens du bâtiment. Ce choix est motivé par la grande variation lumineuse que l’on retrouve entre l’intérieur et l’extérieur et les défis qui lui sont associés en climat nordique. De plus, la notion d’espace de transition de type 1 implique également celle de parcours. En effet, le fait de parcourir ces lieux, qui sont généralement constitués de passages, permet de percevoir une continuité en termes de temps et d’espace lors de changements physiques

7 (variations lumineuses, de température, etc.). Cette relation particulière avec l’environnement implique les notions d’adaptation et d’évolution dans le temps. Selon Potvin [1997 : 33], le parcours traverse les frontières physiques, de façon graduelle ou soudaine et il est associé avec les notions de changement et d’adaptation à un nouvel environnement. L’expérience de l’espace est donc dynamique et se vit avec ses déplacements continuels ou sporadiques entre les différentes pièces [Flynn; 1988 : 105]. Ce processus d’expérience et de perception de l’espace implique un élément souvent négligé lors de la conception d’un bâtiment: l’adaptation. La notion d’adaptation se vit en fonction du temps, car elle ne s’inscrit pas dans un processus instantané, mais bien déterminé sur une période de temps donnée (Chapitre 2).

L’espace de transition de type 1, de part sa fonction de lien entre deux zones aux luminosités généralement opposées permet, s’il est bien conçu, d’établir un pont entre deux espaces aux qualités visuelles différentes de manière quasi subliminale. On l’associe alors à une adaptation progressive qui favorise le confort visuel. La définition d’espace de transition se vie donc selon une approche différente de la représentation traditionnelle du corps bâti (plan, coupe), mais bien selon une progression dans le temps de l’adaptation visuelle. La caractérisation de cet espace de transition ne peut donc pas être circonscrite à l’intérieur d’un lieu physique précis (les limites physiques d’un atrium par exemple), mais doit être mise en relation avec la succession d’espaces traversés. Cette définition fait donc intervenir simultanément les composantes lumière-espace-temps qui s’avèrent difficilement représentables et analysables, mais qui pourtant font partie intégrante de l’expérience d’un lieu. L’intégration de ses trois composantes dans un seul moyen de représentation et d’analyse permettrait une meilleure compréhension et conception de tels espaces. En effet, s’ils sont bien conçus, ces espaces transitions servent à expérimenter les seuils de caractéristiques lumineuses particulières et provoquer des situations complexes et visuellement stimulantes de diversité environnementale. Le seuil entre deux espaces devient donc un élément fondamental dans le potentiel expérientiel, car il peut s’exprimer de façon graduelle ou soudaine, rendant la transition plus ou moins confortable. Ce type d’endroit constitue un lieu d’étude important afin de comprendre le processus de perception et d’adaptation visuelle.

La littérature fait, en outre, état de nombreuses recherches qui développent des modèles de circulations et transitions en terme sociologique, mais peu les étudient avec une dimension environnementale et dynamique. Un outil d’analyse des ambiances lumineuses des espaces

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transitions le long de parcours pourrait ainsi répondre à de multiples applications architecturales. L’une d’entre elles serait d’analyser le processus d’adaptation lumineuse dans les espaces architecturaux le long d’un parcours. En effet, les variations perceptibles des espaces ouverts ne sont pas véritablement analysées par les méthodes actuelles. Ces variations permettraient d’émettre un ensemble d’hypothèses sur l’expérience d’un lieu, d’un espace et d’une séquence architecturale. Par la suite l’outil développé pourrait être utilisé pour vérifier l’impact environnemental de projets architecturaux et ainsi proposer des améliorations au design lumineux des bâtiments. Dans un tel cadre, il semble nécessaire de mettre au point un outil afin de valider si les projets architecturaux répondent à une définition correcte de la transition intérieur-extérieur en termes d’opacité et de transparence.

1.2 Caractérisation de la perception dynamique des espaces transitions

Si la fonction première de l’architecture est d’abriter et de protéger l’homme, Les besoins de lumière et de transparence sont également essentiels. Aborder la question de la relation entre la lumière et l’architecture permet également d’aborder le rapport à l’environnement, l’usage, l’ambiance lumineuse et l’adaptation. Cette recherche s’intéresse au phénomène de perception et d’adaptation à la lumière d’espaces transition. Dans cette section, il sera tout d’abord question de ce qui nous permet d’analyser la lumière, soit le système visuel humain. Celui-ci sera exploré en deux volets. Le premier sera consacré à l’aspect perceptuel de l’environnement alors que le second portera sur la relation existant entre le mouvement et la perception.

1.2.1 Au-delà de l’analyse d’images – le processus de la perception

“What then is time ? If no one ask me, I know; if I want to explain it to a questioner, I do not know... We measure times. But how can we measure what does not exist? The past is no longer, the future is not yet. And what of the present? The present has not duration... In order that we may compare a short and a long syllable, both must have died away. Thus I do not measure the syllables themselves, but the images of the two tones in my memory... Thus when I measure time, I meseaure impressions, modifications of conscionsness. “

9 Les perceptions provoquent des sentiments et conditionnent la forme physique (transpiration etc.) et psychique (peur, joie etc.). C’est par la lumière, plus que pour tout autre facteur, qu’est déterminée la perception d’un espace. La lumière joue donc un rôle décisif dans l’appréciation émotionnelle d’une pièce ou d’une situation. Ce mémoire traite de la représentation et de l’analyse des ambiances lumineuses par l’utilisation d’images vidéo. Ce choix de médium d’analyse permet une interprétation « personnelle » de l’espace tant au niveau de ses qualités visuelles que spatiales, étant par exemple liée à la position de la caméra en relation au corps et à la vitesse de déplacement de l’usager. En ce sens, il est primordial de saisir que l’œil est un médium sélectif et que la perception de l’environnement tel que nous le concevons est propre à chacun. Cet environnement propre à chacun provient d’un processus d’élagage intentionnel. En effet, l’œil est confronté à un grand nombre d’informations (lumineuses, déplacement, orientation, etc..) qui sont sélectionnées afin de fournir des renseignements sur le ou les point(s) d’intérêt(s) dans la scène dans laquelle nous évoluons. Ainsi, si l’on regarde une ouverture dans un espace, notre œil perçoit l’ensemble des luminosités et mouvements dans la pièce où se trouve cette ouverture. Par contre, le cerveau fera volontairement abstraction de l’ensemble de ces informations afin de se concentrer sur celles qui sont liées à l’ouverture; notre point d’intérêt. Le cerveau tri donc volontairement l’information visuelle. Autrement dit, la perception de l’environnement dans lequel nous évoluons est modelée par le système visuel et ne correspond qu’en partie au monde physique [Lehar, 1999 : 125]. Nous construisons une représentation du monde architectural qui nous entoure, et nous considérons cette représentation comme une réalité. L’architecture possède donc bien plus que les trois dimensions traditionnelles (hauteur, largeur, longueur) [Moore, 1981 : 5]. Selon Kant, l’être humain est confronté à une dialectique dans sa perception de ce qui l’entoure. Deux mondes coexistent simultanément:

- Le monde dit substantiel qui consiste à être le concret, la matière qui nous entoure - Le monde dit phénoménal qui consiste à être la réalité telle qu’elle est établie par notre

cerveau.

Il voulait ainsi distinguer deux réalités qui coexistent simultanément, soient le réel et le perçu. Le monde substantiel n’est donc jamais réellement perçu, car celui-ci ne peut être vu qu’à travers le monde phénoménal. Cette théorie a permis d’établir que la conception de ce qui existe réellement

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diffère de ce qui est perçu par chacun. L’expérience spatiale devient donc une fonction biologique [Thiel, 1961 : 51]. L’être humain, en soi, peut être considéré comme étant un récepteur où les mécanismes perceptuels et les sens filtrent les informations du monde extérieur. Ces mécanismes impliquent divers facteurs sociaux, culturels et économiques qui permettent à chacun de se bâtir une réalité perspective qui lui est propre [Augoyard, 1998 : 17]. Le développement d’outils de représentation et d’analyse doit donc inclure des données quantitatives, mesurables et vérifiables, ainsi que des données qualitatives, appréciables et qualifiables par chacun.

Lorsqu’une personne effectue un parcours dans un bâtiment, elle est confrontée à différents types d’espaces aux propriétés physiques particulières. Cela démontre qu’en tant qu’usager nous éprouvons des sensations et nous interagissons de façons différentes selon chaque type d’espaces. Selon Gibson (1966), la perception d’un espace est basée sur le fait de déceler des informations dans l’environnement alors que la sensation consiste à détecter quelque chose (avoir une sensation). Pour un individu, percevoir un environnement c’est éprouver les sensations que celui-ci génère. Ainsi, lorsque l’on regarde un espace, l’image formée sur la rétine de chacun des observateurs est normalement similaire, mais par contre, le message décodé par les différentes zones du cerveau n’est pas le même pour tous. Cette interprétation implique des processus mentaux qui font intervenir des souvenirs, ainsi que la perception des autres sens (ouïe, odorat, le sens haptique et parfois le goût). Dans cette optique, la séquence temporelle et spatiale sert entre autres à construire des images mentales pour comprendre et définir le monde physique qui nous entoure [Biron, 2008 : 51]. La perception d’un espace devient donc un acte indissociable de l’action. Le cerveau n’enregistre pas une combinaison de formes statiques, mais il extrait plutôt ses formes en mouvement et extrapole les formes en trois dimensions [Berthoz, 2000 : 257]. Le mouvement génère donc une procession dans l’espace auxquels s’attachent des événements sensibles donnant vie aux structures spatiales qui nous entourent. La description d’un espace devient donc complexe par le nombre d’éléments impliqués, ce qui en rend sa perception individuelle. Par contre, l’interprétation du cerveau d’un élément ou d’un espace peut être ambiguë et produire des résultats mitigés. Ces illusions d’optique, qui ne sont pas perçues de la même façon par chacun d’entre nous, sont en fait des interprétations de l’environnement de notre cerveau. Ces illusions deviennent donc les témoins des mécanismes de la vision et confirment que notre perception du monde est parfois éloignée de la réalité. Le cerveau joue donc une part importante dans la perception de l’espace en définissant ce qui doit être lu dans un environnement. Celui-ci peut amplifier les contrastes, créer des contours, des

11 couleurs, des perspectives, des reliefs, des mouvements, et ce en fonction de ce qu’il connaît. L’espace doit être appréhendé selon les sensibilités des individus qui le perçoivent ou le parcourent et non comme une abstraction mathématique [Moore, 1981 : 11]. L’analyse environnementale d’une succession d’espaces devient ardue si on la considère en un instant donné, car elle fait alors abstraction de la nature temporelle de l’expérience.

" (…) Les sensations provoquées par notre mouvement à travers une quelconque série d’espaces ne sont pas isolées; elles sont affectées par la connaissance de la forme globale. L’expérience immédiate est affectée par les sensations antérieures et conditionnées par l’anticipation de la forme à venir." [Cousin,1980]

1.2.2 La découverte de l’architecture et le mouvement

Cette section s’intéresse aux manifestations antérieures de la notion de spatiotemporalité afin de mieux définir la notion de promenade architecturale et la relation intrinsèque qu’a l’architecture avec le temps. Le vingtième siècle est marqué par un changement dans la relation entre deux protagonistes importants en architecture, soient le temps et l’espace. Précédemment, le temps était considéré comme continu et l’espace défini par ses limites physiques, les deux étant considéré comme ayant une structure stable et universelle, indépendants de l’expérience individuelle. Avec le développement des moyens de transport à grande vitesse, la relation entre l’espace et le temps fut amenée à être considérée comme étant une expérience individuelle, attribuable à la position de l’observateur dans l’espace, permettant ainsi d’élargir le concept de l’espace aux appréhensions multiples et aux expériences individuelles. Ces deux paramètres, espaces et temps, se sont retrouvés liés dans la notion intrinsèque du mouvement.

Quelques architectes, dont Le Corbusier (figure 1.2), ont voulu explorer cette nouvelle perception sur la relation espace-temps. Selon Giedion [1967 : 32], La villa Savoie constitue un des meilleurs exemples de la construction de cette nouvelle relation espace-temps. Elle développe une relation particulière entre l’intérieur et l’extérieur reléguant le concept que l’espace est exclusivement intérieur à un précepte secondaire. Ces considérations de l’espace serviront de prémisses aux notions de parcours et de "promenade" architecturale.

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Reichlin [1997 :196] énonce que Le Corbusier s’intéresse grandement à la notion de temps dans ses créations architecturales et mentionne que son travail est intrinsèquement lié à la notion de parcours architectural. Le concept de parcours ou de promenade architecturale n’est pas clairement définissable, de part les nombreuses associations linguistiques qui lui sont associées. En effet, selon Mariani-Rousset [1992] son sens commun permet diverses interprétations (chemin, circuit, itinéraire, trajet, promenade, cheminement, traversée, étape, etc.) et montre la complexité de sa définition. Toutes ces dérives linguistiques expriment deux notions sous-jacentes au terme parcours architectural: le lieu et l’acte du promeneur. La traversée d’un bâtiment implique un mouvement, un acte qui peut être réalisé (fait concret, dans l’espace et le temps) ou non (parcours imaginé à partir d’un point fixe, en fonction du lieu réel).

13 Figure 1-2 Montage d’images de la Villa Savoye [1928-1931] par Le Corbusier [Source : Sbriglio; 1999].

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Au sens large, le parcours représente donc le mouvement du corps, son déplacement dans l’espace. Par contre, ce déplacement implique obligatoirement une interaction conception/visite engageant la prise en compte du contexte dans son analyse; le lieu. Visiter un bâtiment suppose ainsi une succession d’actes : « marcher, fixer son regard, voir, lire, s’éloigner, comparer, se souvenir, discuter, etc. [Davallon, 1991]» Le visiteur n’est donc pas immobile : l’espace est conçu pour être investi. Le bâtiment présente des limites spatiales déterminées et généralement fixes, mais il n’est pas possible de conclure que son espace y est fixe, car c’est le visiteur qui l’appréhende. La majorité des études portant sur la notion de parcours ont été effectuées par des scénaristes dans le cadre de la création d’expositions. Il est donc possible d’établir une relation particulièrement intéressante entre l’exposition et le parcours. En transposant la théorie de Jean Davallon [1988] au parcours, nous obtenons une classification selon trois stades :

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-Le parcours pensé, celui imaginé lors du processus de conception par l’architecte avant même la construction de l’espace.

-Le(s) parcours proposé(s) : chemin(s) possible(s) offert(s) aux usagers

-Le parcours vécu : l’expérience, un cheminement particulier vécu et perçu par des usagers.

Cette recherche s’inscrit dans une analyse du parcours vécu afin de documenter et d’analyser l’expérience lumineuse. Ceci offrira des outils supplémentaires aux architectes lors de l’élaboration et la conception du parcours pensé et améliorer les parcours proposés.

Certains iront plus en amont dans le processus de conception architectural afin de caractériser la notion de mouvement. C’est ainsi que Paul Klee, dans les années 20, énonça une théorie établissant une relation entre le point, la droite, l’espace et le temps [Klee, 1920]. La droite devenait ainsi un point que l’on aurait déplacé "taken for a walk", alors elle-même associé à l’espace et au temps. "A linear figure takes time, and one must travel receptively the same road as one has taken productively... the longer the line the more of the time element it contains." [Paul Klee, 1920 : 78] Pour Klee, tout ce qui est vivant est en mouvement et ceci n’est rien de plus qu’une combinaison d’espaces et de temps. Les notions de mouvement et d'architecture sont donc intimement liées [Meyers, 1999 : 92]. La construction architecturale ne réfère pas uniquement au fait de construire, mais constitue également des récits inscrits dans la conception même de l'espace [Meyers, 1999 : 92]. Dans sa publication Creative Credo [1920], Klee énonce que l’espace et le temps sont indissociables. "For space itself is a temporal concept. When a point turns into movement and line- that takes time. Or when a line is displaced to form a plane. And the same is true of the movement of planes into spaces." [Klee, 1920 : 78] Klee appréhende un espace apparemment statique avec la notion de mouvement. Comme on peut le voir à la figure 1.3, Klee décrit la valeur temporelle inhérente dans un plan et dans un espace par un système de diagrammes de forces et de mouvements. Il en résulte une géométrie basée sur une succession de plans répertoriés dans l’espace, un concept qui intégrera la méthodologie basée sur le relevé dynamique visuel réalisé à l’aide d’images (développé à la section 3.1). Klee mentionne également que l’espace en soi est une pure création du temps. Dans un contexte architectural, l’espace et ses composantes environnementales doivent donc être examinés comme une substitution consécutive de contextes

15 climatiques en constante évolution. Ces espaces stimuleront l’individu différemment suivant l’ordre des séquences parcourues. Les recherches qui tentent de qualifier et de quantifier l’expérience visuelle d’un environnement doivent nécessairement intégrer la notion temporelle dans leur approche. Ces notions feront partie intégrante de la méthodologie développée dans le cadre de cette thèse (voir section 3.5).

Le système visuel étant plus sensible aux changements qu’aux conditions stables, la construction de l’espace par l’esprit introduit une dimension dynamique dans la représentation du monde physique [Kaplan, 2008]. En effet, le patron visuel n’est pas statique, mais il est continuellement en mouvement, impliquant une modulation constante de notre propre définition de l’environnement extérieur [Gregory, 1990 : 311]. En fait, Arnheim décrit l’architecture de façon dynamique: “The visitor experiences not only a sequence of sights but the constant gradual transformation created by perspective and lighting in every wall and constellation of elements” Arnheim,R.,1974: 11]. L’architecture constituerait donc un objet sensoriel accessible seulement par l’expérimentation. Cette expérimentation implique donc un contact physique avec l’espace afin d’utiliser nos cinq sens et ainsi comprendre les nuances de l’expérience sensorielle. La compréhension passe donc par «l’intégration spontanée d’une multitude de projections visuelles » [Arnheim, 1983 : 13]. Gibson aussi s'est intéressé de près à la perception visuelle et en particulier à la perception en mouvement. Pour lui, la perception visuelle résulte d'une composition entre plusieurs images :

“The process of perception cannot rest upon the image of a single fixation such as yields a momentary visual field. To see more than this takes time, and requires a succession of images. The product of these successive impressions, however, is such that, paradoxically, all awareness of the succession has been lost. Unquestionably the panoramic visual world depends on a temporal series of excitations and just as unquestionably the succession of excitations is not represented in the final

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Figure 1-3Théorie de la production de la forme par Paul Klee [1920]

La vision constitue donc un phénomène dynamique. Nous sommes capables d’observer l’environnement, lequel est en perpétuelle transformation. De surcroît, il est possible de distinguer les mouvements dus à notre propre déplacement dans l’espace, des mouvements des éléments de notre environnement qui en sont indépendants [Appleyard, 1966; Gibson, 1979]. L’architecture dépend donc littéralement d’une dynamique de la lumière, révélant la forme, l’espace, et qui, simultanément dévoile le sens et les intentions qu’ont imaginés les architectes lors de la conception.

17 La lumière peut améliorer l’expérience de l’architecture en dévoilant la structure, les matériaux, les textures afin de permettre l’orientation, le focus et l’expérience du temps. L’architecture d’un bâtiment se découvre en parcourant ses espaces et en récoltant un continuum d’images des différentes ambiances que nous avons vécues. Ces images sont liées entre elles par les points du parcours que nous avons suivi. De ces séries, nous retenons non seulement des formes, des couleurs, des textures des espaces traversés, mais aussi les effets, les changements, les variations dus à notre propre mouvement. Ces effets visuels peuvent être causés par de fortes variations du contraste entre deux espaces contigus, la découverte d’un passage servant de transition entre deux espaces aux conditions opposées ou encore par une organisation spatiale non orthodoxe. Néanmoins, comme elles sont partie intégrante du processus de perception, les variations visuelles induites par notre mouvement ne doivent pas être ignorées dans l'analyse des espaces transitions.

La relation entre l’architecture et le mouvement va bien au-delà de la simple découverte de l’espace, mais, tel que le décrivait Klee, s’inscrit au sein même de la conception de l’espace. Ceci est le constat que fait également Tschumi, qui établit un dialogue entre les espaces dynamiques et statiques. Pour lui, l’espace est dynamique de part sa conception, sa forme, sa disposition. Les interstices du programme, qui correspondent aux lieux de circulation, génèrent les pivots du fonctionnement d’une bonne architecture en favorisant la relation entre mouvement et action [Tschumi, 1995 : 55, 60]. En favorisant le mouvement ou l’attention, les interactions lumineuses déterminent une partie du caractère de l’espace. L’espace n’est pas un vide, il devient en soi une expérience dynamique [Biron, 2008 : 45].

Ces expériences, déterminées par notre perception du monde qui nous entoure comportent des mécanismes complexes et multiples qui sont à la fois volontaires et involontaires. Ces afflux de données en provenance de tous nos sens sont organisés de façon à filtrer la réalité afin de la rendre perceptible selon nos expériences personnelles. Bien que notre lecture de l’architecture soit influencée par la notion du parcours, certains espaces manifestent une plus grande intensité (par la lumière, les formes, les configurations…) et une plus grande influence que d’autres espaces sur nos sensations [Biron, 2008 : 51]. L’architecture devient donc un immense territoire où nous sommes responsables d’une organisation spatiale qui permet de défier, réconforter ou surprendre nos perceptions d’un lieu. Dans cette optique, Berthoz [2000 : 256] souligne que les architectes ont oublié

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la notion de mouvement lors des étapes de la conception architecturale, créant des bâtis déniant l’expérience d’un lieu. Dans cette optique, Alvarado [2008] propose l’intégration de l’animation et de la représentation cinématographique pour caractériser l’architecture. Il arrive à la conclusion qu’une relation particulière doit être développée entre le phénomène d’images en mouvement et l'architecture pour permettre une meilleure représentation des qualités spatiales par le mouvement et se rapprocher de notre expérience de l’architecture dans la vie de tous les jours [Alvarado, 2008]. L’erreur des approches classiques est de concevoir l’espace comme une abstraction mathématique, ce qui sur le plan perceptif, en fait du vide et donc imperceptible [Gibson, 1950].

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1.3 Contexte théorique et question de la recherche

Le mémoire s’inscrit dans le cadre du projet de recherche-création intitulé « L’œil Créatif : un processus digital d’exploration de la diversité visuelle et thermique en architecture ». Ce projet subventionné par le Fonds québécois de recherche sur la société et la culture (FQRSC) a été mené au Groupe de recherche en Ambiances Physiques de l’Université Laval [Demers et Potvin, 2008-2012]. Ce mémoire vise plus spécifiquement la mise au point d’un outil de représentation et d’analyse de la perception lumineuse dans les espaces transitions le long d’un parcours afin de mesurer les variations spatio-temporelles des ambiances lumineuses in situ ainsi qu’en maquette analogique.

Cette recherche vise à répondre à la question générale suivante :

Comment améliorer la représentation et l’analyse dynamique des ambiances lumineuses tout en facilitant la compréhension du processus d’adaptation de l’œil aux changements de luminosité dans les espaces de transitions?

1.3.1 Objectifs

Cette recherche a comme objectif principal de développer une méthode d’analyse et de représentation dynamique des ambiances lumineuses afin d’en démontrer la diversité dans les espaces transitions.

Les objectifs spécifiques sont de :

1. Caractériser la notion d’adaptation visuelle dans l’espace de transitions.

2. Développer une méthode d’analyse des ambiances lumineuses dans les espaces transitions. 3. Représenter le comportement lumineux à l’aide de l’outil dynamique que constitue la vidéo

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4. Développer une méthode permettant l'évaluation et la comparaison in situ des ambiances lumineuses.

5. Évaluer le contraste et la luminosité en fonction du temps et de la position dans l’espace.

1.3.2 Hypothèses

Si l’expérience de l’architecture fait partie intégrante d’un processus impliquant des transformations constantes et graduelles, souvent créées par l’interaction de la perspective et de la lumière sur un ensemble complexe de variables, les ambiances lumineuses devraient nécessiter un questionnement sur la façon dont elles sont analysées et représentées dans une perspective spatio-temporelle. La recherche propose donc comme hypothèses :

1. Les ambiances lumineuses sont indissociables de leurs propriétés spatio-temporelles 2. Leurs occurrences sont supérieures au nombre d’espaces traversés

3. Leurs perceptions sont dépendantes du sens avec lequel elles sont traversées

La prise de relevés vidéo suggère aussi la potentialité d’aborder la problématique selon une approche d’analyse spatiale novatrice qui tient compte des aspects qualitatifs (l’image) et des aspects quantitatifs (les valeurs numériques associées aux pixels). Cette recherche propose l’intégration des variables qualitatives par l’analyse numérique d’images vidéo et des variables quantitatives qui peuvent y être extraites par la corrélation avec la luminance, le temps, le contraste et la brillance.

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Chapitre 2 - Vers une représentation dynamique de l’ambiance

lumineuse

Le présent chapitre décrit les principaux concepts utilisés pour décrire les ambiances lumineuses afin de développer une méthode qui permet de les analyser. La première section aborde la nature même d’une ambiance lumineuse et ses principaux descripteurs. La seconde fera état de méthodes développées pour analyser les espaces architecturaux et urbains en relation avec la notion de parcours, d’espace et de lumière.

La représentation d’espaces fascine les architectes et bâtisseurs depuis toujours. Bien que cette représentation fût relativement simple à ses débuts, un tournant important fut franchi par la découverte de la perspective. Par contre, bien que souvent réaliste, la perspective ne demeurait pas moins qu’une représentation abstraite de l’environnement. L’invention de la photographie au début du siècle dernier, eut pour effet de pallier cette lacune. Toutefois, la photographie, qui se limite à la représentation en un temps et lieu donné de l’espace, devenait un outil désuet dans la représentation et l’analyse de l’environnement dynamique.

De prime abord, la principale lacune de la photographie est qu’il lui est impossible de représenter la notion de temps, intrinsèquement liée à la découverte d’un espace. Une série de photographies ou un relevé vidéo se rapproche beaucoup plus de la réalité perceptive que l’utilisation d’un simple instantané. Tel qu’exprimé précédemment (voir section 1.2.2), la meilleure façon d’apprécier et de comprendre un espace architectural est de le découvrir par nous même en y circulant, car l’ensemble des sens est alors impliqué dans son expérience. Cette façon de faire nous permet de mieux comprendre l’environnement dans lequel cet espace évolue en relation avec son histoire, la culture locale et son contexte géographique. Il est alors possible d’apprécier les éléments qui composent ces espaces, la structure, les concepts utilisés pour structurer la découverte du bâtiment et les différentes interactions entre chacun de ses espaces. Ces événements architecturaux se perçoivent très bien lorsque nous déambulons dans un espace, par exemple, dans une cathédrale. Par contre, la compréhension et l’analyse de ces espaces ne saurait être exhaustive en se limitant à la représentation photographique et/ou filmique. C’est ainsi que Étienne-Jules Marey (1882) et Muybridge (1878) développèrent, à partir de la chronophotographie géométrique, des modes de

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représentations et d’analyses du mouvement qui s’avéreront les embryons de nos caméras vidéos numériques actuelles (figure 2.1). Bien que ces études étaient destinées aux mouvements humains, l’observation de l’interaction entre l’architecture et les mouvements humains permettra d’établir et de développer des lieux plus propices aux espaces transitions. Dans le cadre du présent mémoire, la présentation simultanée de séquences spatiales, évoquée à la figure 2.1 en fonction d’un axe horizontal temporel, constitue une piste intéressante dans le développement de l’outil de représentation graphique des ambiances (voir section 3.5).

Figure 2-1 Chronophotographie géométrique de 24 images sur plaque fixe, d’un homme qui court. [Muybridge1886], [Source : Teston; 2004, 247].

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2.1 Qu’est-ce qu’une ambiance lumineuse?

L’intégration d’aspects perceptuels et subjectifs ne fait pas partie intégrante de la présente recherche puisque le développement de l’outil d’analyse et de représentation constituera la majeure portion de l’ouvrage. Cependant, l’utilisation de relevés filmiques pallie en partie à cette lacune en permettant aux lecteurs, n’ayant pas eu, au préalable, de contact physique avec le lieu à l’étude, de mieux cerner l’ensemble du contexte architectural. Le relevé vidéo comparativement à la photographie offre l’avantage de mettre en relation l’ambiance lumineuse et le temps, offrant une meilleure compréhension de l’expérience spatiale. L’architecture n’organise pas seulement des espaces, mais elle construit des environnements spécifiques, elle définit des «ambiances» [Grosjean, 2001 : 102]. Dire que l’architecture organise des ambiances permet de rapprocher des aspects perceptuels qui ne relèvent pas intégralement de la forme construite. Le terme ambiance désigne un ensemble de facteurs environnementaux perceptibles par les sens (lumière, son, température, odeurs, matières tactiles…). La caractérisation d’une ambiance lumineuse est donc complexe, car elle fait intervenir divers paramètres physiologiques, psychologiques et culturels. Elle est directement en lien avec le phénomène de la perception et implique donc une ou des sensations propres à chacun. La définition d’une ambiance lumineuse en architecture doit donc combiner plusieurs dimensions. Dans sa définition d’ambiance, Narboni exprime explicitement la relation entre la perception, la lumière et le temps. Il propose une définition assez complète en énonçant qu’une ambiance lumineuse est le “résultat d’une interaction entre une ou des lumières, un individu, un espace et un usage… Cette interaction influence momentanément ou durablement la perception du lieu éclairé [Narboni, 2006 : 14]. ” Pour sa part, Augoyard [1998 : 18] établit une série de quatre conditions afin que l’on puisse considérer un phénomène localisé comme étant une ambiance.

- Les signaux physiques de la situation sont repérables et décomposables;

- Ces signaux interagissent avec : la perception, les émotions et l’action des sujets, les représentations sociales et culturelles;

- Ces phénomènes composent une organisation spatiale construite; - Le complexe (signaux/percepts/représentations) est exprimable.

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La perception par l’occupant de l’environnement spatial et son interaction avec l’ensemble des phénomènes physiques occupe un rôle central dans cette définition. Dans cette perspective, Augoyard [1998 : 22] détermine qu’une ambiance est une globalité perceptive rassemblant des éléments objectifs et représentés comme atmosphère, climat, milieu physique et humain. Bontemps [2008 : 9], énonce clairement trois facteurs influençant la bonne compréhension d’une ambiance physique lors d’un relevé : la relation entre la forme construite et la forme perçue, la dynamique espace/temps de l’ambiance et la valeur de l’ambiance. La fonction des sens occupe donc un rôle actif dans la découverte de l’environnement. Ils captent chacun de façon différente l’information de l’environnement plutôt que de réagir passivement aux stimuli physiques. La perception de l‘environnement n’est donc pas une interférence perceptive entre les sens, d’un traitement ou d’une démarche par étapes, mais bien un captage instantané d’information [Pieron;1955, 39].

Dans toutes ces approches, l’occupant sert donc d’élément central afin de permettre une définition correcte d’une ambiance lumineuse. On peut aussi établir que l’ensemble des définitions proposées précise le caractère d’une ambiance par la notion du vécu en mettant l’emphase sur l’interaction entre l’espace éclairé et le sujet. Elles admettent toutes implicitement que la perception et l’interprétation de ces ambiances sont propres à chacun. Une analyse complète implique donc une représentation visuelle d’une ambiance lumineuse, afin de permettre à tout un chacun de juger de cette ambiance en utilisant ses propres perceptions. La mesure des ambiances lumineuses fait en effet, intervenir des éléments de perceptions plus subjectifs qui font appel à l’appréciation individuelle [Narboni, 2006 : 14]. Une analyse utilisant seulement les valeurs photométriques (intensité lumineuse, éclairement, luminance, uniformité et contraste) de l’éclairage serait donc incomplète. Si l’on veut expliciter les données physiques et particulièrement leur associer une réalité architecturale ou urbaine, il devient inconcevable d’abstraire la représentation des positions spatiales et temporelles des interactions formes phénomènes [Siret; Wolonszyn, 1998 : 61].

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2.2

Adaptation visuelle et qualification des transitions spatiales

"L’adaptation visuelle est la capacité de l'œil à s'adapter aux différents niveaux de luminance (énergie d'une source lumineuse en fonction de son spectre rapporté à sa surface). "

[Larousse, 2008]

Analyser une ambiance lumineuse lors de transitions spatiales implique directement le phénomène d’adaptation. L’adaptation visuelle est un phénomène complexe, et il apparaît essentiel d’en cibler les composantes principales liées à la description ambiante des transitions spatiales. Cette section présente les principaux défis associés à l’analyse vidéo en regard de ce phénomène.

L’adaptation est un phénomène physiologique caractérisé par un ajustement du corps quittant son état d’équilibre afin de répondre aux nouvelles conditions environnementales [Flynn, 1988 : 106]. D’autre part, Demers, affirme que la lumière naturelle occupe un rôle central dans la définition de l’ambiance, car elle affecte toutes les composantes architecturales [1997 : 6]. Ces variations lumineuses sont donc au cœur du processus d’adaptation et de perception de l’espace. L’expérience de l’architecture étant dynamique, avec des mouvements périodiques ou constants entre certains espaces, le processus d’adaptation est donc souvent sollicité afin de répondre à ces variations. En effet, lorsqu’un occupant se déplace d’un espace à un autre, son orientation change, et il se peut qu’il soit conscient d’une nouvelle brillance ou dominante lumineuse présente dans son environnement. Cette transition lumineuse peut être conçue de façon à ce que la transition soit subliminale; en amenant progressivement les propriétés visuelles de l’état A à l’état B, ou d’une façon dramatique; en amenant de façon drastique les propriétés visuelles de l’état A à l’état B. Ce caractère de la transition lumineuse est discuté plus loin en fonction des facteurs environnementaux (voir fig. 2.4). Selon De Valois [2002], l’adaptation visuelle peut être définie comme étant le changement de sensibilité à des conditions lumineuses résultant d’une exposition prolongée à un patron lumineux. Au cœur de ce concept visuel, deux notions principales sont intimement liées, soient la luminance et le contraste. La lumière, en tant que processus physique stimulant notre système visuel, peut être

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décrite principalement par des descripteurs physiques tels que la luminosité, la luminance, l’éclairement et le contraste. Ces éléments font partie intégrante de l’analyse visuelle d’images digitales, qui sera décrite dans la section 3.

Une des caractéristiques les plus importantes en termes de sensations subjectives d’un espace architectural est la luminosité, composante qualitative de la sensation visuelle [Gregory, 1990 : 311]. La luminosité définit une interprétation personnelle de l’œil par rapport à la luminance tout en constituant la façon la plus exacte pour quantifier la réalité perceptive de l’œil [Hopkinson, 1963 : 19]. Elle se réfère donc à la force d’une sensation de brillance résultant de la vue de la lumière provenant de certaines surfaces dans l’espace [IES, 1984 : 1.20] et est partiellement déterminée par les conditions d’adaptation. Il s’agit d’un phénomène perceptif complexe et relatif à chaque personne [Hopkinson, 1970] et implique que sa perception est subjective. La luminosité ne peut donc être mesurée de la même façon qu’une propriété physique absolue [Moon, 1961 : 421]. La luminosité étant un descripteur primordial dans la définition de l’adaptation lumineuse, une recherche sur la représentation et l’analyse des ambiances lumineuses doit élaborer une méthode afin de la prendre en compte. La luminosité n’étant perçue qu’exclusivement par l’homme, le recours à des éléments de représentations, telles que le relevé filmique ou l’image photographique, s’avère un bon moyen de l’étudier de manière relative. Les images numériques possèdent un immense potentiel quant à l’abondance des informations lumineuses qui les composent [Demers, 2000]. De plus, Demers [2000] affirme que les images ont le pouvoir de transposer les sentiments et les émotions qui peuvent générer une idée ou une forme. Maunder et al. [2001] affirment également qu'il existe une correspondance entre la perception d'un espace sur une image et le fait de voir réellement le même espace. Cette recherche propose donc de représenter la lumière comme un modèle sur un support visuel afin de permettre aux architectes une meilleure compréhension de l’espace.

La luminosité étant un élément subjectif de la perception, le recours à la mesure de la luminance pour calibrer des images permet d’obtenir des informations quantitatives sur un médium qualitatif. Dubois [2007] montre que la diversité d’un environnement éclairé naturellement peut être mesurée par la distribution de la luminance dans une photographie. La luminance constitue donc une mesure de la luminosité qui permet l’évaluation de l’intensité de la lumière visible d’une surface ou d’une source lumineuse, selon l’orientation de l’observateur, pour une unité de surface donnée (fig. 2.2). En

27 effet, sans lumière (luminance=0) il n’y a pas de vision et sans contraste, nous ne pouvons voir aucun patron spatiotemporel [Kaplan, 2008]. Lorsque nous nous retrouvons dans un espace donné, nous sommes soumis à des variations constantes d’intensité lumineuse. Cette plage dynamique phénoménale représente un défi important pour le système visuel [Kaplan, 2008]. Pour percevoir l'espace, le système visuel est extrêmement sensible au contraste spatial et temporal. Pour y arriver, le système visuel compare la luminance à différents points dans l’espace et dans le temps [Kaplan, 2008].

Figure 2-2 Descripteurs physiques de la lumière [Egan, 2002 : 83]

Le contraste constitue donc une variable qui intègre plusieurs aspects physiques de la lumière et répond en partie à la notion de perception abordée au chapitre 1. En fait, la perception visuelle est basée sur la notion du contraste ainsi que sur d’autres facteurs tels que l’adaptation visuelle, les attentes et l’expérience. Ainsi, bien que Fontoynont [2002] qualifie l’importance du contraste comme un des éléments définissant la perception et la qualité lumineuse, Veich [2001] affirme en outre que le contraste est l’un des deux principaux descripteurs de la visibilité, l’autre étant la luminance.