Ombre et lumière dans la ville : le potentiel de l'image numérique pour l'exploration et l'analyse des ambiances lumineuses nocturnes

Ombre

et

lumière dans

la

ville

:

le potentiel

de

l'image

numérique

pour

l'exploration et

l'analyse

des

ambiances

lumineuses

nocturnes

Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de

l'Université Laval pour l'obtention du grade de maître en architecture

(M.Arch.)

Faculté d'aménagement, d'architecture etdes arts visuels École d'architecture

Université Laval

Juin

2001

OMBRE

ET

LUMIÈRE

DANS

LA

VILLE

:

le

potentiel de

l'image

numérique

pour

l'exploration

et

l'analyse

des

ambiances

lumineuses

nocturnes

RESUME

S'inscrivant dans le champ de recherche émergeant sur les ambiances lumineuses, cette recherche s'intéresse au potentiel de l'image numérique pour l'exploration et l'analyse de la lumière dans le paysage urbain nocturne. À partir de relevés effectués dans les villes de Québec et de Montréal, comme autant d'images qui se succèdent à l'échelle du piéton, le projet propose d'évaluer l'image numérique 2D comme outil permettant des analyses et explorations quantitatives et qualitatives des espaces urbains éclairés. La méthodologie employée s'appuie sur la recherche développée par Demers [1997]. Le potentiel créatif du médium pour la conception lumière est également abordé. Parallèlement, la recherche propose de développer une démarche spécifique au contexte de la lumière urbaine nocturne afin de cerner différents aspects qui composent les ambiances lumineuses nocturnes, tels que les effets de la lumière sur les formes urbaines (espaces ou objets architecturés). Les outils de relevés employés présentent l'avantage d'être accessibles autant pour le chercheur que pour le concepteur lumière. Ils ont fait l'objet d'explorations afin de déterminer leurs limites dans des conditions d'éclairage nocturne. Il s'agit de la photographie à l'aide d'une caméra réflexe 35 mm et de la vidéo. Des outils de mesures de la lumière tel qu'un photomètre ainsi que des posemètres manuels complètent les besoins de la recherche. Les images numérisées sont traitées à l'aide du logiciel Adobe Photoshop.

Véronique Koulouris, étudiante

Claude MH Demers, directrice

La présente recherche a bénéficié de la contribution financière du Fonds FCAR (Fonds pour la Formation de Chercheurs et l'Aide à la Recherche).

Je profite de quelques lignes pour remercier ma directrice de recherche, Claude Demers, dont les approches méthodologiques sur la lumière m'ont inspirée. Je tiens également à remercier mes collègues , ami(e)s et membres de ma famille qui m'ont accompagnée dans mes multiples virées nocturnes à la recherche d'images, le trépied sous le bras .

Note : La majorité des sources bibliographiques qui ont contribué au développement de cette recherche sont écrites en anglais. Les différentes citations et références théoriques ont été traduites en français pour plus de clarté.

L'impression sur papier des images numériques fait parfois en sorte que les détails ou certains tons de gris ne sont pas reproduits. Par conséquent, un disque compact (CD) contenant les images en couleurs et les photographies numérisées de la recherche en format PDFaccompagne le mémoire. Pourvisualiser le fichier PDF, il est nécessaire d'utiliser le logiciel AdobeAcrobat Reader disponible gratuitement sur Internet. Une copie du logiciel est gravée sur le CD. En utilisant l'outil représenté par une main dans le logiciel, il est possible de sélectionner les titres des figures de la table des matièresqui renvoient directement à l'image correspondante, à la manière d'un lien hypertexte.

TABLE DES MATIÈRES

1. LUMIÈRE URBAINE, IMAGE ET ARCHITECTURE...2

I

... 2

1.1

P

...

4

1.1.1 Lumièreurbaine...5

Éclairage des villes : de la fonctionnalité à la qualité des espaces lumière... 5

Concepteur lumière et architecte... 7

La lumière de nuit... 9

Éclairage nocturne et besoins humains... 10

Qualité de la lumière... 13

1.1.2 Ambiancesurbaines...14

1.1.3 L'image numérique 2D et lalumière: outild'analyseet deconception 16 Image et architecture, image et lumière... 16

Lumière et image numérique... 18

La recherche sur la conception 3D assistée par ordinateur... 20

Intérêt des éclairagistes et de la recherche en lumière urbaine à propos de l'image 2D numérique... 22

Potentiel de l'image numérique 2D... 24

1.2 C

... 26

La perception visuelle... .•...26

« Champ visuel », analyse de la lumière et image numérique... 29

Les plans et la matière éclairée : modulateurs d'espaces... 34

Morphologies, contraste et brillance... 35

Image numérique et perception in situ de la lumière... 38

« Échelle de la lumière » et effets de l'éclairage sur les objets... 39

Lumière urbaine nocturne : lumière artificielle et technique... 41

La couleur : théorie et application pour la lumière urbaine et l'image numérique... 44

Lumière urbaine et couleur... 45

Image numérique et couleurs... 46

1.3 L

... 48

1.3.1 Lesobjectifsetsous-objectifs...49

1.3.2 Letableauschématiquedu projetde recherche...50

1.3.3 Leshypothèsesde recherche...51

2. MÉTHODOLOGIE ET DÉMARCHE... 53

2.1 P

... 53

2.1.1 L'analyse del'image numérique : lierle quantitatifau qualitatif.. 53

L'histogramme... 57

L'interprétation du « contraste global »... 58

Le « pattern » de lumière... 59

Un « vocabulaire lumière » pour l'analyse qualitative de la lumière nocturne... 60

Lumière et typologies : l'échelle de « focalisation »... 66

2.1.3 Le précédentexpérimental : lacorrélationentre desdonnées PHOTOMÉTRIQUES ETLA BRILLANCE DANS L'IMAGE NUMÉRIQUE...68

L'expérimentation quantitative, le précédent... 68

2.1.4 Précédentstechniques...71

2.1.5 Contraintesdansl'application de laméthode...72

2.2

I

:

2.2.1 Lesoutilsderelevés...74

Les « capteurs » d'image... 74

La comparaison entres les différents « capteurs d'image »... 76

Conclusions... 79

Limites de la photographie... 80

Les posemètres manuels... 82

Mesure de la lumière réfléchie... 84

Mesure de la lumière incidente et étude sur les émulsions monochromatique et panchromatique... 87

L'étalonnage... 91

2.2.2 Lesexpérimentationsquantitativesin situsur lalumière etl'image NUMÉRIQUE... 92

Le cadre expérimental... 92

Les expérimentations exploratoires... 93

L'expérimentation quantitative : la corrélation...95

Le choix d'un site d'expérimentation... :...95

La démarche et les résultats... 95

Conclusion...101

2.3

L

Précédents à la démarche proposée... 102

La démarche... 103

Les sites de relevés... 104

3.

OMBRE ET LUMIÈRE NOCTURNE : L'IMAGE NUMÉRIQUE

...106

3.1 «

L'

» :

Effets de la lumière et formes urbaines nocturnes...107

Comparaison des aspects diurnes et nocturnes...108

La cueillette de données...108

3.1.1 Recherchethéoriqueet exploratoiredelavillenocturne...109

Les précédents... 109

Une classification préliminaire... 112 IV

Les « modes d'apparence »... 116

Le tableau des typologies... 117

Conclusion... 122

3.1.2 Analysequalitative préliminaire : aspectsdiurnesetnocturnes.. 123

Les images numériques : comparer le diurne et le nocturne... 123

La simplification en niveaux de brillances... 123

Les contours... 124

Les questions proposées par Lou comme base d'analyse exploratoire... 125

Les exemples d'analyse et les explorations dans l'image... 125

Un espace urbain éclairé : la passerelle... 126

Forme urbaine éclairée : le restaurant Serge Bruyère... 130

Forme urbaine éclairée : le Musée de l'Amérique Française... 132

Conclusion... 135

3.2 A

,

«

»

136

Le Musée de l'Amérique Française... 138

Le Musée du Québec... 142

Conclusion... 146

3.2.2 Limitesde lareprésentation 2D del 'imagenumérique selonles CONDITIONS SOUS LESQUELLES LESIMAGES SONTPERÇUES... 147

3.3

L

...

149

3.3.1 Explorations préliminairessurlecontraste...150

L'histogramme comme indicateur du contraste global dans une scène urbaine nocturne ... 150

Le contraste et les émulsions photographiques couleurs / noir et blanc...152

Conclusion... 156

3.3.2 Lesexplorationsetanalysessurle Muséedu Québec...157

Analyse du potentiel de l'image numérique : les brillances, le « pattern » de lumière et l'évaluation du « contraste global »...157

Les « patterns » de lumière significatifs... 158

Analyse du « contraste global »... 161

Conclusion... 163

L'interprétation du « contraste global » pour une scène urbaine nocturne ou un bâtiment: sélection d'une zone définie... 163

Le questionnaire : appréciation de l'éclairage in situ... 165

Précédents... 166

Le questionnaire... 166

Les résultats... 168

Conclusion... 170

L'image numérique et la représentation de la lumière : une exploration graphique..170

Explorations des outils pour créer des effets... 171

Création des effets d'éclairage à partir des images diurnes et nocturnes... 172

Conclusion... 176

4. CONCLUSION...179

4.1

P

'

... 179

4.2 L

...

182

BIBLIOGRAPHIE... 185

ANNEXES... 193

ANNEXE-A : Lessourcesdelumière...194

ANNEXE-B : SPÉCIFICATIONSTECHNIQUES DES POSEMÈTRES... 196

ANNEXE-C : Spécificationstechniquesdu photomètre...197

ANNEXE-D : Lesexpérimentationsparallèlesau projet...198

ANNEXE-E : Lesexpérimentationsquantitativesexploratoires...205

ANNEXE-F : Lequestionnairesur le Musée duQuébec... 208

LISTE DES FIGURES

Chapitre

1

Figure 1.1 : Chapelle de Ronchamp, Le Corbusier... 2

Figure 1.2 Le projet de Place de la Gare par Nouvel à Tours (1993) [Tiré de Narboni, 1995, p.192]...8

Figure 1.3 Oeuvre du peintre Magritte : L'empire des lumières, 1954 ... 10

Figure 1.4 Chemin de lumière: conception par Henri Alekan et Patrick Rimoux (1993)... 11

[Tiré de Narboni, 1995, p.144]... 11

Figure 1.5 Exemple de rendu de projets d'éclairage en tons de gris [Narboni, 1995]... 17

Figure 1.6 La vision binoculaire [Tiré de Schiler, 1996, p. L-l 3]... 26

Figure 1.7 La concentration d'attention [Tiré de Lam, 1992, p.37]... 29

Figure 1.8 Le champ visuel [Référence tirée de Lou,1996, p.28]... 31

Figure 1.9 Exemple de traitement de l'image numérique... 33

Figure 1.10 Éclairement et luminance [tiré de Lou, 1996, p.32 ]... 36

Figure 1.11 Mouvement gamma : la surface de brillance plus élevée semble plus près... 37

[Tiré de Lou, 1996, p.13]... 37

Figure 1.12 Le contraste simultané [D'après Lou, 1996, p.13]... 37

Figure 1.13 Exemple de la mise en valeur de la forme et de la texture d'un mur et définitions de l'échelle des textures selon Lou [1996]... 40

Figure 1.14 : La sphère des éclairages selon Henri Alekan [Alekan, 1991, p.106]... 44

Figure 1.15 Le diagramme chromatique CIE et les différents procédés de production... 47

de la couleur [Tiré de Lépinay, 1999 (Banque d'images)]... 47

Chapitre

2

Figure 2.2 Exemple d'un histogramme obtenu à l'aide du logiciel Adobe Photoshop et des sources d'information qu'il contient... 58

Figure 2.3 Caractéristiques générales des histogrammes pour différents types de scènes.... 59

[Selon Demers, 1997, p.94]... 59

Figure 2.4 Le « pattern » de lumière [Tiré de Demers, 1997, p.68]... 60

Figure 2.5 Le tableau de l'échelle des contrastes [Selon Demers, 1997, p.193]... 61

Figure 2.6 Impact visuel et ratios de brillance selon Flynn [1977],... 62

référence tirée de Demers [1997, p. 117]... 62

Figure 2.7 a Synthèse développée pour la présente recherche à partir des définitions de variables associées aux « aspects physiques » selon Demers [1997]... 64

Figure 2.7 b Synthèse développée pour la présente recherche à partir des définitions de variables associées aux « aspects liés à la perception » selon Demers [1997]... 65

Figure 2.8 Perception de l'espace [Adapté de Demers, 1997, p. 68] ... 66

Figure 2.9 L'échelle de « focalisation » (scale of focalisation) [selon Demers, 1997, p. 194] ... 67

Figure 2.10 surface d'analyse des relevés photométriques et cadre expérimental... 69

[Tiré de Demers, 1997, p. 80]... 69 VII

Figure 2.13 Tableau synthèse comparatif entre les caractéristiques de l'œil et la photographie

à partir des aspects développés par Lou [1996, p.248-249]... 81

Figure 2.14 Les posemètres manuels... 82

Figure 2.15 Les photographies nocturnes du Musée du Québec réalisées à l'aide du posemètre Lunasix : expérimentations sur les angles de lecture de la lumière... 85

Figure 2.16 Les photographies nocturnes du Musée du Québec réalisées à l'aide du... 86

posemètre Lunasix : les temps de pose... 86

Figure 2.17 Photographies réalisées au Vieux-port de Montréal... 90

Figure 2.18 Cadrage des sources... 91

Figure 2.19 Le site de I' expérimentation quantitative... 96

Figure 2.20 Traitement des données sur les images numériques... 98

Figure 2.21 Caractéristique sensitométrique d'un film noir et blanc [Tiré de CST, 1999, p.6] 98 Figure 2.22 Tableau et graphique de corrélation pour le sol...100

Figure 2.23 Tableau et graphique de corrélation pour le carton...100

Chapitre

3

Figure 3.2 Les quatre grandes « familles lumino-spatiales » de référence : elles sont... 111

représentées chacune par une icône, une liste ouverte d'étiquettes et un exemple type... 111

[Lassance, 1998, p.47]... 111

Figure 3.3 Exemples associés à chaque catégorie de la classification préliminaire des effets de l'éclairage sur les formes urbaines nocturnes... 112

Figure 3.4 Exemples de niveaux de détail dont la 3D est mise en valeurs... 113

Figure 3.5 Échantillon des relevés nocturnes effectués à l'aide de la vidéo... 114

Figure 3.6 Les relevés nocturnes effectués à l'aide de la vidéo après l'application du filtre posterize... 115

Figure 3.7 Le tableau des typologies dérivé des « modes d'apparence » de Judd [1961] dans Lynes (1971]... 119

Figure 3.8 Echelle de focalisation et typologies, synthèse dérivée en fonction de « l'échelle de focalisation » proposée par Demers [1997] selon des concepts de Frandsen [1987] et à partir du tableau des typologies dérivé des « mode d'apparence » [Judd 1961] d'après Lynes [1971]... 121

Figure 3.9 La passerelle urbaine... 126

Figure 3.10 Le pont : analyse des transformations dans l'image numérique...127

Figure 3.11 Le filtre trace contour appliqué à l'image 3.10 a 2)... 129

Figure 3.12 Le restaurant Serge Bruyère... 130

Figure 3.13 Le restaurant Serge Bruyère :analyse des transformations... 132

dans l'image numérique... 132

Figure 3.14 Le Musée de l'Amérique Française...133

Figure 3.15 Le Musée de l'Amérique Française :analyse des transformations dans l'image numérique... 134

Figure 3.16 a) L'analyse qualitative du Musée de l'Amérique Française à partir du tableau synthèse (figure 2.7a ) des aspects physiques de la lumière développés par Demers [1997]...138

Figure 3.16 b) L'analyse qualitative du Musée de l'Amérique Française à partir du tableau synthèse (fiqure 2.7 b) des aspects de la lumière liés à la perception développés par Demers [1997]...139

Figure 3.17 Le Musée de l'Amérique Française et les images numériques pour l'analyse

qualitative de la lumière : le relevé photographique numérisé et le filtre find edges.... 140

Figure 3.18 Le Musée de l'Amérique Française et les images numériques pour l'analyse qualitative de la lumière : le filtre posterize et le filtre find edges...141

Figure 3.19 a) L'analyse qualitative du Musée du Québec à partir du tableau synthèse (figure 2.7 a) des aspects physiques de la lumière développés par Demers [1997]...142

Figure 3.19 b) L'analyse qualitative du Musée du Québec à partir du tableau synthèse (figure 2.7 b) des aspects de la lumière liés à la perception développés par Demers [1997] ....143

Figure 3.20 Le Musée du Québec et les images numériques pour l'analyse qualitative de la lumière : le relevé photographique numérisé et le filtre find edges...144

Figure 3.21 Le Musée du Québec et les images numériques pour l'analyse qualitative de la lumière : le filtre posterize et le filtre find edges... 145

Figure 3.22 Le Musée Pointe-à-Callière et l'exploration des histogrammes: images numériques issues de relevés photographiques réalisés avec un film noir et blanc TMAX 100 ISO.... 151

Figure 3.23 Le Musée Pointe-à-Callière et l'exploration du contraste associé aux...153

émulsions couleurs et noir et blanc... 153

Figure 3.24 Le Musée Pointe-à-Callière et l'exploration du contraste à l'aide du filtre find edges ... 155

Figure 3.25 Le Musée Pointe-à-Callière et l'exploration du contraste à l'aide du filtre posterize selon 2 niveaux de brillance... 156

Figure 3.26 Le Musée du Québec et le potentiel des transformations numériques...158

Figure 3.27 Le Musée du Québec : les « pattern » de...159

lumière et la brillance... 159

Figure 3.28 Le Musée du Québec et ('histogramme... 162

Figure 3.29 Rue de la Commune, Montréal : interprétation du « contraste global » sur l'image entière... 164 Figure 3.30 Rue de la Commune, Montréal : interprétation du « contraste global » à partir

d'une zone définie... Figure 3.31 L'entrée du Musée du Québec... Figure 3.32 Exemples d'explorations de filtres pour créer des effets d'éclairage .... Figure 3.33 Le filtre Lighting effects... Figure 3.34 Le tableau schématique du processus... Figure 3.35 Exploration graphique des effets d'éclairage pour le Musée du Québec

165 168 172 174 175 176 IX

LUMIÈRE URBAINE, IMAGE ET ARCHITECTURE

1.

LUMIÈRE URBAINE,

IMAGE ET

ARCHITECTURE

Introduction

Figure 1.1 : Chapelle de Ronchamp, Le Corbusier

L'architecture est le jeu savant correct et magnifique des volumes assemblés sousla lumière. Nos yeux sont faitspour voirles formes sousla lumière; la lumière et l'ombre révèlent ces formes.

Le Corbusier [1927, dans Japee et Schiler, 1996]

Lumière et architecture, l'une révélant l'autre, leur interaction forme une symbiose qui nous permet de prendre conscience du monde construit qui nous entoure et de s'y mouvoir (voir citation de Le Corbusier, figure 1.1). La lumière révèle la matière et vice-versa. Un rayon de lumière traversant une ouverture dont le verre est teinté confère une touche de couleur à l'espace avec lequel il est en contact (figure 1.1). La lumière est alors perçue dans cet espace. De la même manière, les ouvertures pratiquées dans la matière prennent forme à nos yeux grâce au jeu d'ombre et de lumière (figure 1.1). Ces jeux d'ombre et de lumière modélisent l'espace et lui confèrent un caractère qui lui est propre : « la lumière et l'ombre ordonnent plus souvent l'utilisation d'un espace que ne le font ses dimensions et sa forme » [Von Meiss, 1993, p.138]. Le matériau lumière a cette particularité d'être à la fois

incontournable et intangible. Dans le contexte de la recherche en architecture, il est d'ailleurs très présent, principalement en ce qui a trait à la lumière solaire : entre autres comme matériau de conception et source d'énergie. La lumière électrique, quant à elle, lorsque utilisée avec parcimonie, devient un complément à la lumière solaire. La nuit permet toutefois d'en exploiter plus fortement les possibilités comme un matériau à part entière. « Notre temps nous a appris d'autres lumières que celles du soleil. Malheur à qui ne veut pas les voir » [Nouvel, 1991, p.58]. La nuit, la lumière électrique fait vivre l'architecture sous nos yeux et peut même en faire partie comme élément de conception (voir figure 1.2, le projet de Nouvel). Elle permet de mettre en lumière la ville et son architecture, de la façonner et même de lui conférer une toute autre image que celle du jour. Il ne suffit pas d'éclairer mais il faut « construire » avec la lumière: « Entre éclairage et lumière il faut choisir. Il y va de la qualité de l'espace public ; c'est « l'architecture intérieure des villes », dirait Jean-Michel Wilmotte » [Rambert, d'Architecture, nov. 1998, p.28J.

De plus en plus, des thèmes tels que « ambiances urbaines » ou « qualité de la lumière » prennent une place grandissante dans le domaine de la recherche associée à l'architecture et à l'environnement construit. 1 2 II s'agit là de préoccupations qui ne tiennent plus seulement compte des aspects fonctionnels quantifiables de la lumière mais aussi des aspects qualitatifs qui font partie de la discussion sur la « qualité » de la lumière. La présente recherche, qui s'intéresse au thème de la lumière urbaine nocturne, s'inscrit dans ce courant.

1 Voir le no.42/43 Les Cahiers dela recherche architecturale-, « Ambiances architecturales et urbaines “ D'ailleurs unrécent projet de Chaire en lumière urbaine nordiqueest en développement àQuébec en

collaborationavecdes intervenants des milieux universitaires et professionnels.

Dans le discours sur la lumière urbaine, de multiples images, comme autant d'espaces lumières perçus visuellement, se succèdent dans le paysage urbain. À travers ces images, l'architecture est un objet de mise en scène urbaine qui interagit avec la lumière. De par ses matériaux et sa morphologie, elle influence directement les ambiances lumineuses, puisqu'elle interagit avec les sources de lumière. D'ailleurs, Narboni [1995], spécialiste en lumière urbaine, avance que la luminance des surfaces éclairées liée au type de revêtement est un des éléments de programmation décisifs d'un projet d'éclairage. Dans cette discussion plastique et

LUMIÈRE URBAINE, IMAGE ET ARCHITECTURE

formelle de la lumière, l'image numérique, issue de relevés visuels nocturnes (photographie ou vidéo), se présente alors comme un médium potentiel pour l'analyse des ambiances lumineuses nocturnes qui permet de faire le lien entre les aspects qualitatifs et quantitatifs de la lumière. À partir de la méthode développée par Demers [1997], les relevés in situ sont ainsi transposés comme autant d'images permettant des comparaisons et des analyses associées à la lumière, selon différentes prises de vue dans les villes de Québec et de Montréal. Le projet s'attarde en particulier au potentiel quantitatif et qualitatif de l'image numérique pour l'analyse et l'exploration des ambiances lumineuses nocturnes ainsi qu'à la création d'effets lumière dans l'image numérique 2D. Il s'agit donc d'explorer les possibilités de la méthode Demers [1997] dans le contexte de la lumière urbaine et de développer une démarche spécifique à ce contexte.

1.1 Problématique

La problématique de ce projet de recherche se développe autour de trois thèmes principaux. Le premier, soit la lumière urbaine, concerne différents aspects qui font partie du développement de ce champ de pratique et de recherche. Il s'agit entre autres de la préoccupation actuelle d'atteindre une « qualité » d'éclairage dans l'optique de développer des espaces urbains qui répondent aux besoins humains. Les architectes et les concepteurs sont concernés par cette problématique. Elle fait référence au deuxième thème soit les ambiances urbaines qui participent au genius loci des espaces urbains. La définition du terme ambiance étant elle-même très complexe, il convient de s'y arrêter. Le dernier thème, lié aux deux premiers, concerne la nécessité de développer différentes approches et outils pour mieux comprendre les ambiances lumineuses nocturnes dans le but de les planifier et les « façonner » de manière adéquate. L'outil d'analyse et de conception proposé dans cette recherche constitue l'image numérique 2D qui permet de travailler avec le matériau lumière .

1.1.1

Lumière

urbaine

Éclairage des villes : de la fonctionnalité à la qualité des espaces

lumière

Depuis des millénaires l'Homme a cherché à échapper au cycle du jour et de la nuit, en éclairant artificiellement son espace vital [Chambaret, 1984, tiré de Narboni, 1995, p.40]. De la première torche aux innovations technologiques de l'ère industrielle jusqu'à aujourd'hui, les besoins et les moyens ont évolué. Plus souvent qu'autrement, dans les villes des pays industrialisés telles que nous les connaissons aujourd'hui, l'éclairage urbain a été pensé en terme de fonctionnalité privilégiant uniquement la vision de l'automobiliste à des fins de sécurité. Ainsi, lorsqu'en déambulant les rues de la plupart des villes industrialisées nord-américaines on s'attarde à observer l'éclairage, on découvre une combinaison de points lumineux et de mises en lumière plutôt hétérogène, tant en termes d'intensité que de formes éclairées ou éclairantes. L'image résultante qui se dégage de cette combinaison se rapproche d'un effet « patchwork», tel que le décrit Cartier [1998, p.23]. Les éclairages se sont implantés selon des facteurs économiques, commerciaux ou législatifs et souvent de façon ponctuelle selon le bon vouloir des propriétaires ou des règlements municipaux. On pense aujourd'hui à planifier l'éclairage des espaces nocturnes non seulement en répondant à des impératifs de sécurité mais également en tenant compte des aspects qualitatifs de la lumière autant pour le promeneur que l'automobiliste. Le terme « éclairage » laisse ainsi progressivement place à celui de « lumière urbaine ».

En Europe, une préoccupation toute particulière s'est développée concernant l'éclairage des villes. Puisque la nuit urbaine se présentait sous une forme plutôt confuse issue de la prépondérance de l'aspect fonctionnel des éclairages et parce que les interventions se sont succédées sans être planifiées, l'urbanisme lumière est né à la fin des années 80. Cette discipline propose de penser l'éclairage nocturne de manière globale. Il ne s'agit donc pas de tout éclairer mais plutôt de générer une processus de réflexion sur tous les espaces, les aménager à l'aide du matériau lumière. Associé à ce processus de réflexion, le plan lumière devient alors un outil d'aménagement. Entre autres, la ville de Lyon est un exemple de planification

LUMIÈRE URBAINE, IMAGE ET ARCHITECTURE

d'éclairage urbain à partir d'un plan lumière. Plus près de nous, l'idée de planification de l'éclairage des villes par le biais d'un plan lumière a traversé les frontières pour maintenant faire l'objet d'un projet pour la ville de Québec qui a vu le jour en 19973 et instauré par la CCNQ (Commission de la Capitale Nationale du Québec). Le plan lumière présente plusieurs avantages en termes de planification même s'il est parfois controversé dans la littérature sur la lumière urbaine. Cet outil permet de classer, de hiérarchiser les éclairages urbains suivant un « scénario lumière » particulier à la ville. Ce scénario lumière est unevision nocturne de la ville qui met en scène le paysage urbain et ses composantes (monument, jardins, fleuves...) [Clair, 1998, p.l]. Il propose de concevoir la ville nocturne dans sa globalité, incluant les éléments qui la composent à différentes échelles. Ces éléments sont perçus dans leur contexte urbain comme autant de séquences selon une multitude de points de vue. Ces séquences sont elles-mêmes composées de multiples images perçues selon différents niveaux de lecture par l'observateur qui entre en contact avec la ville. À cet égard et à l'aide de la méthode Demers [1997] et de l'image numérique, le projet de recherche propose de s'attarder à différents points de vue dans la ville de Québec à l'échelle du promeneur qui observe les bâtiments en relation avec la lumière nocturne.

3 Voir DEMERS, Claude M.H. Étude préparatoire au plan lumièrede la capitalenationale du Québec,

DEMERS POTVIN INC. Ambiancesphysiques, 1997. Étude préparée pour la Commission de laCapitale Nationale.

Pour conclure sur le thème de la « lumière urbaine », la mise en lumière « doit appréhender la globalité d'un site pour définir l'image nocturne proche ou lointaine de la ville. Elle n'est plus liée à la sécurité, et participe désormais au confort des habitants» [Blin, Techniques et architecture no.394,1991, p.119]. Cette nouvelle approche de l'éclairage soulève la discussion de l'identité nocturne de la ville et des ambiances qui y sont créées. « Lumière image, lumière fonction, ces deux rôles tendent à se conjuguer à l'extérieur comme à l'intérieur. La mise en valeur des espaces ne se limite plus à une simple performance technique. Architectes et professionnels de l'éclairage considèrent de plus en plus la qualité d'une ambiance comme un art scientifique » [Blin, Techniques et architecture, no.394, 1991, p. 118].

Concepteur lumière et architecte

En Amérique du nord, la profession de concepteur lumière en tant que profession indépendante est apparue dans la région de New York dans les années 1950 et 1960. Elle regroupe des professionnels issus de différentes sphères d'exercice. Plusieurs proviennent du milieu du spectacle, d'autres ont travaillé comme décorateurs d'intérieur mais également comme architectes. Les approches diffèrent mais c'est aussi ce qui fait la richesse du discours sur la lumière urbaine. La recherche s'inscrit dans le contexte actuel de développement de nouveaux champs de connaissance pour l'architecture, afin de s'adapter à la réalité actuelle de la pratique mais également afin de prendre part à la discussion sur la lumière urbaine. De plus, la préoccupation pour l'apparence nocturne d'un bâtiment fait déjà partie du discours d'architectes reconnus tel Jean Nouvel qui affirme : « Nous sommes conduits aujourd'hui à étudier un bâtiment de jour et de nuit, sous le soleil et dans la brume ou sous la pluie ; à nous demander comment il va réagir visuellement, en termes de reflets, de contre-jour, de matière, et pas seulement en termesde pure spatialité, au sens géométrique » [Nouvel, 1991, p.58J.

Cette réflexion contemporaine sur l'éclairage nocturne comprend deux échelles d'interventions, soit celle qui se situe dès la phase de conception d'un projet architectural et celle qui concerne le bâti existant pour lequel l'apparence nocturne est devenue une préoccupation après coup. La première suppose une problématique unique liée à la conception d'un projet. La seconde, dont il est question dans le présent projet de recherche, concerne entre autres les images urbaines nocturnes et les différentes ambiances qui peuvent être créées ainsi que la mise en valeur de l'architecture.

Selon les différentes interventions, dès la conception d'un projet architectural ou à la phase de mise en lumière d'un projet existant, la lumière peut être utilisée par le concepteur soit de façon statique ou dynamique. La notion de mouvement, telle que développée entre autres par Yann Kersalé dans la plupart de ses projets de mise en lumière, est un exemple de traitement de l'aspect dynamique de la lumière. Le projet de l'Opéra de Lyon (1992) en témoigne : transformées en impulsions

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informatiques, les déambulations humaines activent une respiration de lumière sur la voûte, composée sur une gamme chromatique allant du rouge au rose. Le projet de Place de la Gare de Jean Nouvel est un autre exemple de la dynamique de la lumière (figure 1.2). L'architecte a inventé un procédé spécifique à ce projet. Il s'agit de panneaux vitrés qui sont de véritables réfracteurs composés de lampes fluorescentes et de tubes colorés sur fond blanc. L'observateur qui se déplace le long d'une façade perçoit alors la lumière de façon dynamique selon le point de vue. Dans le contexte de la lumière urbaine, cette dynamique de la lumière peut également se retrouver au moment de la transition du jour à la nuit. Le présent travail s'attarde plus particulièrement à des images numériques issues de relevés urbains nocturnes présentant différents points de vue dans la ville à un moment précis de la nuit. Néanmoins, cet aspect dynamique de la lumière pourrait faire l'objet de recherches ultérieures.

Figure 1.2 Le projet de Place de la Gare par Nouvel à Tours (1993) [Tiré de Narboni, 1995, p.192]

La lumière de nuit

La lumière urbaine révèle une autre facette des espaces et de l'architecture : certaines formes disparaissent dans la pénombre, les lieux se referment sur eux- mêmes faisant parfois disparaître des échappées visuelles ou des perspectives. De jour, les différentes ambiances créées dépendent entre autres de la température, de

la saison et du positionnement du soleil. Une fin de journée ensoleillée projette des ombres sur les façades, alors qu'un ciel couvert produit une lumière diffuse qui crée une absence d'ombres. La nuit urbaine, quant à elle, dépend aussi de la température, de la lune et des saisons (turbidité atmosphérique : brouillard, humidité, etc.) mais surtout des systèmes d'éclairage utilisés et de leur positionnement. La nuit, la ville se dévoile d'une toute autre façon que le jour, ses parcours et son architecture sont perçus différemment. Le jour, les ombres modulent l'espace sur un fond clair alors que la nuit, l'obscurité est comme une toile de fond, plus ou moins foncée, qui permet à la lumière d'émerger, de ponctuer, de mettre en valeur. L'œuvre du peintre Magritte [1954] intitulée L'empire des lumières exprime bien ce propos puisqu'elle combine la lumière du jour et de la nuit dans une même scène (figure 1.3). Le rythme clair/obscur est inversé la nuit par rapport au jour selon différents degrés. La forte présence des ombres et de l'obscurité alternant avec les zones de lumière laisse parfois place à des interprétations poétiques de l'espace : « Ces jeux de contraste ne sont que des équivalences plastiques de l'ancestral conflit entre le bien et le mal, le bonheur et le malheur, la joie et la peine, matérialisés et dosés en intensité et en densité, répartis en surfaces et volumes, faits de clairs et d'obscurs, de lumières et d'ombres » [Alekan, 1991, p.84]. Dans le contexte plus large de la recherche sur la lumière, le présent projet de recherche est lié à la problématique spécifique de la lumière nocturne, qui n'a pas fait l'objet d'autant de recherches que la lumière diurne.

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Figure 1.3 Oeuvre du peintre Magritte : L'empire des lumières, 1954

Éclairage nocturne et besoins humains

La problématique de la lumière urbaine doit tenir compte de celle associée à l'échelle de perception dans la ville. La plupart du temps, les politiques de planification urbaine ou routière se conforment aux exigences du conducteur. Elles se focalisent sur la perception de la chaussée par les automobilistes au détriment de la richesse et de la complexité de la perception des piétons [Dupagne et al., 1996]. Par conséquent, cette dernière est souvent secondaire et peu développée. À cet égard, la présente recherche privilégie le point de vue à l'échelle du piéton. La photographie du « Chemin de lumière », conçu par les concepteurs lumière Alekan et Rimoux (1993), illustre cette richesse de la perception du promeneur face à une installation lumière (figure 1.4). L'échelle de perception permet d'être en contact direct avec la lumière et la matière qu'elle révèle. De plus, puisque la relation qui en découle avec la ville est plus intime, cela permet de développer une approche qui tient comptes des aspects qualitatifs liés à la réflexion sur les ambiances lumineuses. La recherche

s'attarde plus particulièrement à la relation entre la lumière et les formes urbaines (espaces et architecture) comme élément de mise en scène urbaine qui compose les lieux « habités » par le promeneur. « Par la qualité de ses espaces urbains, la ville exprime clairement l’image qu’elle tient à donner d'elle-même. Parce qu'ils sont les lieux mêmes de la convivialité urbaine » [Dupagne et al., 1996].

Figure 1.4 Chemin de lumière: conception par Henri Alekan et Patrick Rimoux (1993) [Tiré de Narboni, 1995, p.144]

Également, la réflexion sur l'éclairage urbain de nuit est liée à des considérations importantes :

• Nous vivons, pour une grand part du temps, dans la noirceur : la durée de la nuit varie environ entre sept heures l'été et seize heures l'hiver, pour les latitudes des zones tempérées dont la ville de Québec fait partie (46° 48’ N) [D'après le U.S. Naval Observatory, 2000].

• La lumière urbaine nocturne devient alors une réponse aux besoins humains : • de confort visuel (associé au contrôle de l'éblouissement et au contraste); • de confort lumineux (réception claire des messages de l'environnement

lumineux).

Plusieurs chercheurs qui ont travaillé sur la lumière naturelle ou artificielle en architecture s'entendent sur l'importance de ces deux éléments : entre autres Lam

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[1992, p.14] et Evans [1981, p.6J. Ils font référence aux effets psychologiques et visuels de la lumière [Miller, 1999].

Miller, [1999] souligne que les effets psychologiques et visuels de la lumière sont liés autant à des aspects sécuritaires qu'esthétiques, ces deux aspects étant complémentaires. Les impératifs de sécurité nécessitent de percevoir clairement son environnement afin d'être en mesure de se mouvoir et de se diriger avec aisance dans l'espace, mais également afin de percevoir les dangers potentiels. Par exemple, « l'éclairement des surfaces verticales, telles que les devantures de magasins, murs, arbres ainsi que les façades de bâtiments, aide à avertir le piéton de la présence d'un autre individu ou d'un véhicule à proximité même si ces derniers ne sont perçus que par leur silhouette » [Miller, 1999, p.5]. En conséquence, cela peut inviter plus de gens à se promener dans les rues de la ville la nuit et ainsi augmenter la sécurité des lieux. Les effets de la lumière sont donc importants la nuit, particulièrement dans les milieux nordiques puisque la noirceur est présente pour de longues périodes de temps en hiver. La lumière répond alors non seulement à des besoins de confort mais elle participe aussi à un certain esthétisme. Les lumières de rue peuvent être efficaces pour éclairer la surface des voies piétonnes et routières mais leur apparence et leurs effets peut également ajouter un caractère particulier à l'environnement urbain [Miller, 1999, p.6]. À propos de la relation entre lumière et climat, Millet [1996, p.17] souligne qu'elle est liée avec l'esprit du lieu, avec le confort thermique mais aussi avec la culture, considérant que le climat affecte les gens, leurs habitudes et leurs rituels. Le caractère de la lumière, ses couleurs et ses rythmes contribuent au genius loci [Millet, 1996, p.17]. La convivialité des lieux est donc liée non seulement à des aspects de sécurité mais aussi à la création d'ambiances dans ces lieux. Il s'agit là de prendre en considération les espaces urbains nocturnes comme des espaces « habités ». « Le maître mot de la nouvelle conception des espaces publics, lesquels se doivent de se constituer en de véritables lieux de vie, et à ce titre lieux d'un certain confort, est le terme d'ambiances » [Cartier, 1998, p.37].

Qualité de la lumière

La qualité de la lumière fait référence autant à des aspects quantifiables que qualifiables. Après avoir constaté que les normes et calculs issus du domaine du génie ne sont pas suffisants pour évaluer la qualité d'un éclairage, différentes approches se sont développées à travers les années et les différentes recherches sur la lumière. Entre autres, Lam [1992] insiste sur le fait que de nouveaux critères devraient être pris en considération pour la conception d'environnements lumineux, non plus seulement selon les normes mais selon des besoins liés à la perception et aux aspects qualitatifs.4 Toutefois ce n'est que récemment que les chercheurs et concepteurs tentent d'établir les bases d'une théorie sur la qualité de la lumière.5 Cette dernière comporte des aspects parfois subjectifs qu'il est difficile d'évaluer puisque faisant appel à la perception humaine.

4 « A titre d'exemple, Hopkinson [« An experimental Study of the Glare from a Luminous Ceiling », Building Research station Note No. E 1275] prédit qu'une sensation d'inconfortrésultera de l'observation de sources lumineuses présentant une luminance de l'ordre de 500 candelas par m2. Cela est exact pour des conditions de laboratoire mais la plupart des gens prennent toutefois grand plaisir à contempler des

scènes d'extérieur ensoleillées, lesquelles présentent habituellement des luminances plusieurs fois

supérieuresà 500 candelas par m2» [Lam, 1982, p.2].

5 Acesujet il s'est d'ailleurs tenu un premiercongrès de la CIE ayant pourthème la qualité de la lumière

en mai 1998 à Ottawa.

Différents paramètres sont liés à la qualité de l'éclairage urbain. Un groupe de recherche en Belgique [Dupagne et al., 1996] a entre autres constaté que l'uniformité des ambiances lumineuses, souvent due aux politiques de planification routière qui privilégient un éclairage uniforme afin de le conformeraux exigences du conducteur (sécurité et confort), va de pair avec une relative indifférence à l'égard de l'éclairage. Dupagne et al. [1996], soulignent qu'il est bien évident qu'un éclairage « neutre » suscite moins de réactions (qu’elles soient positives ou négatives d'ailleurs) qu'un éclairage « expressif » mettant en évidence tel ou tel objet de l'environnement. Ils citent Sennett pour appuyer leur propos: « l'espace pacifiant affadit aussi bien le lien avec l'environnement que la stimulation qu'il provoque ». Cet aspect de la qualité d'un éclairage permet de faire le lien avec l'idée des contrastes perçus dans un environnement. Millet [1996, p.l] souligne que nous voyons par contraste, nous vivons par contraste et que nous percevons les qualités des choses à travers leurs opposés. Elle ajoute que la variété dans nos

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environnements nous stimule et qu'une part de cette diversité nous apparaît à travers l'éclairage. Selon le concept de « l'espace pacifiant » (Sennett), il est possible de supposer qu'un éclairage « neutre » offre peu de contraste alors qu'un éclairage « expressif », qui « met en évidence tel ou tel objet de l'environnement », offre un contraste plus élevé qui stimule alors de façon positive ou négative. Ainsi, « mettre en évidence » suggère un contraste élevé entre l'objet et son environnement.

La présente recherche s'appuie sur la méthode Demers [1997] pour développer une approche qui permettra de faire le lien entre des aspects visuels qualitatifs et des aspects quantitatifs de la lumière urbaine nocturne. À propos de cette méthode, Liljefors [1999, p.6] note : « Étudier et décrire l'information visuelle en termes de contrastes, et faire le lien entre ces « patterns » et les aspects physiques, permettant d'établir une séparation claire des facteurs physiques et visuels, est probablement la seule façon d'atteindre une bonne compréhension de la vison et de sa relation avec notre environnement physique. »

1.1.2

Ambiances

urbaines

Ce projet de recherche s'inscrit dans le domaine de la recherche sur les ambiances urbaines. Le mot ambiance suggérant lui-même plusieurs niveaux de lecture et de complexité quant à son interprétation, il convient de s'attarder à des définitions élaborées dans le contexte de la recherche sur les ambiances urbaines ainsi que dans celui sur la lumière urbaine.

1) "Une ambiance architecturale ou urbaine est la synthèse, pour un individu et à un moment donné, des perceptions multiples que lui suggère le lieu qui l'entoure. En ce sens, cette ambiance est unique. L'élaboration de ce lieu architectural ou urbain cumule des savoirs et des savoir-faire provenant de registres variés : arts plastique, sciences et techniques, sciences sociales...Elle est plurielle. À chacun de ces registres correspondent des logiques de représentation, d'interaction et de perception par essence différentes, invoquant des méthodes et des outils propres, et renvoyant, /.../, à la notion floue et proliférante d'ambiances architecturales et urbaines. "

[Adolphe dans Les cahiers de la recherche architecturale no. 42/43, 1998, P.7]

Cette première définition souligne la multitude de facteurs qui entrent non seulement dans la composition d'une ambiance mais également qui influencent la perception qu'on peut avoir de cette ambiance. Cette perception se produit face à un lieu ou espace urbain qui est le fruit de différentes interventions qui sont associées chacune à un champ de connaissances et de pratique. Par exemple, l'architecte, l'ingénieur, l'architecte paysagiste et l'éclairagiste peuvent participer à la création d'un même lieu. Des intervenants non spécialisés ont également la possibilité de contribuerà la création de ce lieu. La définition suivante permet de compléter la première tout en reprenant des thèmes similaires.

2) "L'ambiance est ce que nous percevons d'un lieu dans lequel nous sommes situés. Elle est fonction de notre sensibilité du moment. C'est le résultat global de notre perception de l'influence entre eux des volumes, de la lumière, de la répartition entre les pleins et les vides, de la couleur, du végétal, des sons, des odeurs, du mouvement, de l'agitation, du silence, entre autres choses. /.../ La notion d'ambiance reconnaît l'impossibilité d'une lecture neutre des lieux et l'inanité de la croyance en une géographie urbaine non subjective, eu égard au fait qu'aucun lieu n'est neutre, au moins en termes de perception, mais astreint à l'interprétation sociale. "

[Cartier dans Lumières sur la ville, 1998, P.36]

Ces deux définitions démontrent la complexité de l'interprétation de l'ambiance d'un lieu, puisqu'elle est liée la perception. D'une part, ce lieu ou espace est en lui-même constitué d'éléments multiples aménagés ou non par l'homme et d'autre part, le terme perception suppose toutes les échelles de lecture possibles liées aux sens et à l'individu. Finalement, l'interprétation est liée à de multiples facteurs autant physiques, psychologiques que culturels. Les mots clés à retenir sont : un lieu ou espace, sa perception et son interprétation. Le premier étant plus ou moins complexe dans sa forme et ses constituants et les deux autres faisant appel à des mécanismes qui laissent place à la subjectivité de par leur nature et leur caractère liés à l'individu.

Puisque l'objet de la recherche, concerne l'analyse et l'exploration de la lumière nocturne en relation avec les espaces urbains et les formes urbaines architecturées à partir de l'image numérique, cela implique que l'objet est situé dans un contexte réel, il faut donc tenir compte de cette notion d'ambiance. Plus spécifiquement, de l'aspect ambiance lumineuse. Puisque « notre difficulté particulière tient à ce qu'une forme architecturée implique nécessairement du quantitatif et du qualitatif, du

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physique et de l'humain, du conçu et du vécu, du théorique et du pratique » [Augoyard dans Les cahiers de la recherche architecturale no. 42/43, 1998, p.18]. Dans le cadre de la recherche, l'analyse et l'exploration d'aspects qualitatifs et quantitatifs de la lumière dans un contexte urbain nocturne réel s'insère dans la notion d'ambiances. Le projet propose différents niveaux de lecture associés aux effets visuels de la lumière. L'aspect de l'interprétation de ces lieux est abordé succinctement à la fin de la recherche (section 3.3.2). De plus, cette discussion émergeante sur les ambiances urbaines implique de développer des approches qui permettent une meilleure compréhension mais aussi de développer des « modèles d'intelligibilité » qui sont entre autres « capables d'intégrer dimensions qualitatives et dimensions quantitatives » [Augoyard dans Les cahiers de la recherche architecturale no. 42/43, 1998, p.19]. La lumière urbaine laisse ainsi place à « l'abandon de l'unique usage de la lumière comme outil de protection contre les dangers de la ville pour que la lumière offre d'autres possibilités, en particulier en termes de création d'images et d'amélioration du cadre physique et virtuel de la vie urbaine » [Cartier, 1998, p.37] . Dans ce contexte, la présente recherche propose une approche basée sur l'utilisation de l'image numérique selon la méthode Demers [1997] pour analyser et représenter des espaces éclairés, plus précisément l'architecture et les espaces urbains nocturnes éclairés.

1.1.3

L'image

numérique

2D

et la

lumière:

outil

d'analyse

et de

conception

Image et architecture, image et lumière

Dans l'histoire de l'architecture, la représentation et l'image sont étroitement liées. Depuis la représentation des espaces par la perspective et Léonard de Vinci en passant par la création d'espaces architectures préalablement définis pas des images et finalement l'extension de ces espaces par les fresques et le trompe l'œil, les images de l'architecture ont crée une architecture d'image [Bertol, 1997, p.19]. Cet état de choses soulève la difficulté inhérente au passage de la représentation à la réalité et vice versa. La lumière en est d'ailleurs un facteur déterminant.

Ombre et lumière, du noir au blanc en passant par toutes les gammes de gris c'est souvent en ces termes qu'il nous est plus simple de penser à la lumière lorsque vient le temps de la représenter graphiquement ou conceptuellement de façon simplifiée (figure 1.5). En architecture, « Le médium préféré pour des études et analyses sous forme d'esquisses qui représentent des élévations ou des perspectives sont les dessins et les photographies en noir et blanc » [Minah, 1996, p. 13]. La couleur est toutefois un paramètre des plus important dans la conception des espaces et des éclairages. « La perception humaine est basée sur l'existence des contrastes entre l'ombre et la lumière et des contraste de couleurs » [CEC, 1993, p. 2.4]. Néanmoins, l'évaluation du contraste de la couleur implique la notion de subjectivité, c'est pourquoi la présente recherche utilise l'image numérique noir et blanc, à partir de la méthode développée par Demers [1997] dans l'optique d'explorer et d'analyser les effets d'ombre et de lumière dans la ville nocturne.

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Lumière et image numérique

L'aspect intangible de la lumière qui révèle le monde qui nous entoure en fait un matériau de création offrant tout à la fois une multitude de possibilités mais dont la représentation présente des limites. La lumière existe parce qu'elle interagit avec le monde physique et vice-versa. Associée autant au domaine de la recherche qu'à celui de la conception, cette difficulté a donné lieu au développement de différents outils méthodologiques et de représentation. Principalement, les moyens de représentation font appel au dessin, à la photographie ainsi qu'à des méthodes informatisées soit l'infographie 2D ou la modélisation 3D. Ces deux derniers étant tantôt combinés avec les dessin, ou les relevés photographiques ou vidéo par le biais de la technologie numérique. Dans le domaine de la recherche, l'analyse de la lumière s'ajoute au besoin de sa représentation.

1) Les chercheurs

Les chercheurs affirment que la photographie demeure le moyen idéal de présenter des résultats qualitatifs et même quantitatifs [Naavab dans Schiler, 1987, p.94; tiré de Demers, 1993]. Les observations in situ sont évidemment la source idéale pour constater les phénomènes liés à l'éclairage. Toutefois, aucun instrument ne peut mesurer adéquatement ou simuler la réponse de l'œil humain à la lumière dans l'espace [Robbins, 1986, p.233]. Par contre, les observations visuelles en temps réel ne permettent évidemment pas de conserver les références ou de comparer des interprétations. C'est pourquoi, la recherche sur la lumière en architecture a longtemps privilégié la photographie comme médium d'analyse. Entre autres, Lou [1996, p.68] a développé au Laboratoire Espace et Lumière à l'université du Kansas, une méthode d'analyse de la photographie à partir de différents niveaux de gris en relation avec la réflectivité des matériaux et la luminance (Luminance Brightness Rating (LBR) System). Il s'agit d'une échelle de référence comprenant neuf zones de gris qui a été développée en accord avec des principes de perception visuelle. Cette méthode a été élaborée pour la conception et la fabrication de l'environnement lumineux architectural. Son but est de servir d'instrument de mesure visuel pour juger de la brillance relative d'un matériau et comme mesure pour prédire des changements proportionnels de la brillance quand le matériau est soumis à des 18

changements concernant l'illumination ou l'angle d'inclinaison dans l'espace architectural intérieur.

Plus récemment, grâce à l'accessibilité des moyens technologiques pour le traitement de l'image numérique, cette dernière est devenue un outil de recherche permettant des analyses numériques à partir de relevés issus de la photographie ou de la vidéo. Par exemple, dans le but d'analyser des phénomènes biologiques, l'image numérique devient une référence visuelle à partir de laquelle des données quantitatives peuvent être extraites [Russ, 1995]. Plus près du domaine de la recherche en architecture et lumière, Japee et Schiler [1995] utilisent l'analyse de l'image numérique à partir de relevés vidéo dans le cadre d'une méthode appelée vidéophotométrie6. Ils soulignent les avantages de cette méthode principalement afin « d'évaluer le comportement complexe entre les niveaux d'adaptation visuelle, le champ de vision et les sources de luminances» [Japee et Schiler, 1996, p. L-7 37]. Elle permet de mesurer simultanément la luminance d'une prise de vue entière (niveau de luminance global de l'arrière plan) et les luminances des surfaces individuelles. La méthode Demers [1997] s'inscrit dans ce courant et privilégie l'image numérique comme médium d'analyse de la lumière. Le modèle permet de lier les aspects qualitatif et quantitatifs. Elle a été développée en relation avec la lumière naturelle diffuse et permet, entre autres, d'interpréter le contraste de luminance global sur les images. De plus, les résultats de la recherche ont permis de démontrer la corrélation entre des méthodes de relevés photométriques et photographiques.

6 A propos de la vidéophotométrie, JapeeetSchiler[1995] réfèrent à deux articles : ORFIELD, Steven J.,

Photometrieand Luminance Distribution : Conventionnal Photometry VersusCapCalc, Liqhtinq Design + Application, January 1990 et REA, Mark S., JEFFREY, I.G., A new Luminance and Image AnalysisSystem for Lighting and Vision, Journal of theIlluminatinq Engineering society, Vol. 19, Winter 1990, p, 64.

2) Les designers

La profession de designer éclairagiste implique de concevoir avec la lumière qui devient alors un matériau à part entière. Toutefois, « la nature immatérielle de la lumière ne se satisfait pas de maquettes, d'échantillons ou de dessins. Les techniques d'illustration traduisent mal la puissance ou la douceur, l'ambiance et l'impact du projet final » [Narboni, 1995, p.54]. Une maquette délimite l'échelle et la forme, le dessin tente de représenter la couleur, l'ambiance et l'intensité mais la

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lumière ne se révèle dans toute sa complexité que dans un contexte le plus réel possible. C'est d'ailleurs la raison pour laquelle à une étape proche de la réalisation et pour fins de vérifications, les designers éclairagistes vont parfois jusqu'à réaliser une portion du projet sur une travée du bâtiment avec les équipements nécessaires [Arpin, 1997]. Cette étape esttoutefois coûteuse et n'est pas toujours utilisée.

Les concepteurs lumière, tel que Guilhot, utilisent entre autres l'image 2D numérisée pour représenter des projets d'éclairage. Il s'agit de méthodes qui se rapprochent de celles du dessin mais qui présentent l'avantage de travailler à partir d'un contexte réel. La photographie diurne ou nocturne du site est numérisée, puis traitée à l'aide d'une palette graphique à la manière d'un rendu artistique. « L'image finale, en reproduisant les ombres et les lumières, permet de donner une idée assez réaliste du projet. Si elle est d'un rendu trop parfait, le projet une fois réalisé risque de décevoir » [Narboni, 1995, p.54]. Cette méthode ne s'appuyant pas sur des données scientifiques, elle est fortement limitée en terme de représentation fidèle de la lumière, mais elle peut cependant constituer un outil de conception au même titre que l'esquisse. Le principal avantage de son utilisation réside dans le fait que la proposition de design est réalisée sur la base d'une photographie qui fournit des informations plus près de la réalité.

La recherche sur la conception 3D assistée par ordinateur

Puisqu'il est question des méthodes de représentation, il est de mise de traiter également des méthodes en 3D pour la conception de projets, principalement afin de situer l'utilisation de l'image numérique 2D. Pour la conception des systèmes d'éclairage, deux approches se sont développées et ont pris corps à travers les rôles respectifs de « l'ingénieur en éclairage » et du « concepteur en éclairage » [Dorsey, 1994, p.129] :

• La première se base sur des tables de valeurs d'éclairement et des calculs et considère avant tout le niveau d'éclairement pour prendre des décisions.

• La seconde est guidée par l'expérience et l'intuition afin de créer des effets visuels agréables.

C'est surtout pour la première que l'informatique a rendu les tâches plus faciles alors que pour le concepteur, il n'y a rien de vraiment adéquat. « La révolution dans le domaine de l'informatique a peu fait pour assister le designer éclairagiste pour lequel les évaluations dépendent de qualités visuelles plus que de quantités numériques » [Dorsey, 1994, p.129]. Dorsey [1994] ajoute que le champ de recherche émergeant de la science informatique combine les calculs avec l'aspect graphique afin d'apporter un niveau de compréhension supplémentaire pour les scientifiques, les ingénieurs et les concepteurs. Les deux techniques les plus populaires pour calculer des images dont le rendu est réaliste d'après Dorsey [1994] sont le tracé du rayon {ray tracing) et la radiosité {radiosity). La méthode du tracé du rayon tient compte de la lumière directe des sources qui éclairent les surfaces, alors que la radiosité {radios/ty} tient compte de la lumière indirecte. Radiance est un exemple de logiciel de simulation qui est basé sur les deux techniques. Plusieurs concepteurs lumière utilisent Lightscape. Ce logiciel combine les deux méthodes pour produire des images réalistes en plus de permettre de positionner des sources associées aux spécifications IES fournies par les manufacturiers de luminaires (les fichiers IES représentent les caractéristiques photométriques d'un luminaire). Les sources peuvent être positionnées sur un modèle en trois dimensions créé au préalable. Malgré tout, le résultat n'est pas toujours représentatif de la réalité et nécessite des heures de travail. Même si ces méthodes d'illumination globale peuvent produire des images d'un réalisme élevé, le processus qu'elles requièrent est souventassocié à un investissement élevé en terme de temps. Plusieurs facteurs de conception sont nécessaires ainsi qu'une puissance informatique élevée et c'est un processus d'essais erreur qui est alors enclenché. Cela implique de modifier de façon répétitive les paramètres, que ce soit les propriétés des matériaux des objets dans la scène ou les paramètres de la lumière tels que les couleurs et les intensités [Dorsey, 1994, p.129].

Également, différents logiciels sont développés par des laboratoires de recherche sur la lumière. Par exemple, le CRAI (Centre de recherche en architecture et ingénierie de Nancy) a mis au point, en collaboration avec la Direction des études et recherches d'EDF (Électricité de France), un logiciel de modélisation et de simulation de rendu de la lumière. Les techniques que proposent ces différents logiciels peuvent être très

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utiles pour assister un processus de conception, car elles permettent de vérifier les effets de différents paramètres associés à la lumière. En revanche, en termes de communication, elles peuvent se révéler catastrophiques, la lumière étant indissociable des caractéristiques volumétriques des appareils, des espaces et des matières éclairés [Narboni, 1995, p.54]. Les sources d'erreurs quant au réalisme des images de synthèse 3D peut entre autres provenir de la difficulté à représenter tous les paramètres qui interagissent dans une scène réelle tels que les textures et les couleurs. Dans ce contexte, où les logiciels informatiques qui permettent de travailler en 3D demandent beaucoup de temps afin d'arriver à des résultats représentatifs de la réalité et considérant l'approche que privilégie ces logiciels comme étant plus près de la méthode de l'ingénieur, Dorsey [1994] propose une méthode inversée. La méthode suggère que l'utilisateur crée une image spécifique, à la manière d'un rendu artistique et selon ses connaissances et intuitions, pour laquelle ce sont les algorithmes qui établissent ensuite les paramètres d'éclairage correspondants. Les limites de la méthode résident entre autres dans l'étendue limitée de l'écran pour la représentation des intensités et des couleurs comparée à la sensibilité de l'œil et également au niveau de la correspondance entre les intensités présentées à l'écran et les mesures physiques.

Intérêt des éclairagistes et de la recherche en lumière urbaine à

propos de l'image 2D numérique

Lorsqu'il s'agit de représenter des effets d'éclairage par le biais d'une image 2D, que ce soit à l'aide du dessin ou à partir d'une photographie ou image vidéo, le processus est plus souvent qu'autrement basé sur l'intuition. L'expérience de l'utilisateur est alors la principale source de connaissances. Les représentations 3D, quant à elles, offrent évidemment l'avantage de la troisième dimension et des applications de calculs poussés de la lumière. Par contre, tel que souligné précédemment, malgré des logiciels tel que Lightscape, les simulations 3D nécessitent un processus de création des espaces qui s'échelonne sur une plage de temps assez longue selon différentes étapes (cueillette de données, modélisation, textures, calculs des éclairages etc.). De plus, il s'avère que les images de synthèse ainsi créées ne sont pas des représentations parfaites de la réalité malgré tous les autres avantages qu'elles peuvent présenter. Bien des projets de recherche spécialisés en informatique 22

sont développés afin de parfaire les paramètres et la simulation en éclairage. Par exemple, à l'institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (INRIA) un projet s'est intéressé spécifiquement à la modélisation de la réflectivité des matériaux dans les environnements de simulation7. La qualité de représentation constitue donc elle-même un sujet de recherche. Également, la manipulation de ces logiciels est souvent associée à des connaissances de base techniques qui font référence au génie ou à la technique de l'éclairage plutôt qu'au processus de conception.

Voirle site sur internet : http ://www.inria.fr/RA94/GRAPITIS.3.2.html

Cet état de chose concernant les différents moyens de représentation démontre l'intérêt d'utiliser l'image en 2D, plus spécifiquement, les images issues de relevés in situ. Dans le domaine de la recherche, la technologie numérique rend possible l'usage de l'image pour l'analyse de la lumière. Elle devient alors un outil méthodologique qui s'ajoute aux outils traditionnels de mesure de la lumière. Japee et Schiler [1996, p. L-7 37] soulignent à ce propos : « La mesure traditionnelle des luminances ne décrit pas les phénomènes visuels. Les luminancemètres tiennent plutôt compte d'un angle de vue moyen du champ de vision afin de donner une mesure unique ou encore mesurent le détail du champ visuel afin de décrire une valeur spécifique en particulier telles que les mesures maximum et minimum. » À l'aide de l'image numérique, différents aspects associés aux phénomènes visuels tels que l'éblouissement peuvent ainsi être étudiés entre autres selon la méthode proposée par Japee et Schiler. De plus, «l'utilisation de l'image comme un outil de design est prometteuse dû à la difficulté de représenter les qualités immatérielles de la lumière» [Demers, 1997, p.37].

Ainsi, l'intérêt de l'image numérique 2D comme outil de travail pour la recherche et la conception lumière se traduit par les aspects suivants:

• Accessibilité et rapidité de traitement:

En recherche-. Entre autres, « la vidéophotométrie est rapide et pratique, spécialement lorsqu'il est nécessaire d'obtenir un grand nombre de valeurs de luminances [Japee et Schiler,1996, p.L-7 37]. » Cela est aussi vrai pour la méthode Demers [1997] qui préconise l'acquisition de données à partir de la

LUMIÈRE URBAINE, IMAGE ET ARCHITECTURE

photographie et de la vidéo qui sont alors des sources d'information directes sur la lumière dans l'image numérique.

En conception-. Tel que décrit précédemment, l'image numérique peut s'acquérir à partir de relevés photographiques et vidéo, ces derniers nécessitant des outils facilement accessibles pour un concepteur. Il s'agit ensuite de numériser les relevés à l'aide, encore une fois, d'outils technologiques tel qu'un balayeur optique, aujourd'hui de plus en plus accessible. Une fois la méthode d'étalonnage établie, ces dernières sont directement manipulables à partir d'un logiciel de traitement de l'image tel que le propose la méthode Demers [1997].

• Potentiel qualitatif autant que quantitatif: « L'image est l'élément qui fait le lien entre l'art et la science. Elle a l'avantage de fournir une évaluation quantitative et qualitative de la lumière d'un espace [Demers, 1997]. »

Dans le contexte de ce projet de recherche associé au discours de la lumière urbaine, l'analyse de l'image se révèle le médium approprié qui permet d'alimenter la discussion sur les ambiances lumineuses nocturnes et l'image de la ville, et d'assurer un lien entre les aspects qualitatifs et quantitatifs. D'ailleurs, à ce sujet, Lam [1992] souligne que la lumière en tant que forme architecturale doit intégrer globalement autant la connaissance scientifique qu'artistique afin de pouvoir s'exprimer dans l'espace et continuer d'évoluer selon les technologies.

Potentiel de l'image numérique 2D

L'image 2D, démontre un potentiel à la fois pour l'analyse d'un projet existant mais également comme représentation d'alternatives de conception. Ce potentiel fait déjà partie intégrante de la définition même d'une image:

« L'image de représentation se veut proche de la vision humaine, du regard physiologique (œil + cerveau), c'est à dire un processus d'enregistrement de codage et de mémoire, connu à présent comme un ensemble de sources d'information qui complètent les images rétiniennes, elles-mêmes succession d'images discontinues et innombrables que le cerveau traite et stabilise. L'image de représentation est donc une image de la reproduction, de la figuration d'un objet absent, que cet objet soit un projet futur à codifier, un objet imaginaire et théorique ou un édifice construit et habité » [Jungmann, 1995, p.7].