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En terme d'éclairage, il est également important
pour les concepteurs de pouvoir estimer l'efficacité de leur choix,
que ce soit au point de vue des performances énergétiques
(degré de dépendance du bâtiment en terme d'éclairage
artificiel) ou des performances humaines (confort visuel). La construction
d'une maquette peut être une solution très intéressante
pour ce genre d'étude. En effet, l'effet visuel que l'on ressent
lorsqu'on place cette maquette sous ciel artificiel ou sous ciel réel
et que l'on regarde simplement dans la maquette est identique à
celui que l'on ressentira dans le local modélisé. Cette
sensation visuelle n'est pas reproductible par un autre moyen comme l'utilisation
d'un logiciel de calcul d'éclairage car ce dernier ne permet pas
d'intégrer l'effet 3D que l'on ressent en situation réelle.
Depuis des centaines d'années, les architectes utilisent les maquettes
aussi bien pour visualiser la forme du bâtiment que pour concevoir
ses façades ainsi que ses espaces intérieurs.
Une maquette devrait pouvoir être utilisée comme outil de
conception d'éclairage. En effet, en portant un soin particulier
à quelques points précis lors de la construction la maquette
du projet, celle-ci devrait être tout à fait utilisable pour
la réalisation d'études d'éclairage.
Propriété physique de la lumière et influence
de l'échelle sur celle-ci
Contrairement aux modèles étudiant la thermique et l'acoustique,
les modèles physiques étudiant la lumière ne nécessitent
aucune correction d'échelle et peuvent donner des résultats
très précis. La longueur d'onde de la lumière visible
est si petite, en comparaison avec les dimensions d'un modèle réduit,
que son comportement n'est que très peu affecté par le passage
à l'échelle. En tenant compte de la perception visuelle
humaine, on ne discerne aucune différence visuelle entre la réalité
et un modèle réduit.
Lorsqu'on construit précisément la maquette d'un local,
c'est-à-dire en respectant scrupuleusement sa géométrie
ainsi que les caractéristiques de ses parois intérieures
(couleur, brillance,
) et de son mobilier, on retrouvera la même
quantité et qualité de lumière que celle que l'on
a dans le local réel (sous des conditions de ciel identiques).
L'impression visuelle que l'on aura sera très proche, voire identique,
à celle que l'on ressentira dans le local réel.
Utilisation des modèles réduits comme outils de conception
Parmi les différentes techniques disponibles pour le concepteur,
le modèle réduit combine divers avantages qui lui confèrent
une attraction particulière quant à l'étude de l'éclairage
naturel :
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Un modèle réduit est un outil de design
très simple, très didactique qui peut être compris
très facilement sans trop entrer dans le domaine théorique.
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Les modèles réduits permettent de réaliser
des études précises avec un petit budget. Des modèles
très simples peuvent déjà donner une bonne impression
visuelle de l'environnement lumineux.
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Construire un modèle réduit est une manière
très facile d'étudier l'éclairage naturel dans
un local de forme complexe, comportant des espaces de géométrie
non rectiligne. Ceci s'avère beaucoup plus long et fastidieux
si l'on désire modéliser cet espace par ordinateur.
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Une maquette permet aussi d'étudier rapidement
l'effet de variation de la géométrie, des coefficients
de réflexion ou des couleurs des matériaux utilisés.
On peut donc prendre rapidement des décisions concernant les
effets visuels ou les niveaux de luminance.
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Les modèles réduits fournissent des données
qualitatives à partir d'observations visuelles ou de photographies.
Les informations fournies peuvent donc permettre au concepteur de déceler
d'éventuels problèmes d'éblouissement
ou d'autres problèmes relatifs au confort
visuel.
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Dans les modèles réduits, on peut aussi
mesurer les valeurs quantitatives d'éclairement
ou de luminance atteintes.
Ces valeurs permettent alors de dimensionner l'éclairage artificiel
nécessaire, de calculer la consommation électrique et
les charges de refroidissement qui en résultent.
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L'éclairage naturel dans un bâtiment peut
aussi être étudié de manière dynamique au
moyen d'une caméra vidéo, que ce soit sous un ciel artificiel
ou sous ciel réel. Cela permet donc de visualiser les variations
d'éclairage dans la pièce modélisée.
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Il est souvent moins onéreux de construire une
maquette et de la tester sous ciel artificiel que de faire réaliser
une étude d'éclairage par modélisation informatique,
par une organisation spécialisée.
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De plus, un modèle réduit peut aussi
être utilisé pour étudier d'autres aspects que l'éclairage
naturel dans un bâtiment (composition spatiale, utilisation des
couleurs, mobilier, intégration dans le site,...).
Utilisation des modèles réduits comme outils de recherche
Dans l'étude des performances de nouveaux concepts en éclairage
naturel, des modèles réduits sont utilisés pour pré-valider
ces concepts. Ils peuvent aussi être utilisés pour étudier
les caractéristiques de nouveaux matériaux tels que, par
exemple, des éléments prismatiques ou holographiques. Dans
ce cas, les études sur des maquettes permettent de transférer
les caractéristiques de ces systèmes vers des programmes
informatiques. En effet, il est nécessaire de comprendre complètement
les performances et les caractéristiques de ces éléments
avant de les simuler par ordinateur.
Limitation des modèles réduits
Les modèles réduits peuvent être construits de
manière très précise, en simulant chaque détail
de l'espace. Cependant un modèle réduit très précis
et très détaillé coûte très cher et
ne rencontre en général pas les caractéristiques
de flexibilité requises dans les études d'éclairage.
Il peut malgré tout être utilisé pour obtenir une
représentation précise du projet finalisé qui soit
intéressante pour l'architecte et le client.
Une des limitations inhérente aux modèles réduits
provient du fait qu'on ne peut pas, à l'heure actuelle, réduire
les matériaux utilisés (briques, vitrages,...). L'utilisation
de matériaux réels à l'échelle dans les maquettes
peut provoquer des erreurs dans les résultats quantitatifs.
L'éclairage artificiel est difficile à intégrer dans
les études d'éclairage sur modèles réduits.
L'intensité de l'éclairage artificiel peut être simulée,
contrairement à la distribution de luminance des luminaires, ce
qui n'est pas sans poser de multiples problèmes.
Conception d'un modèle réduit par la réalisation
d'études d'éclairage
Le guide des maquettes que nous
avons écrit donne des instructions pour la construction et la conception
d'une maquette pour réaliser une étude d'éclairage
naturel. Certaines instructions sont générales et doivent
être respectées lors de toute étude d'éclairage
naturel. D'autres instructions sont plus liées à l'utilisation
du ciel et du soleil artificiel qui composent le laboratoire du CTSC.
Interprétation des résultats obtenus sous ciel artificiel
Le guide
d'aide à l'interprétation et à l'amélioration
des résultats des mesures sous les ciels et soleils artificiels
du CSTC explicite les notions photométriques abordées lors
de mesures en laboratoire et donne des pistes quand à l'amélioration
des projets étudiés.
Pour plus d'informations sur les possibilités de mesures sous
ciel et soleil artificiel, se reporter au site
internet du CSTC
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