Caractérisation spectrale et directionnelle de la lumière naturelle : application à l'éclairage des bâtiments

par Cyril Chain

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Marc Fontoynont et de Dominique Dumortier.

Soutenue en 2004

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    La qualité d'un projet d'éclairage de bâtiment inclut des notions quantité de lumière et de caractéristiques colorimétriques. La lumière naturelle est bien plus difficile à définir que les sources artificielles et les matériaux, notamment sa dimension spectrale et directionnelle. Deux caractérisations validées de la lumière du jour sont principalement utilisées : (1) les modèles de luminance abordent la directionnalité et la temporalité, (2) la méthode CIE permet de déterminer la distribution énergétique spectrale visible de la lumière naturelle, selon sa température de couleur proximale. Notre objectif consiste à caractériser le climat lumineux de façon directionnelle et spectrale, en vue de prolonger les modèles existants et de les utiliser dans le domaine de l'éclairage. Deux procédés expérimentaux ont été élaborés : une acquisition manuelle des distributions de spectres pour diverses conditions météorologiques, et des mesures à long terme de données chromatiques. Les analyses résultantes mettent en évidence une relation entre la luminance et la température de couleur proximale du ciel diffus. On définit ainsi un facteur LCF (Luminance-Colour Factor) caractérisant le "comportement coloré" du ciel. Cette caractérisation permet de relier les modèles évoqués précédemment et d'aboutir à un modèle de luminances énergétiques spectrales. L'algorithme global dépend des données d'entrée disponibles par l'utilisateur ainsi que des grandeurs colorimétriques attendues. Finalement, une méthodologie est proposée pour (1) modéliser le gisement de lumière naturelle pénétrant dans le bâtiment sous sa forme spectrale et directionnelle, (2) l'implémenter dans des logiciels usuels de simulation sous forme de composantes trichromatiques. L'analyse des répartitions chromatiques permet de retrouver diverses grandeurs colorimétriques. Cette méthodologie, validée sur un logiciel performant pour des cas simples, est utilisée dans une étude d'impact des types de ciels, d'environnements et de vitrages.

  • Titre traduit

    Spectral and directional characterisation of daylight : application to building lighting


  • Résumé

    The quality of a lighting project involves notions of quantity of light and colorimetric characteristics. Daylight is far more difficult to define than artificial light sources and indoor materials, especially its directional and spectral dimensions. Two validated characterisation of daylight are mainly used : (1) sky luminance models deal with temporal and directional information, (2) the CIE method enables the determination of the visible spectral power distribution of daylight, according to its correlated colour temperature. Our aim lies in the spectral and directional characterisation of daylight, with the intention to extend the existing models and to use them in the field of lighting for buildings. Two experimental setups have been elaborated : a manual acquisition of spectral distribution under various sky conditions, and long-term measurement of chromatic data. The resulting analysis shows a relation between luminance and correlated colour temperature of the diffuse sky. We can thus define a LCF factor (Luminance-Colour Factor) characterising the “colour behaviour” of the sky. This characterisation allows to bridge the two above models and to lead to a spectral radiance model. The comprehensive algorithm depends on the available input data as well as the expected colorimetric information. Finally, a methodology is proposed to (1) model the spectral and directional availability of daylight entering a building, (2) implement it inside light simulation software under a trichromatic definition. This methodology, validated with a high-performance simulation tool and simple test cases, is used to study the impact of various sky types, outdoor albedo and glazing.

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Informations

  • Détails : VI-274 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 219-226

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2873)
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