Étude et optimisation d'un système d'éclairage efficace énergétiquement et adapté aux besoins de ses utilisateurs (santé, sécurité et qualité de vie)

par Lydie Arexis Boisson

Thèse de doctorat en Physique de la lumière et perception visuelle

Sous la direction de Georges Zissis.

Soutenue en 2014

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La perception visuelle de la lumière est un sujet qui interroge depuis des années. Dans cette recherche, nous nous attachons plus particulièrement au confort visuel des êtres humains soumis à une lumière scintillante ou flickering, pouvant présenter des impacts sanitaires non négligeables. Mais comprendre la perception visuelle du flickering, aussi dit contraste de luminance ou chromatique temporel, implique de multiples pré requis. C'est pourquoi, tout au long de ce travail de recherche nous avons une approche pluridisciplinaire, et faisons appel à des connaissances relatives aux êtres humains : physiologie de l'œil humain et ses mécanismes de perception, neurophysiologie, psychologie cognitive, sociologie; mais également relatives à la physique: les sources de lumière, leurs photométrie et colorimétrie, notions d'optique géométrique et modélisation optique, etc. Le terme " confort " étant souvent utilisé à mauvais escient, nous avons tout d'abord réfléchi à définir avec exactitude les notions de confort en le distinguant des termes " qualité de vie " et " bien être ", trop souvent pris pour synonymes. Afin d'y parvenir, nous avons basé notre étude sur une approche cognitive, et nous sommes particulièrement intéressés au cas du confort visuel, en relation avec notre thématique de recherche. Ensuite, une campagne d'expérimentations sur le flickering a été menée. Elle a consisté en l'étude phénoménologique de la perception visuelle du flickering dans différents contextes : couleur de l'environnement et axes de perception visuelle et pour différentes configurations expérimentales. Pour cela, un dispositif expérimental et interactif a été réalisé. Afin de générer le flickering, des diodes électroluminescentes (LEDs) ont été utilisées, et un boîtier de commande a permis la variation de deux paramètres particuliers : la fréquence et le rapport cyclique. Nous avons ainsi créé un signal MLI, et avons fait en sorte que le stimulus soit une lumière indirecte à champ large. De part le logiciel associé aux boîtiers de commande, de nombreux scenarii ont pu être présentés à des observateurs volontaires qui ont donné leur ressenti quand à leur perception du flickering. Les observateurs ont des caractéristiques visuelles similaires (vision emmétrope) et âgés entre 20 et 39 ans. Une approche des résultats pour yeux amétropes a également été débutée. Afin d'analyser plus en détail les réponses expérimentales, une méthode d'optimisation a été utilisée et a mis en évidence des couples optimaux de solutions (fréquence et rapport cyclique) quelle que soit la couleur de l'environnement et quel que soit l'axe de perception visuelle. Nous nous sommes ensuite basés sur ces résultats pour mettre en place des graphes de paramètres physiques de confort visuel du flickering. Enfin, une étude applicative du flickering a été menée. Elle a consisté en la comparaison de la dégradation colorimétrique de tableaux de musées, via échantillons normalisés, éclairés par une lumière continue et une lumière pulsée, à éclairement moyen constant. Les dégradations se sont révélées être du même ordre de grandeur au bout de 635000 lux. H mais l'effet Broca Sulzer ayant été vérifié dans le cadre de nos expériences (la brillance ressentie est plus grande que la brillance réelle) a ainsi permis d'envisager des économies d'énergie.

  • Titre traduit

    Study and optimization of an energy efficient lighting system and adapted to the needs of it users (health, safety and quality of life)


  • Résumé

    Light visual perception is a topic that interrogates since many years. In this research, we focus particularly on visual comfort of Humans subjected to light flickering, which may have significant health impacts. But in order to understand the visual perception of flickering, also known as luminance or chromatic temporal contrast, multiple prerequisites are required. That is why, throughout this research we have a multidisciplinary approach, and make use of knowledge about Humans: physiology of the human eye and its mechanisms of perception, neurophysiology, cognitive psychology, sociology, but also on the physics of light sources, their photometry and colorimetry, geometrical optic and optical modeling concepts, etc. The term "comfort" is often misused, that's why we first thought to accurately define the notions of comfort and distinguish terms "quality of life" and "well being" too often taken to be synonymous. To achieve this, we based our study on a cognitive approach, and oriented it in the particulary case of visual comfort, in relation to our research topic. Then, an experimental campaign on the flickering was conducted. It consisted in phenomenological study of the visual perception of flickering in different contexts: color of the environment, areas of visual perception for different experimental configurations. For this purpose, an experimental and interactive box was created. To generate the flickering, light emitting diodes ( LEDs) have been used, and a control module were used to change the two particular parameters : frequency and duty cycle. We have created a PWM signal, and have made an indirect light stimulus with a wide field. Due to the associated control module, many scenarii of flicker light have been presented to volunteers who have given their felt. The observers were selected with similar visual characteristics (emmetropic vision) and aged between 20 and 39 years. Some studies on ametropic eyes were also started. To further analyze the experimental results, an optimization method was used. It showed optimal solutions couples (frequency and duty cycle) regardless of the color of the environment and whatever axis of visual perception. We then based on these results to develop graphs of physical parameters of flickering visual comfort. Finally, a flickering application study was conducted. It consisted of comparing the color degradation of museums artworks using standard samples lit with LED power supplied with continuous mode comparing to pulse mode, and creating a constant average illumination. The damage proved to be of the same order at the end of 635000 lux. H. But as we could check the Broca Sulzer effect in our experiments (brightness felt is greater than the physical brightness), we could expect energy savings with flickering.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (263 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 191-198. Annexes

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2014 TOU3 0061
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