Le ciel artificiel à une lampe

Le ciel artificiel à une lampe est un outil complexe et puissant qui permet de simuler tout type de ciel y compris ceux faisant intervenir la composante directe du soleil. Le simulateur se compose d’une source lumineuse et d’une table tournante sur laquelle est positionné un modèle réduit.

Il repose sur un principe de subdivision du ciel en 145 disques lumineux (distribution théorique modifiée de Tregenza). Ces disques lumineux sont juxtaposés les uns aux autres de manière à assurer une couverture complète du dôme (voir figures 1 et 2). C'est l'intensité de leur flux lumineux qui est adaptée pour permettre la simulation des différents ciels : ciel couvert, ciel clair, ciel partiellement nuageux, …

Cependant, afin d'éviter la construction de 145 disques lumineux, il a été décidé de travailler par superposition. Au lieu de construire le dôme complet, seul un disque de 1,3 m de diamètre a été installé. C'est ce disque, source lumineuse unique, qui est positionné au droit des 145 positions (disques) du modèle théorique représentant toutes un morceau de la voûte du ciel. Pour chaque position du disque, des mesures d'éclairement (via luxmètres) sont réalisées mais ce n'est que lors de la superposition de toutes les mesures effectuées sous les 145 positions différentes du disque que les conditions d'éclairage naturel du ciel sur le modèle réduit sont rencontrées.

Les mesures étant automatisées, il suffit de 145 rotations pour caractériser l’éclairement du modèle, quelle que soit l'heure ou le type de ciel choisi.
L'éclairement intérieur est calculé en pondérant et en superposant les résultats obtenus à partir des 145 mesures. Une fois ces mesures réalisées, tout type de ciel peut être simulé.

Fig. 1 Luxmètres.
Fig. 1 Schéma du dôme complet.
Fig. 1 Luxmètres.
Fig. 2 Schéma du système réalisé. 

Cette discrétisation du ciel permet d'éviter les nombreux problèmes de calibration que l'on pourrait rencontrer en présence de 145 sources lumineuses différentes qui, outre un encombrement important, fourniraient toutes un flux lumineux différent. Mais la réalisation d'un dôme de 13,6 m de diamètre muni d'une seule source mobile requerrait plus de 130 m2 au sol, ce qui est loin d'être négligeable.
C'est pourquoi il a été décidé de laisser la source fixe et de faire tourner le modèle réduit selon deux axes orthogonaux, de manière à n'opérer qu'un déplacement relatif de la source (et non un déplacement physique de cette source). Cette option permet de réaliser les 145 déplacements du disque lumineux par simples rotations successives du modèle réduit et de n'occuper que 30 m2 au sol.

Dans la pratique, l'installation se compose d'une table tournante équipée d'un plateau de 1,8 m de diamètre, d'un 'patch' lumineux diffus de 1,3 m de diamètre lui-même constitué de 91 lampes halogènes de 50W disposées en hexagone. Afin d'éviter toute réflexion lumineuse parasite, l'ensemble est entouré de rideaux en velours noirs, permettant de créer une véritable chambre noire.

Fig. 1 Luxmètres.
Fig. 3 Table tourante. 
Fig. 1 Luxmètres.
Fig. 4 Sources lumineuses.