Logiciels informatiques

L’utilisation de logiciels informatiques dans le cadre de la prédiction de la distribution de la lumière dans un bâtiment peut fournir des résultats relativement précis.

Le laboratoire ‘Lumière et Bâtiment’ dispose de plusieurs programmes de simulation :
  • Daysim : logiciel d’évaluation de consommation d’éclairage
  • Dialux : logiciel de simulation d’éclairage naturel et artificiel
  • Ecotect : logiciel de simulation d’éclairage naturel
  • Lightscape : logiciel de simulation d’éclairage naturel et artificiel
  • The solar Tool : logiciel de détermination de la position du soleil et de calcul d’ombrage.
Fig. 1 Logiciel DIALUX : écran de contrôle.
Fig. 1 Logiciel DIALUX : écran de contrôle.

En éclairage, les programmes informatiques peuvent être classés selon les deux grandes méthodes de calcul dominantes : La méthode de radiosité est fondée sur la discrétisation de toutes les surfaces de la “scène” (ensemble des éléments constituant le modèle) en facettes pour lesquelles on établit le bilan des flux de rayonnement émis et reçus entre les différentes surfaces diffusantes de l’environnement clos.

Cette
Fig. 2 Maillage d'un modèle.
Fig. 2 Maillage d'un modèle.
méthode présente deux avantages majeurs :
  • elle donne la possibilité de visualiser l’ambiance lumineuse dans toutes les directions d’observation envisageables, sans nécessiter de calcul supplémentaire une fois la répartition énergétique effectuée
  • elle respecte la prééminence des sources lumineuses les plus importantes au niveau des images produites par le calcul. Toutefois, les images générées par la méthode de radiosité sont parfois quelque peu imprécises, car la trame du maillage utilisé pour le calcul reste bien souvent visible.
La méthode du lancer de rayon est basée sur le calcul des trajectoires des rayons lumineux à partir de l’œil (donc dans le sens inverse du sens de propagation  naturel). Pour chaque rayon, tous les éléments rencontrés (en réflexion, transmission, …) sont pris en compte, jusqu’à ce que le rayon considéré atteigne la source principale de lumière.

Fig. 3 Principe du lancer de rayon.
Fig. 3 Principe du lancer de rayon.
La plupart des programmes d’images de synthèse intègrent la méthode du lancer de rayon, car les images résultant des simulations sont de haute qualité, ce qui constitue l’un des avantages majeurs de cette méthode. Le lancer de rayon permet également de visualiser plus aisément les éblouissements et contrastes à l’intérieur d’une scène.

Cependant, tout comme la méthode de radiosité, cette technique possède ses limites. La principale provient de son lien avec la position d’observation : pour chacune des positions de  l’observateur, il faut effectuer un calcul de la distribution lumineuse et un rendu d’image.

Outre l’avantage de pouvoir aisément apporter des modifications aux modèles, les simulations informatiques offrent la possibilité de visualiser des images 3D, des distributions de luminance et d’éclairement, voire de réaliser des animations dynamiques en faisant varier l’éclairage naturel (couverture nuageuse, position du soleil,...) et/ou en déplaçant le point d’observation (travelling).

Cependant, si bon nombre de logiciels permettent un calcul plus ou moins précis des conditions d’éclairage artificiel, étant donné la maîtrise des données photométriques des éléments modélisant les sources de type luminaires (fichier texte détaillant la distribution spatiale du flux lumineux), il faut admettre que les programmes capables de simuler correctement la lumière du jour ne sont pas légion.

Cela s’explique aisément au vu de la complexité de la source (la lumière naturelle varie en distribution, en intensité, en couleur, …). Outre les difficultés liées au choix du logiciel et à sa bonne utilisation, il faut souligner que l’encodage informatique des paramètres s’avère parfois peu didactique, voire aride et ne permet aucune perception directe des mécanismes de la distribution lumineuse.