Etude comparative de la perception d’ambiances lumineuses en milieu réel et en milieu virtuel - Introduction

Charton, Virgile

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• Publié par: Jitap
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Extrait

Introduction générale Les préoccupations concernant la qualité des ambiances de travail et leur adaptation à l’usager ne sont pas nouvelles. On peut distinguer 4 étapes principales dans l’élaboration du concept de « qualité d’ambiance » depuis le début du XXème siècle. Dans un article publié en 1994, Robert A. Baron fait remonter l’intérêt pour les environnements de travail aux années 1920-1930 (Baron, 1994). Pendant 40 ans, l’accent va être mis sur la production de normes ergonomiques avec deux objectifs principaux :préserver la santé du travailleur et optimiser sa productivité. Dans le domaine de l’éclairage par exemple, ces années vont être consacrées à la définition d’un « indicede confort visuel» qui permette de prévoir les situations d’éblouissement (Mc Gowan et Miller,1998). Avec la crise énergétique du début des années 1970, vont émerger de nouvelles problématiques. Alors que les conditions d’un travail sécurisé et que les sources de gênes thermiques, acoustiques ou visuelles commencent à être maîtrisées, la question des coûts énergétiques et écologiques devient centrale. Le problème est de savoir si les normes mises en place pourront être adaptées dans un contexte d’économie d’énergie. Comment concevoir des bâtiments garantissant le confort thermique des usagers en limitant les frais générés par le chauffage ou la climatisation ? Est-il possible de maintenir un bon niveau de performance visuelle en diminuant la consommation électrique ?

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A la même époque, une troisième étape est franchie avec la naissance de la psychologie environnementale (Proshansky et al., 1970). Cette discipline qui étudie «les relations entre les personnes et leur environnement physique» (Bell et al.,1990) va modifier considérablement la manière de penser les ambiances de travail. En utilisant les méthodes des sciences humaines et comportementales, la recherche va mettre en évidence que «différents aspects du comportement au travail peuvent être influencés par l’environnement physique» (Baron, 1994). Ces comportements sont principalement la performance et les relations interindividuelles. Ils peuvent être influencés par des paramètres physiques comme la température, le bruit, la lumière ou la qualité de l’air. Il a été montré que l’exposition à des températures dépassant les normes de confort (>25°C) entraîne une baisse de performance pour les tâches cognitives complexes (Fine et Kobrick, 1978). L’augmentation de la température conduit à des comportements d’irritabilité voir d’agressivité (Bell & Baron, 1991). Worchel et Shackelford (1991) ont mis en évidence une baisse des performances et une dévalorisation des membres du groupe de travail lorsque les participants étaient exposés à des hauts niveaux de bruits. En ce qui concerne le rôle de la lumière, on sait depuis les recherches de Flynn (Flynn et al., 1973) qu’en plus d’influencer directement la performance, elle peut induire des « étatsaffectifs »agissant indirectement les comportements. Différentes études (Baron et al., 1990) ont montrés que des éclairages « chauds » induisaient une préférence pour la résolution de conflit par la collaboration et une tendance plus faible à l’évitement que les éclairages «froids ».La qualité de l’air est également source d’effets comportementaux. Si il a été montré que la présence de parfums agréables augmente les performances et la collaboration dans le groupe (Baron, 1990), la présence d’odeurs désagréables réduit l’attraction vers l’autreet augmente l’agressivité (Rotton et al, 1979). Ces effets multiples sur la performance ou les comportements sociaux peuvent être sources de coûts indirects pour l’entreprise. Il est donc indispensable de mieux les connaître afin, comme le précise Goodrich, que : « le bâtiment … facilite l’utilisation des ressources humaines» (Goodrich, 1982). Les travaux de la psychologie environnementale ont amené à prendre en compte les effets comportementaux des environnements physiques, alors que la qualité d’une ambiance était principalement définie par des critères physiologiques (absence de gêne, sécurité sanitaire) ou économiques. La quatrième étape dans l’élaboration du concept de «qualité d’ambiance» commence au milieu des années 1990. Devant la multiplications de résultats souvent confus et contradictoires, les chercheurs ressentent le besoin de se doter d’une définition consensuelle de la «qualité »et d’un cadre théorique plus précis. Dans le domaine de l’éclairage, c’est l’équipe canadienne de J.A.Veitch qui synthétisera l’état de la recherche

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dans deux articles (Veitch et Newsham, 1996a et 1996b) et accueillera la première conférence de la CIE sur la qualité de l’éclairage en 1998. Au terme de cette conférence, la qualité d’une installation d’éclairage sera définie d’après «sa capacité à atteindre les objectifs pour lesquels elle a été conçue» (Veitch et al.,1998). Ces objectifs sont à classer dans trois catégories générales: 1/ besoins humains (respect des contraintes physiologiques, des effets comportementaux, affectifs et esthétiques); 2/ intégration

avec l’architecture ; 3/ processus de conception (respect des contraintes économiques et

écologiques, respects des normes et des codes, prise en compte de la maintenance).

C’est donc une approche holistique de la qualité qui prévaut aujourd’hui, dans laquelle

une place déterminante (pour ne pas dire prédominante) est accordée à la satisfaction et aux préférences des usagers. C’est dans le cadre de l’étude de ces deux paramètres que nous avons voulu développer et tester la pertinence d’un nouvel outil d’exploration des ambiances lumineuses. Jusqu’à présent, les études sur la qualité de l’éclairage se déroulait dans deux types d’environnements principaux: soitin situdans un lieu de travail préexistant à la recherche (Collins et al.,1990 ; Berruto, 1996 ; Enrech-Xena, 1999) , soit en laboratoire dans des locaux spécifiquement aménagés (Loe et Rowlands,1996 ; Veitch et Newsham, 1998 ;Subisak et Bernecker, 1993; Boyce et Eklund, 1996). Ces environnements présentent des contraintes évidentes : 1/ Les lieux de travails préexistants ne sont pas conçus pour la recherche. Il est donc difficile (à moins de les réaménager totalement) de trouver, par exemple, des bureaux équipés de manière adéquate par rapport aux hypothèses à tester, ou encore deux bureaux parfaitement identiques pour faire des comparaisons. 2/ Les locaux expérimentaux permettent un bon contrôle sur les variables à tester, mais sont relativement chers, immobilisent de l’espace et nécessitent de déplacer des personnes pour réaliser les études. Par ailleurs, ces deux types d’environnements présentent l’inconvénient d’une flexibilité d’utilisation très limitée: Il est impossible de changer instantanément et à moindre frais l’optique d’un luminaire, le revêtement d’un mur ou le facteur de réflexion d’un plafond pour que le sujet puisse faire des comparaisons. Afin de dépasser ce type de contraintes, de nombreuses études ont été réalisées dans des environnements plus flexibles. Ainsi, dans un article ne traitant pas spécifiquement de l’éclairage mais de l’effet de différentes fournitures sur l’aspect d’une bureau, Wools dit explicitement: «idéalement, j’aurais aimé utiliser des pièces réelles dans lesquelles les murs, les fenêtres et les plafonds

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auraient pu être facilement déplacés et modifiés. Malheureusement pour des raisons pratiques,…, j’ai dû utiliser des dessins représentant différentes configurations de la pièce à l’étude.» (Wools, 1969). D’autres ont utilisés des diapositives de différents environnements afin de les soumettre à l’évaluation des sujets (Enrech-xena, 1999; Weinhold, 1998), ou encore des maquettes à échelle réduite (Nakamura et Inui, 1991 ; Inui et al. 1989). Enfin, Biner a mené une étude sans aucun support expérimental, dans laquelle la tâche des sujets consistait à indiquer le niveau d’éclairage souhaité dans 48 situations hypothétiques (Biner et al., 1989). La diversité des solutions envisagées montre à quel point le choix d’un environnement de test adéquat constitue un problème méthodologique de fond. Grâce aux progrès récents des performances des logiciels de simulation de la lumière et des dispositifs de projections, nous pensons qu’une approche en environnement virtuel pourrait être utile pour dépasser ces limites. Si les performances photométriques des logiciels de simulation de la lumière sont bien étudiés et connues aujourd’hui (Fontoynont, 1998), on dispose d’une littérature beaucoup plus restreinte sur leurs performances en termes de rendu perceptifs. Très peu de résultats permettent d’affirmer que les impressions visuelles produites par un environnement réel soient identiques à l’impression produite par une simulation numérique de cet environnement. Deux publications seulement (Bernecker, 1987 ;BeamerWeinhold,1994) attestent de tentatives de comparer des évaluations d’ambiances lumineuses faites en milieu réel et dans des simulations de ces environnements. Les résultats semblent plutôt positifs mais différentes raisons nous empêchent de les prendre en compte : d’un coté l’étude de Beamer Weinhold présentait des lacunes méthodologiques importantes, et de l’autre nous n’avons pas pu obtenir les références précises de l’article de Bernecker, nous n’y faisons référence que par citation interposée. En définitive, le travail le plus abouti concernant les impressions visuelles produites par le rendu d’une simulation lumineuse est celui de McNamara. Cet auteur a mené une étude psychophysique particulièrement minutieuse destinée à évaluer l’équivalence perceptive entre une scène réelle et une scène simulée. En demandant aux sujets d’apparier des niveaux de gris présentées sur une charte de Munsell avec des niveaux de gris présentés soit réellement, soit sur une image de synthèse, McNamara a prouvé que l’appariement se faisait de la même manière en milieu réel et en milieu simulé (McNamara, 1998). Avec un protocole identique, elle a pu montré que la perception de la luminosité («lightness »)était identique sur la photographie d’une scène composée d’objets géométriques simples et sur des images de synthèse de cette scène (McNamara, 2000). Ces résultats encourageants ont cependant été obtenus avec des stimuli très simples. En ce qui concerne la perception de scènes visuelles complexes

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comme un intérieur de bâtiment, l’hypothèse d’équivalence perceptive entre milieu réel et milieu virtuel reste toujours à tester. C’est l’objet de cette thèse. Notre exposé se déroule en 6 chapitres : Le premier chapitre est consacré au choix de notre dispositif de réalité virtuelle. En fonction des contraintes financières et techniques que nous nous étions fixées, il a fallu choisir un système de visualisation et un système informatique. Nous présentons une revue extensive des différents outils de visualisation disponible, ainsi qu’une veille technologique sur les dispositifs en développement. Le deuxième chapitre présente le protocole expérimental qui est utilisé pour évaluer les ambiances lumineuses. Nous replaçons ce protocole dans son contexte théorique de manière à en saisir toutes les implications et tous les présupposés. Nous détaillons également les procédures de traitement des données obtenues par l’expérimentation. Le troisième chapitre expose l’expérience d’évaluation de 6 ambiances lumineuses en milieu réel. L’environnement réel constitué par les «cellules-jumelles »de l’ENTPE est décrit, ainsi que la procédure expérimentale et les résultat de cette première étude. Dans le quatrième chapitre, nous décrivons la première étape de l’étude en milieu virtuel. Ici, l’évaluation des 6 ambiances lumineuse est faite sur la base de photographies numériques des «cellules-jumelles »présentées en environnement immersif. Les résultats de cette étude sont commentés et comparées à ceux de l’étude en milieu réel. Le cinquième chapitre expose la deuxième étape de l’étude en milieu virtuel. L’évaluation des six ambiances lumineuses est faite sur la base d’images de synthèse des « cellules- jumelles ».La méthode de production des images de synthèse est décrite. Les évaluations obtenues sont comparés avec celles des expériences sur photographies numériques etcelles données en milieu réel. Le sixième chapitre présente une réplique en milieu virtuel sur images de synthèse d’une étude réalisée en milieu réel par l’équipe canadienne de J.A.Veitch (1998). Cette étude, dont l’objectif était l’évaluation de la qualité de 9 ambiances lumineuses, est décrite ainsi que ces principaux résultats. Nous exposons la procédure expérimentale que nous avons

utilisée pour réaliser notre réplique dans les conditions de fidélité les plus proches

possibles de l’expérience princeps, en tenant compte des contraintes spécifiques à notre

environnement d’étude. Nos résultats sont comparés avec ceux de J.A.Veitch.

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