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Simulation numérique de l'éclairage, limites et potentialités

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THESE SOUTENUE DEVANT L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON


NOM : MAAMARI DATE de SOUTENANCE : 29/03/2004

Prénoms : Fawaz

TITRE :

SIMULATION NUMERIQUE DE L’ECLAIRAGE, LIMITES ET POTENTIALITES


NATURE : Doctorat Numéro d'ordre : 04 ISAL 0016

Ecole doctorale : MEGA

Spécialité : Génie Civil

Cote B.I.U. - Lyon : T 50/210/19 / et bis CLASSE :

RESUME :
L’objectif de ce travail est de contribuer à mieux définir les capacités et les limites des logiciels existants, et de contribuer à l’amélioration
des capacités et au dépassement des limites de ces logiciels.
Dans la première partie, nous commençons par une analyse de l’état de l’art de la simulation numérique de l’éclairage, et en particulier du
domaine de la validation des logiciels pour lequel nous proposons une méthodologie de validation adaptée.
Le principe de base derrière cette méthodologie est de tester séparément les différents aspects de la propagation de la lumière à l’aide d’une
série de cas-tests basiques associés à des références analytiques ou expérimentales.
Dans la deuxième partie, nous proposons une série de cas-tests basés sur des calculs analytiques.
Dans la troisième partie, nous abordons les problèmes liés à la création et l’utilisation des références expérimentales pour la validation des
logiciels. Nous proposons ensuite un cahier de charges pour limiter les sources d’erreurs et d’incertitudes liées à la référence expérimentale.
Nous ...

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THESE SOUTENUE DEVANT L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON NOM :de SOUTENANCE :29/03/2004MAAMARI DATE Prénoms :FawazTITRE : SIMULATION NUMERIQUE DE L’ECLAIRAGE, LIMITES ET POTENTIALITES NATURE : DoctoratNuméro d'ordre :04 ISAL 0016 Ecole doctorale :MEGASpécialité : Génie Civil Cote B.I.U.  Lyon :T 50/210/19/ etbis CLASSE: RESUME : L’objectif de ce travail est de contribuer à mieux définir les capacités et les limites des logiciels existants, et de contribuer à l’amélioration des capacités et au dépassement des limites de ces logiciels. Dans la première partie, nous commençons par une analyse de l’état de l’art de la simulation numérique de l’éclairage, et en particulier du domaine de la validation des logiciels pour lequel nous proposons une méthodologie de validation adaptée. Le principe de base derrière cette méthodologie est de tester séparément les différents aspects de la propagation de la lumière à l’aide d’une série de castests basiques associés à des références analytiques ou expérimentales. Dans la deuxième partie, nous proposons une série de castests basés sur des calculs analytiques. Dans la troisième partie, nous abordons les problèmes liés à la création et l’utilisation des références expérimentales pour la validation des logiciels. Nous proposons ensuite un cahier de charges pourlimiter les sources d’erreurs et d’incertitudes liées à la référence expérimentale. Nous abordons en particulier le problème de la description précise du champ de luminances réel dans un scénario d’éclairage naturel, et nous proposons et validons une nouvelle méthode de description et d’utilisation des cartes de luminances réelles. Ces cartes sont créées à partir de photos numériques calibrées. Elles sont utilisées pour remplacer les modèles de ciel dans les logiciels de lumière naturelle. La validation est faite à travers une campagne de mesures d’éclairements à l’intérieur d’une maquette en parallèle à des photos numériques de l’environnement extérieur. Les photos sont analysées et traitées pour décrire le ciel dans un logiciel de simulation de la lumière. La comparaison entre les mesures expérimentales et les résultats des simulations prouvent la validité de la méthode. En s’appuyant sur le cahier des charges défini, et sur l’utilisation des cartes de luminances réelles, nous proposons une série d’exemples de castests en lumière naturelle, dont en particulier un castest dédié à la simulation des matériaux à transmission bidirectionnelle. Dans la quatrième partie, nous utilisons les différents castests proposés pour la validation d’un logiciel de simulation de la lumière. Cette étude donne une idée précise sur les capacités et les limites de ce logiciel : Une bonne précision dans le calcul de radiosité et des scénarios de lumière artificielle, et une précision réduite dans le calcul de l’entrée de la lumière de jour. En réponse à cette limitation, qui est commune à un nombre important de logiciels, nous proposons une méthode de simulation de la lumière naturelle au travers de la création d’un luminaire associé à une photométrie équivalente à l’environnement extérieur. Pour la validation de cette méthode, nous utilisons les castests basés sur des scénarios de lumière naturelle. Les résultats sont très satisfaisants. Nous terminons ce travail par en tirer les conclusions sur l’apport de la méthode de validation proposée ainsi que sur la validité des modèles de ciel réels, du logiciel testé et de la méthode des luminaires équivalents. Nous joignons à ces conclusions une liste de perspectives envisageables pour compléter ce travail. MOTSCLES : Simulation, lumière, éclairage naturel, éclairage électrique, photométrie, radiosité, photoluminancemètre, luminaire équivalent, benchmark, validation, Lightscape, Radiance Laboratoire (s) de recherches : Laboratoire des Sciences de l’Habitat – Département Génie Civil et Bâtiment – DGCB URA CNRS 1652 Ecole nationale des travaux publics de l’Etat Directeur de thèse: Marc FONTOYNONT Président de jury : JeanJacques ROUX Composition du jury : Gilbert ACHARD, Peter TREGENZA, Marc FONTOYNONT, Dominique DUMORTIER, Wout VAN BOMMEL