Relation:intensité lumineuse en plein soleil et intensité lumineuse à l’ombre

[invite2b73042d]

Bonjour,

Je suis étudiant en architecture et dans le cadre de mon mémoire, j’ai récemment fait une analyse de lumière au crématorium de Berlin.
Pour cela, j’ai relevé simultanément l’intensité lumineuse (en lux) à l’intérieur du bâtiment et l’intensité lumineuse à l’extérieur du bâtiment.
Ce procédé me permettait d’établir par la suite un facteur lumière du jour (FLJ).

Le problème est que j’ai fait mon relevé en extérieur en plein soleil avec un ciel sans nuage alors que pour calculer un FLJ il faut un ciel CIE (ciel gris avec lumière homogène).

La formule pour calculer le FLJ est la suivante :
FLJ (%) = Eclairement intérieur / Eclairement extérieur

Comme mon relevé de lumière en extérieur a été réalisé en plein soleil et non à l’ombre (condition souhaitable pour s’approcher des conditions d’expérience en ciel CIE) j’ai obtenu des valeurs d’intensités lumineuses beaucoup trop grandes. La mesure de l’éclairement extérieure étant faussée, j’obtiens un FLJ beaucoup trop faible et non exploitable…

Je vous demande donc votre aide afin de m’expliquer s’il y a une relation entre l’intensité lumineuse en plein soleil et l’intensité lumineuse au même moment à l’ombre.
Je n’ai malheureusement trouvé aucune réponse à ma question sur internet et sur les forums…

Je vous remercie par avance pour l’attention que vous voudrez bien porter à ma question,
Très bon week-end à tous,

Marc

Informations utiles pour toutes tentatives de recherche :
Adresse : Kiefholzstraße 221, 12437 Berlin, Allemagne
(latitude 52.459539° longitude 13.491184°)
Date de mesures vendredi 9 octobre 2015
Heures de mesures 9h30-15 heures
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[f6bes]

Bjr à toi,
Hum, encore faut il avoir une idée de COMMENT (ouverture,fenétre....) la lumiére externe peut pénétrer DANS le batiment.
Je ne suis pas sur que cela corresponde à "l'ombre" dont tu parles !
A l'ombre de qq chose ,ça ne veut pas dire forcément à l'INTERIEUR d'un batiment.
Bref sans connaitre le batiment, difficile de dire quoi que ce soit !

Bon WE

[invite2b73042d]

Je vous remercie pour votre réponse.

Je me permets de préciser d'avantage mon questionnement pour vous répondre :

Je cherche "simplement" à connaitre (en dehors de toute application direct sur un bâtiment) une éventuelle relation mathématique/physique entre une intensité de lumière que l'on peut mesurer en plein jour en un point de l'espace donné et l'intensité de lumière que l'on peut mesurer en ce même point mais dans l'ombre (en restant à l'extérieur).

NB : Les mesures sont faites au même endroit et de manière simultanée et l'objet qui crée l'ombre est totalement opaque.

Exemple : Admettons que je mesure une intensité lumineuse de 100 000 lux dans le désert en tenant mon lux-mètre parallèlement au sol en un point de l'espace donné.
Dans les mêmes conditions d'expérience, si je fais une nouvelle mesure lorsque mon luxmètre se trouve dans l'ombrée portée d'une pyramide ; quelle est la relation entre ces deux mesures ?

Merci beaucoup,

Cordialement,

B.Marc

[Olivzzz]

Bonjour,

Il ne peut y avoir de relation linéaire applicable généralement entre les 2 situations que vous évoquez, tout simplement car la luminosité en un point donné dépend également de la réflexion de la lumière sur l'environnement.

Un exemple simple : Vous êtes le soir en plein désert, le soleil est à ras de l'horizon. Vous ajoutez maintenant un mur blanc sur lequel vous projetez votre ombre, la lumière du soleil se reflète sur ce mur et vous revient. Deux situations sans oombre sur vous et pourtant la luminosité varie grandement. Donc dans une application comme vous le souhaitez, trop d'inconnues pour dégager une relation linéaire entre "ombre" et "pas d'ombre".
D'autre part pour reprendre votre exemple, selon la taille de l'ombre de la pyramide la luminosité variera grandement aussi puisque les sources de lumière indirect s'éloignent si l'ombre grandit autour de vous.

Le seul moyen de connaitre l'intensité lumineuse à un point donné dans des conditionnés données, c'est de la mesurer, ou pour s'en approcher, de la modéliser sur un logiciel ad hoc.

À noter qu'il est très difficile d'estimer au pif un ordre de grandeur, l'intensité lumineuse en lux ne correspondant pas à celle perçue puisque notre oeil peut dilater et contracter sa pupille. Ce que vous appelez un "ciel gris avec lumière homogène" peut varier de 500 à 25'000 lux (https://fr.wikipedia.org/wiki/Lux_%28unit%C3%A9%29) donc un rapport 1/50 ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[WizardOfLinn]

...
Je vous demande donc votre aide afin de m’expliquer s’il y a une relation entre l’intensité lumineuse en plein soleil et l’intensité lumineuse au même moment à l’ombre.
Je n’ai malheureusement trouvé aucune réponse à ma question sur internet et sur les forums…

Tu n'as rien trouvé parce que la relation simple que tu cherches n'existe pas.
Par ciel clair et soleil masqué (donc à l'ombre), la zone est éclairée en direct par le ciel et en indirect par les réflexions du ciel et du soleil sur l'environnement.
En première approche, en négligeant ces réflexions (ce qui est quand même douteux s'il s'agit de murs blancs prenant le soleil en direct), l'éclairement à l'ombre se calcule en intégrant la luminance du ciel, ce qui dépend du modèle de ciel.
A titre indicatif, en faisant ce calcul avec le Standard Clear Sky CIE 1973, je trouvais des valeurs allant de 11000 à 15000 lux suivant la hauteur du soleil, pour un point voyant toute la voute céleste sauf le soleil (donc à l'ombre mais sans éclairement diffus dû à l'environnement).
Si on ne voit qu'une partie du ciel, ce calcul est à refaire en tenant compte de l'angle solide réel sous lequel est vu le ciel compte tenu des obstacles.

A+

[invite2b73042d]

Merci pour vos réponses et votre aide cela fait plaisir.

@ Olivzzz :

Je suis d’accord avec vous, la réflexion du milieu influence grandement la valeur de l’intensité lumineuse en un point donné.

Dans le cas de mon expérience, les conditions de mesures idéales à respecter pour établir un FLJ scientifiquement correct serait :

- D’avoir un ciel couvert : modèle « CIE »
(« Le ciel couvert «CIE» a été choisi par la Commission Internationale de l’Eclairage comme modèle de distribution des luminances représentatif pour simuler les apports de lumière naturelle diffuse et pour le calcul des valeurs de facteurs de lumière du jour (FLJ) ») source : Bernard PAULE, Espace et lumière: Le projet d’éclairage, EPFL-ENAC 2007
- De faire la mesure de l’éclairement extérieure sur le toit du bâtiment et suffisamment haut afin d’éviter toute source de réflexion.
- Faire une mesure de l’éclairement intérieur de manière simultanée à l’intérieure du bâtiment.

C’est donc la première condition que je n’ai pas pu remplir.

Je tenais à trouver une valeur possible pour l’éclairement extérieur dans une zone ombrée en fonction de la valeur que j’ai trouvé avec un ciel serein sans nuage.
Cette valeur s’approcherait d’avantage de la valeur qu’il aurait été possible d’obtenir avec un ciel CIE. (j'espère que mes explications sont assez claires…)

Pour l’exemple de l’ombre de la pyramide, j’entendais par-là prendre un point de mesure qui ne serait pas influencé par la réflexion d’une surface quelconque mais simplement dans l’ombre.

« Ce que vous appelez un "ciel gris avec lumière homogène" peut varier de 500 à 25'000 lux »

Le fait de relever simultanément sur le luxmètre la valeur de l’éclairement extérieur et la valeur de l’éclairement intérieur du bâtiment me permet de garder une analogie entre toutes mes mesures : l’éclairement intérieur et fonction de l’éclairement extérieur.
Le problème c’est que mon expérience ne s’est pas fait sous ciel CIE. Donc pour se rapprocher le plus d’un ciel CIE, il serait plus judicieux pour moi de prendre une valeur de l’intensité lumineuse extérieure mais dans une zone d’ombre...


@ WizardOfLinn

Très intéressant merci,

Dans la théorie il faudrait prendre la valeur de l’intensité lumineuse extérieure sans réflexions dû à l’environnement mais seulement par l’intégralité de la voute céleste (donc sans obstacle).
Ce sont les conditions d’expériences réalisées dans la Mirror Box :
http://www.cstc.be/homepage/index.cf...v02=mirror-box)

« l'éclairement à l'ombre se calcule en intégrant la luminance du ciel, ce qui dépend du modèle de ciel.»

Avec un même model de ciel et uniquement par la réflexion de l’ensemble de la voûte céleste (aucun obstacle), il doit forcément y avoir une relation entre la valeur obtenue à la lumière et la valeur obtenue dans l’ombre non ? Un coefficient de réduction…

Merci !

[inviteb061eab7]

pour simplifier encore le probleme il faut absolument introduire la latitude
un soleil à Toulouse n'est pas un soleil parisien
bref ton probleme n'a pas de solution sauf à simuler pour se faire plaisir mais le resultat ne voudra pas dire grand chose

[invite2b73042d]

Bonsoir,

Certes la latitude et la longitude du lieu a une importance capitale dans la résolution du problème car le soleil n'a pas la même inclinaison ni la même direction en fonction du lieu.
Je pense que la résolution est dans la simulation oui...

"le resultat ne voudra pas dire grand chose"

Permettez-moi de ne pas être d'accord avec vous : le résultat permettrait d'évaluer la différence entre l'intensité lumineuse d'un point à la lumière et de ce même point à l'ombre au même moment.
Plus généralement, énoncer quel pourrait être un facteur de réduction de l'intensité lumineuse lorsque l'objet se trouve au soleil ou à l'ombre.

[WizardOfLinn]

...
Avec un même model de ciel et uniquement par la réflexion de l’ensemble de la voûte céleste (aucun obstacle), il doit forcément y avoir une relation entre la valeur obtenue à la lumière et la valeur obtenue dans l’ombre non ? Un coefficient de réduction…
Merci !

Une fois le modèle de ciel et tous ses paramètres fixés, on peut très bien calculer le rapport E(ciel)/E(total).
E(ciel) = Integrale(L(a,z)*cos(theta)*dW ), L=luminance du ciel
E(ciel) = éclairement dû uniquement au ciel, sans le soleil direct, ce qu'on appelle "ombre" ici.
E(total) = E(soleil) + E(ciel)
Le résultat dépend du modèle de ciel et de tout ses paramètres.
Dans le cas du Standard Clear Sky 1973, L(a,z) dépend de la hauteur du soleil, et aussi de quelques autres paramètres déterminant la diffusion par les aérosols (un ciel urbain pollué est plus lumineux qu'un ciel de campagne). Il n'y a pas de rapport fixe valable pour toute valeur de E(total).
Ca revient à dire : pour tous réels a et b, b non nul, il existe un réel k tel que a = k*b. Et alors ?

[invite2b73042d]

pour tous réels a et b, b non nul, il existe un réel k tel que a = k*b.

Je suis tout à fait d'accord.

Je me demandais justement si la valeur de K pouvait être constante.
Avec mes mesures d'éclairement extérieur en plein soleil, de combien dois-je réduire approximativement mes valeurs afin qu'elles "coïncident plus" avec une valeur mesurée à l'ombre ? Dois-je réduire l'intensité lumineuse environ par 4 ? Par 6 ?... Voyez-vous ?
Obtenir cette valeur approximative de l'intensité lumineuse extérieure à l'ombre me permettrait d'avantage d'utiliser mes valeurs mesurées dans l'idée d'effectuer un FLJ.

Mes mesures ont été réalisées le vendredi 9 octobre 2015 à 12 heures (latitude 52.459539° longitude 13.491184°).


Je vous remercie beaucoup pour le temps que vous accordez à me répondre,

[WizardOfLinn]

En résumé, il n'existe pas de relation linéaire du type E(ciel)=k*E(total), pour le modèle Standard Clear Sky 1973.
On a E(ciel)=f(zs) zs=hauteur du soleil. f est une intégrale assez compliquée, qui se calcule numériquement, un fois fixés quelques paramètres.
E(total)=Es(zs) + f(zs) = g(zs)
Es(zs)=éclairement solaire fonction de la hauteur du soleil=E0*sin(zs)
On peut tracer les fonctions E(ciel) et E(total) en fonction de zs, et leur rapport si on veut.
J'ai donné plus haut quelques ordres de grandeur de E(ciel), 11000 à 15000 lux, donc on doit en effet avoir des rapports voisins de 4 à 6, pour des hauteurs de soleil de 30 à 60 deg (mais je ne sais plus si c'était pour un ciel urbain ou de campagne ni quels paramètres j'avais pris, il faudrait refaire le calcul en précisant tout celà).

[invite2b73042d]

Bonjour,

Je remercie très sincèrement l'ensemble des personnes qui ont pris le temps de me répondre !
Bonne continuation à tous,

Cordialement,

B. Marc

[Garion]

- De faire la mesure de l’éclairement extérieure sur le toit du bâtiment et suffisamment haut afin d’éviter toute source de réflexion.
- Faire une mesure de l’éclairement intérieur de manière simultanée à l’intérieure du bâtiment.

C’est donc la première condition que je n’ai pas pu remplir.

Désolé de te décevoir, mais ta deuxième condition n'est pas remplie non plus, car la mesure intérieure doit être fait avec strictement le même ciel uniforme que celui de ta mesure extérieure.
Si tu corriges ta mesure extérieure, ta mesure intérieure va être surévaluée car elle sera prise avec un ciel plus lumineux et avec des composantes de rayonnement direct dépendant de la position du soleil.

[invite2b73042d]

Désolé de te décevoir, mais ta deuxième condition n'est pas remplie non plus, car la mesure intérieure doit être fait avec strictement le même ciel uniforme que celui de ta mesure extérieure.
Si tu corriges ta mesure extérieure, ta mesure intérieure va être surévaluée car elle sera prise avec un ciel plus lumineux et avec des composantes de rayonnement direct dépendant de la position du soleil

Je vous remercie pour votre remarque,
Mes mesures à l'intérieur du bâtiment ont été prises avec des composantes de rayonnement indirect.
Je tenais à diminuer les valeurs des mesures extérieures car elles ont été prises en plein soleil avec un rayonnement direct sur le capteur de mon luxmètre. Dans le cas d'un ciel clair sans nuage, pour se rapprocher le plus d'un ciel CIE, il est préférable de prendre les mesures extérieures de l'intensité lumineuse à l'ombre. Ma "conversion" de mes mesures en plein soleil me donne donc les valeurs "équivalentes" du même ciel à l'ombre. Les caractéristiques du ciel reste donc les mêmes...

[Garion]

Ce que je veux dire, c'est qu'il y a du rayonnement direct qui est rentré dans ton bâtiment et qu'il a influencé tes mesures après de multiples réflexions même si elles ont été faites à l'abri de ce rayonnement direct.

[inviteb6b93040]

Bonsoir,

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