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La semaine de Jean-François Prevéraud

La semaine de Jean-François Prevéraud

Industrie et Technologies
A quelques semaines de Noël un peu de spiritualité ne peut pas faire de mal … surtout si elle est teintée de beaucoup d'informatique graphique et qu'elle recèle une première mondiale...

En effet, j'ai eu la chance de rencontrer cette semaine Marc Albouy, le concepteur du projet d'illumination de l'abbatiale Saint Sauveur de Figeac. Ancien directeur adjoint de la R&D à EDF, notamment en charge des projets de mécénat dans le domaine de l'éclairage, ce spécialiste utilise depuis plus de 10 ans la simulation numérique pour valider les projets sur lesquels il travaille.

'La simulation numérique est un outil indispensable dans un projet d'éclairage si l'on veut travailler rigoureusement et maîtriser le rêve', prévient d'entrée de jeu Marc Albouy. 'D'autre part, ces projets engagent souvent des deniers publics et les décideurs, souvent des élus, veulent voir de la manière la plus réaliste possible le résultat de leur projet avant de s'engager.'

En effet, le temps ou l'on pouvait se contenter de vagues images retouchées numériquement pour présenter un projet, est bien révolu. Tous les décideurs ont vu dans les médias de superbes images réalistes de projets encore virtuels dans lesquels on peut se déplacer de manière interactive et ils veulent la même chose pour leur projet. Ils vont même beaucoup plus loin en demandant à voir plusieurs solutions possibles en fonction du niveau de financement qu'ils pourraient apporter. La simulation d'éclairage devient alors pour eux un véritable outil d'aide à la décision.

Mais elle est aussi indispensable pour les concepteurs de tels projets d'envergure, car la réalisation d'essais réels est quasiment impossible pour des raisons de coût et de mise en œuvre. De plus, il est quasiment impossible de prévoir tous les effets lumineux qu'une source peut générer sur l'ensemble des reliefs d'un bâtiment.

Modéliser avant de simuler

'Pourtant la simulation n'est pas aussi simple qu'il y parait. Pour être efficace les simulations numériques d'éclairage requièrent des modèles précis des édifices 3D à mettre en lumière. Autant dire que lorsque l'on travaille sur des chefs d'œuvre du patrimoine architectural, il n'existe au mieux que des plans, bien souvent anciens, qui ne comportent généralement pas les travaux de consolidation, de restauration ou d'embellissement les plus récents '. Il faut donc commencer par une phase de relevé ou le laser et le scanner 3D viennent épauler les traditionnelles levées géométriques faites par les géomètres, notamment pour les zones les plus ouvragées. Ces relevés permettent de créer des modèles 3D à l'aide de logiciels standard largement utilisés dans le monde du bâtiment, tel Autocad.

Le second élément indispensable est le logiciel de simulation proprement dit. ' Générer des images réalistes à partir d'objets 3D suppose de résoudre deux problèmes. D'une part, représenter les propriétés radiatives et spectrales des sources de lumière ainsi que des matériaux composant les objets. D'autre part, simuler le comportement de la lumière sur ces objets, en particulier les multiples inter-réflexions de la lumière entre les surfaces ', explique Didier Bur, enseignant-chercheur au Centre de Recherche en Architecture et Ingénierie de l'Ecole d'Architecture de Nancy, qui a effectué les simulations du projet de Figeac.

' Pour cela, nous utilisons le logiciel Candelux de VSP-Technology, une spin-off de notre voisin, l'Inria-Nancy. Il permet notamment d'utiliser des sources lumineuses caractérisées à l'aide d'un solide photométrique et de leur spectre d'émission continu échantillonné, pour faire des simulations avec inter-réfexions basées sur des algorithmes de radiosité. De plus, il manipule facilement des objets 3D, lourds, complexes et éclairés '.



Des résultats de simulation adaptés aux besoins

Plusieurs résultats de simulation sont proposés suivant les phases de travail où l'on se trouve. En phase de conception on dispose de rendus rapides parcellaires ou globaux donnant une première idée des solutions envisagées. On peut aussi accéder à des images montrant les plages d'isoluminance afin de régler la puissance relative des différentes sources. Ensuite, on peut créer des images fixes avec incrustation sur un fond numérisé, réaliser des panorama QuickTime, créer des animations en différé ou en temps réel suivant les performances de la machine, voire proposer des visites virtuelles. Enfin, si l'on dispose d'une salle de réalité virtuelle, on peut aller jusqu'à des animations immersives en temps réel avec effet de relief.

' Mais attention, la simulation tout aussi parfaite qu'elle soit peut présenter des différences notoires par rapport à ce qui sera réalisé ', préviennent en chœur Marc Albouy et Didier Bur. Ils voient à cela quatre catégories de raisons :

  • Les raisons physiques :
    La vision personnelles des couleurs.
    L'étalonnage des écrans.
    Les sensibilités chromatiques différentes des films photographiques à certains pics d'émission du spectre.
  • Les raisons techniques :
    Impossibilité de placer des sources lumineuses aux endroits prévus.
    Imprécisions de placement et de réglage de ces sources.
  • Les raisons économiques :
    Leur coût trop élevé fait renoncer à certains types de matériels.
    La réduction du nombre de sources par rapport à ce qui était prévu.
  • Les raisons doctrinales :
    Les modifications du projet imposées en final par le maître d'ouvrage ou les autorités de tutelle.


Une première mondiale

' La simulation du projet de l'éclairage de l'abbatiale Saint Sauveur de Figeac est une première mondiale, car c'est la première fois que l'on simule l'éclairage intérieur d'un tel édifice ', explique non sans fierté Marc Albouy. ' Après avoir rencontré toutes les parties prenantes de ce projet (élus locaux, clergé, fidèles, architectes responsables du patrimoine) et mené des recherches historiques sur cette abbatiale, j'ai proposé un projet de mise en lumière où le chœur et la nef sont brillamment éclairés pour mettre en valeur leur verticalité. Par contre, les collatéraux restent dans une semi-obscurité pour préserver leur mystère et favoriser le recueillement. Les chapelles sont quant à elles dotées d'un éclairage spécifique adapté à leur mobilier. Enfin, la salle capitulaire met en valeur l'architecture et les retables '.



Le modèle numérique de cette abbatiale représente 323 000 polygones, soit 280 Mo en mode natif du logiciel de CAO utilisé ou 170 Mo en VRML, format utilisé par le logiciel de simulation Candelux. L'intérieur du bâtiment représente 150 Mo contre seulement 20 Mo pour l'extérieur. Le modèle mis en lumière représente 4 millions de polygones, soit 400 Mo après simplification. Il comporte plus de 100 sources lumineuses à l'extérieur et plus de 300 à l'intérieur. La simulation à l'aide Candelux a été faite sur une machine SGI Origin 3800 dotée de 60 processeurs à 700 MHz, utilisant une carte graphique Infinite Reality Engine. Chaque simulation complète est réalisée en quelques heures.

Le coût global de ce projet de mise en lumière est estimé 260 k€ dont 15 % pour la trentaine de simulations effectuées, sachant qu'il porte à la fois sur l'intérieur et l'extérieur de l'abbatiale. ' La simulation nous a permis de maîtriser les coûts de ce projet et de les estimer à 3 % près. Ainsi à titre d'exemple, l'éclairage du seul intérieur de l'église Notre Dame du Puy, qui n'a pas été simulé, a coûté 250 k€, alors que le monument est bien plus petit. Sans parler de la qualité du résultat ', conclu Marc Albouy.

Et pour avoir eu le privilège de piloter en temps réel une visite de cette abbatiale dans la salle de réalité virtuelle dont dispose SGI, je peux vous dire que le résultat est époustouflant. Chaque relief est détaillé, les restes des voûtes anciennes, qui ont été détruites au fil des guerres, sont bien présents et accrochent la lumière. Les joints entre les pierres des murs ou des dalles du sol rythment la maçonnerie et donnent une impression de volume très réaliste. Enfin, l'atmosphère des différentes zones varie bien au gré de l'éclairage. Espérons que les élus seront aussi convaincus que moi et qu'ils décideront de financer ce superbe projet.

A la semaine prochaine.

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies, suit depuis 22 ans l'informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM…). Il était jusqu'à une date récente rédacteur en chef de la lettre bimensuelle Systèmes d'Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire.

Pour en savoir plus :
http://www.ville-figeac.fr/patrimoine/mille-ans1.htm
http://www.vsp-technology.com
http://www.crai.archi.fr
http://www.sgi.fr

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