Simulation, evaluation and optimisation of the night-time legibility of urban designs: taking into account the light reflection properties of pavements for lighting adapted to the different users of the public space.
Simulation, évaluation et optimisation de la lisibilité nocturne des aménagements urbains : prise en compte des propriétés de réflexion de la lumière par les revêtements pour un éclairage adapté aux différents usagers de l’espace public.
Résumé
Today, adapting to climate change is an increasingly important issue, and much thought is being given to integrating this imperative into the city and its development. In this context, reducing the energy costs associated with public lighting is a key area for action, and three levers can be considered. The first concerns lighting sources, by replacing energyguzzling
sources with more energy-efficient LED technologies. The second involves taking better account of the optical properties of
road surfaces when designing lighting installations. The third lever concerns users and their specific observation needs according to their mode of travel. The performance requirements for road lighting are defined on the basis of a geometry
that corresponds to a motorist travelling on an interurban road at a speed of between 70 and 90 km/h. However, most street lighting is located in urban areas, where the average speed is between 30 and 50 km/h and where users include not only motorists, but also cyclists and pedestrians. This research project proposes a paradigm shift in the way night-time urban development is designed, by placing the lightreflecting properties of pavements at the heart of the design of urban lighting installations and by giving greater consideration to the different uses of public space, taking into account the
differences in perception between users. To achieve this, an urban lighting calculation engine has been developed that allows light sources, road surfaces and observation angles to be varied. From this, the performance criteria defined in the standards can be determined. To go a step further, a visibility calculation has been integrated into the software using the well-known Adrian visibility level model (VL) for road lighting applications, which we have adapted to take account of lighting reflections on the road surface. In addition, we carried out an experiment using virtual reality subjects coupled with eyetracking to find out where users look on the ground as they move around. This enabled us to study the influence of the mode of travel (pedestrian, cyclist, motorist) on the average angle of observation in a night-time urban environment.
Lighting calculations and on-site measurements were then carried out using the average observation angles obtained by
type of user for different lighting situations with different road surfaces. This enabled us to study the influence of the road surface and its photometric properties. On the other hand, it enabled us to analyse whether these differences in observation angles mean that current lighting design standards need to be revised to take account of all road and urban space users.
Aujourd’hui, l’adaptation des territoires au changement climatique est un sujet de plus en plus important et beaucoup de
réflexions sont menées pour intégrer cet impératif à la ville et son aménagement. Dans ce contexte, la réduction des dépenses énergétiques associées à l’éclairage public est un moyen d’action privilégié pour lequel trois leviers peuvent être considérés. Le premier concerne les sources d’éclairage en remplaçant les sources énergivores par des technologies à LED moins consommatrices. Le second réside sur une meilleure prise en compte des propriétés optiques des surfaces routières
pour concevoir les installations d’éclairage. Le troisième levier concerne les usagers et leurs spécificités d’observation selon leur mode de déplacement. Les exigences de performance pour l’éclairage routier sont définies en considérant une géométrie qui correspond à un automobiliste circulant sur une route interurbaine à une vitesse comprise entre 70 et 90 km/h. Toutefois, la plupart de l’éclairage public est situé en zone urbaine, où la vitesse moyenne est comprise entre 30 et 50 km/h et où les usagers ne pas seulement des automobilistes, mais aussi des cyclistes et des piétons.
Ce projet de recherche propose de changer de paradigme sur la façon de concevoir un aménagement urbain nocturne en mettant les propriétés de réflexion de la lumière par les revêtements au coeur du dimensionnement d’installations d’éclairage urbain et en considérant mieux les différents usages de l’espace public en tenant compte des différences de
perception entre les usagers. Pour cela, un moteur de calcul d’éclairage urbain permettant de faire varier les sources
lumineuses, les revêtements routiers et l’angle d’observation a été mis au point. A partir de celui-ci, les critères de performances définis dans les standards peuvent être déterminés. Pour aller plus loin, un calcul de visibilité a été intégré au logiciel en suivant le modèle bien connu de niveau de visibilité d’Adrian (VL) pour les applications d’éclairage routier,
modèle que nous avons adapté pour prendre en compte les réflexions de l’éclairage sur la chaussée. Par ailleurs, nous avons mis en oeuvre une expérimentation avec sujets en réalité virtuelle couplée à de l’eye-tracking pour savoir où les usagers regardent sur le sol lors de leurs déplacements. Elle nous a permis d’étudier l’influence de la modalité de déplacement (piéton, cycliste, automobiliste) sur l’angle d’observation moyen en milieu urbain nocturne. Des calculs d’éclairage et des mesures sur site ont ensuite été effectués en utilisant les angles d’observation moyens obtenus par type d’usagers pour différentes situations d’éclairage avec différents revêtements routiers. Cela nous a permis d’une part d’étudier l’influence de la surface de la route et de ses propriétés photométriques. D’autre part, ceci nous a servi à analyser si ces différences d’angle d’observation impliquent de revoir les standards actuels de dimensionnement de l’éclairage pour prendre en compte tous les usagers de la route et de l’espace urbain.