Conception et intégration d'un système de vision pour la gestion du confort visuel dans le bâtiment

= Design and integration of a vision system for the management of the visual comfort in buildings

• Auteur / Autrice : Maximilien Leclercq
• Direction : Eric Bideaux, Cédric Anthierens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AMPERE - Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie Environnementale et Applications (Rhône) - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Mécaniques et des Matériaux (Toulon)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécatronique

Capteurs (technologie)

Logique floue

Commande automatique

Domotique

Résumé

L'un des aspects de la réduction de la consommation d'énergie dans l'habitat concerne l'éclairage. Toutefois, celle-ci ne peut s'entendre qu'en tenant compte du confort visuel des occupants en fonction de la tâche réalisée, en particulier dans le tertiaire. L’étude de la perception humaine amène à conclure que l’éclairage naturel est la solution qui assure le meilleur confort. Toutefois, la gestion de la lumière du soleil est difficile et l’évaluation du confort reste subjective. Ce travail de thèse a abouti au développement d'une instrumentation innovante permettant de mesurer plusieurs critères ainsi qu'un indice de confort visuel et de piloter une ambiance visuelle tout en favorisant les apports naturels. Le capteur de confort visuel développé repose sur des informations produites par une caméra grand angle de type "fish-eye". Les images fournies permettent d'évaluer des critères globaux (luminance moyenne et barycentre des luminances) et locaux (points éblouissants et zones de fort contraste). Ceux-ci sont ensuite agrégés à l'aide d'un noyau flou afin de déterminer un indice de confort ; cette approche permet de tenir compte de la subjectivité de la notion de confort. La gestion du confort est réalisée en pilotant deux types d'actionneurs : des stores vénitiens et des luminaires. La commande mise en œuvre est basée sur une structure à boucles imbriquées permettant de contrôler les différents niveaux d'information de ce système : physique, optique, critères et indice de confort. S'appuyant sur un ensemble de modèles obtenus par identification, la structure de commande permet d'assurer la robustesse vis-à-vis des erreurs de modélisation et le rejet des perturbations. Ces développements ont été testés et validés expérimentalement dans une salle de type "openspace".

One aspect of the energy consumption reduction in buildings concerns the lighting. It cannot be considered without taking into account the visual comfort of people according to the task done, in particular in the tertiary sector. The study of the human perception leads to the conclusion that the natural lighting is the solution that allows the best comfort. However the management of the daylighting is difficult and the evaluation of the comfort remains subjective. This PhD work has led to the development of innovative equipments that allow firstly to measure several comfort criteria and thus to extract a comfort index, and secondly to implement the control of the visual ambiance while minimizing the energy consumption. The implemented comfort sensor relies on the extraction of information from images taken by a fish-eye camera in order to measure global (mean luminance, and barycentre of the luminance), and local criteria (dazzling points, and high contrast zones). These criteria are aggregated using fuzzy logic in order to determine a comfort index; this approach taking naturally into account the subjectivity among people of the concept of comfort. The management of the visual comfort relies on the control of two types of actuators: Venietian blinds and artificial lights. The implemented control is based on a structure with imbricate loops that allows the control of the different levels of information in this system (physical, optical, comfort criteria and index). It uses a set of models resulting from identification procedures and it is defined in order to reach a good robustness in regards with the model uncertainties and to reject perturbations. These implementations have been tested and validated experimentally within a room of openspace area type.