Introduction

En conception lumière, l’éclairage ne se limite pas à l’atteinte de niveaux d’éclairement spécifiques ; le confort visuel est tout aussi primordial. La conception d’éclairage sportif englobe de nombreux paramètres, dont l’éclairement horizontal, l’éclairement vertical, l’uniformité, l’éblouissement et le gradient d’uniformité. Parmi ceux-ci, l’éclairement horizontal est la mesure fondamentale fréquemment utilisée, tandis que l’éclairement vertical est principalement employé pour les sites nécessitant des retransmissions en direct haute définition ou une couverture télévisée. L’uniformité, l’éblouissement et le gradient d’uniformité ont un impact direct sur le confort visuel. Si l’uniformité d’éclairage (Qu’est-ce que l’uniformité de l’éclairage ? Et comment l’améliorer ?) est un concept familier à de nombreux professionnels, le gradient d’uniformité reste un paramètre relativement spécifique. Bien que mentionné dans des normes telles que EN12193 et ​​RP-6-15, les explications détaillées font souvent défaut. Cet article s’attachera à expliquer ce que sont l’uniformité d’éclairage et le gradient d’uniformité, ainsi que leurs formules de calcul. Parallèlement, nous utiliserons la conception d’éclairage sportif de ZGSM comme exemple pour analyser l’obtention de ces deux résultats de calcul. Passons maintenant au corps du texte afin d’approfondir ces paramètres clés, notamment le gradient d’uniformité, qui définissent un éclairage sportif de qualité.

Qu’est-ce que l’Uniformité d’éclairage ?

En éclairage sportif, l’uniformité de l’éclairement est le critère principal pour évaluer la constance de la distribution de la lumière sur l’ensemble du terrain. Elle englobe plusieurs indicateurs d’évaluation, tels que U1 et U2. Basée sur l’uniformité de l’éclairement vertical et horizontal, elle se subdivise en U1hor, U1vert, U2hor et U2vert. Prenons l’exemple de U2hor, l’indicateur le plus courant de la norme EN 12193 : il représente le rapport entre l’éclairement minimal et l’éclairement moyen sur l’aire de jeu. Cet indicateur permet de déterminer si l’éclairement est uniforme sur le terrain ; idéalement, U2hor = 1. Une valeur inférieure révèle souvent la présence de zones excessivement claires ou sombres. Selon la norme EN 12193, la plupart des terrains de classe d’éclairage I exigent un U2hor > 0,7, les exigences étant toutefois réduites pour les classes inférieures. L’obtention de normes d’uniformité élevées repose sur une conception optique précise et des calculs de simulation rigoureux. Les simulations d’éclairage permettent d’optimiser la disposition des luminaires, notamment le choix de la hauteur des mâts, les angles de faisceau, ainsi que la puissance et la distribution de la lumière. De plus, l’utilisation de lentilles asymétriques (distribution de la lumière) assure un éclairage uniforme sur l’ensemble du terrain tout en réduisant l’éblouissement. Bien entendu, cela repose en grande partie sur une conception produit irréprochable (principalement en matière de distribution de la lumière). En tant que fabricants de LED, garantir une uniformité conforme aux exigences des plus grandes compétitions internationales (telles que la FIFA et la FIBA) nécessite une combinaison indispensable de qualité produit, de distribution de la lumière (qu’est-ce que la distribution de la lumière ?) et de simulation d’éclairage.

Qu’est-ce que le gradient d’uniformité ?

Le gradient d’uniformité (GU) est également utilisé pour mesurer l’uniformité de l’éclairage sportif. Cependant, contrairement à l’uniformité d’éclairage, le GU calcule la différence d’éclairement entre le point de mesure et ses quatre points adjacents. Cette mesure quantifie le taux de diminution des valeurs entre les points de mesure. Dans les sports rapides, la vitesse réelle de la cible visuelle (ballon) doit être discernable pour permettre aux athlètes de réagir de manière appropriée. Si des variations soudaines surviennent dans les niveaux d’éclairage sur un terrain de sport, les cibles se déplaçant rapidement et passant d’un niveau d’éclairage à un autre peuvent sembler accélérer ou décélérer, ce qui nuit à leur jugement. Plus précisément, le gradient d’uniformité mesure le taux de variation des valeurs entre les points de mesure adjacents (horizontaux, verticaux ou diagonaux). La valeur du gradient d’uniformité dans le rapport indique le rapport le plus élevé, ou le taux de variation le plus important. De nombreux praticiens constatent que le taux de variation (valeur GU) varie avec la distance entre les points de mesure. Par conséquent, le tableau ci-dessous, présentant les limites du GU pour différentes vitesses sportives, démontre que des distances plus importantes permettent des seuils de valeur GU admissibles plus élevés. L’application pratique de ZGSM a également montré que des espacements de grille plus importants produisent généralement des valeurs UG calculées plus élevées. La valeur UG est exprimée sous forme de ratio numérique ; dans les rapports Dialux (Qu’est-ce que Dialux et son application à l’éclairage public et sportif ?), elle désigne le ratio le plus élevé ou le taux de variation le plus important.

Comment calcule-t-on l’uniformité de la lumière et le gradient d’uniformité ?

Grille de calcul

Pour mesurer/calculer l’éclairement ou la luminance (voir la différence entre éclairement et luminance) sur les surfaces de référence considérées, il est nécessaire de disposer d’une grille de mesure et de points de mesure conçus scientifiquement, également appelés grille ou points de calcul. La norme EN 12193 spécifie des grilles de mesure particulières pour les installations sportives (telles que les pistes d’athlétisme). Elle définit ainsi les surfaces de référence et le nombre de points de la grille dans deux directions par rapport à ces surfaces pour différentes disciplines sportives. Cette norme établit les principes de division de la grille de mesure ; par exemple, lorsque le rapport longueur/largeur (L/L) du terrain ne doit pas dépasser 2:1, l’espacement P entre les points peut être déterminé par la formule P = 0,2 × 5 × log L, confirmant ainsi la densité de la grille. Prenons l’exemple d’un court de tennis de 36 m × 18 m. Le calcul de P = 2,447 m donne M ≥ D/P = 14,7, confirmant ainsi M = 15. De même, le calcul de N, N ≥ 18/2,447 = 7,36 (le nombre impair le plus proche étant 9), donne 15 × 9 points de mesure. Pour des dimensions de court différentes, la norme EN 12193 recommande également un nombre de points de mesure correspondant. Par exemple, un terrain de football de 105 m × 68 m donnerait 21 × 15 points selon la formule ci-dessus, alors que la norme EN 12193 spécifie 21 × 13 points de mesure – un léger écart par rapport à la méthode de calcul standard.

Formule de calcul de l’uniformité d’éclairage

L’uniformité de l’éclairement est mesurée par deux indicateurs : U1 (minimum/maximum) et U2 (minimum/moyenne). L’éclairement est décomposé en composantes horizontale et verticale ; U1 est donc subdivisé en U1 hor et U1 vert, et U2 en U2 hor et U2 vert. Les quatre formules suivantes, accompagnées de leurs principes directeurs respectifs, sont fournies. Équation 1 : U1hor = Emin hor / Emax hor. U2hor vise à éliminer simultanément les zones d’ombre trop sombres et les zones trop claires, pour une homogénéité lumineuse optimale. Emin/Emax ne peut tendre vers la valeur idéale de 1 que si la zone d’éclairage ne présente ni zones trop claires ni zones trop sombres. Équation 2 : U2hor = Emin hor / Eave hor. U1hor privilégie l’homogénéité de la luminosité globale pour éviter les zones sous-exposées, l’objectif étant que Emin se rapproche de Eave. Équation 3 : U1vert = Emin vert / Emax vert, et équation 4 : U2vert = Emin vert / Eave vert. Pour les terrains nécessitant des retransmissions en direct, l’éclairement vertical (Éclairement vertical et pourquoi est-il important dans l’éclairage sportif ?) doit répondre aux spécifications. Le respect des valeurs U1vert et U2vert permet d’éviter les zones sous-exposées ou surexposées sur les visages et les tenues des joueurs.

Formule de calcul du gradient d’uniformité

En calculant la différence d’éclairement entre chaque point de la grille de mesure et ses points voisins (généralement dans les quatre directions), on évalue l’homogénéité de la distribution lumineuse. La formule est la suivante : Gradient d’uniformité = Max(| Ep – Eneighbour |/Ep). Il faut donc d’abord définir la grille de mesure. Le gradient d’uniformité (GU) est calculé pour chaque point Ep de la grille en déterminant le taux de variation de sa valeur par rapport aux quatre points adjacents situés au-dessus, en dessous, à gauche et à droite. Ce calcul permet d’obtenir la valeur du gradient d’uniformité pour chaque point et de vérifier ainsi si la valeur globale du GU du court est conforme aux normes. Par exemple, pour un court de tennis standard, notre simulation d’éclairage (service de simulation d’éclairage ZGSM) fournit les valeurs d’éclairement pour chaque point calculé, comme illustré sur le schéma. Pour calculer la valeur du GU du point marqué en rouge, on obtient : GUgauche = 9,2 %, GUdroite = 22,8 %, GUhaut = 1,2 %, GUbas = 2,4 %. Ainsi, UGmax = 22,8 %. Dialux fournit également des résultats correspondants, indiquant UG = 22 %, ce qui est cohérent avec le résultat calculé (le léger écart provient de l’arrondi).

Comment améliorer le gradient d’uniformité (UG) dans l’éclairage sportif ?

Existe-t-il un lien entre l’uniformité d’éclairage et son gradient ? Une meilleure uniformité d’éclairage implique-t-elle nécessairement un gradient d’uniformité plus élevé ? En réalité, le calcul montre que l’une se concentre sur l’effet global tandis que l’autre met l’accent sur des zones localisées. Dans la plupart des cas, une meilleure uniformité d’éclairage se traduit par un gradient d’uniformité plus faible, mais la relation entre les deux n’est pas linéaire. De plus, il est généralement admis que des projecteurs moins nombreux mais plus puissants produisent des transitions lumineuses plus artificielles, semblables à celles d’un éclairage scénique. Par conséquent, l’utilisation d’un plus grand nombre de projecteurs LED (projecteurs LED ZGSM) peut améliorer le gradient d’uniformité. Nous allons maintenant examiner deux scénarios pour illustrer ce point.

Meilleure uniformité pour un meilleur gradient d’uniformité (GU)

Voici une simulation d’éclairage d’un court de tennis. L’image de droite illustre une distribution lumineuse symétrique, révélant une faible uniformité d’éclairage. Dans Dialux, nous avons calculé simultanément le gradient d’uniformité (GU). Les résultats montrent que de nombreux points dépassent désormais 20 %, certains atteignant même plus de 60 %. Pour une meilleure uniformité d’éclairage, ZGSM recommande une distribution lumineuse asymétrique pour ce type de courts. Comme le montre l’image de gauche ci-dessous, l’uniformité d’éclairage atteint 0,7, tandis que le GU ne dépasse 20 % que sur une petite portion de la surface, avec une valeur maximale de 32 % – nettement inférieure à celle de l’autre configuration d’éclairage. En résumé, l’utilisation d’une distribution lumineuse asymétrique sur ces courts permet d’obtenir une uniformité d’éclairage idéale tout en réduisant significativement le GU, minimisant ainsi les variations brusques d’intensité lumineuse. De plus, la distribution asymétrique réduit l’éblouissement, améliorant le confort visuel des utilisateurs. Contactez ZGSM pour plus d’informations sur la réduction de l’éblouissement dans l’éclairage sportif.

Évitez d’utiliser un petit nombre de projecteurs sportifs de forte puissance

Pourquoi peut-on obtenir une valeur UG plus faible en n’utilisant pas un petit nombre de projecteurs sportifs de forte puissance ? La raison est simple : utiliser davantage de projecteurs permet d’obtenir une meilleure uniformité d’éclairage. D’après notre analyse précédente, nous pouvons ainsi obtenir de meilleurs résultats en termes de gradient d’uniformité. Mais si l’uniformité reste la même, les résultats UG seront-ils également identiques ? La simulation d’éclairage suivante analyse deux scénarios. Le premier utilise 24 projecteurs de grande hauteur Glomax de 1500 W (Luminaire LED à haut Mât ZGSM Glomax), ce qui donne des valeurs d’uniformité de U1=0,47 et U2=0,71. Le second utilise 48 projecteurs Glomax de 750 W sur mâts, atteignant U1 = 0,46 et U2 = 0,71. Les deux scénarios présentent une uniformité comparable, avec des niveaux d’éclairement d’environ 500 lux. Cependant, l’examen du tableau du gradient d’uniformité révèle des différences substantielles : le premier scénario atteint UGmax = 50 %, tandis que le second n’atteint que 36 %. De plus, ce dernier ne montre qu’une poignée de points calculés dépassant 20 %.

Conception d’éclairage sportif LED ZGSM

Résumé

En matière d’éclairage sportif, l’uniformité et le gradient d’uniformité de la lumière sont deux concepts fondamentaux, mais souvent confondus. L’uniformité d’éclairage mesure la constance globale de la distribution de la lumière sur l’ensemble du site, généralement évaluée par le rapport entre l’éclairement minimal et l’éclairement moyen (U2). Le gradient d’uniformité, quant à lui, se concentre sur les détails locaux, en calculant le taux de variation de l’éclairement entre des points de mesure adjacents afin de refléter la fluidité des transitions lumineuses. Ces deux calculs s’appuient sur des grilles de mesure spécifiées par des normes telles que la norme EN 12193 (Plus d’informations sur la norme EN 12193). L’évaluation de l’uniformité est relativement globale, tandis que l’analyse du gradient d’uniformité est plus fine, nécessitant un examen individuel des variations de luminance entre chaque point de la grille et ses voisins. Dans le texte principal, nous constatons que les terrains de sport présentant une uniformité lumineuse élevée affichent généralement des gradients d’uniformité plus élevés. Cependant, il existe des exceptions. Par exemple, les terrains de sport éclairés par un nombre réduit de luminaires de forte puissance peuvent présenter un gradient d’uniformité plus important, même si l’uniformité de l’éclairement est équivalente et conforme aux exigences. En résumé, une conception d’éclairage sportif de haute qualité requiert une prise en compte globale de l’uniformité et du gradient d’uniformité de la lumière. Ce n’est que par une sélection rigoureuse de la distribution de la lumière, des calculs de simulation et un choix et une disposition judicieux des luminaires que nous pourrons parvenir au scénario d’éclairage idéal : une uniformité lumineuse élevée associée à un faible gradient d’uniformité.

Questions fréquemment posées

Présentation de l’auteur