Énergétiquement optimisé, individuellement personnalisé.

Cette réalisation s’inscrit dans un projet plus vaste.
C’est le premier prototype d’un projet ( peut-être fictif ) dont l’ambition nécessiterait quelques années de développement.
Je me suis construit un sénario dans lequel l’exercice de ce semestre est la première étape.

Imaginons…

Imaginons,

Vous parcourez un site marchand, vous choisissez un modèle de luminaire comme vous en avez l’habitude, puis le site vous demande 3 ou 4 informations supplémentaires à propos du lieu où allez disposer votre lampe.

À partir de ces trois petites choses, le site vous propose une représentation de votre pièce avec le luminaire. Cette représentation où les surfaces (mur, plancher, surface de travail) sont mappées, subdivisées en gros pixels superposés aux murs, planchers plafond et autres surfaces de travail. Vous pouvez « allumer » ou «éteindre » chacun d’entre eux. Dès lors, chaque pixel éteint ou ré-allumé modifie la forme du luminaire de manière à ce que ces zones, ces surfaces reçoivent la lumière de l’ampoule, ou non.

Le pré-supposé, c’est qu’il existe des zones que nous ne souhaitons pas voir éclairés, comme nos écran, pour cause de reflets, ou parfois nos outils qui projettent des ombres sur les objet sur lesquels ils travaillent, comme nos mains qui projettent une ombre sur notre dessin.

Ou, plus radicalement : l’énergie diffusé dans toutes les directions sont parfois considérés comme perdu, Si nous pouvons réorienter cette lumière vers les lieux que nous souhaitons éclairés. On obtient alors un système, où l’on éclaire mieux les espaces souhaités ou qui diminue l’énergie consommé pour une même quantité d’éclairage.

L’autre préoccupation motivant le sujet sont ces luminaires trop souvent contre productif sur le marché. Trop d’entre eux absorbent la lumière dans l’opération de diffusion ce qui constitue un gâchis d’énergie absurde. Reporté sur la densité d’ampoule présente autour de nous, j’imagine que cela représente une perte sèche non-négligeable.
Donc la deuxième contrainte pour ce lumière est d’absorber le moins de lumière possible tout en jouant son rôle de « diffuseur » qui est sa fonction première : à savoir : éviter de s’exposer les yeux à la lumière directe si notre regard s’arrête un instant sur la lampe elle-même. -Fonction et raison d’être de luminaire-

Donc, le but est de diffuser sans perte et de concentrer la lumière là où on le veux. C’est donc un travail de réorientation de la lumière, de contrôle, de manipulation.

Évidement dans le design, on commence par prendre un matériaux claire pour ça : blanc. Il sera parfois judicieux de prendre des surfaces miroitantes, mais quoiqu’il arrive il faut que TOUT les rayons frappent au moins une fois une surface blanche pour être diffusé, dilué AVANT de sortir du luminaire pour éviter tout éblouissement.

Voici la démarche de design de ce premier prototype :
Il aura une forme qui laissera intégralement sortir la lumière sans aucun obstacle tout en aillant le potentiel de dévier la lumière localement.
Imaginons une sphère englobant la source lumineuse ponctuelle (une ampoule…). Il faut avoir choisi une certaine portion d’arc de cette sphère et supprimer tout les rayons qui intercepterait cette portion d’arc. Plus particulièrement : selon le deuxième axe de notre projet, nous n’allons pas « supprimer » ces rayons, mais les dévier vers des directions (des portions d’arc de la sphère) vers lesquelles nous acceptons de recevoir ensuite la lumière.
Pour minimiser l’énergie perdu à chaque fois qu’un rayon frappe une surface avant de sortir définitivement du luminaire, nous lui opposerons une surface doté de l’angle minimum nécessaire à le dévier hors du rayon d’arc « éteint ».

Étant-donné la complexité, nous nous arrêterons à un état incomplet de ce modèle :
Nous proposerons une forme qui n’intercepte AUNCUN rayon (ou tout du moins le minimum possible) mais offrira la possibilité de lui ajouter AISÉMENT le pouvoir de dévier localement des rayons avec l’angle le plus faible possible. Nous construirons pas non-plus la relation entre les zones d’ombre (les pixels mapés sur les murs et surfaces de la pièce) et la modification locale de la forme nécessaire à dévier les rayons qui la concerne (pas cette fois-ci du moins)

Ce modèle-ci, nous l’avons obtenu.

À partir de maintenant, nous cessons « d’imaginer » et nous observons. (également, je cesserais de parler à la quatrième personne)

Observons

Voici la construction logique de ce modèle.

Après quelques esquisses sur papier, je sais quelle topologie de forme adopter pour satisfaire les objectifs d’écris ci dessus :

C’est une sphère dans laquelle s’inscrivent des stores orientés de manière radial vers la source lumineuse. En dédoublant ou faisant pivoter un store localement on dévie la lumière avec un angle minimum.

Tout a été écrit dans grasshopper et rien de dessiné dans Rhinoceros3D.
On créer un point qui nous sert de centre du monde. Puis un second défini par rapport au premier plus haut. C’est le centre virtuel de la source lumineuse. Nous l’appelrons « focale ».

On dessine une ampoule avec une sphère et un cylindre pour avoir une idée des grandeurs.

Puis on définit un cercle qui représente la grandeur de notre objet avec pour centre notre point de centre du monde.
On construit un cercle qui prend pour centre la focale. Pour définir son rayon on le soumet de manière ce que la distance entre les deux points d’intersection entre les deux cercles soit égale au diamètre de l’ampoule plus une marge de confort. On s’assure que l’on pourra faire entrer l’ampoule sans complication.

Ces deux cercles représente la limite intérieur et extérieur des plans que constituent les stores. On choisit une distribution hétérogène des stores que l’on contrôle grace à la fonction « Evaluate Curve » et à un slider à deux dimensions. Ces points permettent de définir le rayon de deux séries de polygones sur lesquels on appliquera la fonction « loft » pour générer les surfaces.

Le plus gros apprentissage acquis au cours de cet exercice concerne la fonction « path mapping » qui permet de « manager » la structure d’un arbre de donnée dans grasshopper. C’est une connaissance longtemps ressenti comme necessaire et manquante qui a été utilisé 11 fois dans cette définition.

Dernière affaire et pas des moindres, créer les pièces qui solidariserons ces surfaces, ces « stores ». Elles ne doivent interagirent qu’un minimum avec la lumière et être indexé sur les dimensions des stores selon que l’on choisi tel ou tel instance du modèle. Il faut éviter de devoir redimensionner ces nouvelles pièces lorsqu’on modifie la lampe (comme le diamètre du cercle extérieur par exemple). Il faut maximiser dans la définiton les relations entre ces pièces de structure / de solidarité et les stores.

Puis nous crééons les encoches entre chacune de ces pièces…
…Avant de les coucher toutes dans le plan XY afin d’obtenir notre fichier de découpe.

Reste à découper et assembler.

Comme annoncé, ce modèle ne filtre pas encore sélectivement la lumière. Pour autant il est déjà fonctionnel : en effet, placer la source lumineuse à l’emplacement de la focale revient à s’assurer d’être ébloui en regardant la lampe. En revanche, il suffit de décaler légèrement vers le haut ou le bas sur l’axe vertical la source lumineuse pour passer à un objet complètement dysfonctionnel à parfaitement fonctionnel et optimisé. D’une part, la lumière ne pourra plus sortir du luminaire sans avoir frappé un store, et ce, dans toutes les directions. D’autre part, l’angle entre la direction du rayon lumineux et celui du plan du store est minimum, occasionnant une perte d’énergie minimum.

Note supplémentaire : Des fonctions python ont été écrites pour calculer des distances horizontales et par ailleurs verticales.
Des clusters ont été constitués et non développés sur l’image de la définition.

Voici le modèle Grasshopper :
Modèle Grasshopper hébergé sur Dropbox
Aucun fichier Rhinoceros que je pourrais fournir n’est nécessaire pour sa lecture dans Rhino.