Soutenance de thèse de Benjamin LEGRAND le 11/12/2025 : Reproduction en environnement virtuel de scènes urbaines nocturnes

Rendez-vous le 11 décembre 2025 à 09h00

Lieu : ENTPE – 3 rue Maurice Flandin à Vaulx-en-Velin (69120)

Reproduction en environnement virtuel de scènes urbaines nocturnes pour l’évaluation de la qualité de l’éclairage urbain.

Virtual environment reproduction of nighttime urban scenes for urban lighting quality assessment

Composition du jury proposé :

M. Raphaël LABAYRADE - Professeur ENTPE, ENTPE / LTDS - Directeur de thèse
M. Gaël OBEIN - Professeur des universités, LNE - CNAM / EPN03 - Rapporteur
M. Vincent BOUCHER - Directeur de recherche, Cerema Angers / Équipe Éclairage et Lumière - Rapporteur
Mme Kynthia CHAMILOTHORI - Maîtresse de conférences, Eindhoven University of Technology / Industrial Engineering and Innovation Sciences - Examinatrice
Mme Céline VILLA - IDTPE Chercheure, Université Gustave Eiffel / COSYS - PICS-L - Co-encadrante de thèse
M. Guillaume LAVOUE - Professeur des universités, Centrale Lyon ENISE / LIRIS - Examinateur

Résumé

L’éclairage public vise à éclairer les lieux pour les Hommes en fonction de leurs usages (e.g. éclairage routier, éclairage urbain, mise en valeur architecturale). L’éclairage de demain se doit de concilier divers enjeux tels que la réduction des consommations d’énergie, la limitation de l’impact sur l’environnement et la santé, tout en préservant la sécurité routière et la sécurité des lieux et des personnes la nuit. Ainsi, de nouvelles stratégies d’éclairage public sont mises en place. Néanmoins, il est nécessaire d’évaluer la qualité de l’éclairage de ces stratégies, notamment sur les usagers piétons. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse visent à évaluer la qualité de l’éclairage de scènes urbaines nocturnes pour ces usagers. L’évaluation de la qualité de l’éclairage peut se réaliser de deux façons. La première consiste à recueillir les jugements subjectifs de participants, par exemple via des démarches de consultation citoyenne. La seconde s’appuie sur des mesures physiques de l’environnement lumineux permettant de mettre en œuvre des modèles de perception visuelle. Dans l’objectif de fournir des outils permettant d’évaluer la qualité de l’éclairage via des jugements subjectifs et / ou via des mesures physiques, tout en garantissant une facilité de déploiement, les travaux de thèse exploitent des images provenant d’un appareil photographique numérique. Ces images servent d’une part à réaliser des tests psychovisuels en environnement virtuel et, d’autre part, à estimer la répartition de grandeurs physiques dans le champ de l’appareil de prise de vue. Durant les travaux de la thèse, les ressentis subjectifs de la qualité de l’éclairage (e.g. perception de l’ambiance lumineuse et sentiment de sécurité) ont été recueillis dans trois scènes urbaines nocturnes présentant des caractéristiques variées, sur site, et en environnement virtuel (images affichées sur un écran), puis les évaluations ont été comparées entre elles afin de valider l’usage de l’environnement virtuel pour l’évaluation de la qualité de l’éclairage. Les expériences réalisées suggèrent que l’utilisation d’environnements virtuels pour recueillir des jugements subjectifs dans le cadre de scènes urbaines nocturnes est envisageable ; résultat à confirmer en particulier sur les critères relatifs à la perception (e.g. luminosité, visibilité). Concernant l’acquisition de données photométriques et radiométriques à l’aide d’un appareil photo numérique, plusieurs méthodes ont été proposées et expérimentées. Les résultats indiquent que des outils s’appuyant en partie sur l’état de l’art (e.g. SVD) peuvent être utilisés pour l’acquisition de données photométriques ; par ailleurs, enrichir les données RVB (i.e. via des triplets RVB additionnels obtenus au travers de filtres colorés positionnés devant l’objectif) permet d’obtenir des estimations radiométriques suffisamment fidèles aux scènes urbaines nocturnes caractérisées.

Abstract

Public lighting aims to illuminate spaces for people according to their uses (e.g., road lighting, urban lighting, architectural enhancement). The lighting of tomorrow must reconcile various challenges, such as reducing energy consumption, limiting environmental and health impacts, while maintaining road safety and the safety of places and people at night. As a result, new public lighting strategies are being implemented. However, it is necessary to assess the quality of lighting provided by these strategies, particularly for pedestrian users. The work presented in this thesis therefore aims to evaluate the quality of lighting in nocturnal urban scenes for these users. The evaluation of lighting quality can be carried out in two ways. The first involves collecting subjective judgments from participants, for example through citizen consultation processes. The second relies on physical measurements of the luminous environment, enabling the implementation of visual perception models. With the goal of providing tools to assess lighting quality through subjective judgments and/or physical measurements, while ensuring ease of deployment, the thesis work uses images captured with a digital camera. These images are used both to conduct psychovisual tests in a virtual environment and to estimate the distribution of physical quantities within the camera’s field of view. During the thesis, subjective perceptions of lighting quality (e.g., perception of luminous ambiance and sense of security) were collected in three nocturnal urban scenes with varied characteristics, both on-site and in a virtual environment (images displayed on a screen). The evaluations were then compared to validate the use of the virtual environment for assessing lighting quality. The experiments suggest that using virtual environments to collect subjective judgments for nocturnal urban scenes is feasible; a result to be confirmed, particularly regarding perception criteria (e.g., brightness, visibility). Regarding the acquisition of photometric and radiometric data using a digital camera, several methods were proposed and tested. The results indicate that tools partially based on the state of the art (e.g., SVD) can be used for photometric data acquisition; furthermore, enriching RGB data (i.e., through additional RGB triplets obtained using colored filters placed in front of the lens) allows for sufficiently accurate radiometric estimates of the characterized nocturnal urban scenes.