Cette recherche développe des ambiances bénéfiques grâce à l'intégration de stratégies biophiliques comprenant l'éclairage naturel, l'éclairage électrique et l'application de couleurs de surface pour répondre au bien-être des individus dans un contexte architectural nordique isolé. Les occupants des régions nordiques sont confrontés à plusieurs défis climatiques, notamment des températures froides et une exposition limitée à la lumière du jour durant l'hiver, qui les obligent à habiter principalement des espaces intérieurs, ce qui les sépare physiquement de la nature. Cette situation a des effets notables sur plusieurs processus physiologiques, y compris la performance visuelle et circadiennes, tout en influençant les expériences spatiales qui se manifestent par des réactions émotionnelles. Les conditions intérieures doivent donc contribuer à compenser les besoins photobiologiques et psychologiques pour favoriser la satisfaction environnementale des êtres humains. Dans le cadre de l'amélioration de la conception biophilique dans un contexte nordique grâce à l'intégration des applications de lumière et de couleur, cette recherche poursuit les objectifs suivants : (1) établir les avantages physiologiques et perceptuels potentiels des différents types d'éclairage et de couleur de surface chez les occupants d'une architecture biophilique dans les climats nordiques, (2) déterminer une méthode de reproduction à distance et une évaluation numérique des attributs photobiologiques et spatiaux des effets de la lumière et de la couleur dans un contexte nordique, (3) évaluer la performance photobiologique de la configuration des couleurs de la surface dans le cadre de stratégies d'éclairage distinctes, (4) déterminer une méthode de reproduction à distance et une évaluation numérique des attributs spatiaux des effets de la lumière et de la couleur dans des lieux éloignés et (5) évaluer les attributs spatiaux de la configuration des couleurs de la surface dans le cadre de stratégies d'éclairage et de sources lumineuses distinctes. Cette thèse explore plusieurs théories sur les effets de la lumière et de la couleur sur les dimensions physiologiques et perceptuelles du bien-être humain. Elle examine également les méthodes existantes de visualisation de la lumière et des couleurs et présente un cadre et une méthode de conception fondés sur des données probantes et faisant appel à des techniques avancées et analogiques. Il permet la reproduction et l'évaluation descriptive des impacts photobiologiques et perceptuels de la lumière et de la couleur dans le contexte d'une architecture biophilique à distance. L'évaluation des ambiances a été réalisée à l'aide de l'imagerie à grande gamme dynamique (*en anglais : high dynamic range imaging - HDR*) et d'images en correspondance de tons (*en anglais : tone-mapped images*) obtenus à partir d'un modèle à échelle réduite présentant différentes caractéristiques d'éclairage et de couleur. Les images HDR permettent d'analyser, de calculer et de classer les effets photobiologiques en fonction de l'intensité lumineuse nécessaire à la vision et à la stimulation circadienne au cours d'une journée. Des images avec mappage de tons ont été utilisées pour évaluer les effets perceptifs possibles en analysant le contraste chromatique et de luminosité des scènes. Une nouvelle méthode de caractérisation est présentée sous la forme d'un graphique en 2D reliant les propriétés de saturation et de luminosité à des descripteurs de couleur. Les descriptions des couleurs aident à transmettre les propriétés des couleurs aux émotions probables causées par l'interaction de l'éclairage et de la couleur des surfaces intérieures qui affectent l'expérience spatiale de l'utilisateur. Cette thèse propose que les habitants des régions nordiques manifestent une profonde affinité pour la lumière et les couleurs de leur environnement immédiat. Par conséquent, il est suggéré que l'intégration de l'éclairage et de la couleur des surfaces dans les bâtiments nordiques soit basée sur les couleurs générées dans le paysage naturel afin d'assurer le confort et la satisfaction environnementale. Les expériences menées révèlent que l'application de couleurs sur les surfaces intérieures dans le cadre de stratégies d'éclairage distinctes, qu'elles soient naturelles ou électriques, s'aligne sur les besoins photobiologiques humains et répond potentiellement aux exigences perceptuelles des occupants. Les résultats révèlent que les ambiances colorées des surfaces, sous un ciel couvert du nord, peuvent fournir les conditions d'éclairage nécessaires à la stimulation circadienne. En outre, les espaces présentant des combinaisons distinctes de couleurs de surface dans le cadre de différentes stratégies d'éclairage permettent de générer une large gamme d'ambiances répondant à différentes conditions d'éclairage pour les tâches visuelles et les besoins circadiens au cours d'une journée. Il est également plausible d'affirmer que l'emplacement de l'éclairage par rapport au point de vue de l'observateur et le type de source lumineuse peuvent générer des attributs distincts de lumière et de couleur, susceptibles d'évoquer différentes émotions chez les occupants. Les présentes analyses exploratoires et descriptives permettent de mieux comprendre l'importance de la lumière et des couleurs dans les communautés nordiques et leur application potentielle à l'architecture nordique. La méthode pourrait aider les architectes et les concepteurs dans leur pratique professionnelle à caractériser une ambiance en fonction des besoins visuels et non visuels, et des expériences souhaitées en fonction du programme architectural. La combinaison des méthodes présentées dans cette recherche est cruciale pour comprendre l'impact de l'architecture au cours du processus de conception à distance. Cette recherche démontre les avantages potentiels de la conception biophilique, en particulier l'éclairage et la couleur, pour améliorer les conditions intérieures de l'architecture nordique. / This research develops positive ambiances through the integration of biophilic strategies including daylighting, electric lighting, and surface colour applications to respond to individuals' well-being in remote northern architecture. Northern occupants encounter several climate challenges including cold temperatures and limited daylight exposure compelling individuals to mainly inhabit indoor spaces, resulting in a physical separation from nature. This circumstance exerts notable effects on several physiological processes, encompassing visual and circadian functions, while also influencing the spatial experiences manifested in emotional responses. Indoor conditions therefore should compensate photobiological and emotional needs to promote humans' environmental satisfaction. In the context of enhancing biophilic design in a northern context through the integration of light and colour applications, this research endeavours the following objectives: (1) to establish the potential physiological and perceptual benefits of light and colour patterns in occupants inhabiting biophilic architecture in northern climates, (2) to determine a remote reproduction method and numerical evaluation to photobiological and spatial attributes of light and colour effects under a northern context, (3) to evaluate the photobiological performance of surface colour configuration under distinct lighting strategies, (4) to determine a remote reproduction method and numerical evaluation of spatial attributes of light and colour effects in remote locations and (5) to evaluate the spatial attributes of surface colour configuration under distinct lighting strategies and light sources. This dissertation explores several theories of light and colour effects on humans' well-being physiological and perceptual dimensions. It also discusses the existing methods of visualization of light and colour and introduces an evidence-based design framework and method employing advanced and analog techniques. It permits replication and descriptive evaluation of the photobiological and perceptual impacts of light and colour within the context of remote biophilic architecture. The assessment of ambiances was conducted using high dynamic range (HDR) and tone-mapped images obtained from a reduced scale model with different lighting and colour characteristics. HDR images permit analyzing, computing, and classifying the photobiological effects according to light intensity required for vision and circadian stimulation over a day. Tone-mapped images have been used to evaluate possible perceptual effects by analyzing the chromatic and brightness contrast of the scenes. A novel characterization method is presented as a 2D chart relating saturation and brightness properties to colour descriptors. The colour descriptions help to convey colour properties to likely emotions caused by the interaction of lighting and indoor surface colour that affect the user's spatial experience. This thesis dissertation states that inhabitants of northern regions exhibit a profound affinity for the light and colours of their immediate surroundings. Consequently, it is suggested that the incorporation of lighting and surface colour in northern buildings should be based on the colours generated in the natural landscape to achieve comfort and environmental satisfaction. The conducted experiments reveal that the application of colour on interior surfaces under distinct lighting strategies, whether natural or electric, aligns with human photobiological needs and potentially addresses the perceptual requirements of occupants. The experiments conducted in this research unveil that surface colour ambiances, under a northern overcast sky, can provide the necessary lighting conditions for circadian stimulation. Furthermore, spaces with distinct surface colour combinations under different lighting strategies permit generating a wide range of ambiances responding to different lighting conditions for visual tasks and circadian needs over a day. It is also plausible to affirm that the placement of lighting concerning the observer's viewpoint and the type of light source can generate distinct attributes of light and colour, potentially evoking different emotions in occupants. The present exploratory and descriptive analyses help to comprehensively understand light and colour significance in northern communities and their potential application for northern architecture. The method could serve to assist architects and designers in the professional practice to characterize an ambiance according to visual and non-visual needs, and desired experiences according to the architectural program. The combination of methods presented in this research is crucial to understanding the impact of architecture during the remote design process. This research demonstrates the potential benefits of biophilic design, specifically lighting and colour, to improve the indoor conditions of northern architecture.

Cette thèse présente un cadre de visualisation immersif développé pour améliorer le bien-être des occupants dans les environnements bâtis de l'Arctique. La thèse préconise la biophilie dans les espaces arctiques par la visualisation des ambiances intérieures et le ratio d'accès à la vue extérieure dans le champ de vision de 360°. En outre, elle contribue au bien-être photobiologique en incorporant des techniques basées sur l'image pour analyser les conditions d'éclairage intégratives, tout en tenant compte de la distribution de la température sur les surfaces intérieures. Grâce au développement d'un processus de capture holistique et à la présentation d'informations multivariantes dans des vues immersives à 360°, la thèse aborde l'accessibilité à l'éloignement des régions arctiques pour les explorations multidisciplinaires des ambiances intérieures. Elle sert les communautés arctiques en facilitant l'interprétation des effets environnementaux pour les architectes et les décideurs du monde entier grâce à une visualisation complète. Dans l'architecture Arctique, une approche biophilique de la conception des fenêtres se heurte à des difficultés liées à des considérations climatiques telles que des hivers extrêmement froids et prolongés et des photopériodes arctiques variées. Ces conditions climatiques contribuent à générer des effets complexes liés à la lumière et à la chaleur dans les espaces intérieurs. Ces attributs intérieurs non visibles comprennent les effets d'éclairage intégrés sur les occupants et les variations de température sur les surfaces intérieures. La représentation de ces effets non visibles permet d'éclairer la prise de décision pour développer une conception biophilique dans les environnements arctiques. Cependant, l'applicabilité de la représentation des conditions d'éclairage et de température basée sur la simulation est limitée dans de tels environnements, étant donné la variabilité des paramètres influençant la perception des ambiances par rapport aux références humaines et architecturales. En outre, la réalisation d'évaluations environnementales in-situ dans les espaces intérieurs de l'Arctique présente plusieurs défis. Il s'agit notamment de l'accessibilité et de la complexité des techniques de mesure standard et, plus important encore, de l'interprétabilité des résultats concernant les causes et les effets architecturaux et environnementaux. Cette thèse aborde ces limitations en élargissant une méthodologie compréhensive, établissant des représentations environnementales à travers des évaluations in-situ dans des directions de vision à 360°. L'adaptabilité de la méthodologie aux technologies de visualisation immersive, telles que la réalité virtuelle, et sa compatibilité avec les techniques d'évaluation de la relation humain-environnement la rendent très pertinente pour le domaine plus large de l'architecture et des sciences de l'environnement. Des applications visées en architecture au-delà de l'amélioration de l'éclairage, englobant des considérations liées au confort et à l'efficacité énergétique, en particulier dans les conditions climatiques extrêmes de l'Arctique. La thèse présente un système de capture économique conçu pour les environnements immersifs à 360°, qui fournit des informations sur l'éclairage intégré, la température de surface et le ratio de l'accès à une vue sur extérieur. Explorant les possibilités d'application des paramètres photobiologiques dans les normes de bâtiment et leur représentation par des mesures basées sur l'image, la méthodologie aborde l'accessibilité et l'aspect pratique de la représentation de conditions environnementales non visibles dans des espaces intérieurs de l'Arctique situés dans des régions éloignées. La recherche développe une visualisation immersive holistique de la lumière et de la chaleur basée sur l'image pour une architecture Arctique biophilique, soulignant la nature informative de la méthode proposée à des fins de recherche et de pédagogie. La thèse présente une nouvelle approche de la visualisation des environnements architecturaux en ce quiconcerne la direction de la vue, l'amélioration de la détection de l'éclairage favourable à la santé et l'information sur les conditions thermiques à l'intérieur des espaces en fonction de la temporalité. Dans les phases finales de la thèse, l'attention se porte sur l'évolution de la technique de capture immersive aspect du design en co-création avec les communautés éloignées. En outre, la thèse encourage la recherche future en menant des expériences qui explorent la pertinence de la méthode pour les évaluations dans un grand nombre d'espaces intérieurs. Elle ouvre la voie à des avancées dans l'évaluation environnementale post-occupation, en élargissant sa pertinence pour les rénovations biophiliques dans les contextes climatiques de l'Arctique. / This thesis introduces an immersive visualization framework designed to enhance the well-being of occupants in Arctic built environments. The thesis advocates for Biophilia in Arctic spaces through visualization of indoor ambiences, and the outdoor view access ratio within the 360° field of view. Additionally, it contributes to photobiological well-being by incorporating image-based techniques for analysing integrative lighting conditions, while considering temperature distributions on interior surfaces. Through the development of a holistic capturing process and the presentation of multivariant information in immersive 360° views, the thesis addresses accessibility to the remoteness of Arctic regions for multidisciplinary explorations of indoor ambiences. It serves Arctic communities by facilitating the interpretation of environmental effects for architects and decision-makers worldwide through comprehensive visualization. In Arctic architecture, a biophilic design approach in window design encounters challenges due to climate considerations such as prolonged extreme cold winters and diverse Arctic photoperiods. Such climate conditions contribute to complex effects related to light and heat experienced within indoor environments. These non-visible indoor attributes include integrative lighting effects on occupants, and temperature variation on interior surfaces. Representing these non-visible effects informs decision-making for developing a biophilic design in Arctic environments. However, the applicability of simulation-based representation of lighting and thermal conditions is limited in such environments, given the variability of parameters influencing the perception of ambiences in relation to human and architectural references. Additionally, conducting in-situ environmental assessments in Arctic interiors presents several challenges. These include the accessibility and complexity of standard measurement techniques, and, more importantly, the interpretability of results concerning the architectural and environmental causes and effects. This thesis addresses these limitations by developing a comprehensive methodology, establishing environmental representations through in-situ assessments in 360° viewing directions. The methodology's adaptability to immersive visualization technologies, such as virtual reality, and its compatibility with human-environment assessment techniques make it highly relevant to the broader field of architecture and environmental sciences. This extends beyond lighting enhancement, encompassing considerations related to comfort and energy efficiency, especially in critical environmental conditions of the Arctic. The thesis introduces a low-cost capturing system designed for 360° immersive environments, providing all-view-direction information regarding integrative lighting, surface temperature, and the ratio of view access to outdoors in 360 degrees. Exploring opportunities in the application of Photobiological thresholds in building standards and their representation through image-based measurements, the methodology addresses accessibility and practicality in representing non-visible ambiences in remote Arctic indoors. Underscoring the informative nature of the proposed method for research and pedagogic purposes, it offers a holistic image-based immersive visualization of light and heat for biophilic Arctic architecture. The thesis results in introducing a new approach in visualizing architectural environments regarding view direction, improving the detection of health-supportive lighting and informing thermal conditions within the spaces in daily timespan. In the concluding phases of this study, attention turns to the evolution of the immersive capturing technique as a key aspect. Additionally, the thesis propels future research by conducting experiments that probe into the method's suitability for evaluations across a large number of indoor spaces. It establishes pathways for advancements in post occupancy environmental assessment, expanding its relevance to biophilic retrofits in Arctic climate contexts.

Les variations de la lumière naturelle lors du passage d’un espace à un autre caractérisent de manière complexe, mais importante le design d’un bâtiment. Cette adaptation visuelle s’inscrit dans un processus spatiotemporel et influe sur le confort et le bien-être de ses occupants. La littérature fait état du peu de connaissances de la relation lumière espace-temps. Cette recherche propose donc d’étudier cette relation spatio-temporelle existant entre la lumière et l’espace, afin de qualifier un parcours architectural au moyen d’une expérimentation in situ et de segments filmiques. La recherche combine l’utilisation d’un luminance-mètre, d’une caméra vidéo et d’une méthode d’analyse d’images numériques afin de permettre l’évaluation des qualités spatio-temporelles de la lumière. Le parcours architectural est analysé selon la diversité et l’intensité des ambiances lumineuses en fonction du temps permettant de décrire les perceptions visuelles d’espaces transitions. Cette méthode dynamique offre un potentiel d’analyse et de création aux concepteurs désireux d’enrichir le design de séquences spatiales en favorisant la diversité lumineuse dans l’expérience architecturale. Mots clefs: adaptation visuelle, analyse d’images, ambiance lumineuse, contraste, éclairage naturel, espaces transitions, lumière perception visuelle, vidéo, spatio-temporel. / Natural light characterizes architecture in a complex manner, especially when considering its fluctuations and variations whenever we experience a transition or passage from a space to another. It also influences the comfort and the well-being of its occupants. This visual adaptation appears in a process that is translated into a spatio-temporal dynamics implying body movement from space to space. The literature review recognizes the lack of knowledge in the relation light-space-time. This research proposes to study this spatio-temporal relation existing between light and architectural space, to qualify an architectural promenade through in situ experimentation including filmic segments. The thesis develops an innovative ambient survey methodology integrating whereas variables of this research take into account the qualitative and quantitative aspects of light. It combines the use of a luminance-meter, a camcorder and the analysis of numerical images as a starting point for the assessment of spatio-temporal qualities of light. The resulting analysis allows a classification of luminous transitional experiences. The architectural promenade is analyzed according to the diversity and relative intensity of luminous ambiances in relation to time, which allows the development of a descriptive analysis of visual perceptions through spatial transitions. This method of analysis potentially favours the design of sequences of spaces while encouraging and applying principles of luminous diversity in architecture. Keywords: Contrast, daylight, images analysis, light, luminous ambiances, video, visual adaptation, visual perception, transitional spaces, spatio-temporal.

Le bois est un matériau souvent utilisé par les architectes pour améliorer l'ambiance générale d'un espace, mais peu de recherches en présentent l’impact réel du matériau sur les impressions visuelles et les effets lumineux. Cette recherche étudie l'influence de la matérialité du bois par rapport à la création d'ambiances d'éclairage spécifiques dans l'architecture. Plus particulièrement, elle se concentre sur l'impact des panneaux décoratifs en bois à générer de la diversité lumineuse dans les espaces intérieurs et son potentiel à améliorer la satisfaction environnementale et l'efficacité énergétique. La recherche utilise des maquettes à l’échelle pour leur précision dans la représentation des ambiances lumineuses d’espaces éclairés naturellement ainsi que les technologies récentes d'imagerie digitale pour capturer et analyser les résultats. La méthodologie permet la comparaison entre les différents réglages des espaces intérieurs créés par une sélection des types de matérialités du bois: la réflectance (valeur), la couleur et la réflectivité. Les modalités spatiales sont comparées en présence d’ensoleillement direct et sous des conditions de ciel couvert puisque les modèles d'éclairage et les ambiances diffèrent considérablement. Les résultats permettent d’établir une discussion sur les ambiances en termes de brillance et de contraste, sur la couleur ainsi que la répartition des zones lumineuses dans l'espace. La recherche souligne le rôle des matérialités que peuvent prendre le bois pour optimiser la diversité lumineuse et la création d'ambiances visuellement confortables, ainsi que ses possibilités d'améliorer les ambiances architecturales par rapport à la lumière. / Wood is a material often used by architects to enhance the overall ambiance of a space but few research discuss its actual impact on visual impressions and luminous effects. This research studies the influence of wood materialities in relation to creating specific lighting ambiances in architecture. More particularly, it focuses on the impact of decorative wood indoor panels on the creation of daylighting diversity in interior spaces and the potential to improve environmental satisfaction and energy efficiency. The research uses scale models for their accuracy in rendering complex daylighting ambiances in conjunction with the latest imaging technologies to capture and analyze the results. The methodology enables the comparison between different settings of interior spaces created by a selection of wood type materialities: ratio (percentage), color and gloss. Spatial modalities are compared in the presence of direct sunlighting and diffuse skylight conditions since lighting patterns and ambiances differ considerably. The results enable a discussion of ambiances in terms of brightness and contrast, color, as well as the luminous distribution in the space. The research underlines roles of wood materialities to achieve luminous diversity and creating visually comfortable interior ambiances as well as its opportunities to enhance architectural ambiances in relation to light.

La recherche que nous menons est un essai de reconstitution des ambiances lumineuses dans les grandes demeures des dignitaires du pouvoir beylical du XVIIIe et du début du XIXe siècle (1704-1815), situées dans la médina de Tunis. Notre objectif est de comprendre les rôles respectifs de l' " architecte " et des usagers dans cette " mise en lumière " de l'espace domestique traditionnel tunisois. Deux points essentiels ont articulé notre réflexion. Le premier point concerne le profil des habitants et du chef de la corporation des maîtres-maçons, chargé de la conception et de l'exécution des travaux, le deuxième point porte sur la caractérisation des ambiances lumineuses des espaces de la demeure. Notre méthode d'approche est de type interactionnelle. Elle nous permet de combiner le volet lié à l'histoire-sociale avec le volet expérimental. Cette méthode s'applique à la modélisation géométrique, à la simulation numérique ainsi qu'aux prises de mesures d'éclairement, effectuées dans une des demeures de notre corpus, à savoir dãr Ben Abdallah (quartier Bãb el-Jazîra). Les types de percement et d'éléments de protection solaire qui leur ont été ajoutés, ainsi que leur orientation et leur emplacement dans la demeure, ont été de même analysés. Par ailleurs, à l'aide du logiciel d'éclairement SOLENE (CERMA, UMR, CNRS 1563), nous avons dressé des cartographies d'éclairement, pour décrire trois scènes de vie que nous avons considéré comme étant représentatives de la vie familiale de l'époque. Il s'agit : 1. D'une restitution d'un moment de détente du propriétaire, le ministre Slimãne Kéhia dans son observatoire privé (kushk), 2. D'une rencontre entre son épouse, la princesse Aziza avec ses invitées, dans la salle en " T " de la maison des hôtes, 3. D'une journée de travail, particulièrement laborieuse, vécue par les jeunes servantes noires, à l'occasion de l'approvisionnement annuel de la famille en couscous. Chacune de ces trois scènes se déroulaient à des moments particuliers de l'année et dans un espace spécifique de la demeure. Les résultats obtenus nous ont permis de saisir la relation existante entre les goûts et les désirs des usagers d'une part, les pratiques constructives et le savoir-faire de l' " architecte " d'autre part, avec la qualité lumineuse des espaces habitables. Pourquoi donc ne pas parler d'une " culture de la lumière ", qui se dessine à travers les faits et gestes des habitants et dans leur façon de gérer, d'ajuster et de contrôler les dispositifs d'éclairement par rapport à leur mode de vie, à leurs goûts et aspirations ?