L'éveil du monde souterrain
Améliorer l'expérience de l’éclairage des grottes touristiques
Article publié par Illuminating Engineering Society
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L'éveil du monde souterrain
Améliorer l'expérience de l’éclairage des grottes touristiques
La mythologie de nombreuses civilisations suggère que les grottes sont des portes d'accès au monde souterrain. Les Nordiques décrivaient Nidavellir (également connu sous le nom de Svartalfheim) comme un labyrinthe de mines et de forges où vivaient les Elfes noirs, tandis que les Grecs croyaient que sous la grotte d'Hadès coulait le Styx, où Charon, le passeur, conduisait les âmes dans le royaume des morts.
Il ne s'agit pas tout à fait de traverser des mondes de créatures mythiques, mais notre société Cave Lighting est née d'une passion pour l'exploration de grottes naturelles. De cette passion est né le désir de se concentrer sur les grottes touristiques - celles qui sont ouvertes au public pour des visites privées - dont la plupart nous semblaient mal éclairées. À travers l'objectif des passionnés, notre but était de rendre ces grottes plus accessibles au grand public en utilisant les nouvelles technologies.
Lorsque nous avons commencé, nous n'avions aucune expérience professionnelle dans ce domaine, des visites guidées, des systèmes électriques et de la conception d'éclairage, et nous avons rapidement reconnu que nous avions besoin d'un système d'éclairage adapté aux grottes. Comme rien n'était disponible sur le marché à l'époque, nous avons développé en 2008 la première version de notre système d'éclairage, qui a été créé explicitement pour être utilisé dans les environnements difficiles des grottes et des mines. Au cours de ce processus, nous avons réalisé que la façon dont les spéléologues voient les choses est très différente de celle des électriciens, des planificateurs, des architectes, des concepteurs d'éclairage et des scénographes. Le plus grand défi était que les entreprises d'électricité n'avaient que peu d'expertise dans le monde souterrain. Si leurs systèmes fournissaient de l'éclairage, celui-ci était souvent inapproprié, peu esthétique et détruisant l'environnement des grottes.
De 2005 à 2008, la plupart des grottes touristiques étaient éclairées uniquement avec de la lumière blanche chaude (3000K). Cette température de couleur ne permettant pas de reproduire fidèlement les couleurs des roches et des concrétions souterraines, nous avons utilisé exclusivement de la lumière blanche froide (6000K). Cette température de couleur s'est avérée appropriée pour mettre en valeur les couleurs naturelles et les spéléothèmes blancs (dépôts minéraux formés par l'eau souterraine dans les cavernes). Par la suite, nous avons expérimenté différentes températures de couleur, en utilisant des variantes allant du blanc froid à l'ambre et différents angles de faisceau allant de 10 à 120 degrés.
Les solutions techniques requises pour l'éclairage des grottes sont relativement simples. En revanche, la conception de l'éclairage et la scénographie de chaque visite de grotte sont uniques et diffèrent d'un projet à l'autre. Bien que nous développions et produisions nos propres éclairages, il est relativement facile de trouver sur le marché de bons luminaires avec un indice de protection IP65 pour une utilisation en extérieur ou IP68 pour une utilisation sous-marine. Toutefois, ces luminaires sont conçus et destinés à un large éventail d'applications et non à un environnement présentant un taux d'humidité de 95 à 100 %. Il est préférable de privilégier des boîtiers robustes qui peuvent survivre dans un environnement difficile pendant une période relativement longue. Les premiers systèmes que nous avons construits sont utilisés depuis 16 ans et les luminaires sont toujours en bon état, à quelques rares exceptions près.
CaveLighting associe le contrôle de l'éclairage à l'automatisation industrielle et repose sur une combinaison de systèmes centralisés et décentralisés. Le système de contrôle de l'éclairage est également développé en interne et comprend des contrôleurs d'éclairage, des contrôleurs multimédias et des contrôleurs sans fil. Des solutions standard de différents fabricants sont utilisées pour l'automatisation, telles que des alimentations intelligentes, des onduleurs, des batteries et des dispositifs de protection contre les surtensions de Phoenix Contact GmbH & Co. KG et des commutateurs PLC et Power over Ethernet, ainsi que d'autres composants d'automatisation de WAGO GmbH & Co KG.
La commande du système d'éclairage dépend du concept du système (c'est-à-dire de la gestion) et, dans une certaine mesure, de la conception de l'éclairage. Dans de nombreux projets, un réseau de fibres optiques est mis en place et l'automatisation PLC du système électrique est intégrée, puis combinée avec le système de contrôle de l'éclairage. Celui-ci contient des éléments statiques et dynamiques, et différents protocoles sont utilisés, tels que PWM, DMX 512 ou la commutation analogique.
L'éclairage des grottes n'est pas l'affaire d'une seule personne ou d'une seule entreprise. Le travail repose sur la coopération et la synergie avec des spécialistes de différents domaines, notamment des planificateurs électriques, des concepteurs d'éclairage, des architectes et des scénographes. En fin de compte, l'éclairage des grottes ne fonctionne vraiment que si la sécurité des visiteurs est assurée. C'est pourquoi l'éclairage est divisé en deux parties : l'éclairage de sécurité (ou de cheminement) et l'éclairage d'accentuation. L'éclairage de sécurité est chargé d'éclairer le chemin de guidage et contient des éléments redondants pour garantir un éclairage fiable. En fonction du pays et des exigences, l'éclairage du parcours peut être compris entre 1 et 5 lux, ce qui permet d'éclairer efficacement la zone pour les visiteurs.
Une fois la sécurité assurée, diverses options d'éclairage d'accentuation peuvent être mises en œuvre. La conception de l'éclairage dans les grottes touristiques ou d'autres attractions souterraines est appliquée de manière très différente. Par exemple, les concepteurs peuvent développer un concept holistique avec une histoire et utiliser l'éclairage pour raconter cette histoire. D'autres souhaitent présenter la grotte comme une merveille naturelle et s'assurer que sa beauté est accessible. Quoi qu'il en soit, dans les projets souterrains, il est très important d'éviter le sur-éclairage et l'utilisation de couleurs intenses, qui ont souvent pour effet de submerger les visiteurs. L'équilibre de l'éclairage est essentiel ; nous travaillons principalement avec la lumière blanche et préférons ne pas dépasser un éclairement maximal de 200 lux sur les surfaces de la grotte.
Il n'existe pas de solution unique pour l'éclairage des grottes - chaque site présente des défis uniques qui nécessitent souvent des solutions créatives. Examinons deux de nos projets : la grotte de glace géante de Dachstein à Obertraun, en Autriche, et le musée de l'ardoise de Haut-Martelange au Luxembourg.
L'un de nos projets les plus extrêmes est la remise en scène de la grotte de glace géante sur le glacier de Dachstein, situé aux confins de Salzbourg, de la Haute-Autriche et de la Styrie. Ce site est l'une des rares grottes touristiques de haute montagne au monde. L'entrée se trouve à une altitude de 1 421 mètres (~4 660 pieds) au-dessus du niveau de la mer. La longueur de la section visitable est d'environ 800 mètres, avec une différence de hauteur d'environ 70 mètres entre l'entrée et la sortie. La grotte de glace géante est divisée en deux parties : une partie inférieure avec des températures ambiantes allant jusqu'à 3 degrés Celsius et une partie supérieure avec des formations de glace et des températures ambiantes maximales de +/- 0 degré Celsius.
La société Pronatour GmbH de Vienne, en Autriche, a été la principale responsable du projet et a développé un concept utilisant des effets de divertissement pour transformer cette grotte en une sorte de "Disneyland du monde souterrain". En prenant la direction de la conception de l'éclairage et de la planification électrique, nous avons vu les choses différemment. Après avoir effectué des tests sur place, Pronatour a décidé de combiner un éclairage naturel et authentique avec plusieurs îlots multimédias comprenant des spectacles de lumière et de musique, des éclairages colorés et des contenus dynamiques.
La troisième zone de la grotte est équipée d'un réseau d'automatisation contrôlé par PLC et est divisée en neuf zones de guidage. Les quatre premières zones sont libres de glace et principalement éclairées par un éclairage blanc entre 6000K et 4500K. Cette partie de la grotte se caractérise par la présence de deux ours robotisés entièrement automatisés et contrôlés de manière centralisée par un automate programmable.
Les zones cinq à neuf comprennent la grotte de glace proprement dite, qui présente d'épaisses couches de glace, des figures de glace et des formes spéciales telles que des stalactites et des surfaces de glace, la plus grande formation étant l'iceberg. Une combinaison d'éclairage blanc froid et RGBW a été utilisée pour la mise en scène de ces zones. Dans différentes zones de la grotte de glace, cinq spectacles de lumière et de musique ont été créés en collaboration avec le scénographe Jan Ptacin, afin de soutenir thématiquement la visite et l'histoire racontée. Par exemple, dans la salle Dripstones (zone 2), le spectacle soutenait l'explication de la spéléogenèse de la grotte. Dans la salle Parsival (zone 6), le spectacle inclut la musique de "Parsifal" du compositeur allemand Richard Wagner.
Pour l'éclairage des allées, nous avons utilisé des luminaires 5000K CL-LMT (30 lumens, 1 watt). Pour l'éclairage d'accentuation, nous avons utilisé des luminaires CL-LSQ2 de 4500K à 6200K (250 lumens, 3,5 watts) et des luminaires CL-LQP2 de 4500K à 6200K (1200 lumens, 12 watts). Les spectacles de lumière et de musique RGBW ont été équipés de luminaires CL-EQP contrôlés par DMX, conçus à l'origine pour le secteur du divertissement.
L'environnement est ce qui a rendu ce projet particulièrement unique. Nous avons commencé l'installation en février 2018, alors que les températures étaient de -25 degrés Celsius à l'extérieur et de -12 degrés Celsius à l'entrée de la grotte. Nous avons dû travailler à la fois sur et dans la glace, non seulement pour concevoir l'éclairage (c'est-à-dire trouver des emplacements pour les lampes et créer des scènes d'éclairage), mais aussi pour percer des trous, poser des câbles et des connexions électriques et les programmer.
Un autre défi était l'emplacement exposé de la grotte et la très mauvaise protection du réseau électrique. Nous nous sommes rapidement rendu compte que la grotte n'était pas protégée contre les surtensions. Par conséquent, un système spécial de protection contre la foudre comprenant environ 50 dispositifs de protection n n’(SPD) personnalisés a été mis au point et installé.
La gestion des éléments gelés n'est qu'un type d'environnement difficile pour l'éclairage des grottes. La mine d'ardoise de Haut-Martelange, dans le complexe du Musée de l'ardoise au Luxembourg, présentait des obstacles tout à fait différents à surmonter. Le musée et la carrière d'ardoise sont situés sur un site en plein air de 8 hectares comprenant 26 ateliers artisanaux rénovés. La mine possède une topologie complexe, mesure environ 600 mètres de long et s'étend sur cinq niveaux différents. La différence de hauteur entre l'entrée et le niveau de visite le plus profond est de près de 80 mètres. Tout au fond de la zone aménagée pour les visiteurs, vous pouvez découvrir deux grands "lacs", qui sont en fait des puits inondés, dont certains atteignent une profondeur de 100 mètres (~328 ft). Au début du projet, toute la mine était sous l'eau et il a fallu deux ans pour pomper l'eau. En 2021, le projet de construction a commencé, mais il a été entravé par des inondations et des glissements de terrain. En novembre 2022, la mine a commencé à fonctionner et le musée a officiellement ouvert ses portes.
Le système d'éclairage installé dans la mine était étendu et comprenait un réseau d'automatisation contrôlé par PLC avec six sous-distributeurs et une alimentation électrique pour les appareils avec 230 VAC, 48 VDC, 36 VDC et 24 VDC. Pour l'éclairage des sentiers, des luminaires CL-LMT 6000K commandés par PWM ont été utilisés, ainsi que des luminaires PIXELDOME 2700K commandés par DMX (de GVA Lighting) pour l'éclairage des chemins. L'éclairage d'accentuation a été réalisé avec des luminaires des séries CL-LSQ et CL-LQP commandés par PWM et DMX avec des températures de couleur comprises entre 3000K et 6200K. Certains des spectacles lumineux multimédias de la mine ont été créés à l'aide de luminaires CL-EQP, dont les couleurs sont calibrées et contrôlées par DMX. Cinq projecteurs Sony, emballés dans des boîtiers spéciaux, ont été installés ainsi que 12 ROSCO Image Spots de 5500K, conformes à la norme IP65.
L'installation et la programmation du projet ont constitué un véritable défi, car il a fallu recourir à des techniques de cordes et escalader de hautes parois pour installer, connecter et préprogrammer les luminaires. Les spécialistes ont souvent dû travailler à une hauteur de 20 à 30 mètres (~66 à 98 pieds) au-dessus du sol, avec des marteaux perforateurs et des Toughbooks à la main. L'installation sous-marine de l'éclairage a constitué un autre obstacle. Au départ, il était prévu de plonger et d'installer l'éclairage sous l'eau. Cependant, nous avons constaté que l'eau pouvait être pompée des puits et l'installation réalisée à l'aide d'un bateau gonflable.
Nous en sommes actuellement à notre 111e projet et, avec le recul, nous constatons que le chemin parcouru a parfois été semé d'embûches (sans jeu de mots), mais qu'il a été couronné de succès et qu'il a permis de satisfaire les clients. Il y a seize ans, il n'existait que des systèmes simples permettant d'allumer et d'éteindre la lumière. Aujourd'hui, nous pouvons planifier et créer des systèmes très complexes avec de nombreux éléments qui supportent un guidage intelligent et sont conceptuellement diversifiés. Bien que nous ayons, jusqu'à présent, mis en œuvre de nombreuses projections vidéo dans des projets, le mapping vidéo souterrain complet est un projet que nous sommes impatients d'entreprendre, peut-être cette année en France. Tout comme les concepteurs d'éclairage dans le monde de la surface, les éclairagistes de grottes continuent à repousser les limites pour renforcer le sentiment d'émerveillement de tous ceux qui descendent sous la surface de la Terre.
LES AUTEURS | Alexander Chrapko est l'un des fondateurs de Cave Lighting CL GmbH & Co KG. Il a organisé et géré des projets d'éclairage de grottes dans plus de 20 pays.
Vladimir Vashkevich est chef de produit et de projet et responsable technique pour la pré-planification et le détail des installations électroniques, la maintenance de la documentation technique et les services après-vente chez Cave Lighting CL GmbH & Co KG.
