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ISA St Luc Bruxelles – Cours Equipement 4ieme Architecture Cahier 5a: Conception de léclairage artificiel JF ROGER FRANCE- Ph. GRULOOS & J. CLAESSENS.

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1 ISA St Luc Bruxelles – Cours Equipement 4ieme Architecture Cahier 5a: Conception de léclairage artificiel JF ROGER FRANCE- Ph. GRULOOS & J. CLAESSENS

2 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement Introduction 1. Notions: a. Léclairement naturel, désigne le flux lumineux et énergétique reçu par unité de surface et dû au soleil. b. Léclairement artificiel, désigne le flux lumineux et énergétique reçu par unité de surface et dû à des moyens technologiques généralement alimentés par lélectricité. c. Léclairement énergétique, désigne le flux énergétique (puissance reçue, émise ou transportée sous forme de rayonnement énergétique (W)) reçu par unité de surface (W/m2). d. d. Léclairement lumineux, désigne le flux lumineux (puissance émise, reçue ou transportée sous la forme de rayonnement lumineux (Lumen)) reçu par unité de surface (lux = 1lumen/m2).

3 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement Introduction 2. Des éléments législatifs a.Le Règlement Général pour la Protection au Travail (R.G.P.T.). Ce document nous précise les niveaux minimums déclairement à assurer en fonction des tâches réalisées ou de la destination des espaces. Un extrait de ces niveaux minimums est donné dans la précédente partie (voir Cahier 4). Ces niveaux déclairement nous sont également recommandés dans dautres ouvrages et références. b.Les normes NBN L et NBN L Ces deux normes nous explicitent entre autres les méthodes dévaluation British Zonal Method (B.Z.M) et elles nous fournissent des renseignements à propos de la qualité et de la quantité dun éclairement artificiel. c.Remarques. Léclairement artificiel ne peut pas uniquement être apprécié par sa quantité. Il faut aussi apprécier des caractéristiques tels que la couleur de la lumière, léblouissement, lefficacité et le rendu des couleurs.

4 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement 2. Notions de Photométrie a. Définitions. 1/La puissance électrique (P). P = U x I [Watts] où : U est la tension exprimée en Volt (V) I est lintensité exprimée en Ampère (A). Lunité de la puissance électrique est le Watt (W). 2/Le flux lumineux (F) Le flux lumineux (F) est la quantité de lumière émise par une source et par seconde. Lunité de flux lumineux est le lumen (lm). 3/Lefficacité lumineuse dune lampe ( L). Cest le quotient du flux lumineux par la puissance absorbée par une source et ses accessoires indispensables à son fonctionnement. L = F/P [lm/w].

5 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement 2. Notions de Photométrie Exemple :voici un extrait d'un catalogue existant. On y repère pour la première lampe, un flux lumineux de lm pour une puissance de 15 W, ce qui équivaut à une efficacité lumineuse de lm / 15 W = 67 lm/W. TypeWattTeinteKIRCTension arc VCourant AFlux lum lmCulotDiam TL'D15 W G TL'D18 W G

6 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement 2. Notions de Photométrie 4/Le rendement dun luminaire (ηt). Cest le rapport entre le flux lumineux sortant du luminaire et le flux lumineux émis par la ou les lampes quil contient. Il dépend en grande partie de la qualité des matériaux qui entrent dans la composition du luminaire (réflecteurs, diffuseurs…). ηt = F(luminaire) /F(lampe) [-] Le rendement total ηt dun luminaire est le rapport entre le flux lumineux émis par le luminaire et le flux lumineux des lampes. η t = 0,84η t = 0,52 η t = 0,69

7 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement 2. Notions de Photométrie 5/ Lintensité lumineuse (I). La manière dont une lampe répartit la lumière produite par une lampe dans lespace. Lintensité lumineuse est une grandeur physique liée à une direction et à une source. Elle est proportionnelle à la quantité de lumière émise dans cette direction. Lintensité lumineuse sexprime en candela. Le candela est lintensité lumineuse, dans une direction donnée, dune source chromatique. Lintensité lumineuse se lit sur des courbes polaires, dites courbes photométriques.

8 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement 2. Notions de Photométrie

9 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement 2. Notions de Photométrie 6/Léclairement lumineux (E) Cest la quantité de lumière reçue sur un plan de référence (le plan de travail). E (Lux) = F (luminaire) (lumen) / A (m2) unité en Lux (luxmètre) 7/La luminance (L) cest lintensité lumineuse de cette source divisée par sa surface apparente. L (cd/m2) = q (s.d.) * E (lux) / π Cette notion sexprime en candéla (cd)/ m2. (luminance –mètre). Elle dépend alors : 1/ du flux lumineux reçu par cette surface ; 2/ de son aptitude à réfléchir cette lumière, ce qui sexprime par un facteur de réflexion 3/ de la direction dobservation par rapport à la surface lumineuse éclairant la surface. 8/Aspect chromatique de la lumière. La lumière blanche naturelle est constituée de 6 domaines de couleur : le violet, bleu, vert, jaune, orange et rouge. La couleur de chaque radiation est définie par une longueur donde exprimée en Nanomètres (nm).

10 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement 2. Notions de Photométrie Le spectre lumineux d'une lampe donne le flux énergétique rayonné par une lampe en fonction de la longueur d'onde du rayonnement. Lindice de rendu des couleurs (IRC) est la capacité dune lampe à restituer correctement les couleurs dun objet. Tube fluorescent rayonnant une lumière très proche de la lumière naturelle (IRC = 98) Tube fluorescent ayant un bon IRC (IRC = 75) mais pour laquelle les teintes rouges sont accentuées. Ce type de lampe est par exemple recommandée dans les boucheries car elle donne un aspect plus agréable aux marchandises Tube fluorescent avec un mauvais IRC (IRC = 50) Lampe à vapeur de sodium avec un très mauvais IRC (IRC = 20). Elle est principalement utilisée pour les éclairages routiers A gauche : sous une lampe incandescente (IRC = 100) A droite : sous une lampe au sodium haute pression (IRC = 25)

11 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement 2. Notions de Photométrie 9/ La durée de vie. La durée de vie moyenne d'un lot de lampes est le nombre d'heures pendant lesquelles ces lampes ont fonctionné jusqu'au moment où 50 % d'entre elles ne fonctionnent plus. La durée de vie utile d'un lot de lampes est le nombre d'heures après lequel il n'émet plus que 80 % du flux lumineux d'origine. Elle correspond également à la durée de service, c'est-à-dire la durée après laquelle les lampes doivent être remplacées.

12 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement A. Les lampes 1.Les lampes à incandescence.

13 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement A. Les lampes Puissance (W)Type dampoule Lampes Standard claires ou dépolies Lampes Krypton Flux lumineux (lm) L (lm/W) Flux lumineux (lm) L (lm/W) ,22359, , , , , , , , , , (claire)16, (claire)16, (claire)18,8

14 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement A. Les lampes 2.Les lampes aux halogènes. Lampe halogène / capsules / basse tension Luminance de ± (cd/m²) (5 W) à ± (cd/m²) (100 W) Lampe halogène dichroïque/basse tension Luminance de ± (cd/m²) (20 W) à ± (cd/m²) (50 W) Lampe halogène/tension du réseau/double enveloppe/avec réflecteur Luminance de ± (cd/m²) (60 W) à ± (cd/m²) (100 W) Lampe halogène / pour tension du réseau / double culot Luminance de ± (cd/m²) (60 W) à ± (cd/m²) (2 000 W)

15 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement A. Les lampes Flux lumineux et puissances. Puissance (W)Type dampoule A double enveloppeType quartz Flux lumineux (lm) L (lm/W) Flux lumineux (lm) L (lm/W) A puissance égale, les lampes aux halogènes ont des dimensions plus faibles que les lampes à incandescence classiques

16 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement A. Les lampes Figure 8: Fonctionnement et composition de lampes à lumière fluorescente. Figure 9a: Des lampes à lumière fluorescente – un tube lumineux Tube fluorescent/T8 (Ø : 26 mm) Luminance ± (cd/m²) Tube fluorescent /T5 (diam 16) Luminance cd/m2 3. Les lampes à lumière fluorescente

17 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement A. Les lampes Figure 9b: Des lampes à lumière fluorescente – une lampe dite à économie dénergie Figure 9c: Des lampes à lumière fluorescente – une lampe DULUX Luminance ± (cd/m²) Luminance ±8 000 (cd/m²)

18 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement A. Les lampes Puissance (W)Tube rectiligne de 26 mm de diamètre (fig.9a). Longueur (cm)Teinte de lumièreFlux lumineux (lm) min et max L (lm/W) 1860Lumière du jour Blanc et blanc chaud1050 à à Lumière du jour325090,3 Blanc et blanc chaud2500 à à 95, Lumière du jour520089,7 Blanc et blanc chaud4000 à à 93,1 Puissance (W)Lampe, dite à économie dénergie (remplaçant dans une installation de lampes à incandescence) dun diamètre de 72mm (fig.9b). Longueur (mm)Teinte de lumièreFlux lumineux (lm) min et max L (lm/W) 9148Teinte chaude comme des lampes à incandescence ±2700K 375 à à à à à à à à 48

19 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement A. Les lampes 4.Les lampes à décharge. Ces lampes en comprennent trois types : a.les lampes à ballon fluorescent b.les lampes aux halogénures c.les lampes à vapeur de sodium. Figure 10 : Les lampes à ballon fluorescent. Figure 11 : Les lampes aux halogénures Figure 12 : Les lampes à vapeur de sodium

20 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires 1. Les éléments des luminaires Nous distinguerons a.les réflecteurs b.Les réfracteurs c.Les diffuseurs d.Les grilles de défilement

21 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires a.Les réflecteurs Nous les distinguerons en fonction du type de réflexions quils réalisent et en fonction de leurs formes. 1/Les types de réflexions. 1.1/Les réflexions à répartition précise sont obtenues par une réflexion régulière avec une certaine concentration dans une ou plusieurs directions privilégiées. 1.2/Les réflexions sans répartition précise sont obtenues par une réflexion diffuse avec des réflecteurs constitués en aluminium satiné ou martelé, en tôle émaillée ou peinte, ou en plastique blanc. Type de réflexionMatériauxFacteur de réflexion (%) MinMax Réflexion régulièreVerre entamé (miroir)8285 Chrome poli6266 Aluminium anodisé7585 Aluminium poli6072 Aluminium ordinaire5255 Acier inoxydable4852 Plastique blanc poli2085 Réflexion diffuseAluminium satiné6079 vitrifié6080 Peinture blanche7290 Plastique blanc mat2085 Plâtre blanc9093

22 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires a.Les formes de réflecteurs. Ce sont des réflecteurs spéculaires de forme parabolique, elliptique, circulaire ou spéciale.

23 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires Figure 18 : Implantation de réflecteurs spéciaux par rapport aux espaces. Figure 19 : Des réfracteurs. Figure 20 : Des diffuseurs.

24 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires Figure 21 Des grilles de défilement.

25 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires 2.Une classification des luminaires en fonction de leur destination. Parmi les luminaires, nous distinguerons ceux qui interviennent dans : -léclairage général et local des espaces, -léclairage de sécurité, -léclairage de secours -et ceux qui interviennent pour léclairage des atmosphères explosives.

26 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires 3. Indices de protection d'un luminaire 4. A. contre les solides et liquides 5. B. contre les chocs 6. C. électriques 7. D. Incendie 8. E. Radio interférence

27 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement Degré de protection Protection contre les corps solides Degré de protection Protection contre les liquides IP1XProtégé contre les corps solides supérieurs à 50 mm. IPX1Protégé contre les chutes verticales de gouttes d'eau. IP2XProtégé contre les corps solides supérieurs à 12 mm. IPX2Protégé contre les chutes d'eau pour une inclinaison maximale de 15°. IP3XProtégé contre les corps solides supérieurs à 2,5 mm. IPX3Protégé contre l'eau "en pluie". IP4XProtégé contre les corps solides supérieurs à 1 mm. IPX4Protégé contre les projections d'eau. IP5XProtégé contre la poussière.IPX5Protégé contre les jets d'eau. IP6XTotalement protégé contre la poussière. IPX6Protégé contre les paquets de mer. IPX7Protégé contre les effets d'immersion. B. Les luminaires A. Contre solides et liquides

28 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires IK00pas de protection IK010,15 Joule IK020,2 J IK030,35 J IK040,5 J IK050,7 J IK061 J IK072 J IK085 J IK0910 J IK1020 J B. Protection contre les chocs Le degré de résistance au choc des luminaires est représenté par l'indice "IK" du luminaire. Cette classification remplace l'ancienne classification "IP" à 3 chiffres de type IPXXX

29 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement ClassificationExigences électriques Conséquence d'un éventuel défaut d'isolement Classe 0 Interdite en Belgique comme dans la majorité des pays européens. Séparation des parties sous tension par une seule isolation, dite isolation principale. En cas de défaut d'isolement, la protection de la personne touchant l'appareil repose sur l'environnement (par ex. sol isolant). Séparation des parties sous tension par une seule isolation, dite isolation principale. Les parties métalliques accessibles sont reliées à une borne de terre. Recommandés dans les locaux traditionnels. En cas de défaut d'isolement, la protection de la personne qui touche l'appareil repose essentiellement sur la qualité du circuit de mise à terre et sur un disjoncteur différentiel... Une isolation supplémentaire ou renforcée est ajoutée à l'isolation principale. Des matériaux à plus grande résistance d'isolement sont utilisés. Recommandés dans les locaux humides ou lorsqu'on ne peut raccorder le luminaire à un conducteur de protection. Du fait de la double isolation, un défaut d'isolement ne peut pas se produire et la personne qui touche l'appareil n'est pas en danger. L'alimentation est réalisée en très basse tension de sécurité ; le circuit est isolé du réseau et la tension est plus petite que 50 V. En principe, cet appareil ne pose pas de risques électriques. Classe I Classe III B. Les luminaires Classe II C. Protection électrique des luminaires

30 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement Marquages courants Montage permis sur des matériaux difficilement ou normalement inflammable. Montage permis dans des ateliers présentant des risques d'incendie (ambiance poussiéreuse). Montage permis dans des meubles difficilement ou normalement inflammable. Montage dans des meubles de caractéristiques non connues. B. Les luminaires D. Protection incendie des luminaires

31 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires Pour les luminaires à ballast électromagnétique Pour les luminaires à ballast électronique Pour tout luminaire E. Production de radio interférence par les luminaires Les ballasts ou encore les transformateurs pour lampes halogènes basse tension produisent des signaux haute fréquence qui peuvent affecter les autres consommateurs électriques. Les luminaires choisis doivent donc être protégés pour éviter ce genre de désagrément. Tel est le cas des luminaires portant les marquages :

32 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires Comparaison de cinq systèmes d'éclairage pour un même niveau d'éclairement au niveau du plan de travail : 400 lux Système d'éclairage direct deux composantesmixte deux composantes indirect Eclairement au sol > 400 lux> 200 lux > 400 lux Type de lampesTubes fluos Tubes fluos + fluocompactes Tubes fluos et/ou fluocompactes Fluocompactes + iodures métalliques Iodures métalliques Investissementfaiblemoyenélevé très élevé Puissance installée W/m W/m W/m W/m W/m 2 Coûts d'exploitationmoyen élevétrès élevé Choix du système d'éclairage :direct ou indirect ?

33 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires a. Eclairage Directe : La lumière est projetée directement du luminaire vers la surface de travail. Avantages La lumière n'est pas réfléchie avant d'atteindre la tâche à éclairer. Le rendement est donc meilleur que celui d'un système comprenant une partie indirecte. Inconvénients Il existe un risque d'éblouissement et de contraste entre des zones sombres (par exemple le plafond) et des zones lumineuses. Avantages Ce système est énergétiquement le plus intéressant car il associe un faible niveau d'éclairement général et des luminaires ponctuels, en fonction des besoins. Inconvénients L'inconvénient de l'éclairage ponctuel est qu'il peut générer des contrastes, des ombres marquées ainsi que des réflexions gênantes. b. Deux composants (directe ou indirecte + appoint) :

34 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires Avantages Les avantages de ce mode d'éclairage sont identiques à ceux de l'éclairage indirect : répartition uniforme et absence d'éblouissement. De plus, la partie directe crée des ombres avantageuses et permet de réduire la luminance du plafond. Les différences de luminance dans la pièce sont nettement moins marquées que dans le cas d'un éclairage direct. Il est avantageux dans des pièces à plafond haut et évite la perception d'une zone sombre au plafond. Dans le cas de parois très claires, ce système présente de bons rendements. Inconvénients L'inconvénient principal est identique à celui du système d'éclairage indirect : rendement très sensible aux coefficients de réflexion des parois. il est cependant moins marqué puisqu'une partie de l'éclairage est dirigé directement vers le plan de travail. c. Mixte (directe + indirecte) Luminaire direct-indirectOuverture sur la partie supérieure pour l'éclairage indirect

35 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement B. Les luminaires d. Eclairage indirecte Avantages La diffusion de la lumière par le plafond et une répartition uniforme des luminances offrent une bonne protection contre l'éblouissement. Inconvénients Vu que la lumière est réfléchie avant d'atteindre la tâche à éclairer, ce mode d'éclairage a un moins bon rendement et demande, à niveau d'éclairement égal, une puissance installée supérieure à celle du système direct. L'éclairement dépend fortement des coefficients de réflexion des parois sur lesquelles la lumière est réfléchie. Il faut donc porter une attention toute particulière à l'entretien des surfaces du local afin que le rendement ne diminue pas au cours du temps. Ainsi, lors d'un remplacement de luminaires, un rafraîchissement du plafond peut être nécessaire. De plus les luminaires indirects sont, par leur disposition, fortement soumis aux poussières et autres saletés (insectes morts,...). Cet inconvénient devient délicat lorsqu'une partie translucide permet une diffusion de lumière vers le bas et que les insectes viennent s'y accumuler (cas des luminaires "lumière douce"). Ce type d'éclairage ne produit pas d'ombre. Il peut donc être monotone et rendre difficile la perception d'objets tridimensionnels. Enfin, il faut veiller à ne pas utiliser des sources trop lumineuses qui rendent le plafond éblouissant.

36 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement C. Éléments déclairement lumineux artificiel dans un espace. Léclairage dun espace dépend de facteurs liés : 1.Aux caractéristiques du local 2. Au niveau déclairement requis pour y exercer une activité. 3.Aux modes déclairage choisis et à la disposition des luminaires dans le local

37 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement C. Éléments déclairement lumineux artificiel dans un espace. d.Éviter léblouissement.

38 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement C. Éléments déclairement lumineux artificiel dans un espace. La disposition des sources lumineuses (bureaux). 1. Limiter les réflexions sur le plan de travail Respecter une zone interdite située au dessus du plan de travail. 2. Éviter les zones sombres le long des fenêtres le soir 3. Éviter les ombres gênantes 4. Assurer une uniformité correcte

39 ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours dÉquipement C. Éléments déclairement lumineux artificiel dans un espace. Figure 36 : Evolution de lefficacité lumineuse dune lampe. Figure 37 : Précautions pour éviter la perte defficacité lumineuse par échauffement Figure 38 : Evolution de lefficacité lumineuse en fonction de la maintenance.


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