Cahier 5a: Conception de l’éclairage artificiel

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1 Cahier 5a: Conception de l’éclairage artificiel
30/03/2017 Cahier 5a: Conception de l’éclairage artificiel JF ROGER FRANCE- Ph. GRULOOS & J. CLAESSENS

2 Introduction 1. Notions:
30/03/2017 1. Notions: L’éclairement naturel, désigne le flux lumineux et énergétique reçu par unité de surface et dû au soleil. L’éclairement artificiel, désigne le flux lumineux et énergétique reçu par unité de surface et dû à des moyens technologiques généralement alimentés par l’électricité. L’éclairement énergétique, désigne le flux énergétique (puissance reçue, émise ou transportée sous forme de rayonnement énergétique (W)) reçu par unité de surface (W/m2). L’éclairement 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). L’éclairement lumineux artificiel des locaux est obtenu par des moyens technologiques. Ce sont les lampes qui produisent de la lumière en utilisant de l’électricité et les luminaires qui permettent de diffuser cette lumière dans l’espace. L’éclairement lumineux artificiel n’est pas soumis aux variations atmosphériques. Il nous permet de réaliser des niveaux d’éclairement quasi constants. Le salissement et le vieillissement des lampes et des luminaires diminuent néanmoins le flux lumineux émis par ces moyens. Ce type d’éclairement modifie notre perception de l’espace par l’éclairage naturel. Cette perception varie en fonction du système d’éclairement adopté (éclairement direct ou indirect ; éclairement général ou local). Dans cet ordre d’idées, l’éclairement artificiel est envisagé autant en tant que complément à l’éclairement naturel d’un local qu’en tant qu’éclairement principal d’un espace en l’absence de toute source d’éclairement naturel.

3 Introduction 2. Des éléments législatifs
30/03/2017 2. Des éléments législatifs a. Le Règlement Général pour la Protection au Travail (R.G.P.T.). Ce document nous précise les niveaux minimums d’éclairement 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 d’éclairement nous sont également recommandés dans d’autres ouvrages et références. b. Les normes NBN L et NBN L Ces deux normes nous explicitent entre autres les méthodes d’évaluation “ British Zonal Method ” (B.Z.M) et elles nous fournissent des renseignements à propos de la qualité et de la quantité d’un éclairement artificiel. c. Remarques. L’éclairement artificiel ne peut pas uniquement être apprécié par sa quantité. Il faut aussi apprécier des caractéristiques tels que la couleur de la lumière, l’éblouissement, l’efficacité et le rendu des couleurs. L’éclairement lumineux artificiel des locaux est obtenu par des moyens technologiques. Ce sont les lampes qui produisent de la lumière en utilisant de l’électricité et les luminaires qui permettent de diffuser cette lumière dans l’espace. L’éclairement lumineux artificiel n’est pas soumis aux variations atmosphériques. Il nous permet de réaliser des niveaux d’éclairement quasi constants. Le salissement et le vieillissement des lampes et des luminaires diminuent néanmoins le flux lumineux émis par ces moyens. Ce type d’éclairement modifie notre perception de l’espace par l’éclairage naturel. Cette perception varie en fonction du système d’éclairement adopté (éclairement direct ou indirect ; éclairement général ou local). Dans cet ordre d’idées, l’éclairement artificiel est envisagé autant en tant que complément à l’éclairement naturel d’un local qu’en tant qu’éclairement principal d’un espace en l’absence de toute source d’éclairement naturel.

4 2. Notions de Photométrie
30/03/2017 Définitions. 1/ La puissance électrique (P). P = U x I [Watts] où : U est la tension exprimée en Volt (V) I est l’intensité exprimée en Ampère (A). L’unité 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. L’unité de flux lumineux est le lumen (lm). 3/ L’efficacité lumineuse d’une lampe (L). C’est le quotient du flux lumineux par la puissance absorbée par une source et ses accessoires indispensables à son fonctionnement. L = F/P [lm/w]. Puissance elec: La puissance calorifique dégagée par l'éclairage équivaut à la puissance des lampes installées. Pour les lampes fluorescentes, il faudra également tenir compte des pertes des ballasts qui varient de 10 à 20 % de la puissance de la lampe. Flux lumineux : Cette notion ne tient pas compte de la manière dont cette lumière est répartie dans les différentes directions de l’espace. À titre d’exemple, une lampe à incandescence de 100 W émet un flux lumineux de ±1350 lm. Un tube lumineux de 58 W, par contre, émet un flux lumineux de ±5400 lm. Efficacité lumineuse: Reprenons les exemples précédents. L’efficacité lumineuse de la lampe incandescente de 100 W est de ± 13,5 lm / W alors que celle du tube lumineux est de ± 93 lm / W. Du point de vue énergétique, un tube lumineux est nettement plus efficace qu’une lampe à incandescence. Voici la situation relative des efficacités lumineuses entre les différents types de lampes.

5 2. Notions de Photométrie
30/03/2017 Exemple : voici un extrait d'un catalogue existant. On y repère pour la première lampe, un flux lumineux de 1 000 lm pour une puissance de 15 W, ce qui équivaut à une efficacité lumineuse de 1 000 lm / 15 W = 67 lm/W. Type Watt Teinte K IRC Tension arc V Courant A Flux lum lm Culot Diam TL'D 15 W 82 2650 85 51 0.34 1000 G13 28 83 3000 84 4000 18 W 59 0.37 1350 86 6500 1300 Puissance elec: La puissance calorifique dégagée par l'éclairage équivaut à la puissance des lampes installées. Pour les lampes fluorescentes, il faudra également tenir compte des pertes des ballasts qui varient de 10 à 20 % de la puissance de la lampe. Flux lumineux : Cette notion ne tient pas compte de la manière dont cette lumière est répartie dans les différentes directions de l’espace. À titre d’exemple, une lampe à incandescence de 100 W émet un flux lumineux de ±1350 lm. Un tube lumineux de 58 W, par contre, émet un flux lumineux de ±5400 lm. 1350/18 =75

6 2. Notions de Photométrie
30/03/2017 4/ Le rendement d’un luminaire (ηt). C’est le rapport entre le flux lumineux sortant du luminaire et le flux lumineux émis par la ou les lampes qu’il 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 d’un luminaire est le rapport entre le flux lumineux émis par le luminaire et le flux lumineux des lampes. Attention : le rendement total d’un luminaire ne focalisant pas la lumière vers le bas, c’est-à-dire vers le plan de travail, n’est pas exactement représentatif du rendement utile du luminaire. En effet une partie de la lumière est diffusée vers les murs ou les plafonds. Il en résulte une perte supplémentaire (qui dépend du facteur de réflexion des parois) non considérée dans la notion de rendement total. Pour comparer ce type de luminaire avec les luminaires purement directs, la notion de rendement inférieur η i (quantifiant le flux lumineux dirigé vers le bas) peut donc également être une indication de l’efficacité du luminaire. η t = 0,84 η t  = 0,52 η t  = 0,69

7 2. Notions de Photométrie
30/03/2017 5/ L’intensité lumineuse (I). La manière dont une lampe répartit la lumière produite par une lampe dans l’espace. L’intensité 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. L’intensité lumineuse s’exprime en candela. Le candela est l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source chromatique. L’intensité lumineuse se lit sur des courbes polaires, dites courbes photométriques. Elles permettent d’apprécier les qualités optiques des luminaires. Elles sont établies dans les plans de symétrie d’un luminaire à partir d’un axe vertical passant par le centre du luminaire pour un flux lumineux de référence de 1000 lm. L’éclairement d’un local dépend de la répartition des intensités lumineuses dans l’espace par le luminaire. Les tableaux suivants (établis par un constructeur de luminaires) nous donnent les courbes photométriques de luminaires types, classés suivant leurs modes d’éclairage (éclairage direct à indirect).

8 2. Notions de Photométrie
30/03/2017 Attention : le rendement total d’un luminaire ne focalisant pas la lumière vers le bas, c’est-à-dire vers le plan de travail, n’est pas exactement représentatif du rendement utile du luminaire. En effet une partie de la lumière est diffusée vers les murs ou les plafonds. Il en résulte une perte supplémentaire (qui dépend du facteur de réflexion des parois) non considérée dans la notion de rendement total. Pour comparer ce type de luminaire avec les luminaires purement directs, la notion de rendement inférieur η i (quantifiant le flux lumineux dirigé vers le bas) peut donc également être une indication de l’efficacité du luminaire.

9 2. Notions de Photométrie
30/03/2017 6/ L’éclairement lumineux (E) C’est 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) c’est l’intensité lumineuse de cette source divisée par sa surface apparente. L (cd/m2) = q (s.d.) * E (lux) / π Cette notion s’exprime 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 s’exprime par un facteur de réflexion 3/ de la direction d’observation 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 d’onde exprimée en Nanomètres (nm). 7. Luminance: Grâce à cette notion, nous pouvons évaluer la différence entre deux sources de même puissance lumineuse mais de portée différente. Les sources concentrées (dimensions réduites) auront une luminance élevée avec des risques d’éblouissement. Les sources étendues, par contre, auront une luminance faible. La notion de luminance ne s’applique pas qu’aux luminaires. Elle s’applique également aux surfaces quelconques éclairées. 8. Aspect chromatique: Un rayonnement constitué par un seul rayonnement est dit “ mono chromatique ”. Pour l’œil humain normal, une sensation colorée, identique à celle perçue lorsque nous regardons une lumière de composition quelconque, est obtenue par la synthèse de trois radiations monochromatiques, une bleue, une verte et une rouge en proportions convenables. Ce “ fait trichrome ” nous permet de définir la couleur d’un rayonnement complexe par un ensemble de trois valeurs. Lorsque ces valeurs s’expriment en pourcentage, deux paramètres sont suffisants. La plupart des systèmes colorimétriques en usage utilisent un système x-y. Lorsque la valeur de X augmente, la température subjective du rayonnement passe d’une sensation froide à celle d’une lumière chaude. Lorsque la valeur Y augmente, la lumière vire du pourpre au vert. Toutes les nuances de blanc sont situées dans la bande intermédiaire entre le pourpre et le vert. Les blancs placés sur la ligne médiane de cette bande sont particulièrement satisfaisants pour l’éclairage. Ainsi, dans le cas d’un rayonnement par incandescence on peut faire correspondre à toute coloration de lumière blanche une température, dite “ température de couleur ”.Cette température s’exprime en Kelvin (K). Cette notion est utilisée pour les rayonnements provenant de toutes les sources de lumières (fluorescence…). Quant la température de couleur augmente, on passe des teintes chaudes (K-, riches en radiations rouges) aux teintes froides (K+, riches en radiations bleues). Du point de vue de l’agrément de l’éclairage, il existe une corrélation entre le niveau d’éclairement et la température de la couleur de la lumière. En général, pour des faibles niveaux d’éclairement, il faut choisir des teintes chaudes et pour des niveaux élevés d’éclairement, il faut choisir des teintes froides. La lumière d'une source est constituée généralement d'une infinité de radiations à longueurs d'onde différentes. C'est de cette distribution de longueurs d'onde que dépendent la température de couleur et l'indice de rendu des couleurs.

10 2. Notions de Photométrie
30/03/2017 Le spectre lumineux d'une lampe donne le flux énergétique rayonné par une lampe en fonction de la longueur d'onde du rayonnement. L’indice de rendu des couleurs (IRC) est la capacité d’une lampe à restituer correctement les couleurs d’un objet. 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 rayonnant une lumière très proche de la lumière naturelle (IRC = 98) A gauche : sous une lampe incandescente (IRC = 100) A droite : sous une lampe au sodium haute pression (IRC = 25) 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

11 2. Notions de Photométrie
30/03/2017 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. Durée de vie utile = La perte de 20 % du flux lumineux  provient d'une part de la diminution progressive du flux des lampes et d'autre part de l'arrêt de fonctionnement d'un certain nombre de lampes La durée de vie moyenne est l'abscisse correspondant à 50 % de lampes "survivantes". La durée de vie moyenne de la lampe associée au graphe ci-dessus est de 15 000 heures.. La durée de vie utile est l'abscisse correspondant à un flux lumineux restant de 80 %. La durée de vie utile de la lampe associée au graphe ci-dessus est de 5 000 heures. Si l'on regarde sur le graphe donnant la durée de vie moyenne, on voit que cela correspond à un arrêt de fonctionnement d'environ 5 % des lampes du lot. Cette correspondance permet de savoir, en pratique, quand la fin de la durée de vie utile (la durée de service) est atteinte : lorsque 5 % des lampes ne fonctionnent plus il est temps de procéder au remplacement de toutes les lampes. Ces courbes sont données par les fabricants pour chaque type de lampes. Remarques : Les durées de vie des lampes reprises dans cet outil informatique sont les durées de vie utiles. Dans leur catalogue, les fabricants utilisent soit les durées de vie moyennes, soit les durées de vie utiles (inférieures aux durées de vie moyenne). Quelle que soit la définition utilisée, il faut être conscient que ces données sont déterminées dans des conditions particulières souvent différentes des conditions réelles de fonctionnement (par exemple : cycles d'allumage/extinction différents). Elles sont donc indicatives et ne peuvent être considérées comme absolues. Attention : certains fabricants (principalement américains) utilisent une autre définition de la durée de vie d'une lampe : c'est la durée mesurée jusqu'à la mise hors service de la lampe. Ainsi, les lampes américaines sembleront avoir une durée de vie 2 à 3 fois plus élevée que celle des lampes européennes. Ce n'est évidemment pas le cas en réalité.

12 1. Les lampes à incandescence.
A. Les lampes 30/03/2017 1. Les lampes à incandescence. Elles comportent, essentiellement, une ampoule (ou un tube), un filament et un culot. L’ampoule est : - soit claire, lorsqu’elle est transparente et non colorée, - soit dépolie si elle est rendue diffusante par la rugosité de sa paroi, - soit opale, si la matière qui la constitue diffuse la lumière dans son épaisseur - soit opalisée, si elle est revêtue intérieurement d’une couche mince diffusante. Cette ampoule est remplie, le cas échéant, d’un gaz neutre de remplissage (krypton, argon). Ce remplissage freine la vaporisation du filament métallique lorsqu’il est échauffé. Le filament est généralement à simple ou double spirale. Il est réalisé en tungstène. Les niveaux élevés de flux lumineux sont obtenus grâce à des filaments de forte épaisseur permettant un échauffement important. Le culot est généralement du type à vis, mais il existe aussi à baïonnette. b. L’efficacité énergétique L (lm/W) Celle-ci varie entre 10 lm/W et peut atteindre dans les lampes de fortes puissances jusqu’à 19 lm/W.

13 A. Les lampes Durée de vie. Elle est de l’ordre de 1000h.
30/03/2017 Puissance (W) Type d’ampoule Lampes Standard claires ou dépolies Lampes Krypton Flux lumineux (lm) L (lm/W) 25 230 9,2 235 9,4 40 430 10,75 475 11,9 60 730 12,17 800 13,3 75 960 12,8 1030 13,7 100 1380 13,8 1500 15 150 2220 14,8 200 3150 15,75 300 5000 (claire) 16,7 500 8400 (claire) 16,8 1000 18800 (claire) 18,8 Durée de vie. Elle est de l’ordre de 1000h. e. Applications. Les lampes à incandescence sont utilisées pour l’éclairage décoratif des magasins, des vitrines, des halls de réception, des musées, des habitations, des expositions. Ce type d’éclairage est très utilisé. D’une part, le prix d’achat des lampes est faible et d’autre part le prix des installations (luminaires) pour les faire fonctionner est réduit. Elles se prêtent bien aux éclairages localisés.

14 A. Les lampes 2. Les lampes aux halogènes .
30/03/2017 2. Les lampes aux halogènes . Lampe halogène / capsules / basse tension Luminance de ± 900 000 (cd/m²) (5 W) à ± 19 500 000 (cd/m²) (100 W) Lampe halogène dichroïque/basse tension Luminance de ± 300 000 (cd/m²) (20 W) à ± 900 000 (cd/m²) (50 W) Lampe halogène/tension du réseau/double enveloppe/avec réflecteur Luminance de ± 115 000 (cd/m²) (60 W) à ± 250 000 (cd/m²) (100 W) Lampe halogène / pour tension du réseau / double culot Luminance de ± 80 000 (cd/m²) (60 W) à ± 1 100 000 (cd/m²) (2 000 W) Composition et fonctionnement. Elles sont constituées 1/ d’un petit tube de quartz rempli de vapeur d’iode ajouté au gaz neutre de remplissage. 2/ et d’un filament en tungstène. Lorsqu’une fraction de tungstène se trouve volatilisée, elle se combine à la vapeur d’iode et forme ainsi de l’iodure de tungstène instable à 600°C. Cet iodure se décompose à la température du filament en iode et en tungstène. Celui-ci se dépose sur le filament et le recompose partiellement. b. L’efficacité énergétique L (lm/W) Elle atteint de 13 à 25lm/W.

15 A. Les lampes Durée de vie. Elle est de l’ordre de 2000h.
30/03/2017 Flux lumineux et puissances. Puissance (W) Type d’ampoule A double enveloppe Type quartz Flux lumineux (lm) L (lm/W) 40 500 13 60 840 14 100 1600 16 200 3400 17 10000 20 1000 25000 25 22000 22 1500 33000 2000 50000 44000 Durée de vie. Elle est de l’ordre de 2000h. f. Rendu des couleurs. Il est presque parfait. La courbe des énergies absorbées est décalée vers le bleu. La qualité de la lumière est meilleure (plus blanche) parce que le filament de tungstène peut être porté à des températures plus élevées que dans les lampes ordinaires. La température de couleur est comprise entre 3000 et 3400K. e. Applications. Les lampes aux halogènes sont utilisées pour l’éclairage : - des grands espaces et des monuments avec des puissances de 1000 à 2000W, - des vitrines réalisées avec des puissances de 300 à 500W. A puissance égale, les lampes aux halogènes ont des dimensions plus faibles que les lampes à incandescence classiques

16 A. Les lampes 3. Les lampes à lumière fluorescente 30/03/2017
Figure 8: Fonctionnement et composition de lampes à lumière fluorescente. Figure 9a: Des lampes à lumière fluorescente – un tube lumineux Composition et fonctionnement (fig. 8). Elles sont constituées : 1/ D’un tube en verre comportant 2 culots porteurs d’électrodes dont la cathode émissive. Ce tube est de forme rectiligne, circulaire ou en U. Les longueurs des tubes rectilignes sont de 60, 120 et 150 cm et d’un diamètre de 26mm. Ces culots portent aussi les broches de fixation du tube à la réglette-support. La paroi interne de ce tube est revêtue de poudres fluorescentes. Celles-ci sont : - des silicates de Zn activé au manganèse qui donne le vert, - le tungstène de chaux qui donne le bleu. - les alophosphates de calcium qui donnent les blancs (blanc ordinaire au blanc bleuté (lumière du jour )). Ce tube est rempli d’un gaz de remplissage comprenant un gaz rare et des vapeurs de mercure. (Les lampes “ néon ” sont uniquement utilisées dans l’éclairage publicitaire et ne sont pas utilisées dans les habitations). 2/ D’un appareillage d’alimentation (avec ballast). Cet appareillage permet soit l’allumage avec starter, soit l’allumage instantané. Ces lampes donnent un éclairage provenant du rayonnement lumineux émis par une décharge électrique dans un tube où l’air est remplacé par de la vapeur de mercure à faible pression. Les poudres fluorescentes recouvrant les parois internes transforment en lumière visible le rayonnement ultraviolet provoqué par la mise sous tension du tube et la décharge électrique entre les deux électrodes. L’ensemble formé par le tube et son ballast possède un facteur de puissance (cos) de l’ordre de 0,5. Nous devons toujours essayer d’augmenter celui-ci afin de réduire l’intensité du courant absorbé et les pertes d’énergies. b. L’efficacité énergétique L (lm/W) Elle atteint de 64 à 104 lm/W (lampe de 58W produisant un flux lumineux de 5400lm). Tube fluorescent/T8 (Ø : 26 mm) Luminance ±12 000 (cd/m²) Tube fluorescent /T5 (diam 16) Luminance cd/m2

17 A. Les lampes 30/03/2017 Figure 9b: Des lampes à lumière fluorescente – une lampe dite à économie d’énergie Luminance ±8 000 (cd/m²) Figure 9c: Des lampes à lumière fluorescente – une lampe DULUX Luminance ±20 000 (cd/m²)

18 A. Les lampes 30/03/2017 Puissance (W)
Tube rectiligne de 26 mm de diamètre (fig.9a). Longueur (cm) Teinte de lumière Flux lumineux (lm) min et max L (lm/W) 18 60 Lumière du jour 1300 72 Blanc et blanc chaud 1050 à1450 58 à 81 36 120 3250 90,3 2500 à 3450 69 à 95,8 58 150 5200 89,7 4000 à 5400 69 à 93,1 Lampe, dite à économie d’énergie (remplaçant dans une installation de lampes à incandescence) d’un diamètre de 72mm (fig.9b). Longueur (mm) 9 148 Teinte chaude comme des lampes à incandescence ±2700K 375 à 425 42 à 47 13 158 525 à 600 40 à 46 168 750 à 900 42 à 50 25 178 1050 à 1200 42 à 48 Durée de vie. Elle est de l’ordre de h à h pour les tubes fluorescents. f. Rendu des couleurs. Le rendu des couleurs varie en fonction du type de lumière utilisé. En lumière du jour, il est excellent. e. Avantages et inconvénients Les avantages - à consommation égale, elle donne ± cinq fois plus de lumière qu’une lampe à incandescence. - Elles donnent une lumière diffuse qui assure le confort visuel et supprime presque totalement les ombres. - Elles présentent un échauffement très faible. Les inconvénients - Le prix des premières installations est élevé. - Un certain papillottement dû à l’excitation des tubes par le courant alternatif. Des essais de laboratoires ont montré que l’œil fatigue plus avec l’éclairage fluorescent qu’avec l’éclairage incandescent. Une lampe à incandescence de 60W produit un papillottement de 8%, une lampe à fluorescence provoque un papillottement de 60% en lumière du jour, de 55% en blanc naturel et de 32% en blanc doré. Cet inconvénient peut être contrarié ou réduit  : 1/ par un placement des tubes en dehors du champ de vision 2/ en couplant des tubes par deux (réduction à 26%) ou par trois (réduction à 4%) - Un effet stroboscopique des tubes interagit avec le fonctionnement de certaines machines et peut faire croire qu’elles sont à l’arrêt alors qu’elles ne le sont pas. Le montage des tubes par deux ou trois supprime cet inconvénient.

19 A. Les lampes 4. Les lampes à décharge.
30/03/2017 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 11 : Les lampes aux halogénures Figure 12 : Les lampes à vapeur de sodium Figure 10 : Les lampes à ballon fluorescent.

20 B. Les luminaires 1. Les éléments des luminaires
30/03/2017 1. Les éléments des luminaires Nous distinguerons a. les réflecteurs b. Les réfracteurs c. Les diffuseurs d. Les grilles de défilement

21 B. Les luminaires a. Les réflecteurs
30/03/2017 a. Les réflecteurs Nous les distinguerons en fonction du type de réflexions qu’ils 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 réflexion Matériaux Facteur de réflexion (%) Min Max Réflexion régulière Verre entamé (miroir) 82 85 Chrome poli 62 66 Aluminium anodisé 75 Aluminium poli 60 72 Aluminium ordinaire 52 55 Acier inoxydable 48 Plastique blanc poli 20 Réflexion diffuse Aluminium satiné 79 vitrifié 80 Peinture blanche 90 Plastique blanc mat Plâtre blanc 93

22 B. Les luminaires a. Les formes de réflecteurs.
30/03/2017 a. Les formes de réflecteurs. Ce sont des réflecteurs spéculaires de forme parabolique, elliptique, circulaire ou spéciale.

23 B. Les luminaires 30/03/2017 Figure 18  : Implantation de réflecteurs spéciaux par rapport aux espaces. Figure 19  : Des réfracteurs. Figure 20  : Des diffuseurs.

24 B. Les luminaires 30/03/2017 Figure 21  Des grilles de défilement.

25 B. Les luminaires 30/03/2017 2. Une classification des luminaires en fonction de leur destination. Parmi les luminaires, nous distinguerons ceux qui interviennent dans : - l’éclairage général et local des espaces, - l’éclairage de sécurité, - l’éclairage de secours - et ceux qui interviennent pour l’éclairage des atmosphères explosives.

26 B. Les luminaires Indices de protection d'un luminaire
30/03/2017 Indices de protection d'un luminaire A. contre les solides et liquides B. contre les chocs C. électriques D. Incendie E. Radio interférence

27 Protection contre les corps solides Protection contre les liquides
B. Les luminaires 30/03/2017 A. Contre solides et liquides Degré de protection Protection contre les corps solides Protection contre les liquides IP1X Protégé contre les corps solides supérieurs à 50 mm. IPX1 Protégé contre les chutes verticales de gouttes d'eau. IP2X Protégé contre les corps solides supérieurs à 12 mm. IPX2 Protégé contre les chutes d'eau pour une inclinaison maximale de 15°. IP3X Protégé contre les corps solides supérieurs à 2,5 mm. IPX3 Protégé contre l'eau "en pluie". IP4X Protégé contre les corps solides supérieurs à 1 mm. IPX4 Protégé contre les projections d'eau. IP5X Protégé contre la poussière. IPX5 Protégé contre les jets d'eau. IP6X Totalement protégé contre la poussière. IPX6 Protégé contre les paquets de mer. IPX7 Protégé contre les effets d'immersion.

28 B. Les luminaires B. Protection contre les chocs
30/03/2017 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 IK00 pas de protection IK01 0,15 Joule IK02 0,2 J IK03 0,35 J IK04 0,5 J IK05 0,7 J IK06 1 J IK07 2 J IK08 5 J IK09 10 J IK10 20 J

29 Exigences électriques Conséquence d'un éventuel défaut d'isolement
B. Les luminaires 30/03/2017 C. Protection électrique des luminaires Classification Exigences 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). 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 II Classe III

30 B. Les luminaires D. Protection incendie des luminaires 30/03/2017
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.

31 B. Les luminaires 30/03/2017 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 : Pour les luminaires à ballast électromagnétique Pour les luminaires à ballast électronique Pour tout luminaire

32 B. Les luminaires Choix du système d'éclairage :direct ou indirect ?
30/03/2017 Choix du système d'éclairage :direct ou indirect ? 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 composantes mixte indirect Eclairement au sol > 400 lux > 200 lux Type de lampes Tubes fluos Tubes fluos + fluocompactes Tubes fluos et/ou fluocompactes Fluocompactes + iodures métalliques Iodures métalliques Investissement faible moyen élevé très élevé Puissance installée W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 Coûts d'exploitation

33 B. Les luminaires a. Eclairage Directe :
30/03/2017  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. b. Deux composants (directe ou indirecte + appoint) : 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.

34 B. Les luminaires c. Mixte (directe + indirecte) 30/03/2017 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. Luminaire direct-indirect Ouverture sur la partie supérieure pour l'éclairage indirect

35 B. Les luminaires d. Eclairage indirecte 30/03/2017 Avantages
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 C. Éléments d’éclairement lumineux artificiel dans un espace.
30/03/2017 L’éclairage d’un espace dépend de facteurs liés : 1. Aux caractéristiques du local Au niveau d’éclairement requis pour y exercer une activité. 3. Aux modes d’éclairage choisis et à la disposition des luminaires dans le local

37 C. Éléments d’éclairement lumineux artificiel dans un espace.
30/03/2017 d. Éviter l’éblouissement.

38 C. Éléments d’éclairement lumineux artificiel dans un espace.
30/03/2017 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 C. Éléments d’éclairement lumineux artificiel dans un espace.
30/03/2017 Figure 36 : Evolution de l’efficacité lumineuse d’une lampe. Figure 37 : Précautions pour éviter la perte d’efficacité lumineuse par échauffement Figure 38 : Evolution de l’efficacité lumineuse en fonction de la maintenance.