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ECLAIRAGE 2 Au sommaire du cours I. Les sources de lumière II. Le confort visue

ECLAIRAGE 2 Au sommaire du cours I. Les sources de lumière II. Le confort visuel III. Dimensionnement éclairage artificiel IV. Lumière et rythmes biologiques 3 I. Les sources de lumière 1. Lampes à incandescence 2. Lampes à décharge 3. Diodes électroluminescentes 4. Grandeurs caractéristiques 4 I.1 Lampes à incandescence - 1881 • Filament conducteur parcouru par un courant • Fer-1400K (Edison-1878) • Tungstène-2700K (Coolidge-1906) • Rayonnement d’un corps noir • Echauffement par effet Joule • Ampoule de verre • Un gaz inerte le Krypton évite l’oxydation de l’air et ralentit la sublimation du filament 400 500 600 700 λ(nm) Energie Relative 3.0 2.0 1.0 5 Incandescence aux halogènes L’ajout d’un halogène (bromure de méthyle) crée un cycle régénérateur du tungstène Durée de vie plus longue et température du filament plus élevée (env. 3000K) (1) Sublimation (2) Association des atomes de tungstène et du gaz halogène (3) Dépôt de tungstène sur le filament sous l’effet de la chaleur 2700 K 6 Incandescence aux halogènes 12V avec réflecteur: angle du faisceau (10° à 60°) 12V sans réflecteur 220V Ampoule remplie de gaz ou vapeur métallique Décharge électrique entre 2 électrodes => déplacement d’électrons Collision avec les atomes de gaz ou vapeur Production par électro-rayonnance – Énergie sous forme de rayonnement lumineux – Ou UV invisible + couche fluorescente => Rayonnement visible Temps de chauffe 7 I.2 Lampes à décharge 8 Appareillage électrique Le Starter déclenche la décharge Le Ballast la maintient: – Ballast ferromagnétique Consommation énergétique 15 à 20% de la puissance du tube – Ballast électronique Consommation divisée par 2 Flux plus élevé et durée de vie + longue Possibilité de gradation de 1% à 100% du flux Emission en majorité visible Lumière couleur jaune vert orange Tunnels Eclairage public IRC Inexistant 400 500 600 700 λ(nm) W/5nm/lm 800 600 400 200 Sodium Basse Pression - 1932 Lumière blanche à reflets jaunes orangés • Halls industriels, complexes sportifs, éclairage public, tunnels, zones portuaires • > 12000h, Faible maintenance, IRC 80 400 500 600 700 λ(nm) W/5nm/lm 400 300 200 100 Sodium Haute Pression – 1969 Ballon fluorescent à vapeur de mercure Lumière couleur blanche à reflets bleutés UV + phosphore => Autres spectres visibles • Eclairage public • 50 à 1000 W • 8000 à 12000 h 400 500 600 700 λ(nm) W/5nm/lm 400 300 200 100 Vapeur de mercure – 1932 Lumière couleur blanche, reflets bleutés ou orangés (Iodiures métalliques/Metal Halid lamp) • Halls d’expositions, Stockage, Bâtiments tertiaires • Stades, Eclairage public, Jardins • Façades • 95 lm/W, IRC 80-85, 10 000 h 400 500 600 700 λ(nm) W/5nm/lm 250 200 150 100 50 Halogénures métalliques – 1961 13 Tubes Fluorescents - 1936 Lampe à décharge BP Argon + vapeur de mercure BP Emission UV Poudres fluorescentes Excitées par l’UV, émettent dans le visible Diamètres – 38 mm (T12) – 26 mm (T8) – 16 mm (T5) Longueurs – 0m60 (18W) – 1m20 (36 W) – 1m50 (58 W) Tubes Fluorescents W/5nm/lm 400 300 200 100 400 500 600 700 λ(nm) W/5nm/lm 400 300 200 100 3000 K 4000 K 400 500 600 700 λ(nm) 15 Lampes fluorescentes compactes – 1980 Alimentation incorporée Alimentation séparée 16 Variations du flux lumineux dans le temps Lumière produite par ionisation des atomes de gaz présents dans l'ampoule. 60000 h, HF 60lm/W, BF 80 lm/W Atome de vapeur métallique Lumière visible Luminophore Lampe à induction 18 3. Diodes électroluminescentes - 1962 Coupelle réflectrice (permet de rediriger les rayons lumineux) Cathode Anode Puce (émet de la lumière) Lentille Composants électroniques semi-conducteur (Indium, Gallium, Nitride, Phosphide, Aluminum) Emet de la lumière quand il est parcouru par un courant électrique Effet électroluminescent (Jonction PN) 19 3. Diodes électroluminescentes - 1962 Électrons Trous Vers Anode 20 Sources monochromatiques – Rouge – Ambre – Vert – Bleu… Diodes électroluminescentes 21 Lumière blanche – Combinaison Leds RVB + autres – Led Royal Bleue + Poudres fluorescentes Diodes électroluminescentes Luminophore Luminophore (phosphore) 22 Composants d’un système à LED Radiateurs Optique LED(s) + électronique d’alimentation 23 Remplacement progressif des autres sources Diodes électroluminescentes Incandescentes à bulbe Spots Tubes fluorescents Avantages: Forte luminance, Bonnes couleurs saturées, Petites dimensions et faible poids, Robustesse, Longue durée de vie, Faible tension d’alimentation, Faciles à piloter. Efficacité lumineuse d’une LED élevée (220lm/W), mais 40-80 lm/W pour une lampe à LEDs (chaleur) Limites - Davantage adapté à l’éclairage intérieur (Surchauffe) - Qualité et efficacité inégales entre les fabricants de Leds - Flux lumineux limité (en 2010 ADEME Incandescence de 40W) et concentré - Manque de méthode (performances énergétiques et visuelles) - Forte luminance => Eblouissement - Impact sanitaire des LEDs (spectre bleu de forte intensité, danger pour la rétine)  Qualité et performances à améliorer  Connaissances à améliorer Diodes électroluminescentes Organique = contient du carbone Electroluminescence avec Structure organique – Superposition de plusieurs couches semi- conductrices organiques entre deux électrodes dont l'une est transparente. Flexible, pliable Faible poids & dimensions Durée de vie limitée (14000 h) Sensible à l’humidité Diodes organiques OLEDs 26 I.4 Grandeurs caractéristiques des lampes Puissance (W) Efficacité lumineuse (lm/W) Flux lumineux divisé par la puissance consommée Durée de vie (x1000 heures) Température de couleur (K) Température à laquelle un corps noir devrait être porté pour produire une « lumière blanche » de même couleur Indice de rendu de couleurs (0-100) Capacité d'une source de lumière à restituer les différentes couleurs du spectre visible comparée à une source de référence Temps de chauffe ou de mise en régime 27 Comparaison des températures de couleur Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K Fluo. 5000 K Fluo. 6300 K Fluo. Industrie 28 Comparaison indice de rendu des couleurs Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte 29 Temps de chauffe des lampes à décharge Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte t = 0 mn 30 Temps de chauffe des lampes à décharge Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte t = 0 mn 30 s 31 Temps de chauffe des lampes à décharge Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte t = 1 mn 32 Temps de chauffe des lampes à décharge Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte t = 1 mn 30 s 33 Temps de chauffe des lampes à décharge Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte t = 2 mn 34 Temps de chauffe des lampes à décharge Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte t = 2 mn 30 s 35 Temps de chauffe des lampes à décharge Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte t = 3 mn 36 Grandeurs caractéristiques des lampes Type de source Puissance (W) Efficacité lumineuse (lm/W) Durée de vie (heures) Température de couleur (Kelvins) Rendu des couleurs Temps de mise en régime (mn) Rallumage immédiat après extinction Résistance aux chocs et intempéries Incandescence ordinaire 15 à 500 10 à 20 1000 2700 Très bon 100 0 oui Incandescence aux Halogènes 40 à 2000 12 à 25 2000 2800 à 3000 Très bon 100 0 oui Tubes fluorescents 14 à 80 60 à 105 5000 à 19000 2700 à 6500 De 60 à 98 0 à 1 oui Lampes Fluorescentes Compactes 5 à 55 40 à 90 8000 à 15000 2700 à 6500 80 à 90 0 à 1 oui Vapeur de Sodium BP 35 à 180 130 à 180 12000 à 18000 1800 Inexistant 10 non Vapeur de Sodium HP 70 à 400 (35 à 100 blanc) 85 à 140 (35 à 50 blanc) 13000 à 16000 2000 à 2500 Moyen 65 (83 blanc) 5 non Bonne Vapeur de Mercure HP 50 à 1000 11 à 36 8000 à 12000 3500 à 4300 Mauvais 50 3 à 5 non Bonne Halogénures Métalliques 35 à 2000 80 à 105 6000 à 12000 3000 à 4600 80 à 85 2 à 5 non Bonne Lampe à induction 55 à165 60 à 80 lm/W 60000 2700 à 4000 80 0 à 1 oui Bonne LED <1 à 14.5 60(marché) à 220 (labo) 50000 à 100000 2700 à 3000 80-90 0 oui Bonne 2700 à 6500 37 Evolution des efficacités lumineuses Pas de lampes sans luminaires ! Alimentation électrique des lampes – Douilles – Ballast et starter si nécessaire Protection des lampes – Contre les chocs, l’humidité, l’eau… Distribution du flux dans l’espace – Concentration ou dispersion Réduction de l’éblouissement 38 39 Liens Fabricants Lampes/Luminaires www.philips.fr www.thornlighting.fr www.sylvania-lamps.com www.osram.fr www.erco.fr www.disano.fr www.zumtobel.fr www.artemide.com www.deltalight.com 40 Etiquette énergie d’une lampe Lampes > 4 W et < 6500 lm Tubes fluorescents : A ou B Lampes fluocompactes : A ou B Lampes à LED : A ou B Lampes aux halogènes : C ou D Lampes classiques uploads/Philosophie/ eclairage-master-1.pdf