ÉClairage ET LA LUMIèRE (BLEUE) FUT! grapHiQue 1 DiStributioN SpeCtrale D'uNe SourCe aux HalogÉNureS MÉtalliQueS Le système visuel de l’être humain est la définition même de l’adaptabilité. Cependant plus notre œil s’adapte aux conditions changeantes de son environnement, plus notre perception des éléments qui le composent s’en trouve influencée. grapHiQue 2 DiStributioN SpeCtrale D'uNe SourCe SoDiuM Haute preSSioN ous avez ouvert cette revue aujourd’hui et y avez lu en toutes lettres : EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE… Quelle est la corrélation entre le fait que notre œil perçoive différemment les choses selon certains facteurs et l’efficacité énergétique? Eh bien, sachez qu’à puissance lumineuse égale, vous distinguerez mieux un objet selon le type de source qui l’illumine. Nous traiterons ici particulièrement de la sensibilité de notre vision à bas niveaux d’éclairage, une condition que l’on rencontre essentiellement dans l’éclairage des routes, des stationnements et des promenades extérieures. V Facteurs d’influence Petit cours d’anatomie obligatoire avant de poursuivre la lecture : la rétine de l’œil humain est composée de cônes et de bâtonnets. Les cônes sont plus sensibles à la lumière jaune et sont responsables de notre capacité à distinguer les couleurs. Les bâtonnets sont quant à eux sensibles aux variations de luminosité, mais sont incapables de discerner les couleurs. On peut donc dire que ces derniers nous permettent de voir à de bas niveaux d’éclairage (sous la pleine lune par exemple). Ils répondent aussi mieux aux longueurs d’ondes avoisinant le bleu-vert. L’anatomiste tchèque Jan Evangelista Purkyně a d’ailleurs approfondi le raisonnement pour en arriver à décrire un phénomène qui se résume ainsi : plus le niveau d’éclairage baisse, plus la sensibilité maximale de l’œil à la puissance lumineuse se déplace vers la longueur d’onde correspondant à la couleur bleue. Cette manifestation se nomme « Effet de Purkinje », et en des termes très simples, signifie que l’humain voit mieux la nuit lorsque son environnement est éclairé par une source qui produit de la lumière tirant sur le bleu. Vous l’aurez deviné, l’une des sources actuelles 26 Électricité Québec | avril 2013 grapHiQue 3 DiStributioN SpeCtrale D'uNe SourCe Del produisant ce genre de lumière n’est nulle autre que la diode électroluminescente (DEL). grapHiQue 4 eFFiCaCitÉ luMiNeuSe eN FoNCtioN De la loNgueur D'oNDe Pour les fins de l’exercice, comparons les spectres lumineux des trois sources les plus communément utilisées dans les systèmes d’éclairage extérieur (voir les graphiques 1, 2 et 3, page 26). La lampe aux halogénures métalliques possède une distribution moyenne de l’ultraviolet au turquoise, se terminant par un pic extrêmement prononcé dans le vert. Quant à elle, la lampe au sodium haute pression fournit un rendement médiocrement partout sauf dans le jaune-vert, où elle excelle. Finalement, la DEL est à son maximum dans les longueurs d’ondes bleues et vertes, mais ne produit à peu près rien dans le rouge. 1800 Scotopique Efficacité lumineuse (lm/W) 1600 Les « pics » 1400 Mésopique 1200 1000 800 Photopique 600 400 La vision humaine possède trois modes de fonctionnement. Dans un milieu bien éclairé, disons dans un bureau ou à l’extérieur par une belle journée d’été, on parlera de vision photopique. Ce sont les cônes qui font tout le travail dans ce mode. À de très bas niveaux d’éclairage, par exemple la nuit sous un ciel ennuagé, c’est notre vision scotopique qui nous aidera à nous orienter. Ce sont les bâtonnets qui s’activent dans cet état. À des niveaux ▶ 200 0 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 Longueur d’onde (nm) Systèmes d’éc d’éclairage laairage Stanpro Ax é su r la Qu alité • Focused o al n Qu it y Nous illuminons votre vie viie!! Les Systèmes d’éclairage Stanpro ont le plus grand choix de technologies d’économies d’énergie du Canada... Induction DEL WTD-L HDL ALS-L CLI IFH HBL-L WPS WPP-L TLI TL C’est simple. Vous avez le choix. • jusqu’à 50% d’économies d’énergie • jusqu’à 10 ans de garantie Tél.: 514-739-9984 • Sans frais frais: s: 1-866-280-2332 Fax: 514-739-9912 514-7339-9912 www.stanprols.com IFD-L • jusqu’à 50% d’économies d’énergie • réduction de l’empreinte de carbone • jusqu’à 5 ans de garantie Nous serons au MCEE! E! kiosque 48 488 88 avril 2013 | Électricité Québec 27 intermédiaires, donc relativement bas mais tout de même idoines, on voit apparaître le concept de vision mésopique. Les niveaux d’éclairage des routes et des stationnements extérieurs se situent généralement dans cette gamme, soit de 1 à 10 lux. L’effet de Purkinje s’intéresse manifestement à la réaction du système visuel lors du passage d’un milieu bien éclairé à un milieu plus ou moins éclairé, donc faisant appel à notre vision mésopique. Les cônes sont autant sollicités que les bâtonnets dans pareils environnements. Le graphique 4, page 27, montre la courbe d’efficacité lumineuse en fonction de la longueur d’onde pour chacun des trois modes. Pour décrire le potentiel d’une source à vous fournir une puissance lumineuse utile dans un système d’éclairage extérieur, on peut utiliser le ratio Scotopique/Photopique (S/P) de celle-ci. Plus le ratio est élevé, plus la source produit des longueurs d’onde courtes, susceptibles d’améliorer la perception de l’œil dans un contexte d’éclairage extérieur. Les ratios des lampes commercialement disponibles les plus populaires sont indiqués dans le tableau 1, page 29. La lumière perçue par l’œil n’est pas mesurée par l’éclairement, qui représente un flux lumineux reçu sur une certaine surface. Elle est plutôt qualifiée par la luminance, qui symbolise l’intensité 28 Électricité Québec | avril 2013 lumineuse de l’éclairage réfléchi par une surface. Son unité de mesure est le cd/m² et plus ce nombre est élevé, plus les objets nous apparaissent clairement. Les niveaux d’éclairage suggérés par l’Illuminating Engineering Society (IES) considèrent que la source lumineuse possède un ratio S/P unitaire (1.00). En situation de vision mésopique, plus ce chiffre est élevé, mieux on distingue notre environnement. En utilisant les données du Tableau 1, on peut déduire le « potentiel » de plusieurs sources assez communes pour un système d’éclairage extérieur. Par exemple, en considérant un espace à la pénombre et des sources ayant une puissance lumineuse égale, une DEL blanche (S/P de 2.04) devrait produire environ trois fois plus de luminance qu’une lampe sodium haute pression (S/P de 0.63-0.66). Comme la plupart des niveaux recommandés par l’IES sont en lux, soit l’unité de mesure de l’éclairement, vous trouverez dans le tableau 2 une relation entre ceux-ci, les sources et leur rendement en termes de luminance. Par exemple, pour un éclairement de 5 lux (0.5 fc), soit le niveau recommandé pour l’éclairage sécuritaire d’un stationnement, l’usager moyen percevra 14 % plus clairement son environnement sous une source DEL que sous une lampe aux halogénures métalliques, et 78 % mieux s’il est question d’une source au sodium haute pression. On peut aussi tableau 1 faire l’exercice inverse : pour obtenir une luminance de 0.206 cd/m², on doit fournir un éclairement de seulement 4 lux si on utilise des DEL, alors qu’on doit atteindre 7 lux avec des lampes sodium haute pression. ratioS S/p De DiFFÉreNteS SourCeS luMiNeuSeS Sources lumineuses ratio S/p Il n’y a pas vraiment lieu de montrer ce rapport entre les sources, l’éclairement et la luminance pour des niveaux en deçà de 1 lux, ni d’ailleurs au-dessus de 10 lux. La logique derrière ce raisonnement est que dans les deux cas il n’est plus question de vision mésopique, mais bien de visions scotopique et photopique, respectivement. Le rapport S/P perd tout son sens puisque l'une des variables de l'équation (S ou P) sera proche de zéro dans chacune des situations. Sodium basse pression 0,25 Sodium haute pression 250 W claire 0,63 Sodium haute pression 400 W claire 0,66 Sodium haute pression 400 W givrée 0,66 Lampe au mercure 175 W givrée 1,08 Lampe au mercure 400 W claire 1,33 Incandescent 1,36 La morale de l’histoire Phare halogène 1,43 Fluorescent blanc froid 1,48 Halogénure métallique 400 W givrée 1,49 Halogénure métallique 175 W claire 1,51 Halogénure métallique 400 W claire 1,57 Phare aux halogénures métalliques 1,61 Fluorescent 5000 K 1,97 DEL blanche 4300 K 2,04 Lorsqu’on conçoit un système d’éclairage extérieur destiné à un usage relatif à la vision mésopique, il est important de considérer le ratio S/P de la source (certains logiciels en sont capables). Plus ce ratio est élevé, moins vous aurez à fournir des niveaux d’éclairement (en lux) importants afin d’atteindre des niveaux de luminance (en cd/m²) appropriés. Je vous rappelle que ce sont ces niveaux qui définissent réellement la clarté de l’image renvoyée au cerveau par l’œil. Efficacité énergétique? Assurément! Avec la bonne source, vous requérez moins de puissance pour arriver au même résultat, simplement parce que la source émet une lumière plus utile d’un point de vue spectral (qui l’eût cru?). Comme quoi tout n’est pas question de lumens par Watt…◼ Fluorescent 6500 K 2,19 par Mathieu leclerc, ing., PA LEED BD+C, Pageau Morel ___________________ [email protected] tableau 2 CorreSpoNDaNCe eNtre l'ÉClaireMeNt et la luMiNaNCe eN FoNCtioN De la SourCe Éclairement (fc) luminance photopique (cd/m2) Del blanc 4300K (cd/m2) (mésopique) Halogénure métallique (cd/m2) (mésopique) Sodium haute pression (cd/m2) (mésopique) 0,1 0,034 0,062 0,049 0,023 0,2 0,069 0,114 0,093 0,048 0,3 0,103 0,16 0,134 0,075 0,4 0,137 0,201 0,173 0,105 0,5 0,171 0,24 0,21 0,135 0,6 0,206 0,276 0,245 0,168 0,7 0,24 0,31 0,28 0,202 0,8 0,274 0,342 0,313 0,237 0,9 0,309 0,373 0,346 0,272 1,0 0,343 0,403 0,378 0,309 “Assist Recommends”, Volume 6, Issue 2, Jan. 2009. Lighting Research Centre, Rensselaer Poly. Inst. avril 2013 | Électricité Québec 29