Notions d'éclairagisme

752
Notions d’éclairagisme
NOTES TECHNIQUES
300
125
24
36
2000
400
90
LUMINANCE (Fig.4)
Si la source lumineuse n’est pas ponctuelle il faut donc la considérer comme ayant
une certaine dimension et par conséquent la définition qui a été fournie pour l’intensité
lumineuse ne peut plus être appliquée. Il faut donc introduire un nouveau concept qui
évalue la quantité d’énergie lumineuse émise par ces surfaces, qu’il s’agisse d’une
lumière propre ou d’une lumière réfléchie. La grandeur photométrique ainsi introduite
est la luminance (L). Elle est définie comme étant le rapport entre l’intensité lumineuse
de la source lumineuse dans la direction d’un observateur et la superficie émettrice
telle qu’elle est vue par l’observateur même (ou superficie apparente). L’unité de
mesure utilisée est la cd/m2; et l’équation de base est la suivante:
L=dI α / dA x cos α
où I est est l’intensité lumineuse en candela à l’angle α;
A est la zone de la source lumineuse, cos a est le cosinus de l’angle compris entre
l’œil de l’observateur et la perpendiculaire par rapport à la source lumineuse.
EFFICIENZA
lm/W
ALO
MBF
FL comp.
FL tubolare
JM
SAP-T
SBP
FLUSSO
lm
POTENZA
W
Flux lumineux (Fig. 1)
TIPO
LAMPADA
FLUX LUMINEUX (Fig.1)
Quantité d’énergie lumineuse émise dans l’espace par une source lumineuse pour
une unité de temps. Le flux lumineux est représenté par le symbole, et son unité de
mesure est le lumen (lm). Le lumen est défini comme étant le flux lumineux émis dans
l’angle solide unitaire par une source lumineuse ponctuelle située au centre d’une
sphère d’intensité lumineuse équivalente à 1 cd dans toutes les directions. Dans le
Système International (S.I.) l’unité de mesure de l’angle solide est le stéradian (sr) à
l’origine du rapport: 1 Im = 1 cd x sr. Le flux lumineux étant une quantité de lumière
émise pour une unité de temps par une source lumineuse, du point de vue dimensionnel il doit être considéré comme étant une puissance car c’est une énergie divisée par
une unité de temps. Une extension intéressante du concept de flux lumineux considéré comme puissance est le concept d’efficacité lumineuse. L’efficacité lumineuse
est le rapport entre le flux émis par la source lumineuse et la puissance employée
pour obtenir ce flux. Il est possible, à partir de cette valeur, d’évaluer l’économie
d’énergie qu’une lampe peut procurer par rapport à une autre.
5000
6300
1800
3350
180000
48000
13500
17
50
75
93
90
120
150
cos
ECLAIREMENT (Fig. 5)
Le concept d’éclairement est orienté vers la réalisation de projets d’éclairagisme:
cette valeur permet en effet d’évaluer quelle est la quantité de lumière émise par une
source lumineuse qui est effectivement présente sur une surface déterminée.
L’éclairement (E) est la quantité de flux lumineux frappant une surface:
dΦ
Lm
E= lux=
dA
m2
dΦ est le flux lumineux frappant la surface et dA la zone de la surface concernée
par le flux lumineux. L’unité de mesure de l’éclairement est le lux (lx) et s’exprime
dimensionnellement en lm/m2
EXEMPLES NIVEAUX D’ECLAIREMENT
100.000lx
Plein soleil, ciel clair
10.000lx
Ciel nuageux
10-4lx
Ciel étoilé sans lune
Eclairage routier moyen
5-30lx
Minimum indispensable aux piétons
pour éviter les obstacles
0.2-1lx
Ambiance
100-200lx
domestique
Locaux commerciaux
200-3000lx
Bureaux et écoles
300-2000lx
a =1
a =1 rad
a tot =2 rad
Intensité lumineuse (Fig. 2-2)
CLASSIFICATION BZ (Fig. 3)
La méthode BZ définit les paramètres de projet pour obtenir une meilleure précision
de calcul par rapport à la méthode standard. En particulier, la méthode classe les
appareils en se basant sur 10 distributions standard de l’intensité lumineuse, c’està-dire 10 courbes polaires de largeur croissante et représentables avec une formule
mathématique. La classe BZ est ensuite attribuée à l’appareil. Plus le sigle BZ est
élevé, plus large est le faisceau lumineux et l’entraxe possible d’installation qui
assure une bonne uniformité.
BZ2
2 x cos3 α BZ3
3 x cos2 α
BZ1
1 x cos4 α
BZ5
5 x cos α BZ6
6 x (1+2 cos α)
BZ4
4 x cos1.5 α
BZ8
8
BZ9
9 x (1+sin α)
BZ7
7 x (2+cos α)
BZ10
10 x sin α
90ϒ
60ϒ
60ϒ
90ϒ
100
BZ5
200
100
300
200
BZ5
400 BZ4
45ϒ
BZ3
45ϒ
600
BZ1
30ϒ
15ϒ
300
400
BZ2
500
BZ3
500
700
600
800
700
BZ1
0ϒ
15ϒ
60ϒ
75ϒ
60ϒ
45ϒ
BZ4
90ϒ
90ϒ
BZ2
100
BZ10
75ϒ
BZ10
BZ8
45ϒ
45ϒ
30ϒ
30ϒ
30ϒ
15ϒ
30ϒ
15ϒ
Graphique pour la classification (Fig. 3-1)
90ϒ
50
60ϒ
BZ6
45ϒ
800
15ϒ
0ϒ
90ϒ
60ϒ
150
200
50 BZ9
100
200
300
250
0ϒ
300
15ϒ
15ϒ
0ϒ
75ϒ
60ϒ
BZ8 BZ7 150
BZ6
250
40
80
120
75ϒ
BZ9
60ϒ
BZ7
h
200
45ϒ
30ϒ
TEMPERATURE DE COULEUR
On appelle température de couleur un mélange de juste proportion de différentes
couleurs. Cette définition donne à la température de couleur d’une lampe, mesurée en degrés Kelvin, une importance fondamentale pour l’installation d’appareils
d’éclairage. On pourrait dire que la température est un critère de choix qualitatif
d’une lampe
- Flamme d’une bougie stéarique
1800 K
- Lampe incandescente
2700 K
- Lampe fluorescente dite WHITE
3500 K
- Soleil au crépuscule
3500 K - 4000 K
- Lampe fluorescente dite COOLVVHITE
3000 K
- Soleil d’été à midi
5500 K
- Ciel clair
6500 K
- Lampe fluorescente dite DAYLIGHT
6000 K - 6500 K
115ϒ
115ϒ
105ϒ
95ϒ
105ϒ
95ϒ
85ϒ
75ϒ
70
85ϒ
75ϒ
65ϒ
140
65ϒ
55ϒ
210
55ϒ
45ϒ
280
45ϒ
350
30ϒ
Graphique pour la classification (Fig. 3-2)
Eclairement (Fig. 5)
Ip
160
45ϒ
15ϒ
1 lumen
METHODE POINT A POINT (Fig.6)
La méthode utilisée pour le calcul des éclairements est celle qui est communément
appelée “point à point” et dont la formule est:
I p x Klm x cos 3 α
E p = où:
h2
Ep
= éclairement en lux en un point
Ip
= intensités en candela, référées à 1.000 lumen, au point examiné
Klm
= intensité lumineuse de la lampe
cos3 α = cos3 l'angle compris entre la verticale de l’appareil et le point pris en cosid.
2
h
= distance entre la source lumineuse et le plan sur lequel on calcule l’éclairement
90ϒ
90ϒ
30ϒ
1
Luminance (Fig. 4)
INTENSITE LUMINEUSE (Fig.2)
L’intensité lumineuse est la quantité de lumière (l) émise par une source lumineuse
ponctuelle qui se propage dans une direction déterminée. Cette intensité est définie
comme étant le quotient du flux Φ émis dans une certaine direction dans un cône
d’angle solide unitaire w, d’où la formule l=dΦ/dω. Son unité de mesure est la candela
(cd) et est considérée dans le S.I. comme la grandeur physique fondamentale. Lors
de la XVIe Conférence des Poids et Mesures de 1979, il a été établi que l’intensité
de 1 cd équivaut à l’intensité d’une source qui émet dans un angle solide de 1 sr la
radiation monochromatique de fréquence et de puissance Φ=1/683 W. L’œil moyen
international, établi par la CIE, nous permet de définir la valeur maximum de visibilité
relative pour des radiations ayant une longueur d’onde de 555 nm, valeur qui correspond à 1 lm.
Intensité lumineuse (Fig. 2-1)
cos
=1
VALEURS DE LUMINANCE INDICATIVES
Soleil de midi
16x109 cd/m2
Coucher du soleil
6x106 cd/m2
Ciel clair
8000 cd/m2
Ciel nuageux
2000 cd/m2
Pré
800 cd/m2
Neige
3,2x104cd/m2
Bougie stéarique
5000 cd/m2
INC 60W boule claire 5x106 cd/m2
FL 18W
4000 cd/m2
JM 70W
1,5x107cd/m2
P
Méthode point à point (Fig.6)
35ϒ
420
25ϒ 15ϒ 5ϒcd/km5ϒ
35ϒ
15ϒ 25ϒ
Rendement (Fig. 7)
RENDEMENT (Fig. 7)
Le rendement indique le rapport entre le flux émis par l'appareil et le flux total de
la lampe.
Φu
n=
Φ tot
Le rendement étant un rapport entre deux grandeurs homogènes, il est adimensionnel et
est généralement exprimé en pourcentage.
Pour la caractérisation des appareils on subdivise le rendement en rendement inférieur
ni et rendement supérieur ns
Notions d’éclairagisme
NOTES TECHNIQUES
753
La lumière émise par un appareil d’éclairage peut être représentée avec le système graphique des “courbes photométriques”. Elles sont l’union des points de jonction des diverses
intensités lumineuses émises dans chaque direction de l’espace par la source lumineuse et
formant le solide photométrique. Le découpage du solide à un niveau donné fournit les “courbes photométriques” de ce niveau. Lorsque les niveaux sont décrits avec des coordonnées
polaires où le centre correspond au centre de l’appareil, on a les “courbes photométriques
polaires”. On peut faire tourner ces plans autour d’un axe pour explorer chaque point du
solide photométrique. En fonction de l’axe fixé pour la rotation on obtient différents systèmes
de plans définis par les normes CIE. Un mode de représentation alternatif des courbes photométriques est obtenu en substituant la description polaire avec une description à partir de
coordonnées cartésiennes. Ce système permet d’avoir une majeure lisibilité des photométries
à faisceau étroit et est généralement utilisé pour les projecteurs.
Les deux plans habituellement représentés sont le plan transversal et le plan longitudinal qui,
dans le système CIE, correspondent respectivement aux plans C0-C180 (ligne continue) et
C90-C270 (ligne en pointillés)
"COURBES PHOTOMETRIQUES" projecteur (Fig.12)
Les projecteurs ayant des faisceaux lumineux plus étroits, l’utilisation des coordonnées polaires n’est pas suffisamment détaillée; c’est pour cela que l’on préfère
représenter la courbe photométrique avec un diagramme cartésien.
"COURBES PHOTOMETRIQUES" plafonnier (Fig.8)
L’ensemble des mesures des intensités lumineuses émises par un appareil dans toutes
les directions forme le “solide photométrique”. Généralement on ne fournit pas toutes
les informations concernant l’ensemble du solide photométrique, mais seulement
celles de deux plans verticaux, orthogonaux entre eux, passant par le centre optique
de l’appareil. Les valeurs des intensités lumineuses (référées à 1.000 lm) sur un plan
sont appelées “courbes photométriques”. Pour les appareils d’intérieur et les armatures routières, les courbes photométriques sont représentées par des coordonnées
polaires.
Sur demande, il est possible d’obtenir les données photométriques des appareils d’intérieur selon les classifications des normes UTE et DIN 5040.
CALCUL DES ECLAIREMENTS AVEC LA METHODE CIE (Fig.13)
La première opération à effectuer est le calcul du coefficient K de la pièce, où a et b
représentent les côtés et hu la hauteur des appareils par rapport au plan utile.
85ϒ
75ϒ
65ϒ
55ϒ
75ϒ
65ϒ 85ϒ
75ϒ
55ϒ
65ϒ
45ϒ 55ϒ
35ϒ 45ϒ
35ϒ
niveaux
hauteur
émission de
d’installation d ’ é c l a i r e - lumière directe
ment (lux)
(m)
115ϒ
3
3.5
45ϒ
15ϒ
25ϒ
108
105ϒ
95ϒ
85ϒ
75ϒ
Ø 8.56
79
4
5ϒ 5ϒ 15ϒ 25ϒ 35ϒ
m
60
Ø 11.42
diamètre de lumière sur le plan de
travail (m)
125ϒ
70
115ϒ
courbe
(cd/klm)
plan tran65ϒ sversal
105ϒ
95ϒ
85ϒ
75ϒ
35
35
courbe
(cd/klm)
intensité lumineuse plan longitudinal
(cd/kIm)
55ϒ
105
55ϒ
45ϒ
140
45ϒ
35ϒ
lux
105
70
65ϒ
Ø 9.99
angles
d’émission
(degrés)
175
35ϒ
25ϒ 15ϒ 5ϒcd/Klm5ϒ 15ϒ 25ϒ
COURBES ISOLUX (Fig.9)
Elles représentent l’union des points du plan ayant la même valeur d’éclairement.
L’appareil éclairant est supposé être standard: hauteur de 1 m pour une lampe de
référence de 1 Klm. Les deux axes d/h et I/h mettent en relation la largeur de la route
(l) avec la distance entre les poteaux (d) et la hauteur de ces derniers (h).
COURBES ISOCANDELA (Fig.10)
La projection sur un plan des intensités en candela de même valeur, d’un solide photométrique donné, crée les courbes isocandela qui représentent donc l’union des points
du plan ayant la même intensité en candela.
coefficient utilisateur côté
trottoir
coefficient utilisateur côté trottoir
rapport largeur
-1
route-hauteur
0
côté route
60%
1
I
1
0
3
d
2
m
1
3
4
5
hu = h - hp.t. = 3 - 0.8 = 2.20m
K = (7 x 5) / (2.20 x (7 + 5)) = 1.3 (ligne rouge)
donc Cu = 0.45 (carré jaune).
Par conséquent le nombre d’appareils est:
napp = 350 x (7 x 5) / (0.45 x 1 x 6900) = 4
K
0.6
0.8
1.0
1.3
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
Y
h
hu
hpl
a
150
X
60ϒ 40ϒ 20ϒ 0ϒ -20ϒ -40ϒ -60ϒ
Dim. de la pièce (Fig.13-1)
courbe d’éclairement
2
Où Em est l’éclairement moyen requis en lux, Cm le coefficient d’entretien (égal à
1 pour installation neuve), Φ le flux lumineux des lampes en lumen pour chaque
appareil. Pour la lecture de la valeur du coefficient d’utilisation Cu se reporter au
tableau ci-contre; après avoir trouvé la ligne relative à l’indice K de la pièce, la colonne est celle qui correspond à l’ensemble des coefficients de réflexion des surfaces
composant la pièce.
Exemple: pour éclairer une pièce où:
a = 7 m, b = 5 m,
h = 3 m, hp.t. = 0,80 m, avec 350 lux pour une installation neuve; avec l’appareil art.
601 Disanlens 2x36W.
Les coefficients de réflexion de la pièce sont: plafond = 0,7; cadre = 0,7; murs = 0,3;
plan de travail = 0,1. Ces valeurs permettent de déduire que la colonne du tableau
correspondant à l’appareil (reporté à la figure 13-2) est celle qui commence par le
numéro 7731 (couleur bleue). Procéder ensuite au calcul du coefficient K (couleur
rouge) de la pièce:
400
COURBES DES ECLAIREMENTS (Fig.11)
La courbe des éclairements a été conçue pour faciliter le choix de l’appareil à utiliser
pour les différents aménagements urbains: éclairage des zones de passage, des
espaces ouverts, des parcs et, surtout, des rues. L’axe Y indique les éclairements
en lux et l’axe X la distance par rapport au corps éclairant. Contrairement aux autres
graphiques qui offrent des références relatives (hauteurs d’installation et flux lumineux standard), ce graphique présente des valeurs absolues: la hauteur de l’appareil correspond à la hauteur réelle d’installation et le flux de la lampe correspond à
celui qui est effectivement émis. De cette façon, on a des résultats immédiatement
exploitables.
h
La formule pour le calcul du nombre d’appareils nécessaire dans une installation
est la suivante:
Em x (axb)
napp =
Cu x Cm x Φ
b
courbes isocandela (Fig. 10)
6
6
14
12
48
14
16
12
14
10
22
18
52
28
32
22
34
26
40
36
60
44
48
30
44
62
54
68
58
62
40
niveaux
d’éclairement
classes de
qualité
Classe
A (1.15)
B (1.5)
C (1.85)
D (2.2)
E (2.55)
2000
1000
2000
500
1000
2000
Illuminamento [lx]
<300
500
<300
1000
2000
500
1000
2000
<300
500
1000
<300
500
<300
85
8
6
4
3
65
55
diagramme des éclairements (Fig. 11)
45
60
72
72
80
72
74
48
Valori di riflessione (in percentuale) dal
manuale degli illuminamenti (Fig. 15)
7773 7753 7731 5551 5511 3311
0.42 0.34 0.28 0.31 0.24 0.23
0.49 0.41 0.34 0.37 0.29 0.28
0.55 0.47 0.40 0.41 0.34 0.33
0.61 0.53 0.45 0.46 0.39 0.38
0.65 0.58 0.49 0.50 0.43 0.41
0.71 0.65 0.55 0.55 0.49 0.47
0.75 0.69 0.59 0.58 0.53 0.51
0.78 0.73 0.62 0.61 0.56 0.53
0.80 0.76 0.65 0.63 0.59 0.55
0.83 0.79 0.67 0.65 0.61 0.58
0000
0.21
0.26
0.30
0.35
0.38
0.43
0.46
0.49
0.50
0.52
ABAQUE DES LUMINANCES (Fig.14)
L’abaque est utilisé pour évaluer l’éblouissement direct de chaque appareil. Les
valeurs de luminance des deux courbes, transversale et longitudinale sont établies
en considérant un observateur tourné vers l’appareil avec un angle de 45° à 85°. Les
courbes limite déterminent la zone où la luminance de l’appareil ne constitue pas un
éblouissement. Chacune de ces courbes se réfère à un niveau d’éclairement moyen
sur le plan utile qui varie en fonction de 5 classes de qualité de l’installation établies
par le CIE: si la courbe des luminances se trouve à gauche des courbes limite le
niveau d’éblouissement est considéré comme étant acceptable. Le tableau 15 fournit
un cadre sur la limitation de l’éblouissement et sur quand et où utiliser un appareil de
telle ou telle classe de qualité (UNI 10380).
distanza in m.
66
8873
0.45
0.53
0.59
0.65
0.69
0.76
0.80
0.83
0.85
0.88
Exemple tableau CIE (Fig.13-2)
75
52
angles d'émission (degrés)
hu x (a+b)
-40ϒ
courbes isolux (Fig. 9)
intensità luminosa cd/klm
axb
K=
Z
-60ϒ
135
120
105
90
75
60
45
30
15
lux
80ϒ 60ϒ 40ϒ 20ϒ 0ϒ 20ϒ 40ϒ 60ϒ 80ϒ
Courbes photométriques projecteur (Fig. 12)
-20ϒ
I/h
4 d/h
Intervalle d’éclairements rapport interdientre un isolux et l’autre stance-hauteur
positionnement
h appareil
cd/klm
0ϒ
20%
2
100
20ϒ
40%
courbe photométrique
(cd/klm) plan
longitudinal
200
60ϒ
40ϒ
h
300
2
2
10
2
angle de
masquage
3
4 5 6
3
8 10
2
3
4
4 5 6 8 10
1
2
3
4
courbe
courbe
longitudinale transversale
classes
de qualité
A
B
C
D
E
type de
tâche visuelle ou d’activité
tâche visuelle très contraignante
tâche visuelle requérant des
caractéristiques visuelles élevées
tâche visuelle requérant des
caractéristiques visuelles normales
tâche visuelle requérant des
caractéristiques visuelles modestes
pour intérieurs où les personnes
n’ont pas une position de travail
définie et vont d’un endroit à l'au
tre pour des opérations requérant des caractéristiques visuelles modestes
NORMES ET
INFORMATIONS
courbes plafonnier (Fig. 8)
courbe photométrique
(cd/klm) plan
transversal
400