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