notion éclairage

40
80
120
160
200
Ip
h
P
a 2 rad=
tot
a =1 rad
a =1
1
cos
Notions d’éclairagisme
752
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 dimension-
nel 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 consi-
déré 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.
Flux lumineux (Fig. 1)
EFFICIENZA
lm/W
TIPO
LAMPADA
POTENZA
W
FLUSSO
lm
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 corre-
spond à 1 lm.
Intensité lumineuse (Fig. 2-1)
15ϒ
45ϒ
60ϒ
75ϒ
90ϒ
15ϒ30ϒ30ϒ
90ϒ
0ϒ
45ϒ
60ϒ
75ϒ
50
100
150
200
250
300
BZ6
BZ8
BZ9
BZ10
BZ7
100
200
300
400
500
600
700
800
0ϒ15ϒ15ϒ
30ϒ
45ϒ
60ϒ
30ϒ
45ϒ
60ϒ
90ϒ90ϒ
BZ1
BZ2
BZ3
BZ4
BZ5
15ϒ
45ϒ
60ϒ
75ϒ
90ϒ
15ϒ30ϒ30ϒ
90ϒ
0ϒ
45ϒ
60ϒ
75ϒ
50
100
150
200
250
300
BZ6
BZ8
BZ9
BZ10
BZ7
100
200
300
400
500
600
700
800
0ϒ15ϒ15ϒ
30ϒ
45ϒ
60ϒ
30ϒ
45ϒ
60ϒ
90ϒ90ϒ
BZ1
BZ2
BZ3
BZ4
BZ5
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’est-
à-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.
BZ1 1 x cos4 α BZ2 2 x cos3 α BZ3 3 x cos2 α
BZ4 4 x cos1.5 α BZ5 5 x cos α BZ6 6 x (1+2 cos α)
BZ7 7 x (2+cos α) BZ8 8 BZ9 9 x (1+sin α)
BZ10 10 x sin α
Graphique pour la classification (Fig. 3-1) Graphique pour la classification (Fig. 3-2)
1
cos =
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.
RENDEMENT (Fig. 7)
Le rendement indique le rapport entre le flux émis par l'appareil et le flux total de
la lampe.
Φu
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
Luminance (Fig. 4)
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
VALEURS DE LUMINANCE INDICATIVES
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
Plein soleil, ciel clair 100.000lx
Ciel nuageux 10.000lx
Ciel étoilé sans lune 10-4lx
Eclairage routier moyen 5-30lx
Minimum indispensable aux piétons
pour éviter les obstacles 0.2-1lx
Ambiance
domestique 100-200lx
Locaux commerciaux 200-3000lx
Bureaux et écoles 300-2000lx
115ϒ
105ϒ
95ϒ95ϒ
105ϒ
115ϒ
85ϒ
75ϒ
65ϒ
55ϒ
45ϒ
35ϒ
25ϒ
15ϒ
5ϒ5ϒ
15ϒ
25ϒ
35ϒ
45ϒ
55ϒ
65ϒ
75ϒ
85ϒ
420
350
280
210
140
70
cd/km
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:
Ip x Klm x cos3α
Ep = 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.
h2 = distance entre la source lumineuse et le plan sur lequel on calcule l’éclairement
Méthode point à point (Fig.6) Rendement (Fig. 7)
NOTES TECHNIQUES
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, mesu-
rée 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
ALO 300 5000 17
MBF 125 6300 50
FL comp. 24 1800 75
FL tubolare 36 3350 93
JM 2000 180000 90
SAP-T 400 48000 120
SBP 90 13500 150
- 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
Eclairement (Fig. 5)

b
Z
h
a
X
hu
hpl
Y
75ϒ
65ϒ
55ϒ
45ϒ
35ϒ
85ϒ
75ϒ
65ϒ
55ϒ
45ϒ
35ϒ25ϒ15ϒ5ϒ5ϒ15ϒ25ϒ35ϒ
45ϒ
55ϒ
65ϒ
75ϒ
85ϒ
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.
a x b
K =
hu x (a+b)
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
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 colon-
ne 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:
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
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).
"COURBES PHOTOMETRIQUES" projecteur (Fig.12)
Les projecteurs ayant des faisceaux lumineux plus étroits, l’utilisation des coor-
données polaires n’est pas suffisamment détaillée; c’est pour cela que l’on préfère
représenter la courbe photométrique avec un diagramme cartésien.
753
Notions d’éclairagisme NOTES TECHNIQUES
La lumière émise par un appareil d’éclairage peut être représentée avec le système graphi-
que 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 “cour-
bes 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 pho-
tométriques 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" 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 arma-
tures routières, les courbes photométriques sont représentées par des coordonnées
polaires.
Sur demande, il est possible d’obtenir les données photométriques des appareils d’in-
térieur selon les classifications des normes UTE et DIN 5040.
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 pho-
tométrique donné, crée les courbes isocandela qui représentent donc l’union des points
du plan ayant la même intensité en candela.
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 lumi-
neux standard), ce graphique présente des valeurs absolues: la hauteur de l’appa-
reil 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.
105ϒ
95ϒ
85ϒ
75ϒ
65ϒ
55ϒ
45ϒ
35ϒ
115ϒ
35
70
105
175
140
25ϒ15ϒ25ϒ
5ϒ5ϒ15ϒ
cd/Klm
105ϒ
95ϒ
85ϒ
75ϒ
65ϒ
55ϒ
45ϒ
35ϒ
115ϒ
125ϒ
35
70
105
luxm
4
3.5
3 108
79
60
Ø 8.56
Ø 9.99
Ø 11.42
-60ϒ
-40ϒ
-20ϒ
0ϒ
20ϒ
40ϒ
60ϒ
-60ϒ-40ϒ-20ϒ0ϒ20ϒ40ϒ60ϒ
400
150
courbes isocandela (Fig. 10)
-1 012I/h d/h
4
3
2
1
0d
h
I
60%
40%
20%
m 1 2 3 4 5
135
120
105
90
75
60
45
30
15
lux
300
400
200
100
80ϒ 60ϒ 40ϒ 20ϒ 0ϒ 20ϒ 40ϒ 60ϒ 80ϒ
cd/klm
h
K 8873 7773 7753 7731 5551 5511 3311 0000
0.6 0.45 0.42 0.34 0.28 0.31 0.24 0.23 0.21
0.8 0.53 0.49 0.41 0.34 0.37 0.29 0.28 0.26
1.0 0.59 0.55 0.47 0.40 0.41 0.34 0.33 0.30
1.3 0.65 0.61 0.53 0.45 0.46 0.39 0.38 0.35
1.5 0.69 0.65 0.58 0.49 0.50 0.43 0.41 0.38
2.0 0.76 0.71 0.65 0.55 0.55 0.49 0.47 0.43
2.5 0.80 0.75 0.69 0.59 0.58 0.53 0.51 0.46
3.0 0.83 0.78 0.73 0.62 0.61 0.56 0.53 0.49
4.0 0.85 0.80 0.76 0.65 0.63 0.59 0.55 0.50
5.0 0.88 0.83 0.79 0.67 0.65 0.61 0.58 0.52
Courbes photométriques projecteur (Fig. 12)
Valori di riflessione (in percentuale) dal
manuale degli illuminamenti (Fig. 15)
6 6 14 12 48 14 16 12
14 10 22 18 52 28 32 22
34 26 40 36 60 44 48 30
52 44 62 54 68 58 62 40
66 60 72 72 80 72 74 48
classes type de
de qualité tâche visuelle ou d’activité
A tâche visuelle très contraignante
B tâche visuelle requérant des
caractéristiques visuelles
élevées
C tâche visuelle requérant des
caractéristiques visuelles
normales
D tâche visuelle requérant des
caractéristiques visuelles
modestes
E 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 requé-
rant des caractéristiques visuel-
les modestes
8
6
4
3
2
1
85
75
65
55
45
10
2
2 3 4 5 6 8 2 3 4 5 6 8 2 3 410
3
10
4
Classe
A (1.15)
B (1.5)
C (1.85)
D (2.2)
E (2.55)
2000 1000 500 <300
2000 1000 500 <300
2000 1000 500 <300
2000 1000 500 <300
2000 1000 500 <300
Illuminamento [lx]
NORMES ET
INFORMATIONS
courbes plafonnier (Fig. 8) émission de
lumière directe
intensité lumineuse
(cd/kIm)
angles
d’émission
(degrés)
courbe
(cd/klm)
plan tran-
sversal
courbe
(cd/klm)
plan longi-
tudinal
hauteur
d’installation
(m)
diamètre de lumière sur le plan de
travail (m)
niveaux
d’éclaire-
ment (lux)
courbes isolux (Fig. 9)
coefficient utilisateur côté
trottoir côté route
coefficient utilisa-
teur côté trottoir
rapport largeur
route-hauteur
rapport interdi-
stance-hauteur
Intervalle d’éclairements
entre un isolux et l’autre
diagramme des éclairements (Fig. 11)
positionnement
h appareil
distanza in m.
courbe d’éclairement
courbe pho-
tométrique
(cd/klm) plan
transversal
courbe pho-
tométrique
(cd/klm) plan
longitudinal
angles d'émis-
sion (degrés)
intensità lumi-
nosa cd/klm
Dim. de la pièce (Fig.13-1) Exemple tableau CIE (Fig.13-2)
classes de
qualité
niveaux
d’éclairement
angle de
masquage
courbe
longitudinale
courbe
transversale