Chap03_Eclairage_prof.doc

Cours : L’éclairage dans l’habitat
I) Capacités exigibles
I.1) Compétences
1
Rechercher, extraire et organiser l’information utile,
2
Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes
3
Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté
4
Raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale ou technologique, démontrer,
I.2) Capacités
Thème : Habitat
Sous-Thème : Gestion de l’énergie dans l’habitat
Notions et Contenus : Sources lumineuses Flux lumineux ; longueur d'onde, couleur et spectre.
35
Utiliser un capteur de lumière pour mesurer un flux lumineux.. Activité expérimentale
36
Positionner sur une échelle de longueurs d'ondes les spectres de différentes lumières : visible, infrarouge et
ultraviolette Ex : 11-12-18-19
37
Relier les unités photométriques à la sensibilité de l'œil humain. Ex : 14-15-19-22-23
38
Exploiter les caractéristiques d'une source d'éclairage artificiel :
 efficacité énergétique,
 classe d'efficacité énergétique ;
 température de couleur,
 indice de rendu des couleurs (IRC)..
Activité documentaire et Ex 13-16-17-20-21
II) Capacités exigibles
L’utilisation de luminaires dans les entreprises, les bureaux, les habitations doit satisfaire aux diverses exigences de
besoin d’éclairement, de qualité d’éclairement, et cela pour une consommation la plus faible possible. En effet la
consommation électrique pour l’éclairage correspondant à 14 % de la consommation des ménages, l’amélioration de
l’efficacité énergétique est un axe de progrès à privilégier.
III) Etude de diverses sources lumineuses
III.1) Expérience :
Pour chaque lampe, observons le spectre au travers d’un spectroscope.
Mesurer l’éclairement produit par chaque lampe et à diverses distances
Mesurer la consommation énergétique de chacune.

image
spectre
angle
Puissance
(W)
Exp.
Cons.
Eclairement E(lx)
2
4RE
à R=30cm
à 60 cm
Flux
(lm)
Exp.
Cons.
Efficaci
té
lumine
use
(lm/W)
classe
Durée de
vie (h)
Variat
eur
Tempér
ature
de
couleur
IRC
recycla
ble
Prix
Incandescence
Continu
103
80
64
32
1900
1300
820
160
565
2150
21
D et E
1 000
Oui
2500
TB
100%
Hg=0
%
1
Lampe halogène
Continu
38
28
(fp=1)
820
260
927
345
24
D et E
2 000
Oui
2800
B
100%
Hg=0
%
8
Lampe
fluocompacte
(Philips Tornado 23
W)
De raies
26
23
1300
400
1500
1500
58
A et B
12 000
Non
2700
M à
B
82%
Hg=1
,5mg
13
Eclairage à LED
De raies
4,3
4,5
160
50
200
155
50
A
20 000
Non
3000
M à
B
11
Lampe à vapeur de
sodium haute
pression
(Lucalox 100W)
De raies
100
8000
?
9500
95
A et B
24 000
Non
2000
TM
22%
13
soleil
Ecran d’ordinateur
Bougie

IV) Caractéristique des sources lumineuses
IV.1) Spectre d’une source
- La lumière du soleil est polychromatique (plusieurs couleurs): elle est composée d’une succession continue de radiations et
peut être décomposée en traversant un milieu dispersif, comme un réseau (succession de fentes très fines) ou un prisme
(triangle de verre).
- Chaque radiation est une onde électromagnétique caractérisée par sa longueur d’onde.
- La longueur d'onde "" d’une radiation est liée à sa fréquence "f" par la relation :
Relation fondamentale :
c
cT f
c : célérité de la lumière dans le vide
c = 300 000 km.s-1 = 3 108 m.s-1
 : longueur d’onde (m)
T : période (s)
 : fréquence (Hz)
- Les radiations visibles par l’œil humain vont du violet au rouge. Leurs longueurs d’onde sont comprises entre 400 nm et 800
nm.
Exemple : Pour une fréquence de 100 MHz ;  =
6
8
10.100
10.3
3 m.
Ex 1-2-11-12-13-18
IV.2) Réponse de l’œil à la lumière :
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
V(
)
700650600550500450400
 (nm)
Qui ck Tim e ™ et un dé co m pre ss eu r
Pho to - J PE G so nt r eq ui s p ou r v is ua l is er
c et te i mag e.
L'œil perçoit des longueurs d'onde
et le cerveau "voit" des couleurs
Un objet semble être coloré car il absorbe
sélectivement certaines longueurs d'onde
de la lumière incidente
1 watt (W) émit à 555 nm
vaut 683 lumens (lm)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
V(
)
700
650
600
550
500
450
400
(nm)
QuickTime™ et un d écompresseur
Photo - JPEG sont r equis pour
cette image.
L ’œil présente un maximum de sensibilité vers 555 nm
dans les conditions de vision
photopique
1 watt (W) émit à 555 nm vaut 683 lumens (lm)
Autour de cette longueur d ’onde la sensibilité décroît
et s’annule vers 380nm et 760nm.
Très nombreux
(~125 millions)
Très sensibles
(1 bâtonnet
peut réagir à 1 seul photon,
mais le
quantique n’est que
de 50%)
Insensibles à la couleur
Lents à l’adaptation
De la cornée à la rétine (exclue) la courbe de transmission spectrale couvre une gamme de 300 nm à 1400 nm.
Le cristallin porte la limite inférieure globale à 380 nm au lieu de 300 nm

L'œil perçoit des longueurs d'onde
et le cerveau "voit" des couleurs
Un objet semble être coloré car il absorbe
sélectivement certaines longueurs d'onde
de la lumière incidente
En petit nombre
(~ 5 millions/œil)
Sensibilité moyenne
Grande vitesse de réponse
Sensibles à la couleur
Le seuil de sensibilité d’un bâtonnet est environ 100 fois plus bas
que celui d’un cône !
Quand à la vitesse de réaction, celle des cônes est au moins 4 fois
plus grande que celle des bâtonnets (100 ms).
Les bâtonnets sont sujets à une désensibilisation progressive,
qui n ’est complète que par un ciel bleu d’été à midi.
Les cellules de la rétine reçoivent les différentes radiations de la
lumière visible. Elles les convertissent en impulsions électriques transmises au
cerveau par le nerf optique, qui les décode.
Elles ne présentent pas la même sensibilité pour toutes les longueurs
d’onde. En vision diurne (qui vit le jour), l’œil présente un maximum de
sensibilité à 555 nm (vert-jaune) ; en vision nocturne (scotopique) ce
maximum est de 505 nm (vert-bleu).
IV.3) Influence de la température sur le spectre :
La température de couleur permet de déterminer la couleur d'une source de lumière. Elle se mesure en degrés kelvins
A noter : la "température" de couleur ne correspond pas à la température réelle de la source lumineuse. Elle est liée au
modèle théorique du corps noir qui, lorsqu'il est chauffé, émet une certaine qualité de lumière.
Lumière du jour au coucher et au lever du soleil : 2500 à 3800 K.
Lumière du jour "normale" de 4000 à plus de 15 000 K.
Source
Température de couleurs
(K)
Source
Température de couleurs
(K)
Bougie
1800 K
Halogénure métalliques
3000 à 4200 K
Lampe au sodium
(forte dominante rouge)
2000 K
Lampe Xénon
5600 K
Lampe à incandescence
classique
2400 K à 2800 K
Lumière naturelle normée
6500 K
Lampe halogène
3000 K à 3200 K
Soleil au Zénith
5800 K
Lampe halogène bleutée
4000 K
Temps couvert (forte
dominante bleue)
7000 à 10 000 K
Lampe fluorescente
(blanc chaud) 2700 à 3000
K
(blanc neutre) 3900 à 4200
K

Remarques :
- Plus la tension augmente plus la température du filament augmente, plus le spectre se déplace dans le violet.
- Pour le cas d’une lampe à économie d’énergie, le spectre est un spectre discontinu (spectre de raies)
Ex 3-4-16-19
IV.4) Indice de rendu des couleurs :
L'Indice de Rendu des Couleurs "l’IRC" indique la capacité d’une source
lumineuse à restituer les différentes couleurs naturelles d’un objet. L’IRC varie
de 0 à 100. Plus l'IRC est grand, mieux les couleurs sont restituées. La lumière
du jour (lumière blanche) considérée comme la lumière parfaite détient
évidemment le record car son IRC est de 100.
Plage d’IRC
Rendu des couleurs
IRC < 80
Médiocre
80 < IRC < 85
Moyen
85 < IRC < 95
Bon
95 < IRC < 100
Très bon