ET LA LUMIèRE (BLEUE) FUT!

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
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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)
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avril 2013 | Électricité Québec
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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
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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.
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