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ISA St Luc Bruxelles – Cours Equipement 4ieme Architecture

Cahier 5a: Conception de l’éclairage artificiel

JF ROGER FRANCE- Ph. GRULOOS & J. CLAESSENS

ISA St Luc Bruxelles – 4ieme Architecture – Cours d’Équipement

Introduction

1. Notions:

a. L’éclairement naturel,désigne le flux lumineux et énergétique reçu par unité de surface et dû au soleil.

b. L’éclairement artificiel,désigne le flux lumineux et énergétique reçu par unité de surface et dû à des moyens technologiques généralement alimentés par l’électricité.

c. L’éclairement énergétique, désigne le flux énergétique (puissance reçue, émise ou transportée sous forme de rayonnement énergétique (W)) reçu par unité de surface (W/m2).

d.

d. L’éclairement lumineux,désigne le flux lumineux (puissance émise, reçue ou transportée sous la forme de rayonnement lumineux (Lumen)) reçu par unité de surface (lux = 1lumen/m2).


Introduction

2. Des éléments législatifs

a. Le Règlement Général pour la Protection au Travail (R.G.P.T.).

Ce document nous précise les niveaux minimums d’éclairement à assurer en fonction des tâches réalisées ou de la destination des espaces. Un extrait de ces niveaux minimums est donné dans la précédente partie (voir Cahier 4).Ces niveaux d’éclairement nous sont également recommandés dans d’autres ouvrages et références.

b. Les normes NBN L14.001 et NBN L 14 002.

Ces deux normes nous explicitent entre autres les méthodes d’évaluation “ British Zonal Method ” (B.Z.M) et elles nous fournissent des renseignements à propos de la qualité et de la quantité d’un éclairement artificiel.

c. Remarques.

L’éclairement artificiel ne peut pas uniquement être apprécié par sa quantité. Il faut aussi apprécier des caractéristiques tels que la couleur de la lumière, l’éblouissement, l’efficacité et le rendu des couleurs.


2. Notions de Photométrie

a. Définitions.

1/ La puissance électrique (P).

P = U x I [Watts]

où :U est la tension exprimée en Volt (V)I est l’intensité exprimée en Ampère (A).L’unité de la puissance électrique est le Watt (W).

2/ Le flux lumineux (F) Le flux lumineux (F) est la quantité de lumière émise par une source et par seconde.

L’unité de flux lumineux est le lumen (lm).

3/ L’efficacité lumineuse d’une lampe (L).C’est le quotient du flux lumineux par la puissance absorbée par une source et ses accessoires indispensables à son fonctionnement.

L = F/P [lm/w].



Exemple : voici un extrait d'un catalogue existant. On y repère pour la première lampe, un flux lumineux de 1 000 lm pour une puissance de 15 W, ce qui équivaut à une efficacité lumineuse de 1 000 lm / 15 W = 67 lm/W.

Type Watt Teinte K IRC Tension arc V Courant A Flux lum lm Culot Diam

TL'D 15 W 82 2650 85 51 0.34 1000 G13 28

83 3000 85 51 0.34 1000

84 4000 85 51 0.34 1000

TL'D 18 W 82 2650 85 59 0.37 1350 G13 28

83 3000 85 59 0.37 1350

84 4000 85 59 0.37 1350

86 6500 85 59 0.37 1300



4/ Le rendement d’un luminaire (ηt). C’est le rapport entre le flux lumineux sortant du luminaire et le flux lumineux émis par la ou les lampes qu’il contient. Il dépend en grande partie de la qualité des matériaux qui entrent dans la composition du luminaire (réflecteurs, diffuseurs…).

ηt = F(luminaire) /F(lampe) [-]

Le rendement total ηt d’un luminaire est le rapport entre le flux lumineux émis par le luminaire et le flux lumineux des lampes.

η t = 0,84 η t = 0,52 η t = 0,69



5/ L’intensité lumineuse (I).

La manière dont une lampe répartit la lumière produite par une lampe dans l’espace.

L’intensité lumineuse est une grandeur physique liée à une direction et à une source.

Elle est proportionnelle à la quantité de lumière émise dans cette direction.

L’intensité lumineuse s’exprime en candela.

Le candela est l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source chromatique. L’intensité lumineuse se lit sur des courbes polaires, dites courbes photométriques.



6/ L’éclairement lumineux (E)

C’est la quantité de lumière reçue sur un plan de référence (le plan de travail).

E (Lux) = F (luminaire) (lumen) / A (m2) unité en Lux (luxmètre)

7/ La luminance (L) c’est l’intensité lumineuse de cette source divisée par sa surface apparente.

L (cd/m2) = q (s.d.) * E (lux) / π

Cette notion s’exprime en candéla (cd)/ m2. (luminance –mètre).

Elle dépend alors :1/ du flux lumineux reçu par cette surface ; 2/ de son aptitude à réfléchir cette lumière, ce qui s’exprime par un facteur de réflexion

3/ de la direction d’observation par rapport à la surface lumineuse éclairant la surface.

8/ Aspect chromatique de la lumière.La lumière blanche naturelle est constituée de 6 domaines de couleur : le violet, bleu, vert, jaune, orange et rouge

. La couleur de chaque radiation est définie par une longueur d’onde exprimée en Nanomètres (nm).



Le spectre lumineux d'une lampe donne le flux énergétique rayonné par une lampe en fonction de la longueur d'onde

du rayonnement.L’indice de rendu des couleurs (IRC) est la capacité d’une lampe à restituer correctement les couleurs d’un objet.

Tube fluorescent rayonnant une lumière très

proche de la lumière naturelle (IRC = 98) Tube fluorescent ayant un bon IRC (IRC = 75) mais pour laquelle les teintes rouges sont accentuées. Ce type de lampe est par exemple recommandée dans les boucheries car elle donne un aspect plus agréable aux marchandises

Tube fluorescent avec un mauvais IRC

(IRC = 50) Lampe à vapeur de sodium avec un très

mauvais IRC (IRC = 20). Elle est principalement

utilisée pour les éclairages routiers

A gauche : sous une lampe incandescente (IRC = 100)

A droite : sous une lampe au sodium haute pression (IRC = 25)



9/ La durée de vie.

La durée de vie moyenne d'un lot de lampes est le nombre d'heures pendant lesquelles ces lampes ont fonctionné jusqu'au moment où 50 % d'entre elles ne fonctionnent plus.

La durée de vie utile d'un lot de lampes est le nombre d'heures après lequel il n'émet plus que 80 % du flux lumineux d'origine.

Elle correspond également à la durée de service, c'est-à-dire la durée après laquelle les lampes doivent être remplacées.


A. Les lampes

1. Les lampes à incandescence.


A. Les lampes

Puissance (W) Type d’ampoule

Lampes Standard claires ou dépolies Lampes Krypton

Flux lumineux (lm)

L (lm/W) Flux lumineux (lm)

L (lm/W)

25 230 9,2 235 9,4

40 430 10,75 475 11,9

60 730 12,17 800 13,3

75 960 12,8 1030 13,7

100 1380 13,8 1500 15

150 2220 14,8

200 3150 15,75

300 5000 (claire) 16,7

500 8400 (claire) 16,8

1000 18800 (claire) 18,8


A. Les lampes

2. Les lampes aux halogènes .

Lampe halogène / capsules / basse tension

Luminance de ± 900 000 (cd/m²) (5 W)

à

± 19 500 000 (cd/m²) (100 W)

Lampe halogène dichroïque/basse tension

Luminance de ± 300 000 (cd/m²) (20 W)à

± 900 000 (cd/m²) (50 W)

Lampe halogène/tension du réseau/double

enveloppe/avec réflecteur Luminance de ± 115 000 (cd/m²) (60 W)

à

± 250 000 (cd/m²) (100 W)

Lampe halogène / pour tension du réseau / double culot

Luminance de ± 80 000 (cd/m²) (60 W)

à± 1 100 000 (cd/m²) (2 000 W)


A. Les lampes

Flux lumineux et puissances.

Puissance (W) Type d’ampoule

A double enveloppe Type quartz

Flux lumineux (lm)

L (lm/W) Flux lumineux (lm)

L (lm/W)

40 500 13

60 840 14

100 1600 16

200 3400 17

500 10000 20

1000 25000 25 22000 22

1500 33000 22

2000 50000 25 44000 22

A puissance égale, les lampes aux halogènes ont des dimensions plus faibles que les lampes à incandescence classiques


A. Les lampes

Figure 8: Fonctionnement et composition de lampes à lumière fluorescente.

Figure 9a: Des lampes à lumière fluorescente – un tube lumineux

Tube fluorescent/T8 (Ø : 26 mm) Luminance ±12 000 (cd/m²)

Tube fluorescent /T5 (diam 16) Luminance 19 000 cd/m2

3. Les lampes à lumière fluorescente


A. Les lampes

Figure 9b: Des lampes à lumière fluorescente – une lampe dite à économie d’énergie

Figure 9c: Des lampes à lumière fluorescente – une lampe DULUX

Luminance ±20 000 (cd/m²)

Luminance ±8 000 (cd/m²)


A. Les lampes

Puissance (W) Tube rectiligne de 26 mm de diamètre (fig.9a).

Longueur (cm) Teinte de lumière Flux lumineux (lm)min et max

L (lm/W)

18 60 Lumière du jour 1300 72

Blanc et blanc chaud 1050 à1450 58 à 81

36 120 Lumière du jour 3250 90,3

Blanc et blanc chaud 2500 à 3450 69 à 95,8

58 150 Lumière du jour 5200 89,7

Blanc et blanc chaud 4000 à 5400 69 à 93,1

Puissance (W) Lampe, dite à économie d’énergie (remplaçant dans une installation de lampes à incandescence) d’un diamètre de 72mm (fig.9b).

Longueur (mm) Teinte de lumière Flux lumineux (lm)min et max

L (lm/W)

9 148 Teinte chaude comme des lampes à incandescence ±2700K

375 à 425 42 à 47

13 158 525 à 600 40 à 46

18 168 750 à 900 42 à 50

25 178 1050 à 1200 42 à 48


A. Les lampes

4. Les lampes à décharge. Ces lampes en comprennent trois types :a. les lampes à ballon fluorescentb. les lampes aux halogénures c. les lampes à vapeur de sodium.

Figure 10 : Les lampes à ballon fluorescent.

Figure 11 : Les lampes aux halogénures

Figure 12 : Les lampes à vapeur de sodium


B. Les luminaires

1. Les éléments des luminaires

Nous distinguerons a. les réflecteursb. Les réfracteursc. Les diffuseursd. Les grilles de défilement


B. Les luminaires

a. Les réflecteursNous les distinguerons en fonction du type de réflexions qu’ils réalisent et en fonction de leurs formes.

1/ Les types de réflexions.

1.1/ Les réflexions à répartition précise sont obtenues par une réflexion régulière avec une certaine concentration dans une ou plusieurs directions privilégiées. 1.2/ Les réflexions sans répartition précise sont obtenues par une réflexion diffuse avec des réflecteurs constitués en aluminium satiné ou martelé, en tôle émaillée ou peinte, ou en plastique blanc.

Type de réflexion Matériaux Facteur de réflexion (%)

Min Max

Réflexion régulière Verre entamé (miroir) 82 85

Chrome poli 62 66

Aluminium anodisé 75 85

Aluminium poli 60 72

Aluminium ordinaire 52 55

Acier inoxydable 48 52

Plastique blanc poli 20 85

Réflexion diffuse Aluminium satiné 60 79

Email vitrifié 60 80

Peinture blanche 72 90

Plastique blanc mat 20 85

Plâtre blanc 90 93


B. Les luminaires

a. Les formes de réflecteurs. Ce sont des réflecteurs spéculaires de forme parabolique, elliptique, circulaire ou spéciale.


B. Les luminaires

Figure 18 : Implantation de réflecteurs spéciaux par rapport aux espaces.

Figure 19 : Des réfracteurs.

Figure 20 : Des diffuseurs.


B. Les luminaires

Figure 21 Des grilles de défilement.


B. Les luminaires

2. Une classification des luminaires en fonction de leur destination.

Parmi les luminaires, nous distinguerons ceux qui interviennent dans :- l’éclairage général et local des espaces,

- l’éclairage de sécurité,

- l’éclairage de secours

- et ceux qui interviennent pour l’éclairage des atmosphères explosives.


B. Les luminaires

3. Indices de protection d'un luminaire

4. A. contre les solides et liquides

5. B. contre les chocs

6. C. électriques

7. D. Incendie

8. E. Radio interférence


Degré de protection

Protection contre les corps solides

Degré de protection

Protection contre les liquides

IP1X Protégé contre les corps solides supérieurs à 50 mm.

IPX1 Protégé contre les chutes verticales de gouttes d'eau.


IPX2 Protégé contre les chutes d'eau pour une inclinaison maximale de 15°.

IP3X Protégé contre les corps solides supérieurs à 2,5 mm.

IPX3 Protégé contre l'eau "en pluie".


IPX4 Protégé contre les projections d'eau.

IP5X Protégé contre la poussière. IPX5 Protégé contre les jets d'eau.

IP6X Totalement protégé contre la poussière.

IPX6 Protégé contre les paquets de mer.

IPX7 Protégé contre les effets d'immersion.

B. Les luminairesA. Contre solides et liquides


B. Les luminaires

IK00 pas de protection

IK01 0,15 Joule

IK02 0,2 J

IK03 0,35 J

IK04 0,5 J

IK05 0,7 J

IK06 1 J

IK07 2 J

IK08 5 J

IK09 10 J

IK10 20 J

B. Protection contre les chocs

Le degré de résistance au choc des luminaires est représenté par l'indice "IK" du luminaire. Cette classification remplace l'ancienne classification "IP" à 3 chiffres de type IPXXX


Classification Exigences électriquesConséquence d'un éventuel

défaut d'isolement

Classe 0 Interdite en Belgique comme dans la majorité des pays européens.Séparation des parties sous tension par une seule isolation, dite isolation principale.

En cas de défaut d'isolement, la protection de la personne touchant l'appareil repose sur l'environnement (par ex. sol isolant).

Séparation des parties sous tension par une seule isolation, dite isolation principale.Les parties métalliques accessibles sont reliées à une borne de terre.Recommandés dans les locaux traditionnels.

En cas de défaut d'isolement, la protection de la personne qui touche l'appareil repose essentiellement sur la qualité du circuit de mise à terre et sur un disjoncteur différentiel...

Une isolation supplémentaire ou renforcée est ajoutée à l'isolation principale.Des matériaux à plus grande résistance d'isolement sont utilisés.Recommandés dans les locaux humides ou lorsqu'on ne peut raccorder le luminaire à un conducteur de protection.

Du fait de la double isolation, un défaut d'isolement ne peut pas se produire et la personne qui touche l'appareil n'est pas en danger.

L'alimentation est réalisée en très basse tension de sécurité ; le circuit est isolé du réseau et la tension est plus petite que 50 V.

En principe, cet appareil ne pose pas de risques électriques.

Classe I

Classe III

B. Les luminaires

Classe II

C. Protection électrique des luminaires


Marquages courants

Montage permis sur des matériaux difficilement ou normalement inflammable.

Montage permis dans des ateliers présentant des risques d'incendie (ambiance poussiéreuse).

Montage permis dans des meubles difficilement ou normalement inflammable.

Montage dans des meubles de caractéristiques non connues.

B. Les luminaires

D. Protection incendie des luminaires


B. Les luminaires

Pour les luminaires à

ballast électromagnétique

Pour les luminaires à ballast

électronique

Pour tout luminaire

E. Production de radio interférence par les luminairesLes ballasts ou encore les transformateurs pour lampes halogènes basse tension produisent des signaux haute fréquence qui peuvent affecter les autres consommateurs électriques.

Les luminaires choisis doivent donc être protégés pour éviter ce genre de désagrément. Tel est le cas des luminaires portant les marquages :


B. Les luminaires

Comparaison de cinq systèmes d'éclairage pour un même niveau d'éclairement au niveau du plan de travail : 400 lux

Système d'éclairage

directdeux

composantes mixte deuxcomposantes

indirect

Eclairement au sol

> 400 lux > 200 lux > 200 lux > 200 lux > 400 lux

Type de lampes Tubes fluosTubes fluos

+fluocompactes

Tubes fluoset/ou

fluocompactes

Fluocompactes+

iodures métalliques

Iodures métalliques

Investissement faible moyen élevé élevé très élevé

Puissance installée11 - 16 W/m2

9 - 12 W/m2

9 - 14 W/m2

15 - 20 W/m2

18 - 23 W/m2

Coûts d'exploitation moyen moyen moyen élevé très élevé

Choix du système d'éclairage :direct ou indirect ?


B. Les luminaires

a. Eclairage Directe :

La lumière est projetée directement du luminaire vers la surface de travail.

Avantages

La lumière n'est pas réfléchie avant d'atteindre la tâche à éclairer. Le rendement est donc meilleur que celui d'un système comprenant une partie indirecte.

Inconvénients

Il existe un risque d'éblouissement et de contraste entre des zones sombres (par exemple le plafond) et des zones lumineuses.

AvantagesCe système est énergétiquement le plus intéressant car il associe un faible niveau d'éclairement général et des luminaires ponctuels, en fonction des besoins.

InconvénientsL'inconvénient de l'éclairage ponctuel est qu'il peut générer des contrastes, des ombres marquées ainsi que des réflexions gênantes.

b. Deux composants (directe ou indirecte + appoint) :


B. Les luminaires

AvantagesLes avantages de ce mode d'éclairage sont identiques à ceux de l'éclairage indirect : répartition uniforme et absence d'éblouissement. De plus, la partie directe crée des ombres avantageuses et permet de réduire la luminance du plafond. Les différences de luminance dans la pièce sont nettement moins marquées que dans le cas d'un éclairage direct. Il est avantageux dans des pièces à plafond haut et évite la perception d'une zone sombre au plafond. Dans le cas de parois très claires, ce système présente de bons rendements.

InconvénientsL'inconvénient principal est identique à celui du système d'éclairage indirect : rendement très sensible aux coefficients de réflexion des parois. il est cependant moins marqué puisqu'une partie de l'éclairage est dirigé directement vers le plan de travail.

c. Mixte (directe + indirecte)

Luminaire direct-indirect Ouverture sur la partie supérieure pour l'éclairage indirect


B. Les luminaires

d. Eclairage indirecteAvantages

La diffusion de la lumière par le plafond et une répartition uniforme des luminances offrent une bonne protection contre l'éblouissement.

Inconvénients

Vu que la lumière est réfléchie avant d'atteindre la tâche à éclairer, ce mode d'éclairage a un moins bon rendement et demande, à niveau d'éclairement égal, une puissance installée supérieure à celle du système direct.

L'éclairement dépend fortement des coefficients de réflexion des parois sur lesquelles la lumière est réfléchie. Il faut donc porter une attention toute particulière à l'entretien des surfaces du local afin que le rendement ne diminue pas au cours du temps. Ainsi, lors d'un remplacement de luminaires, un rafraîchissement du plafond peut être nécessaire.

De plus les luminaires indirects sont, par leur disposition, fortement soumis aux poussières et autres saletés (insectes morts, ...). Cet inconvénient devient délicat lorsqu'une partie translucide permet une diffusion de lumière vers le bas et que les insectes viennent s'y accumuler (cas des luminaires "lumière douce").

Ce type d'éclairage ne produit pas d'ombre. Il peut donc être monotone et rendre difficile la perception d'objets tridimensionnels. Enfin, il faut veiller à ne pas utiliser des sources trop lumineuses qui rendent le plafond éblouissant.


C. Éléments d’éclairement lumineux artificiel dans

un espace.

L’éclairage d’un espace dépend de facteurs liés :1. Aux caractéristiques du local

2. Au niveau d’éclairement requis pour y exercer une activité.

3. Aux modes d’éclairage choisis et à la disposition des luminaires dans le local



un espace.

d. Éviter l’éblouissement.



un espace.

La disposition des sources lumineuses (bureaux). 1. Limiter les réflexions sur le plan de travail

Respecter une zone interdite située au dessus du plan de travail.

2. Éviter les zones sombres le long des fenêtres le soir

3. Éviter les ombres gênantes

4. Assurer une uniformité correcte



un espace.

Figure 36 : Evolution de l’efficacité lumineuse d’une lampe.Figure 37 : Précautions pour éviter la perte d’efficacité lumineuse par échauffement

Figure 38 : Evolution de l’efficacité lumineuse en fonction de la maintenance.

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