PHOZAGORA - Site web français sur l'éclairage public
Jeudi 23 Février 2017 21:46 
Les grandeurs utilisées dans le domaine de l'éclairage


Cette section indique dans les grandes lignes comment et selon quelle données un projet d’éclairage est mis au point. Il indique également quels sont les paramètres à prendre en compte pour choisir une liste de produits et savoir comment les disposer dans l’espace, fermé (éclairage intérieur) ou ouvert (éclairage extérieur). Elle peut également vous être utile si vous êtes un particulier qui souhaite comprendre les informations qui sont données sur les emballages des lampes et luminaires commercialisés dans la grande distribution.




Généralités

Toute personne qui souhaite installer un nouveau système d'éclairage dans un lieu tient compte des questions suivantes, consciemment ou inconsciemment :

  • L’environnement à éclairer. L'éclairage doit tenir de la géométrie et de la nature de celui-ci. Il doit prendre en compte les éléments du décor et de la disposition des espaces. Pour l’éclairage intérieur, on ne souhaite pas obtenir le même éclairage pour un salon, pour une salle de bains ou pour un hall de réception. Pour l’éclairage extérieur, une ruelle de campagne ne s’éclaire pas de la même façon qu’un stade de football.
  • L’éclairement des surfaces. On souhaite en général que certaines surfaces éclairées soient plus ou moins visibles, en fonction des éventuels éléments à mettre en valeur ou au contraire à dissimuler.
  • La luminance des points lumineux. On souhaite en général que la lumière soit émise d’une certaine façon, très intense en certains points ou bien à l’inverse de façon plus homogène.

Les réponses à ces principales questions influent sur :

  • La disposition des luminaires : emplacement, hauteur, inclinaison.
  • Le choix des luminaires et des lampes. Le choix des luminaires dépendant aussi de leur aspect (esthétique) lorsqu’ils sont hors-fonctionnement (de jour).

Les paragraphes qui suivent indiquent quelles sont les grandeurs et unités utilisées, et à partir de quelles données quantifiées sont choisies les différentes sources d’éclairage.


Terminologie

Le tableau ci-dessous dresse une liste (non exhaustive) de sigles et acronymes régulièrement utilisés dans le domaine de l'éclairage, avec leur signification :


BF
Ballon Fluorescent
CDM
Ceramic Discharge Metal-halide (lamp)
CDO
Ceramic Discharge Outdoor metal-halide (lamp)
CFL
Compact Fluorescent Lamp
HID
High Intensity Discharge (lamp)
HPL
High Pressure mercury Lamp
HPS
High Pressure Sodium
IP
Indice de Protection
IRC
Indice de Rendu des Couleurs
MH
Metal Halide
ML
Mixed Lamp
LED
Light-Emitting Diode
LPS
Low Pressure Sodium
SBP
Sodium Basse Pression
SDW
SoDium White
SHP
Sodium Haute Pression
SON
SOdium New
SOX
SOdium basse pression (X = nomenclature PHILIPS)
TF
Tube Fluorescent
UHP
Ultra High Performance


Les grandeurs photométriques

Les grandeurs photométriques permettent de quantifier l'émission et la présence de lumière. Les grandeurs principalement utilisées sont:

  • L'intensité lumineuse.
  • La luminance.
  • Le flux lumineux.
  • L'éclairement lumineux.


L'intensité lumineuse - En candela

L'intensité lumineuse indique « combien de lumière génère une source lumineuse ». L'intensité lumineuse se mesure en Candela (cd). La candela est une des sept unités de base du « système international ». Cela signifie qu'elle n'est pas dérivée d'une autre unité physique et est issue d'un choix humain comme l'est le mètre pour la distance, le gramme pour la masse ou encore la seconde pour le temps. Le candela est officiellement défini comme suit : « Le candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence de 540 000 GHz et dont l'intensité énergétique dans cette direction est 1/683 watt par stéradian. » A noter que la fréquence de 540 000 GHz correspond à une longueur d'onde de 555 nanomètres, c'est un dire un rayonnement « vert », seuil de sensibilité maximale de l'œil humain. Pour avoir une idée plus concrète de la chose, retenez qu'une bougie classique émet approximativement 1 candela. Le rayonnement dont parle cette définition est un rayon vert. Il s'agit de la couleur auquel l'œil humain est le plus sensible.


La luminance - En candela par mètre carré

La luminance indique « combien une source lumineuse émet de lumière par unité de surface ». La luminance se mesure en Candela par mètre carrés (cd/m2). Pour illustrer la différence entre l'intensité lumineuse et la luminance, on peut prendre par exemple deux télévisions qui ne diffèrent que par la taille de leur écran. La surface de l'écran d’une télévision de 140 centimètres est quatre fois plus grande que la surface de l'écran d’une télévision de 70 centimètres. La télévision de 140 centimètres émet donc quatre fois plus de lumière que celle de 70 centimètres. Son « intensité lumineuse » est donc quatre fois plus élevée. En revanche, par unité de surface, les deux télévisions émettent autant de lumière l'une que l'autre. Elles ont une « luminance » identique. Lorsque vous regardez une source de lumière, c'est la luminance que perçoit votre œil. Une TV de 140 cm ne vous éblouit pas plus qu'une TV de 70 cm.


Le flux lumineux - En lumen

Le flux lumineux mesure « la quantité de lumière qui est diffusée dans l'espace ». Le flux lumineux se mesure en Lumen (lm). La valeur d’un lumen correspond « au flux émis dans un angle solide d’un stéradian par une source dont l'intensité uniforme vaut un candela ».

L’intensité lumineuse est directement associée à une source d’éclairage. Le flux lumineux est quant à lui associé à l’espace. Pour une même source lumineuse à intensité lumineuse constante, le flux lumineux varie en fonction le l'espace qui l'entoure. Il y a par exemple moins de lumière si les murs sont peints en noir que si ceux-ci sont peints en blanc. Le flux lumineux est quasi-nul si on recouvre une lampe de papier aluminium, tandis que l'intensité lumineuse reste constante.


L'éclairement lumineux - En lux

L'éclairement lumineux mesure « combien il y a de lumière à un endroit par unité de surface ». Le flux lumineux se mesure en Lux, ce qui est la même chose que le lumen par mètre carré. Pour illustrer la différence entre le flux lumineux et l'éclairement lumineux, le flux lumineux est plus élevé à proximité des lampes qui éclairent le terrain de football qu'à proximité de celles qui éclairent le terrain de tennis. Le terrain de foot est en effet plus grand donc il y a une quantité de lumière totale plus importante qui règne. Mais l'éclairement lumineux peut être le même au niveau d'un point du terrain de football qu'au niveau de celui du terrain de tennis. Lorsque vous regardez une surface ou une rue éclairée, c'est l'éclairement lumineux que perçoit votre œil. Notre œil ne voit pas combien de lumière en tout règne dans le milieu, mais combien on voit de lumière à chaque recoin de la surface ou de la rue.


Quelques ordres de grandeur

En résumé, le Soleil est une source lumineuse d'une intensité exprimée en candela. Il émet un flux lumineux en exprimé lumen. La Lune reçoit une partie de ce flux, qui lui donne un éclairement à sa surface, exprimé en lux.



Voici quelques ordres de grandeur pour se représenter physiquement quelques valeurs d'intensité lumineuse, de luminance et de flux lumineux :



  • L’intensité lumineuse de la flamme d’une bougie est d’environ 1 candela.
  • La luminance de la surface du soleil au zénith est d’environ 1,6 millions cd/m2.
  • La luminance de la surface de la pleine lune 2500 cd/m2.
  • La luminance d’une télévision est comprise entre 200 et 450 cd/m2 environ, selon réglage de la « luminosité ».
  • Une bougie émet environ 12,5 lumens (1 cd × 4π).
  • Une petite lampe halogène de 20 Watts émet environ 300 lumens. Une petite lampe halogène de 50 Watts a un meilleur rendement et émet environ 1000 lumens.
  • Un vidéoprojecteur domestique émet environ 2200 lumens.

Voici quelques ordres de grandeur d’éclairement :



  • Surface sous un ciel étoilé : 0,0005 lux.
  • Surface sous un clair de lune : 0,2 lux.
  • Surface à 1 mètre de distance d’une bougie : 1 lux.
  • Route éclairée par l’éclairage public : 10 à 50 lux d’une manière générale.
  • Surface à l’ombre en été : 10 000 lux.
  • Surface sous un ciel d'été nuageux : 15 000 lux.
  • Surface sous un d'été ensoleillé : 100 000 lux.

Lorsque l’on éclaire un lieu, on souhaite obtenir un certain niveau d’éclairement aux différentes surfaces. Ci-dessous quelques niveaux d'éclairement recommandés :



  • Eclairage domestique :
    • Couloir : 100 lux.
    • Chambre à coucher : 200 lux.
    • Cuisine : 300 lux.
    • Salle de bains : 300 lux.
  • Eclairage de lieux publics :
    • Salle de cinéma : 50 lux.
    • Magasin : 300 lux.
    • Salle de classe : 500 lux.
    • Bureaux : 500 lux.
    • Laboratoire : 500 lux (voire 1000 lux pour les lieux d'opérations).
  • Eclairage extérieur peut suivre la norme « EN 13201 » recommandant le niveau d'éclairage pour les voieries :
    • Tout point du cheminement extérieur accessible : 20 lux.
    • Voie principale ou lieu de grande circulation : 50 lux.
    • Un éclairement de 1250 lux est exigé pour un match de football de Ligue 1 (ces niveaux tiennent compte des retransmissions TV)..


Les caractéristiques techniques des lampes

Les critères qui définissent les caractéristiques essentielles et la qualité des sources lumineuses telles que n'importe quel type de lampe sont les suivantes :

  • La quantité de lumière émise
    • La consommation électrique
    • Le flux lumineux
    • Le rendement lumineux
  • L’aspect de la lumière émise
    • La température de couleur
    • Le rendu des couleurs
  • La robustesse
    • La durée de vie
    • Les variations de ses caractéristiques
  • La forme
    • Le culot



La quantité de lumière émise

Aujourd’hui, la confusion entre la « puissance électrique » et le « flux lumineux » est très répandue dans le grand public. La puissance électrique, exprimée en « Watts », était devenue directement associée à la quantité de lumière émise. L’utilisateur savait généralement, par habitude, combien de lumière émettait une lampe d’une certaine puissance. La quantité de lumière présente dans l’espace est pourtant exprimée par le « flux lumineux » (exprimé en « Lumens ») et non par la puissance de la lampe.

Cette confusion n’était pas réellement problématique lorsque la seule lampe à incandescence était utilisée dans le grand public. Aujourd’hui, la diversification des lampes force les fabricants à un devoir de clarification. Suite à l’apparition de la lampe fluocompacte (dite « à économie d’énergie ») vers 2005 et à LED vers 2010, le rapport entre la puissance et le flux lumineux varie en fonction des lampes. En effet, elles n’ont pas toutes le même « rendement lumineux » : pour une même puissance consommée (en Watts), une lampe à incandescence, une lampe fluocompacte et une lampe à LED n’émettent pas la même quantité de lumière.

Aujourd’hui, deux valeurs de puissances sont généralement indiquées sur les emballages des lampes dans le grand public. La première indique la puissance réellement consommée. La seconde indique « la puissance équivalente pour lampe à incandescence », c'est-à-dire à quelle puissance qu’une lampe à incandescence traditionnelle doit avoir pour émettre la même quantité de lumière.


Puissance réelle, puissance équivalente et flux lumineux
Sur la photo d'un emballage d'une lampe fluocompacte ci-dessous, les informations exposées sont les suivantes :
- Puissance réelle consommée par la lampe (23 Watts).
- Puissance équivalente (95 Watts), que consomme une lampe à incandescence classique pour un flux lumineux égal.
- Flux lumineux émis (1320 Lumens).
- Duée de vie de la lampe (10000 heures en fonctionnement). La durée de « 10 ans » indiquée se base sur le principe qu'une lampe domestique est allumée en moyenne 1000 heures par an.
- Température de couleur « warm white », signifiant « blanc chaud » (correspondant à une valeur d'environ 2700°K).
- Hauteur et largeur de la lampe (180×120 centimètres).


La puissance électrique - En Watts

La puissance électrique indique la quantité d'énergie électrique consommée par une lampe. Elle est exprimée en Watts. Elle exprime aussi indirectement la quantité de courant électrique (en Ampères) qui traverse la lampe quand elle est branchée sur le secteur (230 V / 50 Hz).


Le flux lumineux d’une lampe - En lumens

Le flux lumineux a déjà été défini plus haut. Exprimé en « lumens », il correspond à la quantité de lumière qui est présente dans un espace quand il est éclairé par la lampe (nue). En éclairage public, la lampe mais aussi le luminaire, muni d'une optique réfléchissante, influent sur le flux lumineux présent dans l’espace.

Dans la pratique, la mesure du flux lumineux d'une lampe est normalisée pour tous les fabricants. Elle se fait après une période de stabilisation de la lampe, appelée aussi « vieillissement de la lampe ». Cette période est d’une heure pour une lampe à incandescence et de 100 heures pour une lampe à décharge.


Le rendement lumineux - En lumens par Watt

Le rendement lumineux correspond au flux lumineux émis par une lampe par unité d'énergie consommée. D’une manière générale, quand une lampe est sous tension, une partie de l’énergie qu’elle consomme est convertie en chaleur, l’autre partie est rayonnée. Concernant la partie qui est rayonnée, une partie du rayonnement est non-visible (ultraviolets, infrarouges), une autre partie est visible (lumière). C’est la proportion de lumière visible par rapport au restant de l’énergie consommée (rayonnement non visible et chaleur) qui est illustrée par le rendement lumineux. Le rendement lumineux d'une lampe s'exprime en lumen par watt, c'est à dire en lumen émis par watt consommé. La valeur du rendement est égale à : Rendement lumineux (lm/W) = Flux lumineux (lm) / Consommation (W).

Le rendement lumineux n’est rarement indiqué en tant que tel sur un emballage. Il est toutefois simple à calculer si le fabricant mentionne le flux lumineux et la puissance. Il suffit de diviser la première valeur (en Lumens) par la seconde (en Watts). Les fabricants indiquent cependant la « classe énergétique » à laquelle appartient la lampe. La classification est la suivante :




Ci-dessous le rendement lumineux moyen des principales sources lumineuses électriques utilisées pour l’éclairage intérieur et extérieur :


Type de lampe
Rendement lumineux
Lampe à incandescence classique
10 à 15lm/W
Lampe à incandescence halogène
15 à 25 lm/W
Diode électroluminescente
15 à 120 lm/W
Tube fluorescent
35 à 60 lm/W
Lampe Fluocompacte
50 à 90 lm/W
Ballon fluorescent
60 à 95 lm/W
Lampe Metal-Halide
65 à 120 lm/W
Lampe Sodium haute pression
80 à 150 lm/W
Lampe Sodium basse pression
100 à 200 lm/W


L’efficacité lumineuse - En lumens par Watt

Beaucoup de fabricants de lampes utilisent, à tort, le terme d'efficacité lumineuse. Cette donnée exprime simplement la proportion de lumière perceptible sur la totalité d’une énergie rayonnée :

  • Le rendement lumineux est le rapport entre le flux lumineux émis (en Lumens) et la puissance totale consommée (rayonnement visible + rayonnement non visible + conversion en chaleur).
  • L’efficacité lumineuse est le rapport entre le flux lumineux émis (en Lumens) et le flux lumineux rayonné (rayonnement visible + rayonnement non visible). La valeur de l'efficacité lumineuse est toujours comprise entre 0 lm/W et 683 lm/W. Une efficacité lumineuse de 0 lm/W correspond à un rayonnement ne comprenant aucune fréquence dans la plage visible, tandis que celui de 683 lm/W correspond à un rayonnement monochromatique de longueur d'onde de 555 nm (« vert »), c'est-à-dire au maximum de sensibilité de l'œil humain.

À titre d’exemple, dans une lampe à vapeur de sodium sous basse pression, environ un tiers de l’énergie est rayonnée (les deux tiers restants sont convertis en chaleur). De plus, la quasi-totalité du rayonnement est visible (rayonnement monochromatique de longueur d’onde de 589 nanomètres, « jaune orangé »). Cela lui donne un rendement lumineux excellent, d’environ 180 lm/W dans les lampes d’aujourd’hui, avec une excellente efficacité lumineuse également. Dans une lampe à vapeur de sodium sous haute pression, environ la moitié de l’énergie est rayonnée, mais seul 60% du rayonnement est visible. De par son efficacité lumineuse beaucoup moins bonne que la lampe LPS, la lampe HPS a un rendement lumineux également moins bon, d’environ 130 lm/W dans les lampes d’aujourd’hui. Dans une lampe à incandescence classique, seulement 5% de l’énergie est rayonnée (les 95% restant étant convertis en chaleur), dont une partie est non visible ou peu visible (composantes rouges). Cela lui donne un rendement lumineux de 12 lm/W seulement.


L’aspect de la lumière émise


La température de couleur - En Kelvin

La température de couleur détermine la teinte générale d’une lumière émise par une source lumineuse qui est globalement blanche. Elle indique notamment si la lumière blanche émise par une lampe est plutôt de nature « blanc chaud », « blanc neutre » ou « blanc froid ». La température de couleur se mesure en Kelvin.

La température de couleur d’une lampe indique la température à laquelle il faudrait porter un matériau par incandescence pour obtenir la même couleur. Elle est basée sur la « théorie du corps noir », présentée dans la section « lumière » de ce site web. À titre d’exemple, si on chauffe du fer à très haute température, celui-ci devient rouge, puis orange, puis jaune, puis blanc chaud, puis blanc neutre, puis blanc bleuté… S’il est chauffé à 3000°K (un peu plus de +2700°C), il prend une couleur « blanc-jaune ». S’il est chauffé à 6500°K (un peu plus de +6200°C), il prend une couleur « blanc-bleuté ». Ainsi, une lampe (par exemple un tube fluorescent) qui émet une lumière « blanc-jaune » est indiquée comme ayant une température de couleur d’environ 3000°K, tandis que celle qui émet une lumière « blanc-bleuté » est indiquée comme ayant une température de couleur d’environ 6500°K. Ci-dessous un schéma qui associe une couleur à chaque température de couleur possible pour une lampe :


Température de couleurs
Les températures les plus basses se situent au niveau du rouge-orangé, les températures les plus haute au niveau du blanc-bleu.
Illustrations de teintes à différentes températures de couleur.

Ci-dessous les différentes catégories de lampes et leur(s) température(s) de couleur associée(s).


Type de lampe
Température de couleur
Lampe Sodium basse pression
1800 à 2000 °K
Lampe Sodium haute pression
2000 à 2200 °K
Lampe à incandescence classique
2400 à 2700 °K
Lampe à incandescence halogène
3000 à 3200 °K
Ballon fluorescent
4000 °K
Lampe Metal-Halide
2500 à 6000 °K
Tube fluorescent
De 2700 à 6500 °K
Lampe Fluocompacte
De 3700 à 6500 °K
Diode électroluminescente
Mesure inapplicable


Deux précisions

  • La température de couleur est une indication, et non le résultat d’une mesure réellement précise. La lumière émise par une lampe à décharge ne peut pas être d’aspect identique à celle d’un matériau incandescent. Elle ne permet pas d'ailleurs pas d’y associer toutes les couleurs existantes. La température de couleur est une donnée hors contexte concernant une lumière verte par exemple, un matériau incandescent n’émettant jamais une lumière d’une telle couleur. On parle parfois de « température de couleur proximale ».
  • Il peut paraître paradoxal de constater que lampes qui émettent une lumière « froide » aient une température de couleur plus élevée que celles qui émettent une lumière « chaude ». En réalité, un matériau incandescent de couleur « blanc bleuté » est bel et bien plus chaud que celui qui émet une couleur « blanc orangé ». D’ailleurs, certaines étoiles, bien plus massives et bien plus chaudes que le soleil émettent une lumière qui tire vers le bleu. La confusion vient du fait que nous associons psychologiquement les teintes bleutées au froid et à l’hiver tandis que nous associons les teintes orangées au chaud et à l’été.


L’indice de rendu des couleurs

L’indice de rendu de couleur, souvent abrégé sous le terme « IRC », indique la capacité d’une source lumineuse à permettre une bonne distinction des couleurs de l’environnement qu’elle éclaire. Autrement dit, l’IRC indique sa capacité à restituer les couleurs de la matière. Il est exprimé par un indice « Ra » compris entre 0 et 100 :

  • Une source lumineuse ayant un IRC de 100 restitue l’ensemble des couleurs que peut prendre la matière qu’elle éclaire.
  • Une source lumineuse ayant un IRC de 0 ne peut restituer que la couleur de la matière correspondante à la couleur qu’elle émet.

Par exemple, le soleil au zénith a un IRC égal à 100. Toutes les couleurs de la matière sont très nettement perceptibles : celle de l’herbe, celle du sable, celle des animaux, des végétaux, qu’ils soient constitués de pigments rouges, oranges, jaunes, verts, bleus, violets, roses, blancs, marrons, etc… Une lumière monochromatique rouge (laser) a un IRC proche de 0. Il éclaire l’ensemble d’une pièce en rouge, et ne permet presque aucune distinction des couleurs entre elles.


IRC excellent (Ra > 90)
IRC médiocre (Ra < 20)
Eclairage réalisé à l'aide de tubes fluorescents.
Eclairage réalisé à l'aide de lampes LPS.



La robustesse des lampes


La durée de vie

La durée de vie des lampes est exprimée en heures. Il s’agit d’une estimation qui est donnée à titre indicatif. Il est en effet difficile pour un fabricant de donner une valeur précise, tant la durée de vie d’une lampe dépend de facteurs externes, tels que :

  • Le nombre de cycle d’allumage et d’extinction.
  • Les conditions climatiques (température, humidité, etc…) voire mécaniques (vibrations) dans lesquelles elle est utilisée.


Les variations des caractéristiques

Il est parfois difficile de donner une sanction qui permet d'affirmer qu'une lampe a atteint ou non sa fin de vie. La réponse est simple à donner pour une lampe à incandescence (rupture ou non du filament), d’autant plus que ses performances restent constantes tout au long de son cycle de vie. Pour une lampe à décharge, le jugement est plus subjectif, dans la mesure où dans la plupart des cas, sa performance décroit au cours du temps sans qu'elle n'atteigne réellement un stade où elle cesse entièrement de « fonctionner ». Certaines lampes à décharge ayant une durée de vie théorique de 20 000 heures peuvent toujours émettre de la lumière après 300 000 heures. On considère souvent qu'une lampe à décharge atteint sa fin de vie quand elle devient inadaptée au besoin initial qui a justifié son installation. Souvent, on définit la fin de vie d’une lampe à décharge lorsque la baisse de ses performance devient manifeste visuellement, ou lorsque celle-ci risque de détériorer le matériel avec lequel elle est connectée (amorceur, ballast).


La forme des lampes


Le culot

Les culots des lampes sont normalisés (formes et dimensions). Un code, généralement constitué d’une lettre suivi de deux chiffres, permet d’indiquer la nature de celui-ci. Ils indiquent respectivement la nature du culot et ses dimensions (écartement entre l’axe des picots ou bien diamètre du culot pour ceux qui sont vissés ou à baïonnette). Le code normalisé figure dans la norme NF C 61501. Voici quelques exemples de codification de culots :

  • B - culot à baïonnette.
  • E - culot à vis (culot « Edison »).
  • F - culot à une seule broche de contact.
  • G - culot à deux ou plusieurs broches de contact.
  • K - culot à connexion flexible (câbles).
  • P - culot à pré-centrage (pré-focus).
  • R - culot à contact(s) encastré(s).
  • S - culot cylindrique, sans ergot.
  • T - culot pour lampes de standards téléphoniques.

Liste des culots classiques les plus usuels

  • E14, E27 et E40 : lampe à visser.
  • B15 et B22 : lampe fixée par des baïonnettes.
  • G5, G13, G23 : fixation notamment utilisées par les tubes fluorescents.
  • S15, S19.


Les caractéristiques techniques des luminaires

Les performances intrinsèques d'un luminaire en terme d’éclairage rendu dépendent essentiellement de son réflecteur. Elles sont principalement illustrées à travers les deux facteurs suivants :

  • La distribution lumineuse du luminaire.
  • L'éclairement moyen fourni.


La distribution lumineuse du luminaire


Courbes photométriques du luminaire

Les documentations techniques des luminaires indiquent généralement les courbes photométriques de ceux-ci, qui permettent de savoir dans quelles directions de l’espace le flux lumineux est principalement dirigé. Dans les catalogues, la distribution lumineuse d’un luminaire est représentée par deux tracés.

  • Le premier, souvent noté « C90, C270 », indique la distribution lumineuse dans le plan longitudinal, c'est-à-dire le plan orthogonal à la crosse ou au mat (plan orthogonal à celui dans lequel le lampadaire est fixé). Dans le cas d’une route, il s’agit en général du plan dans le sens de la longueur de la route.
  • Le premier, souvent noté « C0, C180 », indique la distribution lumineuse dans le plan transversal, c'est-à-dire dans le plan intégrant la crosse ou au mat (plan dans lequel le lampadaire est fixé). Dans le cas d’une route, il s’agit en général du plan dans le sens de la largeur de la route.

Courbes photométriques d'un réflecteur ovoïde et circulaire
Deux réflecteurs sont présentés dans la documentation ci-dessus : un réflecteur ovoïde fournissant une répartition de flux symétrique intensive (latérale) et un réflecteur circulaire fournissant une répartition de flux asymétrique extensive. Dans les deux cas, le tracé bleu concerne le plan transversal (« C0, C180 »), le tracé rouge concerne le plan longitudinal (« C90, C270 »). Ainsi :

- On constate que pour le réflecteur ovoïde, la lampe est centrée. Le centrage de la lampe donne une répartition du flux symétrique (cf. tracé bleu). Le réflecteur étant plus étroit dans l'axe de la chaussée et plus large dans l'axe orthogonale à celle-ci (axe allant d'un trottoir à un autre), la répartition de flux est intensive, concentrée sous le luminaire (cf. tracé rouge).
- On constate que pour le réflecteur circulaire, la lampe est excentrée. Ceci donne une répartition du flux asymétrique (cf. tracé bleu). Le réflecteur circulaire étant plus large que le réflecteur ovoïde, la répartition de flux est extensive (cf. tracé rouge).


Courbes isolux du luminaire

Les documentations techniques des luminaires indiquent généralement les courbes « isolux » de ceux-ci, qui permettent de savoir comment ils éclairent les surfaces. Les courbes tracées représentent chacune un ensemble de points de la surface éclairée (route, place…) au niveau desquels l’éclairement est au même niveau.




L’éclairement moyen prévu sur une surface éclairée

Les documentations techniques des luminaires donnent généralement les courbes indiquant le « facteur d’utilisation » de ceux-ci (proportion du flux lumineux atteignant la chaussée par rapport à la totalité du flux émis par la lampe). La valeur du facteur d’utilisation dépend de la constitution du luminaire, ainsi que du rapport entre la largeur de la voie et la hauteur à laquelle les luminaires sont placés.

La largeur de la voie ainsi que la hauteur du luminaire sont déterminants pour savoir quelle quantité de flux atteint la chaussée. En effet, pour un même ensemble « luminaire + lampe », plus la chaussée est étroite de la même manière que plus le luminaire est haut, plus une partie du flux lumineux est « perdu » (émis en dehors des limites de la chaussée). Ainsi, plus la valeur « largeur de chaussée / hauteur du luminaire » est faible, plus le facteur d’utilisation est faible. Ci-dessous un exemple pour le luminaire « PHILIPS Marina 12 » (avec une lampe HPS ovoïde opale et avec une lampe HPS tubulaire claire). À noter que deux courbes sont souvent données, une côté chaussée, une côté trottoir. Le flux lumineux utile est obtenu en multipliant le facteur d’utilisation par le flux émis par la lampe.



L’éclairement moyen est obtenu à partir du flux lumineux utile, la largeur de la voie et l’espacement entre chaque luminaire.


Méthode de calcul d'éclairement moyen
En ne prenant en compte que la chaussée, si nous avons par exemple une voie de largeur « l » de 24 mètres, une hauteur de feu « h » de 12 mètres, la largeur de voie est de « 2h ». Si on utilise le luminaire PHILIPS Marina 12, après analyse des courbes, on en déduit le facteur d’utilisation « C.U. », qui est d’environ 0,40 dans le premier cas et d’environ 0,55 dans le second cas.
En supposant que dans les deux cas, le flux émis par la lampe soit respectivement de 45000 et 55000 lumens, le flux lumineux atteignant la chaussée est respectivement de 45000 × 0,4 et 55000 × 0,55, soit respectivement 18000 et 30250 lumens. En supposant que les luminaires soient espacés de 30 mètres, alors l’éclairement moyen est dans le premier cas de 18000 / (24 × 30) et dans le second cas de 30250 / (24 × 30), soit respectivement de 25 et 42 lux.


Quelques illustrations






Géométrie

Dans l'éclairage public, des informations géométriques très communes telles que la distance, l'aire, le volume, sont grandement utilisées, comme partout. Je ne ferais pas un rappel de ces notions qui sont enseignées à l'école primaire. En revanche, je vous propose une présentation d'une grandeur géométrique qui est associée à des espaces en trois dimensions, l'angle solide.


Pour les espaces à 2 dimensions : l'angle

Un angle peut se mesurer soit en degrés soit en radians. La valeur de 1 radian correspond à 180/π degrés, soit environ 57 degrés. La valeur de π radians correspond très exactement à 180 degrés.

Si deux droites se coupent en un point, et si on trace à partir de ce point un arc de cercle de rayon 1 qui coupe ces deux droites, la valeur de l'angle en radian entre les deux droites est égal à la longueur de l'arc de cercle. Par exemple, si on trace deux droites perpendiculaires (90°) et au point où elles se coupent un arc de cercle de rayon 1 qui va d'une droite à l'autre, on obtient un quart de cercle. Sa longueur est le périmètre d'un cercle de rayon 1 divisé par quatre, soit π/2. Donc 90° = π/2 radians. Le périmètre d'un cercle de rayon 1 est de 2π, donc 360° = 2π.

  • La valeur absolue d'un angle peut aller de 0 à 360 degrés.
  • La valeur absolue d'un angle peut aller de 0 à 2π radians.

Valeur d'un angle en radian
Le périmètre de l'arc de cercle, pour un rayon de 1, est de π/2. La valeur de l'angle est donc de π/2 radians.


Pour les espaces à 3 dimensions : l'angle solide

En géométrie, un angle solide est l'analogue tridimensionnel de l'angle plan ou bidimensionnel. C'est en quelques sortes « un angle en 3 dimensions », qui s'ouvre et se referme en forme de cône. Il se mesure en stéradian, qui est l'analogue tridimensionnel du radian.

Lorsque l'on ouvre un angle solide, cela donne un cône qui s'ouvre. Si on recouvre ce cône d'un bout de sphère qui est à une distance de 1 du point où s'ouvre cet angle, la valeur de l'angle solide en stéradian est la surface de ce bout de sphère. En 2 dimensions, un angle pleinement ouvert est égal au périmètre d'un cercle de rayon 1, c'est à dire 2πR = 2π. En 3 dimensions, un angle solide pleinement ouvert est égal à la surface d'une sphère de rayon 1, c'est à dire 4πR2 = 4π.

  • La valeur absolue d'un angle solide peut aller de 0 à 4π stéradians.

Valeur d'un angle solide en stéradian
La valeur de l'angle solide est de "A" stéradians, correspondant à l'aire du morceau de surface de la sphère de rayon 1.


Conclusion

Après la lecture de cette section, vous connaissez désormais les connaissances principales en terme de vocabulaire, de grandeurs et unités photométriques et mathématiques qui vous permettrons d'analyser une documentation portant sur un projet ou un appareil d'éclairage.

Optimisé pour:
Mozilla Firefox v1.0 ou +Internet Explorer 6 ou +