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2006-07 1
Éclairage artificielSuzel Balez
MOBAT
La lumière blanches - définitions vision des couleurs
Sources de lumière artificielle(Photométrie et critères de choix)
Température de couleur
IRC
Flux lumineux
Familles de sources
Ouzo bar en Grèce
2006-07 2
10-8 1010108106104102110-210-410-6
Longueurs d'onde électromagnétiques en µ m (10-6 m)
Rayons gamma
Rayons cosmiques
Rayons X
U. V.
Infra rougeRadar, radio, TV
VISIBLE
La lumière – définition
L’œil n’est sensible qu’à une toute petite partie des radiations électromagnétiques
Le visible (la lumière), c’est un spectre électromagnétique dont les les longueurs d’ondes ont le pouvoir d’exciter les
cellules visuelles de l’œil
λ=0,38 µm < Visible < λ=0,78 µm
2006-07 3
Compos ition de la lumière blanche
Sou
rce
: M. Z
wim
pfer
Sou
rce
: ww
w.T
horn
.fr
La lumière blanche – définitionLa lumière du soleil est une lumière blanche composée
de l’ensemble des longueurs d’onde visibles.
Cette composition représente le spectre.
Chaque longueur d’onde correspond à une
radiation “colorée”
2006-07 4
Transmiss ion-absorption-réflexion
Puissance incidente P
Valeur réfléchie R
Valeur transmise T
Valeur absorbée A
La conservation de l'énergie donne P = A + T + R soit en divisant par P 1 = A/P + T/P + R/P
On appelle α = A/P le coefficient d'absorption τ = T/P le coefficient de transmission ρ = R/P le coefficient de réflexion
α + τ + ρ = 1Cette équation est toujours valable, mais elle varie avec les longueurs d'onde (les fréquences)
La somme des énergies transmise, absorbée et réfléchie est égale à l’énergie incidente.
La vision des couleurs
2006-07 5
Couleur des objetsLa vision des couleurs
Un tissu noir absorbe toutes les longueurs d’onde.
Un tissu n’est vert que parce que les longueurs d’onde
vertes sont réfléchies, toutes les autres étant absorbées.
Nous ne voyons des surfaces colorées que parce qu’elles
sont capables d’émettre ou de ré-émettre de façon sélective
certaines longueurs d’onde de la lumière incidente.
2006-07 6
La vision des couleursSynthèse additive
Le mélange en proportions égales de 3
lumières primaires (bleu, vert, rouge) crée
une lumière blanche.
On peut obtenir d’autres couleurs par la
superposition de faisceaux colorés
projetés sur un écran blanc.
2006-07 7
Les couleurs primaires du peintre sont le rouge (magenta), le bleu (cyan) et le jaune.
La vision des couleursSynthèse soustractive
Les couleurs primaires du peintre sont le rouge (magenta), le bleu
(cyan) et le jaune.
Dans le cas d’un mélange de matières colorées, on parle de
synthèse soustractive.
Les pigments absorbent une partie du rayonnement lumineux.
Mélanger deux pigments signifie faire absorber par l’un ce que l’autre
renvoie.
2006-07 8
.Le vert central paraît plus vif à
gauche qu’à droite
Le gris paraît plus foncé à droite qu’à gauche
La vision - les contrastes / couleurs
Une couleur est toujours perçue par rapport aux
autres couleurs présentes dans le
champ visuel. Deux couleurs placées
côte à côte tendent à être perçues
différemment que si elles étaient vues
séparément
2006-07 9
La vision - les contrastesVariations de la lumière du soleil et constante perceptive
La couleur de la lumière du jour se modifie selon les moments de la journée (position du soleil) et les
conditions atmosphériques. Ce changement est progressif, notre
œil s’y adapte sans en prendre conscience.
La loi de constante perceptivedésigne le fait que nous avons
tendance à percevoir un objet avec des qualités permanentes.
2006-07 10
Le corps noir est un corps imaginaire étalon, qui permet de comparer et caractériser l’émission de différentes sources
La température de couleur d’une source lumineuse représente la température à laquelle il faudrait chauffer le corps noir pour qu’il ait le m^me aspect coloré que cette source.
La température de couleur d’une source lumineuse caractérise sa teinte.
Les sources de lumière artificielle /Température de couleur d’une source
2006-07 11
Température de couleur élevée(5000 à 6000 °K) Teinte froide
(bleutée)
Température de couleur basse(2700 à 3500 °K) Teinte chaude
rougeâtre)
Les sources de lumière artificielleTempérature de couleur d’une source
2006-07 12
Légende diagramme de Kruithof :
Zone A : ambiance jugée trop chaude
Zone B : ambiance jugée confortable
Zone C : ambiance jugée trop froide
Les sources de lumière artificielleDiagramme de Kruithof
2006-07 13
L’éclairement fait souvent partie du cahier des charges d’un local.Les valeurs d’éclairement recommandées varient en fonction de la tâche à accomplir. Elles sont en permanence reconsidérées en fonction de l’évolution des techniques, du contexte économique…Pour les locaux de travail, les consignes européennes prennent aussi en compte le critère de luminance.
Exemples, Recommandations de l’Association Française d’Eclairage (AFE), 1993
Valeurs d'éclairement moyens à maintenir en lux)
voie de circulation intérieure 125
hall d'accueil 250
bureaux (travaux généraux) et bibliothèques 425
salle de classe 325
salles de dessin
850
mécanique générale (pièces moyennes) 425
mécanique délicate 1250
Les sources de lumière artificielleÉclairement et Diagramme de Kruithof
2006-07 14
2006-07 15
L’indice de rendu des couleurs d’une source désigne la capacité de cette source à restituer les couleurs de surfaces. L’IRC s’échelonne de 0 à 100. Il n’est significatif qu’à partir de 50.
Deux sources ayant la même température de couleur n’ont pas forcément le même spectre.
Si ces deux sources éclairent le même objet, l’aspect coloré de cet objet ne sera pas forcément identique.
Les sources de lumière artificielleIndice de rendu des couleurs d’une
source (IRC) ou Ra en anglais
2006-07 16
Sur la photo du haut, les fruits ont un aspect bleuté ; la source qui les éclaire ne restitue pas leur coloration naturelle.
Sur la deuxième photo, l’IRC est meilleur.
Les sources de lumière artificielleIndice de rendu des couleurs d’une source (IRC)
2006-07 17
Le flux lumineux, exprimé en lumen (lm), tient compte de la courbe de sensibilité de l’œil humain ; il représente les « watt utiles » pour l’œil émis par une source (1 watt émis dans le jaune est beaucoup plus “efficace” qu’1 watt émis dans le bleu).Le flux lumineux des sources est donné par les fabricants dans les catalogues.
L’efficacité lumineuse d’une source est le rapport entre le flux lumineux émis par cette source et sa puissance consommée (lm/W).Seule une petite partie de l’énergie consommée par une lampe produit de la lumière.
Ordres de grandeur : lampe à incandescence 100 W : 1500 lm η = 15 lm/Wlampe à incandescence à halogènes 100 W : 2500 lm η = 25 lm/Wtube fluorescent de 18 W (IRC = 85) : 1500 lm η = 85 lm/Wlampe à iodures métalliques de 150 W : 11 200 lm η = 75 lm/W
Les sources de lumière artificielleAutres critères de choix :
Flux et efficacité lumineuse d’une source
2006-07 18
Principe : la lumière est émise par le filament de tungstène porté à incandescence dans une atmosphère de gaz inerte.
Les sources à incandescence dégagent plus de 80 % de chaleur ; elles noircissent et ont une faible durée de vie.
Puissance : 40 à 1000 WEfficacité lumineuse : 8 à 18 lm/WTc : 2600 à 2900 KIRC : 100Durée de vie : 1000 h (normalisée)
Les sources à incandescence ont un spectre
continu
Famille de sources Incandescence classique
2006-07 19
Principe : idem que l’incandescence classique mais l’introduction de composés halogénés permet la régénération du filamentLes sources halogènes noircissent moins et ont une durée de vie plus longues que les incandescences classiques/
Puissance : 50 à 2000 WEfficacité lumineuse : 13 à 20 lm/WTc : 2800 à 3000 KIRC : 100Durée de vie : 2000 à 4000 h
Famille de sources Incandescence halogène
2006-07 20
Les lampes PAR sont en verre pressé pour mieux résister aux chocs et être utilisées en extérieur. Le réflecteur interne permet de faire varier la forme du faisceau.
DichroïquesPuissance : 15 à 150 WEfficacité lumineuse : 16 à 22 lm/WTc : 3000 KIRC : 100Durée de vie : 2000 à 4000 h
Famille de sources Sources à incandescence à réflecteur interne
2006-07 21
La lumière est produite dans une ampoule électrique renfermant un ou plusieurs gaz (vapeurs métalliques). Lorsqu’une tension suffisante est appliquée, un arc électrique se crée, qui met en mouvement les atomes de gaz (ionisation).En changeant la composition en gaz ou en modifiant la pression, on obtient des qualités de lumière différentes.
Les sources à décharge possèdent des « spectres à raies ».
Les sources à décharge requièrent un appareillage spécial : système d’allumage et ballast.
Famille de sources Les lampes à décharge
2006-07 22
Tube dont seulement une partie est recouverte de poudre fluorescente
Les sources fluorescentes couvrent une large gamme de qualités de lumière et de formes.
Famille de sources / à vapeur de mercurelampes fluorescentes (vapeur de mercure basse
pression)
La vapeur de mercure excitée à cette pression émet un spectre ultra-violet. L’ajout de poudres fluorescentes sur les parois intérieures de l’ampoule permet de transformer cette énergie en rayonnement visible (fluorescence).
2006-07 23
Catalogue OSRAM : « lumière du jour » : Tc > 5000 K« blanc neutre » : Tc = 4000 K« blanc chaud » : Tc < 3300 K« blanc doré » : TC = 2700 K
Puissance : 18, 36, 58 WEfficacité lumineuse : > 60 lm/WTc : 2700 - 7000 KIRC : 40 - 98Durée de vie : 6000 à 12000 h
Exemple de spectre d’un tube fluorescent
Famille de sources / à vapeur de mercuretubes fluorescents
2006-07 24
Ces lampes ont un fonctionnement identique à celui des tubes mais leur appareillage incorporé permet de les substituer aux sources à incandescence
Puissance : 5 à 23 WEfficacité lumineuse : 40 à 60 lm/WTc : 2700 - 3000 KIRC : 85Durée de vie : 8000 à 10000 h
Exemple de spectre d’une fluocompacte
Famille de sources / à vapeur de mercurelampes fluocompactes
2006-07 25
Ces lampes à vapeur de mercure haute pression contiennent des halogénures métalliques permettant un meilleur IRC.
Depuis peu, les brûleurs céramique tendent à remplacer les brûleurs à quartz.
Brûleurs quartzPuissance : 50 à 2000 WEfficacité lumineuse : 70 à 90 lm/WTc : 3000 à 6000 KIRC : 65-85Durée de vie : 6000 à 8000 h
Brûleurs céramiquePuissance : 20 à 400 WEfficacité lumineuse : 70 à 90 lm/WTc : 3000 à 4200 KIRC : 65-95Durée de vie : jusqu’à 15000 h
Famille de sources / à vapeur de mercureaux iodures métalliques (vapeur de mercure haute
pression)
2006-07 26
Lampes à vapeur de mercure basse pression conçues pour n’émettre que des UV ; leur verre retient toute lumière visible mais rend visible les matières réagissant aux UV.
Famille de sources /Lumière noire
2006-07 27
Ces sources ont un spectre d’émission monochromatique
Exemple de spectre
Famille de sources / à vapeur de sodiumà vapeur de sodium basse pression
2006-07 28
Exemple de spectre
Sodium haute pression classiqueEfficacité lumineuse : 50 à 150 lm/WTc : 2000 à 2500 KIRC : 65-85Durée de vie : 8000 à 24000 h
Il existe des sources dites « sodium blanc » (Tc : 2500 K ; IRC > 85)
Famille de sources / à vapeur de sodiumà vapeur de sodium haute pression
2006-07 29
Puissance : 55 et 85 WEfficacité lumineuse : 70 lm/WTc : 3000 et 4000 KIRC : > 80Durée de vie : 60000 h
Ce sont des sources à décharge mais l’excitation est créée non plus par un arc électrique mais par un champ électromagnétique.
Famille de sources /Lampes à induction
2006-07 30
Efficacité lumineuse : 25 à 40 lm/WTc: 2800 à 5500 KIRC : 70 à 90Durée de vie : 100 000 h
On arrive aujourd’hui à faire que ces sources éclairent au-delà d’une fonction signalétique
Famille de sources /LED (lighting emitting diodes)
2006-07 31
Il s’agit de tubes à décharge hautes pression. La couleur obtenue est fonction du gaz employé (rouge pour le néon, bleu pour l’argon).
Famille de sources /Tubes « néon »
2006-07 32
Eirin Stoen, Oslo/N
Éclairage Urbain
1. Directions et modes d’éclairage • Principes
• Exemples architecturaux et urbains
2. Luminaires • Fonctions non photométriques
• Fonctions photométriques : maîtriser le flux lumineux
• Luminaires d’éclairage intérieur et extérieur
2006-07 33
Source: Valentin F., Lumière pour le spectacle, librairie théâtrale.
Directions et modes d’éclairage
Les directions de lumière sont liées à la position
des sources. Elles définissent les angles et
les orientations sous lesquels une surface,
un volume, un objet ou un personnage sont
éclairés.
2006-07 34
Directions et modes d’éclairage Plongée / contre-plongée
- éclairage en plongée : la source est placée au dessus du sujet (direction solaire)
- éclairage en douche : la source est placée à l’aplomb du sujet (zénith)
- éclairage en contre-plongée : la source est placée en dessous du sujet (direction
anti-solaire) Éclairage frontal / latéral / contre-jour
- éclairage frontal : la source est placée face au sujet
- éclairage latéral : la source est placée sur un des côtés du sujet
- éclairage frontal : la source est placée sur le côté, dans un plan parallèle le plus
proche du sujet- contre-jour : la source est placée à l’arrière
du sujet
2006-07 35
Sourc
e :
Val
entin F
., L
um
ière
pour
le t
héâ
tre.
Plongée : exemples
Les ombres portées sont plus ou moins prononcéesL’effet « douche » tend à créer un effet de surexposition
2006-07 36
Place des Terreaux, Lyon, L. FACHARD éclair.église ST Eustache, Paris, éclair : L. CLAIR
Dans ces mises en lumière urbaines, les directions principales de lumière modifient la perception courante -diurne- du bâtiment.
Effets anti-solaires
2006-07 37
Estompage ou accentuation des ombresEclairage neutralisant ou dramatisant
Sourc
e :
Val
entin F
., L
um
ière
pour
le t
héâ
tre.
Éclairage face / latéral
2006-07 38
Sourc
e :
Val
entin F
., L
um
ière
pour
le t
héâ
tre.
Musée Guggenheim, New York
Effet élémentaire Effet lié à la configuration de l’espace et à la position de l’observateur
Contre-jour
2006-07 39
Principes
Les modes d’éclairage décrivent la manière dont une lumière est émise.Éclairage direct / indirect
éclairage direct : la lumière atteint directement le sujet à éclairer
éclairage indirect : la lumière atteint le sujet à éclairer après réflexions (les sources ne sont
pas directement visibles)Éclairage diffus / filtré
éclairage diffus : la lumière est transmise à travers un matériau translucide
éclairage filtré : une partie des rayons atteint le sujet directement
2006-07 40
Multiplexe, Echirolles
Métro, Paris
Gare Montparnasse, Paris
Gymnase Europole, GrenobleCandélabre à éclairage indirect, Berlin
Éclairage direct / indirect
2006-07 41
Luminaires – DéfinitionsUn luminaire est l’appareil qui contient la source. Il comprend
:- une partie électrique (alimentation et fonctionnement de la
lampe- des composants mécaniques (qui doivent résister aux
chocs, à la corrosion…)- une partie optique, qui sert à répartir le flux lumineux
Un luminaire a ainsi plusieurs fonctions :- fonction photométrique (répartition du flux lumineux)
- fonctions non photométriques (protections électrique, mécanique, thermique…)
Chaque domaine d’application demande des types de luminaires particuliers et plus ou moins élaborés.
Définition AFE : « un luminaire est un appareil servant à répartir, filtrer ou transformer la lumière d’une ou de plusieurs lampes et comprenant, à l’exclusion des lampes elles-même,
toutes les pièces nécessaires pour fixer et protéger les lampes et, éventuellement, les circuits auxiliaires ainsi que
les dispositifs de connexion au circuit d’alimentation. »
2006-07 42
Il s’agit de protéger les personnes contre les risques d’électrocution.Trois classes de protection normalisées ont été définies, en fonction du degré d’isolation.
Luminaires - Fonctions non photométriques
Protection électrique
2006-07 43
Degré 1 er chiffre 2 ème chiffre introduction de corps
solides introduction de corps
liquides
0 non protégé
1 plus de 50 mm eau verticale
2 plus de 12 mm verticale à 15°
3 plus de 2,5 mm eau en pluie
4 plus de 1 mm projections
5 poussière jets d'eau
6 poussière sous pression paquets de mer
7 immersion
L’indice de protection (IP) est suivi de 2 chiffres.Plus le chiffre est élevé, meilleure est la protection.
Exemple : luminaires encastrés dans sol : IP67
Luminaires - Fonctions non photométriques
Protection contre les influences extérieures
2006-07 44
Cet indice désigne l’énergie de choc (en joules) nécessaire pour briser le luminaire.La valeur la plus basse (0,225J) correspond à un luminaire qui se brise en tombant. La valeur courante la plus haute (20J) à un luminaire anti-vandalisme.
Exemple : un luminaire IP20 Classe 1 850° 2J- laisse pénétrer des solides de moins de 50 mm- n’est pas protégé contre les liquides- est moyennement isolé électriquement- résiste au choc subi par la chute d’un petit objet- 850° exprime son comportement au feu
Luminaires - Fonctions non photométriques
Protection contre les chocs
2006-07 45
La photométrie d’un luminaire définit la manière dont le flux lumineux (de la source qu’il contient) est émis dans les différentes directions de l’espace.
I n t e n s i f E x t e n s i f S e m i d i r e c t M i x t e D i f f u s S e m i i n d i r e c t I n d i r e c t
1 0 0 % 1 0 0 % 9 0 % > F i > 6 0 % 5 0 % 4 0 % > F i > 1 0 % 0 %
A P P E L L A T I O N C O U R A N T E D E S L U M I N A I R E S E N F O N C T I O N D E L A R É P A R T I T I O N D U F L U X I N F É R I E U R
Luminaires - Fonctions photométriques
Modes d’éclairage
2006-07 46
La parabole : tout rayon partant d’un foyer et réfléchi par la courbure prend une direction parallèle à l’axe de la parabole
L’ellipse : tout rayon partant d’un foyer et réfléchi par la courbure passe par l’autre foyer
La parabole et l’ellipse sont les deux figures de base de la géométrie des luminaires
La conception des luminaires fait appel aux lois de l’optique , utilisant principalement la réflexion et la réfraction. Ces lois se déclinent en fonction de la nature des matériaux utilisés et de leur géométrie.
Luminaires - Fonctions photométriques
Géométrie des luminaires
2006-07 47
Certains luminaires sont décrits par deux courbes, une courbe pour chacun des plans de symétrie. Par
convention :- la courbe en trait plein représente la répartition des
intensités lumineuses dans le plan transversal (le plan qui coupe la source)
- la courbe en trait pointillé celle des intensités dans le plan longitudinal (dans la longueur de la source)
large ouverture faible ouverture ailes chauve souris lèche mur
Exemples
Luminaires - Fonctions photométriques
Courbes photométriques
2006-07 48
Attention, les valeurs sont souvent données pour 1000 lm. Si la source émet un flux réel de 4800 lm par exemple, il faut multiplier la valeur lue sur la courbe par le facteur de proportionnalité correspondant (soit ici x 4,8).
Sur cet exemple, on lit qu'à l'aplomb du luminaire (incidence 0°) l'intensité vaut
pratiquement 200 cd.De même, à 30°, on lit que I =180 cd pour le plan transversal et I =160 cd
pour le plan longitudinal
Luminaires - Fonctions photométriques
Courbes photométriques
2006-07 49
Luminaires - Fonctions photométriques
En intérieur comme en extérieur, il est nécessaire de masquer la vision directe de la source pour éviter l’éblouissement.
γ 1γ 2
Plan de l'oeil
Ce schéma montre que les luminaires les plus éloignés
sont ceux qui risquent le plus de gêner la vision de l’usager.
Limiter l’éblouissement
2006-07 50
Plusieurs solutions plus ou moins élaborées sont utilisées :- le défilement, qui crée une zone de protection
γ désigne l'angle de défilement
γ dγ d
γ d
Lampe compacte Luminaire à paralumeLuminaire ouvert
- la transmission diffuse ou par réfraction
- une géométrie adaptée des faces internes du luminaire
Luminaires - Fonctions photométriques
Limiter l’éblouissement
2006-07 51
Rendement d’un luminaireLe rendement d’un luminaire (η) désigne le rapport du flux émis par le luminaire (Flu) au flux émis par la (ou les) lampe(s) qui l’équipe(nt).
η = Flu / Fla
A noter que le rendement global d’un luminaire dépasse rarement 70 %.En fermant le luminaire par une vasque (verre ou matériau plastique), on perd au moins 8% de flux lumineux.
2006-07 52
Luminaire d’éclairage de voirie
“lanterne de style” sur candélabre
Bornes basses, candélabre et console à éclairage indirect
Sourc
e :
Thorn
Euro
phan
eSourc
e :
Thorn
Euro
phan
e
Luminaires d’éclairage extérieursPrincipales dénominations
LuminairesLuminaire d’éclairage public : luminaire destiné à l’éclairage au sol des voiries, le plus souvent installés sur mât, candélabre ou console.
Projecteur : luminaire dans lequel la lumière est concentrée, dans un angle solide délimité, par un système optique mettant en œuvre les phénomènes de réflexion ou de réfraction afin d’obtenir une intensité lumineuse élevée.
Luminaire encastré : luminaire conçu pour être entièrement ou partiellement encastré dans une surface d’appui.
Supports ou mobilier Candélabre : support destiné à porter un ou plusieurs luminaires et constitué d’une ou plusieurs parties : un fût et éventuellement une rehausse ou une crosse.
Console : support du luminaire appliqué sur une paroi verticale.
Borne basse : support de faible hauteur, pour éclairage piétonnier ou paysager.
2006-07 53
Sourc
e :
Thorn
Euro
phan
e
Luminaires d’éclairage extérieursUne gamme de projecteurs extérieurs avec accessoires (exemple)
2006-07 54
Luminaires d’éclairage extérieurs
Sourc
e :
R.
Nar
boni, la
lum
ière
et
le p
aysa
ge,
le
Moniteu
r
Exemple d’encastrés de sol
2006-07 55Sourc
e :
I G
uzz
ini
Sourc
e :
I G
uzz
ini
Luminaires d’éclairage extérieursExemple d’une gamme pour éclairage urbainPlatea - I Guzzini
2006-07 56
Luminaires d’éclairage extérieurs
Sourc
e :
I G
uzz
ini
Exemple d’une gamme pour éclairage urbainPlatea - I Guzzini
2006-07 57
Exemple d’une gamme pour éclairage urbainPlatea - I Guzzini
Sourc
e :
I G
uzz
ini
Luminaires d’éclairage extérieurs
2006-07 58
Exemple d’une gamme pour éclairage urbainPlatea - I Guzzini
Sourc
e :
I G
uzz
ini
Luminaires d’éclairage extérieurs
2006-07 59
Éléments bibliographiques et sources documentaires
2006-07 60
ZWIMPFER M., couleur, optique et perception, Paris, Dessain et Tolra, 1992 (éd. originale 1985)ITTEN J., Art de la couleur (éd. abrégée), Paris, Dessain et Tolra, 2000.Plummer H, Masters of light, tome 1 : twentieth-century pionners, revue A+U hors série, nov. 2003.Association Française d’Eclairage, Vocabulaire de l’éclairage, Paris, Lux.Sites de fabricants accessibles via : www.lightingacademy.orgwww.feder-eclairage.fr (syndicat de l’éclairage)Principaux fabricants de lampes : OSRAM : www.osram.fr
PHILIPS-MAZDA : www.lighting.philips.com
GE Lighting : http://www.gelighting.com/eufr/home/index.html
Bibliographie
2006-07 61
2006-07 62
