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CAP PROELEC CFA Lycée Gustave EIFFELS2-1 LES SOURCES LUMINEUSES RNCAP13-S2-1-SOURCES-LUMINEUSES-APP

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S2.1 ECLAIRAGE

LES SOURCES LUMINEUSES

1) LES LAMPES A INCADESCENCE2) LES TUBES FLUORESCENTS3) LA LUMINESCENCE4) LES LAMPES À DÉCHARGE5) LAMPE À IODE (HALOGÈNE)6) NOTION D’EFFICACITÉ LUMINEUSE

Savoir S2.1 S3.2 S6.1 S6.3

Niveau de Maîtrise 2 3 2 3 2


FICHE

CONTRAT

COURS LES SOUCES LUMINEUSES

THEME : ECLAIRAGE - ELECTROTHERMIE

Nom :

Prénom :

Capacités Fonctions Compétences

C1 S’INFORMER

Organisation

Mise en Service

C1-2 : Associer les éléments réels d’une installation aux symboles graphiques normalisés.C1-8 : Identifier et repérer dans les ressources documentaires les procédures normatives qui permettent la mise en service d'une installation

C3 COMMUNIQUER

Organisation C3-2 : Signaler les difficultés rencontrées dans l'exécution de la tâcheC3-4 : Rendre compte oralement ou par écrit

Savoirs associés

S2.1 : ÉclairageS3.2 : Appareillage Basse TensionS3.2 : Gestion ÉnergieS6.1 : DescripteursS6.3 : Représentation d'un élément

MISE EN SITUATION

La réalisation d’un avant-projet d’éclairage suit une démarche précise permettant de répondre aux besoins, tout en respectant le contexte local ou les règlements en vigueur.

Nous allons étudier dans ce cours les sources lumineuses et voir comment leur choix et leur mise en œuvre in-fluera sur l'éclairement final.

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1) LES LAMPES A INCADESCENCE

1.1) Principe

Un filament métallique formant résistance électrique est parcouru par un courant électrique. L’énergie électrique est transformée en énergie calorifique. Du fait de la haute température, il y a production d’énergie lumineuse. Pour éviter la détérioration du filament, on le place à l’abri de l’oxygène dans une ampoule contenant un gaz inerte.

1.2) Constitution générale

Les États de l'Union européenne ont approuvé le 8 décembre 2008 le retrait progressif de la vente des lampes à incandescence de 100 watts à partir du 1er septembre 2009 (puis les modèles de 75 watts le 1er septembre 2010 et ceux de 60 watts le 1er septembre 2011),

leur abandon définitif devant intervenir le 1er septembre 20122. Le passage à des méthodes d'éclairage moins dépensières en énergie permettrait d'économiser à l'échelle européenne l'équivalent de la consommation électrique de la Roumanie (soit environ 11 millions de ménages) et de réduire ainsi les émissions de dioxyde de carbone de 15 millions de tonnes par an.

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1.3) Désignation d’une lampe

Elle doit comprendre :

a) la puissance

en Watts : 15 – 25 – 40 – 60 –75 –100 – 150 –200 – 300 – 500 – 1000

b) la tension en Volts : en général 230 V / tension particulières : 24 – 27 – 115/120 – 135/140 – 240 – 250

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c) le type de culot

ils sont normalisés

d) autres paramètres :

- la forme de l’ampoule- l’atmosphère particulière (krypton, halogène)

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2) LES TUBES FLUORESCENTS

2.1) Principe

2.1.1) Amorçage du tube

On provoque une décharge électrique dans un tube contenant de l’argon et une très faible quantité de mercure. Elle entraîne l’ionisation du gaz, qui entraîne à son tour la vaporisation du mercure. C’est la phase d’amorçage du tube. Elle nécessite une tension assez élevée.

2.1.2) Production de la lumière

Une fois l’ionisation réalisée (régime d’arc), une tension plus faible suffit pour entretenir le déplacement des électrons dans le tube, de la cathode vers l’anode. Sur leur parcours, les électrons entrent en collision avec les atomes de mercure. Chaque collision libère des photons qui donnent des rayons ultraviolets invisibles

Aussi l’intérieur du tube est-il tapissé de poudres fluorescentes qui, excitées par les rayons ultraviolets vont émettre la majeure partie de la lumière utile.

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2.2) Constitution générale

a) Cathodes

Fil de tungstène enduit de substances alcalino-terreuses pour favoriser l’émission des électrons

b) Tube en verre

De diamètre 38 ou 26 mm, avec revêtement interne de sels minéraux fluorescents

c) Culots

Ils sont à broche et normalisés

d) Alimentation

Les tubes fluorescents nécessitent un système d’alimentation permettant d’effectuer :

- l’amorçage du tube

- l’alimentation en régime permanent

Pour cela, on utilise généralement un ballast et un starter, ou un système électronique.

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2.3) Pour commander un tube fluorescent

Il faut indiquer :

- les dimensions (longueur et diamètre)

- le type de culot

- le mode d’allumage (électronique ou par starter)

- la nature de la lumière (spectre lumineux)

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2.4) Starter et Montage

a) Principe de fonctionnement du starter

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b) Montages Tubes Fluorescents

Montage simple

Montage en parallèle

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3) LA LUMINESCENCE

3.1) Principe

Dans un tube comportant un gaz à faible pression, on dispose 2 électrodes. En appliquant entre les 2 électrodes une forte différence de potentiel, on constate l’apparition d’une lueur à l’intérieur du tube. C’est le phénomène de luminescence.

3.2) Constitution

Ce sont des tubes utilisés pour les enseignes lumineuses appelés « tubes néons ». Ces tubes sont alimentés sous des tensions de 5 à 15 kV, la tension est fonction de la longueur des tubes et du nombre d’électrodes.

La couleur varie selon la nature du gaz

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4) LES LAMPES À DÉCHARGE

4.1) Principe

Le principe des lampes à décharge est basé sur le phénomène d’électroluminescence lié à la décharge électrique dans des gaz ou des vapeurs métalliques.

Ces lampes fonctionnent en régime d’arc, avec une cathode chaude due à un bombardement électronique intense.

4.2) Constitution

- une ampoule de type tubulaire ou ovoïde contenant un mélange gazeux azote argon (éventuellement l’intérieur de l’ampoule est recouvert d’un poudrage fluorescent)

- un tube à décharge ou brûleur muni à chacune de ses extrémités d’électrodes en tungstène et contenant un gaz rare (néon, argon, xénon) pour favoriser l’amorçage et une infime quantité de m étal (mercure ou sodium).

- Une structure métallique assurant le support et l’alimentation électrique et un culot.

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4.3) Différentes lampes à décharge

a) lampes à vapeur de mercure

- Mercure lumière mixte : on monte en série un filament de tungstène et un tube à décharge de mercure haute précision. Le filament assure la stabilisation de la décharge.

- Mercure à ampoule ovoïde : on installe un tube à décharge à l’intérieur d’une ampoule ovoïde. L’intérieur de l’ampoule possède un revêtement fluorescent.

b) lampes à vapeur de sodium

- sodium haute pression :

Le tube en alumine frittée translucide résiste aux hautes pressions et température. Il contient du sodium, du xénon et du mercure.

- sodium basse pression :

Le tube à décharge contient du sodium et du néon, celui-ci facilite le démarrage de la lampe.

c) lampes à iodures métalliques

Elles utilisent des iodures métalliques de thallium, d’indium et de sodium. Elles présentent une forme tubulaire ou ovoïde, une bonne efficacité lumineuse et un bon rendu des couleurs.

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5) LAMPE À IODE (HALOGÈNE)

C’est une lampe à incandescence dans laquelle il est possible de porter le filament de tungstène à une très haute température et d’obtenir ainsi une très grande intensité lumineuse.

Cycle de l’halogène

En ajoutant une petite quantité d’halogène au gaz de l’ampoule, on obtient par réaction chimique un cycle de régénération qui permet de restituer au filament une partie du tungstène évaporé.

(1) volatilisation d’un atome de tungstène du filament

(2) combinaison tungstène + halogène au niveau de l’enveloppe de quartz

(3) au niveau du filament, la molécule d’halogène de tungstène se dissocie :

un atome de tungstène se dépose sur le filament un atome d’halogène libéré reprend le cycle de régénération

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6) NOTION D’EFFICACITÉ LUMINEUSE

Afin de pouvoir comparer les différents procédés d’éclairage entre eux, on utilise plusieurs caractéristiques des sources lumineuses.

L’efficacité lumineuse est un critère important mais pas le seul à prendre en compte.

Une lampe quelconque absorbe de l’énergie électrique et restitue de l’énergie lumineuse.

On fait donc le rapport entre le flux lumineux (exprimé en lumens, lm) fourni par la source lumineuse et l’énergie électrique absorbée, et on obtient un coefficient d’efficacité lumineuse.

Coefficient d’efficacité (lm / watt) = Flux lumineux fourni / puissance électrique absorbée

Exemple : un tube fluorescent de 36 W fournit un flux lumineux de 3450 lumens

L’efficacité lumineuse est donnée par la formule :

Coefficient d’efficacité (lm / watt) = Flux lumineux fourni / puissance électrique aborbée

Donc fe = 3450 / 36 = 95 lm / W

Les tubes fluorescents présentent une efficacité lumineuse bien supérieure que les lampes à incandescence dont l’efficacité lumineuse est d’environ 10 lm / W

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