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L’éclairage

1. La lumière

La lumière est une onde électromagnétique. Seule une partie du spectre est visible par l’homme

Pour la lumière, on parle de spectre visible. L’onde de lumière est définie par :

Longueur d’onde : Fréquence : fCélérité : c ( 300 000 km/s)

λ=cf

La lumière blanche est une combinaison de couleur

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2. Grandeurs photométriques

2.1. Flux lumineux :

C’est la quantité d’énergie émise par une source sous forme de rayonnement visible dans toutes les directions par unité de temps.Symbole : F ; Unité : Lumen (lm)

2.2. Intensité lumineuse :

Cette grandeur définit l’importance du flux lumineux émis dans une direction donnée par une source ponctuelle.Symbole : I ;Unité : Candela (cd)

2.3. Eclairement lumineux :

C’est le quotient du flux lumineux reçu par un élément d’une surface par l’aire de cet élément. Il caractérise la quantité de lumière reçue par unité de surface.Symbole : E Unité : Lux (lx) 1 Lux = 1 Lumen/m²

2.4. Luminance :

Cette grandeur détermine l’aspect lumineux d’une surface éclairée ou d’une source, dans une direction donnée et dont dépend la sensation visuelle de luminosité. Il s’exprime en LuxSymbole : LUnité : cd/m²

2.5. Efficacité lumineuse :

C’est le quotient entre le flux lumineux émis par une source et la puissance Exprime en lumen électrique absorbée.Symbole : ; Unité : lm/W

2.6. L’efficacité lumineuse

Ou rendement lumineux η d’une source est le quotient de son flux lumineux Φ par sa puissance P.Elle s’exprime en lm/W. η = Φ/P [lm/W]

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3. La perception physiologique de la lumière

La vision humaine est un processus très complexe. Le processus de vision implique l'interaction quasi-simultanée des deux yeux et du cerveau. L'œil humain est composé d'un ensemble de composants optiques comprenant la cornée, l'iris, la pupille, les humeurs aqueuses et vitreuses, le cristallin, et la rétine. Ensemble, ces éléments travaillent à former les images des objets qui se situent dans le champ visuel de la personne. Les couleurs sont perçues grâce à trois types de cônes, présentant respectivement une sensibilité spectrale maximale à 430 (région des bleus), 535 (région des verts) et 590 (région des rouges)

L’œil ne va pas réagir de la même manière (avec la même efficacité) à toutes les longueurs d’onde.Pour qu’un éclairage dans les bleus nous paraisse de la même efficacité qu’un éclairage dans les verts, il faudra que le flux lumineux soit beaucoup plus important.

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4. Le champ visuel

Le champ visuel est la portion de l'espace vu par un œil regardant droit devant lui et immobile. Lorsque l’œil fixe un point, il est capable de détecter dans une zone d'espace limitée, des lumières, des couleurs et des formes.

Champ visuel en plan Champ visuel en coupe

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5. Le confort visuel

5.1. Le contraste

La sensibilité aux contrastes est l’aptitude à distinguer les différences de luminance

5.2. L’éblouissement

L'éblouissement est la conséquence d'un flux de lumière trop élevé pour le niveau d'adaptation de l'œil

L’éblouissement indirect provient d’une réflexion perturbatrice des sources lumineuses

5.3. Le rendu des couleurs

La perception des couleurs par l’observateur est une source de confort visuel.

l’IRC ou indice de rendu des couleurs, rendra compte des longueurs d’onde d’émission par la source présente. Plus l’indice de rendu des couleurs est élevé, meilleur sera le rendu des couleurs pour l’observateur.

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5.4. Température de couleur

La température de couleur rend compte de la répartition des longueurs d’onde du rayonnement émis par la source. Une lampe à incandescence aura une température de couleur de 2700K, ce qui correspond à un éclairage orangé-rouge très agréable, un tube fluorescent aura une température de couleur aux alentours de 6000K, ce qui correspond à quelque chose de beaucoup plus froid et de beaucoup plus métallique. La température de couleur est à choisir par abaque en fonction du niveau d’éclairement et du rendu voulu.

A- Ambiance lumineuse irréelle – trop chaud

B- Zone de confort

C- Ambiance de type crépusculaire – trop froid

Effets psychologiques des couleurs (doc. Ademe)

Couleurs Impression concernant la distance Température Effet psychique

Bleu Lointain Froid Reposant

Vert Lointain Modérément froid Très reposant

Rouge Proche Chaud Très stimulant

Orange Très proche Très chaud Excitant

Jaune Proche Très chaud Excitant

marron Très proche Neutre Excitant

Violet Très proche Froid Agressif

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6. L’éclairage naturel

L’apport naturel de la lumière dans les locaux permet d’obtenir un éclairage économique et une qualité de vie à l’intérieur du bâtiment. En effet, l’éclairage naturel a un impact direct sur le bien être des occupants. Il évite l’impression d’enferment. Il est donc à privilégier.

Malheureusement, le soleil ne fourni pas une lumière constante et continue (jour – nuit) ou (hivers- été). De plus, l’éclairement direct du soleil peut être source d’un confort, (éblouissement, chaleur,….). Il est donc qu’une source ponctuelle et l’étude d’un éclairage artificiel obligatoire.

Il convient cependant d’appliquer quelques règles

• Prévoir une grande fenêtre plutôt que plusieurs petites

• Voiler le ciel par l’utilisation d’une protection solaire, casquette, etc..

• Situer les percements en hauteur (ouvertures zénithales, …), afin de limiter l’éblouissement direct puisque la plupart des tâches visuelles nécessitent une vue horizontale ou vers le bas

• Diminuer le contraste mur-fenêtre, en augmentant le coefficient de réflexion des châssis, en augmentant le coefficient de réflexion du mur qui contient la fenêtre et en augmentant la part indirecte de l’éclairage naturel au moyen de parois très claires

• Favoriser les revêtements mats car ils diffusent la lumière

Documentation : guide de l’éclairage naturel des bâtiments7. L’éclairage artificiel

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Lorsque que la lumière naturelle ne permettre plus à l’intérieur des bâtiments (nuit, géométrie de la pièce, etc…), on a recourt à l’éclairage artificiel. Très généralement assuré par des lampes et des luminaires électrique, cet éclairage peut être adapté plus facilement aux activités du bâtiment et permettre de varier les ambiances lumineuses.

Exemples d’éclairements conseillés suivant les activités et les tâches à effectuer (norme Pr EN 12464, oct. 1998)

ACTIVITEStâches

ECLAIREMENTlux

Salon de coiffureCoiffure 500Construction et réparation de véhiculesCarrosserie et montagepeinture

500750-1000

Travail du boisTravail sur machineContrôle qualité

5001000

BureauxEcriture - lecture 500MagasinCaissière 500

7.1. Les sources lumineuses

On distingue 2 types de fonctionnement des sources lumineuses :

• les lampes à incandescence (filament chauffé qui émet un rayonnement)

• les lampes à décharge (décharge électrique dans un gaz qui émet un rayonnement).

Les lampes sont caractérisées par 3 critères :

• performance : indice de rendu des couleurs, efficacité lumineuse, température de couleur

• économie : durée de vie, coût

• utilisation : température de la lampe, temps d’allumage.

Remarque : pour obtenir 100 lux, il faut environ :

60 W/m2 en incandescence

50 W/m2 en flux dirigé halogène

15 W/m2 en fluorescence compacte

10 W/m2 en fluorescence haut rendement

8 W/m2 en sodium haute pression

5 W/m2 en sodium basse pression8. Exemple de dimensionnement simplifié d’un projet d’éclairage :

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Etude d’une agence d’architecture.

Une agence d’architecture souhaite créer un bureau type « open space ».

La géométrie de la pièce est :

Longueur a= 20 mLargeur b = 7 m

Hauteur H = 3,50 mHauteur du plan utile H’ = 0,82 m

Hauteur de suspension h’ = 0,05 m

Hauteur entre le plan utile et la source lumineuse h=H-H’-h’ = 2,63 m

Les luminaires utilisés sont de type Sylmaster T8 58W de la marque Sylvania dont les caractéristiques sont définies par la documentation ci-dessous.

L’objectif de l’étude est de déterminer le nombre de luminaire à installer dans le bureau.

N= E×a×b×dη×F×u

E = éclairement demandé (en lux)a = longueur du localb = largeur du localη= Facteur de dépréciationF= rendement du luminaireF= flux lumineux de l’appareil (en lumen)u= utilance

8.1. Eclairement

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Il s’agit dans notre exemple de bureau donc E = 500 lux

8.2. Dimension de la pièce

a= 20,00 mb= 7,00 mh = 2,63 m

8.3. Facteur de dépréciation

Ce facteur est fonction de l’âge, de la durée d’utilisation ainsi que de l’environnement des locaux.

Dans une première approche, on prendFacteur de

dépréciation Empoussiérage faible Empoussiérage moyen Empoussiérage élvé

d= 1,2 1,4 1,6

Dans le cadre de bureau, on peut considérer un empoussiérage faible : d= 1,2

8.4. Rendement du luminaire

Il est fonction du luminaire choisi et donnée par le fabricant en fonction du type d’éclairage direct ou/et indirect du luminaire.Ici, le luminaire à un rendement de η=0,63

8.5. flux lumineux de l’appareil

Il est fonction du luminaire et des lampes choisies. Il est donné par le fabricant

Ainsi F=4100 lm

8.6. Utilance

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Elle est fonction de :

La classe de qualité du luminaire pour les éclairages intensifs

Classes de

qualitéTâches ou activités

A Exécution de tâches visuelles très exigeantes, par exemple assemblage électronique minutieux.Exécution de tâches avec des exigences visuelles particulières, par exemple contrôle fin.

BExécution de tâches avec des exigences visuelles modérées mais demandant une concentrationimportante et continue, par exemple travail de bureau, assemblage de composants de petite taille.

C

Exécution de tâches avec des exigences visuelles et une concentration modérées, par exempletravail d’atelier en position assise, assemblage de pièces de taille moyenne pour un travailleurdebout.Exécution de tâches avec des exigences visuelles simples exigeant une concentration normale

Dpour des travailleurs qui se déplacent fréquemment dans une zone très limitée, par exemplemanutention de service autour d’une grosse machine, montage de pièces de dimensionsimportantes.

ELocaux dans lesquels les personnes n’ont pas de poste de travail fixe, elles se déplacent pourexécuter des tâches de très faibles exigences visuelles. Locaux qui ne sont pas utilisés de façoncontinue par les mêmes personnes.

Pour les bureaux, la classe de l’appareil est B

Facteur de réflexion des matériaux

Clair Moyen Sombre Très sombre NulPlafond 8 7 5 3 0

Murs 7 5 3 1 0Plan utile 3 3 1 1 0

Dans notre exemple, le plafond et les murs sont clairs et le plan utile est sombre, ainsi :

Clair Moyen Sombre Très sombre NulPlafond 8 7 5 3 0

Murs 7 5 3 1 0Plan utile 3 3 1 1 0

Ainsi le facteur de réflexion est : 871

Indice du local

K= a×bh (a+b)

Pour permettre l’utilisation des tableaux K est arrondie aux valeurs suivantes 0,6 - 0,8 -1 -1 -1,25 – 1,5 – 2 – 2,5 – 3 – 4 et 5

Si la valeur de K sort de ces tables, on ne peut pas utiliser la méthode simplifiée.

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Pour le bureau K= a×bh (a+b)

= 20×72,63(20+7)

K=1,97 arrondi à K = 2

Facteur de suspension

J= h 'h+h'

Pour l’utilisation des tableaux, on choisie J = 0 ou J = 1/3

Pour le bureau J= h 'h+h'

= 0,052,63+0,05

=0,02

On prend J = 0

A partir de ces données, on utilise le tableau d’utilance correspondant à un appareil de classe B et d’indice de suspension J=0

On obtient 98 soit u=0,98

8.7. Détermination du nombre d’appareils

Ainsi pour obtenir le nombre de luminaire à installer N= E×a×b×dη×F×u

Ainsi pour le bureau N= 500×20×7×1,20,63×2600×0,98

=33,18

On prend 33 appareils, répartis en 3 rangées de 11 luminaires.

Dans la largeur de 7m 1,70 m + 2 x 1,80 m + 1,70 mDans la longueur de 20m 1,50 m + 10 x 1,70 m + 1,50 m

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Remarque : Une fois l’implantation déterminée, il faut vérifier certain paramettre, notamment avec le coefficient d’uniformité C.

ANNEXE : ETRAIT TABLEAU D’UTILANCE documentation Sylvania

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