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clairage artificielSuzel Balez

La lumire blanches - dfinitionsvision des couleurs

Sources de lumire artificielle(Photomtrie et critres de choix)

Temprature de couleur

IRC

Flux lumineux

Familles de sources

Luminaires

Ouzo bar en Grce

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10-8 1010108106104102110-210-410-6

Longueurs d'onde lectromagntiques en m (10 -6 m)

Rayons gamma

Rayons cosmiques

Rayons X

U. V.

Infra rougeRadar, radio, TV

VISIBLE

La lumire dfinition

Lil nest sensible qu une toute petite partie des radiations lectromagntiques

Le visible (la lumire), cest un spectre lectromagntique dont les les longueurs dondes ont le pouvoir dexciter les

cellules visuelles de lil

=0,38 m < Visible < =0,78 m

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Composition de la lumire blanche

Sou

rce

: M. Z

wim

pfer

Sou

rce

: ww

w.T

horn

.fr

La lumire blanche dfinitionLa lumire du soleil est

une lumire blanchecompose de lensemble

des longueurs donde visibles.

Cette composition reprsente le spectre.

Chaque longueur donde correspond une

radiation colore

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Transmission-absorption-rflexion

Puissance incidente P

Valeur rflchie R

Valeur transmise T

Valeur absorbe A

La conservation de l'nergie donne P = A + T + R soit en divisant par P 1 = A/P + T/P + R/P

On appelle = A/P le coefficient d'absorption = T/P le coefficient de transmission = R/P le coefficient de rflexion

+ + = 1

Cette quation est toujours valable, mais elle varie avec les longueurs d'onde (les frquences)

La somme des nergies transmise, absorbe et rflchie est gale lnergie incidente.

La vision des couleurs

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Couleur des objetsLa vision des couleurs

Un tissu noir absorbe toutes les longueurs donde.

Un tissu nest vert que parce que les longueurs donde

vertes sont rflchies, toutes les autres tant absorbes.

Nous ne voyons des surfaces colores que parce quelles

sont capables dmettre ou de r-mettre de faon slective

certaines longueurs donde de la lumire incidente.

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La vision des couleursSynthse additive

Le mlange en proportions gales de 3

lumires primaires (bleu, vert, rouge) cre

une lumire blanche.

On peut obtenir dautres couleurs par la

superposition de faisceaux colors

projets sur un cran blanc.

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Les couleurs primaires du peintre sont le rouge (magenta), le bleu (cyan) et le jaune.

La vision des couleursSynthse soustractive

Les couleurs primaires du peintre sont le rouge (magenta), le bleu

(cyan) et le jaune.

Dans le cas dun mlange de matires colores, on parle de

synthse soustractive. Les pigments absorbent une partie

du rayonnement lumineux.

Mlanger deux pigments signifie faire absorber par lun ce que lautre

renvoie.

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.Le vert central parat plus vif

gauche qu droite

Le gris parat plus fonc droite qu gauche

La vision - les contrastes / couleurs

Une couleur est toujours perue par rapport aux

autres couleurs prsentes dans le

champ visuel. Deux couleurs places

cte cte tendent tre perues

diffremment que si elles taient vues

sparment

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La vision - les contrastesVariations de la lumire du soleil et constante perceptive

La couleur de la lumire du jour se modifie selon les moments de la journe (position du soleil) et les

conditions atmosphriques. Ce changement est progressif, notre

il sy adapte sans en prendre conscience.

La loi de constante perceptivedsigne le fait que nous avons

tendance percevoir un objet avec des qualits permanentes.

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Le corps noir est un corps imaginaire talon, qui permet de comparer et caractriser lmission de diffrentes sources

La temprature de couleur dune source lumineuse reprsente la temprature laquelle il faudrait chauffer le corps noir pour quil ait le mme aspect color que cette source.

La temprature de couleur dune source lumineuse caractrise sa teinte.

Temprature de couleur dune source

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Temprature de couleur dune source

Temprature de couleur dune source

Temprature de couleur leve (5 000 6 000 K)

Temprature de couleur basse (2 700 3 500 K)

Teinte froide (bleute)

Teinte chaude (rougetre)

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Lgende diagramme de Kruithof :

Zone A : ambiance juge trop chaude

Zone B : ambiance juge confortable

Zone C : ambiance juge trop froide

Diagramme de Kruithof

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Lclairement fait souvent partie du cahier des charges dun local.Les valeurs dclairement recommandes varient en fonction de la tche accomplir. Elles sont en permanence reconsidres en fonction de lvolution des techniques, du contexte conomiquePour les locaux de travail, les consignes europennes prennent aussi en compte le critre de luminance.

Exemples, Recommandations de lAssociation Franaise dEclairage (AFE), 1993

Valeurs d'clairement moyens maintenir en lux)

voie de circulation intrieure 125

hall d'accueil 250

bureaux (travaux gnraux) et bibliothques 425

salle de classe 325

salles de dessin

850

mcanique gnrale (pices moyennes) 425

mcanique dlicate 1250

Les sources de lumire artificielleclairement et Diagramme de Kruithof

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Lindice de rendu des couleurs dune source dsigne la capacit de cette source restituer les couleurs de surfaces. LIRC schelonne de 0 100. Il nest significatif qu partir de 50.

Deux sources ayant la mme temprature de couleur nont pas forcment le mme spectre.

Si ces deux sources clairent le mme objet, laspect color de cet objet ne sera pas forcment identique.

Indice de rendu des couleurs dune source (IRC) ou Ra en anglais

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Sur la photo du haut, les fruits ont un aspect bleut ; la source qui les claire ne restitue pas leur coloration naturelle.

Sur la deuxime photo, lIRC est meilleur.

Indice de rendu des couleurs dune source (IRC)

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Le flux lumineux, exprim en lumen (lm), tient compte de la courbe de sensibilit de lil humain ; il reprsente les watt utiles pour lil mis par une source (1 watt mis dans le jaune est beaucoup plus efficace qu1 watt mis dans le bleu).Le flux lumineux des sources est donn par les fabricants dans les catalogues.

Lefficacit lumineuse dune source est le rapport entre le flux lumineux mis par cette source et sa puissance consomme (lm/W).Seule une petite partie de lnergie consomme par une lampe produit de la lumire.

Ordres de grandeur : lampe incandescence 100 W : 1500 lm = 15 lm/Wlampe incandescence halognes 100 W : 2500 lm = 25 lm/Wtube fluorescent de 18 W (IRC = 85) : 1500 lm = 85 lm/Wlampe iodures mtalliques de 150 W : 11 200 lm = 75 lm/W

Autres critres de choix :Flux et efficacit lumineuse dune source

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Principe : la lumire est mise par le filament de tungstne port incandescence dans une atmosphre de gaz inerte.

Les sources incandescence dgagent plus de 80 % de chaleur ; elles noircissent et ont une faible dure de vie.

Puissance : 40 1000 WEfficacit lumineuse : 8 18 lm/WTc : 2600 2900 KIRC : 100Dure de vie : 1000 h (normalise)

Les sources incandescence ont un spectre

continu

Famille de sources Incandescence classique

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Principe : idem que lincandescence classique mais lintroduction de composs halogns permet la rgnration du filamentLes sources halognes noircissent moins et ont une dure de vie plus longues que les incandescences classiques/

Puissance : 50 2000 WEfficacit lumineuse : 13 20 lm/WTc : 2800 3000 KIRC : 100Dure de vie : 2000 4000 h

Famille de sources Incandescence halogne

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Les lampes PAR sont en verre presspour mieux rsister aux chocs et tre utilises en extrieur. Le rflecteur interne permet de faire varier la forme du faisceau.

DichroquesPuissance : 15 150 WEfficacit lumineuse : 16 22 lm/WTc : 3000 KIRC : 100Dure de vie : 2000 4000 h

Famille de sources Sources incandescence rflecteur interne

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La lumire est produite dans une ampoule lectrique renfermant un ou plusieurs gaz (vapeurs mtalliques). Lorsquune tension suffisante est applique, un arc lectrique se cre, qui met en mouvement les atomes de gaz (ionisation).En changeant la composition en gaz ou en modifiant la pression, on obtient des qualits de lumire diffrentes.

Les sources dcharge possdent des spectres raies .

Les sources dcharge requirent un appareillage spcial : systme dallumage et ballast.

Famille de sources Les lampes dcharge

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Tube dont seulement une partie est recouverte de poudre fluorescente

Les sources fluorescentes couvrent une large gamme de qualits de lumire et de formes.

Famille de sources / vapeur de mercurelampes fluorescentes (vapeur de mercure basse

pression)

La vapeur de mercure excite cette pression met un spectre ultra-violet. Lajout de poudres fluorescentes sur les parois intrieures de lampoule permet de transformer cette nergie en rayonnement visible (fluorescence).

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Catalogue OSRAM : lumire du jour : Tc > 5000 K blanc neutre : Tc = 4000 K blanc chaud : Tc < 3300 K blanc dor : TC = 2700 K

Puissance : 18, 36, 58 WEfficacit lumineuse : > 60 lm/WTc : 2700 - 7000 KIRC : 40 - 98Dure de vie : 6000 12000 h

Exemple de spectre dun tube fluorescent

Famille de sources / vapeur de mercuretubes fluorescents

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Ces lampes ont un fonctionnement identique celui des tubes mais leur appareillage incorpor permet de les substituer aux sources incandescence

Puissance : 5 23 WEfficacit lumineuse : 40 60 lm/WTc : 2700 - 3000 KIRC : 85Dure de vie : 8000 10000 h

Exemple de spectre dune fluocompacte

Famille de sources / vapeur de mercurelampes fluocompactes

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Ces lampes vapeur de mercure haute pression contiennent des halognures mtalliques permettant un meilleur IRC.

Depuis peu, les brleurs cramique tendent remplacer les brleurs quartz.

Brleurs quartzPuissance : 50 2000 WEfficacit lumineuse : 70 90 lm/WTc : 3000 6000 KIRC : 65-85Dure de vie : 6000 8000 h

Brleurs cramiquePuissance : 20 400 WEfficacit lumineuse : 70 90 lm/WTc : 3000 4200 KIRC : 65-95Dure de vie : jusqu 15000 h

Famille de sources / vapeur de mercureaux iodures mtalliques (vapeur de mercure haute

pression)

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Lampes vapeur de mercure basse pression conues pour nmettre que des UV ; leur verre retient toute lumire visible mais rend visible les matires ragissant aux UV.

Famille de sources /Lumire noire

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Ces sources ont un spectre dmission monochromatique

Exemple de spectre

Famille de sources / vapeur de sodium vapeur de sodium basse pression

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Exemple de spectre

Sodium haute pression classiqueEfficacit lumineuse : 50 150 lm/WTc : 2000 2500 KIRC : 65-85Dure de vie : 8000 24000 h

Il existe des sources dites sodium blanc (Tc : 2500 K ; IRC > 85)

Famille de sources / vapeur de sodium vapeur de sodium haute pression

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Puissance : 55 et 85 WEfficacit lumineuse : 70 lm/WTc : 3000 et 4000 KIRC : > 80Dure de vie : 60000 h

Ce sont des sources dcharge mais lexcitation est cre non plus par un arc lectrique mais par un champ lectromagntique.

Famille de sources /Lampes induction

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Efficacit lumineuse : 25 40 lm/WTc: 2800 5500 KIRC : 70 90Dure de vie : 100 000 h

On arrive aujourdhui faire que ces sources clairent au-del dunefonction signaltique

Famille de sources /LED (lighting emitting diodes)

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Il sagit de tubes dcharge hautes pression. La couleur obtenue est fonction du gaz employ (rouge pour le non, bleu pour largon).

Famille de sources /Tubes non

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Luminaires DfinitionsUn luminaire est lappareil qui contient la source. Il comprend :- une partie lectrique (alimentation et fonctionnement de la lampe- des composants mcaniques (qui doivent rsister aux chocs, la corrosion)- une partie optique, qui sert rpartir le flux lumineux

Un luminaire a ainsi plusieurs fonctions :- fonction photomtrique (rpartition du flux lumineux)- fonctions non photomtriques (protections lectrique, mcanique, thermique)

Chaque domaine dapplication demande des types de luminaires particuliers et plus ou moins labors.

Dfinition AFE : un luminaire est un appareil servant rpartir, filtrer ou transformer la lumire dune ou de plusieurs lampes et comprenant, lexclusion des lampes elles-mme, toutes les pices ncessaires pour fixer et protger les lampes et, ventuellement, les circuits auxiliaires ainsi que les dispositifs de connexion au circuit dalimentation.

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Il sagit de protger les personnes contre les risques dlectrocution.Trois classes de protection normalises ont t dfinies, en fonction du degr disolation.

Luminaires - Fonctions non photomtriques

Protection lectrique

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Degr 1 er chiffre 2 me chiffre

introduction de corps solides

introduction de corps liquides

0 non protg

1 plus de 50 mm eau verticale

2 plus de 12 mm verticale 15

3 plus de 2,5 mm eau en pluie

4 plus de 1 mm projections

5 poussire jets d'eau

6 poussire sous pression paquets de mer

7 immersion

Lindice de protection (IP) est suivi de 2 chiffres.Plus le chiffre est lev, meilleure est la protection.

Exemple : luminaires encastrs dans sol : IP67

Luminaires - Fonctions non photomtriques

Protection contre les influences extrieures

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Cet indice dsigne lnergie de choc (en joules) ncessaire pour briser le luminaire.La valeur la plus basse (0,225J) correspond un luminaire qui se brise en tombant. La valeur courante la plus haute (20J) un luminaire anti-vandalisme.

Exemple : un luminaire IP20 Classe 1 850 2J- laisse pntrer des solides de moins de 50 mm- nest pas protg contre les liquides- est moyennement isol lectriquement- rsiste au choc subi par la chute dun petit objet- 850 exprime son comportement au feu

Luminaires - Fonctions non photomtriques

Protection contre les chocs

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La photomtrie dun luminaire dfinit la manire dont le flux lumineux (de la source quil contient) est mis dans les diffrentes directions de lespace.

Intensif Extensif Semi direct Mixte Diffus Semi indirect Indirect

100% 100% 90%> Fi > 60% 50% 40%> Fi > 10% 0%

APPELLATION COURANTE DES LUMINAIRES EN FONCTION DE LA RPARTITION DU FLUX INFRIEUR

Luminaires - Fonctions photomtriques

Modes dclairage

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La parabole : tout rayon partant dun foyer et rflchi par la courbure prend une direction parallle laxe de la parabole

Lellipse : tout rayon partant dun foyer et rflchi par la courbure passe par lautre foyer

La parabole et lellipse sont les deux figures de base de la gomtrie des luminaires

La conception des luminaires fait appel aux lois de loptique , utilisant principalement la rflexion et la rfraction. Ces lois se dclinent en fonction de la nature des matriaux utiliss et de leur gomtrie.

Luminaires - Fonctions photomtriques

Gomtrie des luminaires

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Certains luminaires sont dcrits par deux courbes, une courbe pour chacun des plans de symtrie. Par

convention :- la courbe en trait plein reprsente la rpartition des

intensits lumineuses dans le plan transversal (le plan qui coupe la source)

- la courbe en trait pointill celle des intensits dans le plan longitudinal (dans la longueur de la source)

large ouverture faible ouverture ailes chauve souris lche mur

Exemples

Luminaires - Fonctions photomtriques

Courbes photomtriques

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Attention, les valeurs sont souvent donnes pour 1000 lm. Si la source met un flux rel de 4800 lm par exemple, il faut multiplier la valeur lue sur la courbe par le facteur de proportionnalit correspondant (soit ici x 4,8).

Sur cet exemple, on lit qu' l'aplomb du luminaire (incidence 0) l'intensit vaut

pratiquement 200 cd.De mme, 30, on lit que I =180 cd pour le plan transversal et I =160 cd

pour le plan longitudinal

Luminaires - Fonctions photomtriques

Courbes photomtriques

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Luminaires - Fonctions photomtriques

Limiter lblouissement

En intrieur comme en extrieur, il est ncessaire de masquer la vision directe de la source pour viter lblouissement.

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Plan de l'oeil

Ce schma montre que les luminaires les plus loigns

sont ceux qui risquent le plus de gner la vision de lusager.

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Plusieurs solutions plus ou moins labores sont utilises :- le dfilement, qui cre une zone de protection

dsigne l'angle de dfilement

dd

d

Lampe compacte Luminaire paralumeLuminaire ouvert

- la transmission diffuse ou par rfraction

- une gomtrie adapte des faces internes du luminaire

Luminaires - Fonctions photomtriques

Limiter lblouissement

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Rendement dun luminaire

Le rendement dun luminaire () dsigne le rapport du flux mis par le luminaire (Flu) au flux mis par la (ou les) lampe(s) qui lquipe(nt).

= Flu / FlaA noter que le rendement global dun luminaire dpasse rarement 70 %.En fermant le luminaire par une vasque (verre ou matriau plastique), on perd au moins 8% de flux lumineux.

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lments bibliographiques et sources documentaires

Plummer H, Masters of light, tome 1 : twentieth-century pionners,

revue A+U hors srie, nov. 2003.

Association Franaise dEclairage, Vocabulaire de

lclairage, Paris, Lux.

Sites de fabricants accessibles via :

www.lightingacademy.orgwww.feder-eclairage.fr (syndicat

de lclairage)Merci Sandra Fiori (ENSA Montpellier) pour

ses supports de cours

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ZWIMPFER M., couleur, optique et perception, Paris, Dessain et Tolra, 1992 (d. originale 1985)

ITTEN J., Art de la couleur (d. abrge), Paris, Dessainet Tolra, 2000.

Principaux fabricants de lampes : OSRAM : www.osram.fr

PHILIPS-MAZDA : www.lighting.philips.com

GE Lighting : http://www.gelighting.com/eufr/home/index.html

lments bibliographiques et sources documentaires

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2007-08 47http://www.ace-fr.org/