La loi du 11 mars 1957 n'autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l'article 41, d'une part que les "copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective", et d'autre part que les analyses et courtes citations dans un but d'exemple et d'illustration " toute reproduction intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite ".

1.1. LA NORMALISATION DE L'ÉCLAIRAGE

Le rôle de la Commission Internationale de l'Eclairage (C.I.E.) En éclairage, depuis de nombreuses années, les normalisations et unifications internationales ont eu pour origine les travaux de la Commission Internationale de l'Eclairage (C.I.E.), qui sont résumés dans la publication suivante (1987) :
Publication CIE 17.4 : Vocabulaire International de l'Eclairage

Nous donnons, à l'encadré ci-dessous, la liste d'autres publications de cet organisation.

LISTE INDICATIVE DE PUBLICATIONS DE LA C.I.E.
CIE Publication 13.3. Method of measuring and specifying colour rendering of light sources.
CIE Publication 15.2. Colorimetry.
CIE Publication 16. Daylight.
CIE Publication 29.2. Guide on interior lighting.
CIE Publication 49. Guide on the emergency lighting of building interiors.
CIE Publication 67. Guide for the photometric specification and measurement of sports lighting installations.
CIE Publication 68. Guide to the lighting of exterior working areas.
CIE Publication 69. Methods of characterizing illuminance meters and luminance meters
CIE Publication 83. Guide for the lighting of sports events for colour television and film systems.
CIE Publication 97. Maintenance of indoor electric lighting installations.
CIE Publication 112. Glare evaluation system for use within outdoor sports and area lighting.
CIE Publication 117. Discomfort glare in interior lighting.
CIE Publication 121. The photometry and goniophotometry of luminaires.

Les normes françaises et européennes (NF EN.) Ces normes sont de deux catégories :

1. les normes générales (les seules reprises à la suite)
- NF EN 12665 (novembre 2002) : Lumière et éclairage - Termes de base et critères pour la spécification des exigences en éclairage : voir § 1.2,
- NF EN 12464-1 (juin 2003) : Lumière et éclairage - Éclairage des lieux de travail - Partie 1 : lieux de travail intérieur : voir § 1.3,
- NF EN 12193 (mars 2008) : Lumière et éclairage
- Eclairage des installations sportives : voir § 1.4,
- NF EN 15193 (novembre 2007) : Performance énergétique des bâtiments - Exigences énergétiques pour l'éclairage : voir § 1.5 ;

2. les normes concernant les appareils d'éclairage (non utilisées dans ce guide)
- NF EN 13032-1 (octobre 2004) : Lumière et éclairagisme - Mesure et présentation des données photométriques des lampes et des luminaires - Partie 1 : mesurage et format de données,
- NF EN 13032-2 (avril 2005) : Lumière et éclairage - Mesure et présentation des caractéristiques photométriques des lampes et luminaires - Partie 2 : présentation des données utilisées dans les lieux de travail intérieurs et extérieurs,
- NF EN 13032-3 (décembre 2007) : Lumière et éclairage - Mesurage et présentation des données photométriques des lampes et des luminaires - Partie 3 : présentation des données pour l'éclairage de sécurité des lieux de travail.


1.2. LE VOCABULAIRE DE L'ÉCLAIRAGE

Le contenu de la norme NF EN 12665
Cette norme, extrêmement importante, définit tous les termes utilisés en éclairage. Elle comporte les différentes parties indiquées par l'encadré suivant (I : page suivante).

I. LE CONTENU GLOBAL DE LA NORME NF EN 12665

NF EN 12665 Novembre 2002 Lumière et éclairage
Termes de base et critères pour la spécification des exigences en éclairage

1 Domaine d'application
2 Références normatives
3 Termes et définitions
3.1 Oeil et vision
3.2 Lumière et couleur
3.3 Matériel d'éclairage
3.4 Lumière du jour
3.5 Installations d'éclairage
3.6 Mesures en éclairage
4 Guide pour la spécification d'exigences en éclairagisme

Les définitions de la norme NF EN 12665
La norme précitée précise les définitions adoptées en éclairage, définitions réparties comme il est indiqué :


II. LES DÉFINITIONS CONTENUES DANS LA NORME NF EN 12665

3.1 OEil et vision (Adaptation, Accommodation, Acuité visuelle, Luminosité, Contraste, Contraste de luminosité, Contraste de couleur, Eblouissement, Papillotement, Champ de vision, Performance visuelle, Confort visuel)

3.2 Lumière et couleur (Flux lumineux (Φ) ; Intensité lumineuse (d'une source, dans une direction donnée) (I) ; Luminance (lumineuse) ; luminance visuelle (dans une direction donnée, en un point donné d'une surface réelle ou fictive), (L) ; Luminance moyenne (L -) ; Luminance minimale (Lmin) ; Luminance maximale (Lmax) ; Luminance à maintenir (L-m) ; Luminance initiale (L-i) ; Contraste de luminance ; Uniformité de luminance ; Eclairement (lumineux) (en un point d'une surface) (E) ; Eclairement moyen (E-) ; 3.2.13 Eclairement minimal (Emin) ; Eclairement maximal (Emax) ; Eclairement à maintenir (E-m) ; Eclairement initial (E-i) ; Eclairement sphérique (en un point) (Eo) ; Eclairement hémisphérique (en un point) (Ehs) ; Eclairement cylindrique (en un point, pour une direction) (Ez) ; Eclairement semi-cylindrique (en un point) (Esz) ; Uniformité d'éclairement ; Surface de référence ; Eblouissement perturbateur ; Eblouissement inconfortable ; Réflexions-voile ; Ambiance lumineuse ; Rendu des couleurs ; Indice général de rendu des couleurs cie 1974 [Ra] ; Stimulus de couleur ; Composantes trichromatiques (d'un stimulus de couleur) ; Coordonnées trichromatiques ; Chromaticité ; Température de couleur (Tc) ; Température de couleur proximale (Tcp) ; Fréquence de fusion , fréquence critique de papillotement (dans des conditions données) ; Facteur de réflexion (pour un rayonnement incident de composition spectrale, polarisation et répartition géométrique données) (ρ) ; Facteur de transmission (pour un rayonnement incident de composition spectrale, polarisation et répartition géométrique données) (τ) ; Facteur d'absorption (α) ; Photométrie)

3.3 Matériel d'éclairage (Lampe, Ballast ; Luminaire ; Ballast de référence ; Lampe de référence ; Flux lumineux assigné (d'un type de lampe) ; Efficacité lumineuse d'une source (η) ; Rendement normalisé (d'un luminaire) ; Rendement en service (d'un luminaire) (ηw) ; Facteur de flux (lumineux) d'un ballast ; Rendement normalisé inférieur (d'un luminaire) ; Rendement normalisé supérieur (d'un luminaire) ; Répartition (spatiale) de l'intensité lumineuse (d'une source) ; Facteur d'utilisation (d'une installation, pour une surface de référence) ; Utilance (d'une installation, pour une surface de référence) (u) ; Facteur de dépréciation du flux lumineux d'une lampe ; Facteur de survie d'une lampe ; Facteur de dépréciation d'un luminaire ; Défilement ; Angle de défilement (d'un luminaire)

3.4 Lumière du jour (Rayonnement solaire ; Rayonnement solaire direct ; Rayonnement diffus du ciel ; Rayonnement solaire global ; 3.4.5 Lumière solaire ; Lumière du ciel ; Lumière du jour ; Facteur de lumière du jour (D) )

3.5 Installations d'éclairage (Eclairage général ; Eclairage localisé ; Eclairage local ; Espacement (dans une installation d'éclairage) ; Rapport espacement-hauteur ; Eclairage de secours ; Eclairage direct ; Eclairage semi-direct ; Eclairage (mixte) direct-indirect ; Eclairage semi-indirect ; Eclairage indirect ; Eclairage dirigé ; Eclairage diffusé ; Illumination ; Eclairage ponctuel ; Effet stroboscopique ; Puissance installée ; Facteur de dépréciation ; facteur de maintenance (déconseillé) ; Facteur de dépréciation des parois d'un local ; Durée de vie d'une installation d'éclairage ; Cycle de maintenance ; Plan de maintenance)

3.6 Mesures en éclairage (Photomètre ; Colorimètre ; Luxmètre ; Luminancemètre ; Réflectomètre ; Champ de mesure (d'un photomètre) ; Correction V(λ) ; Correction du cosinus)

Un complément de la norme NF EN 12665
La norme précitée contient un guide à adopter si l'on veut spécifier les exigences concernant les points
suivants :
Eclairement, Luminance, Eblouissement (Eblouissement perturbateur, Eblouissement inconfortable), Couleur (Rendu des couleurs ; Couleur de la source de lumière ), Energie, Dépréciation, Mesurages, Exactitude.


1.3. LES CONCEPTS ESSENTIELS

L'éclairage entraîne à l'utilisation d'un vocabulaire très spécifique, qui est présenté plus en détail aux différents chapitres suivants. Le tableau ci-dessous les résume.

1.4. LES NORMES DE L'ÉCLAIRAGE

En dehors de la norme NF EN 12665 traitée précédemment, un certain nombre de normes traitant de l'éclairage ont également été diffusées. En voici la liste.

Les normes de base
NF EN 12464-1 (juin 2003) : Lumière et éclairage - Éclairage des lieux de travail - Partie 1 : lieux de travail intérieur : voir § 1.5
NF EN 12193 (mars 2008) : Lumière et éclairage - Eclairage des installations sportives : voir § 1.6
NF EN 15193 (novembre 2007) : Performance énergétique des bâtiments - Exigences énergétiques pour l'éclairage : voir § 1.7.

Les normes complémentaires
La liste suivante est fournie à titre de complément, les normes en cause n'étant pas analysées ici plus en détail.
NF EN 13032-1 (octobre 2004) : Lumière et éclairagisme - Mesure et présentation des données photométriques des lampes et des luminaires - Partie 1 : mesurage et format de données
NF EN 13032-2 (avril 2005) : Lumière et éclairage - Mesure et présentation des caractéristiques photométriques des lampes et luminaires - Partie 2 : présentation des données utilisées dans les lieux de travail intérieurs et extérieurs
NF EN 13032-3 (décembre 2007) : Lumière et éclairage - Mesurage et présentation des données photométriques des lampes et des luminaires - Partie 3 : présentation des données pour l'éclairage de sécurité des lieux de travail
NF EN 15251 (août 2007) : Critères d'ambiance intérieure pour la conception et évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l'air intérieur, la thermique, l'éclairage et l'acoustique
NF X35-103 (octobre 1990) : Ergonomie - Principes d'ergonomie visuelle applicables à l'éclairage des lieux de travail
NF EN 12464-1 (juin 2003) : Lumière et éclairage - Éclairage des lieux de travail - Partie 1 : lieux de travail intérieur Eclairage extérieur et sportif
NF C17-200 (mars 2007) : Installations d'éclairage extérieur
NF EN 12193 (mars 2008) : Lumière et éclairage - Eclairage des installations sportives Eclairage très basse tension UTE C15-559 (novembre 2006) : Installations électriques à basse tension - Guide pratique - Installation d'Éclairage en Très Basse Tension

Eclairage de sécurité
NF EN 50172 (décembre 2004) : systèmes d'éclairage de sécurité (Indice de classement : C71-822) UTE C71-804 (août 2006) : Guide pratique - Éclairage de sécurité par blocs autonomes dans les établissements recevant du public comportant des locaux à sommeil ne disposant pas d'éclairage de remplacement
NF C71-830 (août 2003) : Maintenance des blocs autonomes d'éclairage de sécurité BAES et BAEH (Indice de classement : C71-830)


1.5. LA NORME ÉCLAIRAGE DES LIEUX DE TRAVAIL

L'éclairage des lieux de travail est traité par la norme NF EN 12464 : l'encadré suivant en indique le contenu.

IV. LE CONTENU GLOBAL DE LA NORME NF EN 12665 NF EN 12464-1Juin 2003

Lumière et éclairage. Éclairage des lieux de travail.
Partie 1 : lieux de travail intérieur
1 Domaine d'application.
2 Références normatives
3 Termes et définitions [Tâche visuelle, Zone de travail, Zone environnante immédiate, Eclairement à maintenir, Angle de protection, Equipement de visualisation, Uniformité d'éclairement]
4 Critères relatifs au projet d'éclairage
[4.1 Ambiance lumineuse.
4.2 Distribution des luminances.
4.3 Eclairement (Eclairements recommandés sur la zone de travail ; Eclairement des zones environnantes immédiates ; Uniformité d'éclairement).
4.4 Eblouissement (Eblouissement d'inconfort ; Défilement contre l'éblouissement ; Réflexions de voile et éblouissement par réflexion).
4.5 Eclairage directionnel (Modelé ; Eclairage directionnel des tâches visuelles).
4.6 Aspect des couleurs (Apparence colorée ; Rendu des couleurs).
4.7 Papillotement et effets stroboscopiques.
4.8 Facteur de maintenance.
4.9 Considérations énergétiques.
4.10 Lumière du jour. 4.11 Eclairage des postes de travail avec équipement de visualisation, y compris les écrans (Généralités ; Limites de luminance pour luminaires à flux lumineux inférieur prépondérant)]

5 Nomenclature des prescriptions relatives à l'éclairage [Composition des tableaux ; Nomenclature des zones intérieures, des tâches et des activités ; Exigences relatives à l'éclairage des zones intérieures, de tâches et d'activités]

6 Mode opératoire des contrôles [Eclairement, Eblouissement d'inconfort, Indice de rendu des couleurs, Luminance du luminaire]


1.6. LA NORME ÉCLAIRAGE DES INSTA LLATIONS SPORTI VES

L'éclairage des installations sportives est traité par la norme NF EN 12193 :

V. LE CONTENU GLOBAL DE LA NORME NF EN 12193 NF EN 12193 Mars 2008
Lumière et éclairage Eclairage des installations sportives 1 Domaine d'application.
2 Références normatives.
3 Termes et définitions
4 Données à produire
4.1 Données essentielles des lampes [Généralités ; Code de la lampe ; Dimensions de la lampe ; Puissance nominale de la lampe (Wlamp) ; Flux lumineux ; Facteur de maintenance du flux de la lampe en lumens (LLMF) ; Facteur de survivance de la lampe (LSF) ; Indice général de rendu des couleurs (Ra) ; Température de couleur corrélée (Tcp)]
4.2 Données utiles des lampes [Généralités ; Classe d'efficacité énergétique de la lampe (LEEC)]
4.3 Données essentielles des luminaires [Généralités ; Code du luminaire ; Tableaux d'intensité normalisés ; Facteurs de correction ; Dimensions des parties lumineuses du luminaire]
4.4 Données utiles du luminaire [Généralités ; Diagramme d'intensité ; Facteur de luminance du luminaire ; Rapports espacement / hauteur ; Tableau de facteurs d'utilisation]
4.5 Données essentielles pour l'installation [Dimensions des terrains : pour obtenir les dimensions réelles voir l'Annexe A ; Facteur de réflexion de la surface (nécessaire pour les calculs d'éblouissement) ; Facteur de maintenance]

5 Principes généraux de l'installation d'éclairage
5.1 Maillage de référence pour les calculs et les mesures ( Généralités ; Pas des maillages de calcul et de mesure pour chaque sport ; Pas des maillages de calcul et de mesure pour les installations omnisports ; 5.1.4 Application)
5.2 Instruments de mesure.
5.3 Rapport de mesure. 5.4 Différences admises.
5.5 Maintenance.
5.6 Éclairage des zones où se trouvent les spectateurs.
5.7 Sauvegarde des participants et continuation d'une action en cas de défaillance de l'éclairage ( Éclairage de sauvegarde des participants ; Continuation d'un sport].
5.8 Limitation de l'éblouissement .
5.9 Couleurs de surface et propriétés réfléchissantes.
5.10 Lumière indésirable

6 Exigences pour l'éclairage des sports les plus pratiqués [6.1 Exigences générales,
6.2 Exigences par sport,
6.3 Exigences spécifiques pour la télévision couleur et les films spectateurs environnantes] Annexe A (normative) Tableaux d'exigences


1.7. LA NORME ÉNERGETIQUE DE L'ÉCLAIRAGE

La consommation d'énergie par les installations d'éclairage est traitée par la norme NF EN 15193 :

VI. LE CONTENU GLOBAL DE LA NORME NF EN 12193 NF EN 15193 Novembre 2007

Performance énergétique des bâtiments.
Exigences énergétiques pour l'éclairage 1 Domaine d'application. 2 Références normatives. 3 Termes et définitions [Puissance (Puissance auxiliaire), Énergie, Temps, Facteurs de dépendance]
4 Calcul de l'énergie utilisée pour l'éclairage [Énergie totale utilisée pour l'éclairage (Énergie totale estimée ; Énergie totale annuelle utilisée pour l'éclairage),
4.2 Indicateur numérique de l'énergie d'éclairage (LENI)]

5 Mesures [Généralités, Répartition de la charge, Télémesures]

6 Calcul de l'énergie d'éclairage dans les bâtiments
[6.1 Puissance d'éclairage installée (Généralités ; Luminaire ; Puissance du luminaire (Pi) ; Puissances auxiliaires (Pci et Pei) ;
6.2 Méthodes de calcul (Méthode rapide ; Méthode détaillée ; Détermination du facteur d'éclairement constant Fc ]

7 Référentiel des exigences énergétiques d'éclairage

8 Conception et pratique en matière d'éclairage Annexe A (informative) Mesures du circuit d'éclairage Annexe B (informative) Méthode de mesurage de la puissance totale des luminaires et de la puissance auxiliaire associée [Introduction. Mesurage d'essai de la puissance d'un luminaire en fonctionnement normal. Conditions d'essai normalisées. Instruments de mesure électriques. Luminaires soumis à essai.
Tension d'essai. Puissance du luminaire (Pi). Puissance auxiliaire d'un luminaire dont les lampes sont éteintes (Ppi). Puissance auxiliaire absorbée d'un luminaire d'éclairage de secours (Pei). Puissance auxiliaire de réserve des systèmes de régulation d'éclairage (Pci). Puissance par défaut du luminaire pour des installations d'éclairage existantes. Énergie auxiliaire par défaut pour des installations d'éclairage existantes] Annexe C (informative) Détermination du facteur de dépendance de la lumière du jour FD,n [Généralités. Segmentation du bâtiment : espaces bénéficiant de la lumière du jour. Accès à la lumière du jour : Façades verticales ; Lanterneaux). Régulation de l'éclairage artificiel en fonction de la lumière du jour, FD,C. Méthode mensuelle]
Annexe D (informative) Détermination du facteur de dépendance de l'occupation FO [Introduction. Détermination détaillée de FO. Motivation du choix des fonctions de FO]
Annexe E (informative) Détermination du facteur d'éclairement constant FC [Introduction. Puissance pour un facteur d'éclairement constant. Facteur d'éclairement constant (Fc)]
Annexe F (informative) Valeurs de référence et critères de conception de l'éclairage
Annexe G (informative) Valeurs par défaut
Annexe H (informative) Autres considérations [Gradation individuelle. Lumière algorithmique. Conduits de lumière. Installations d'éclairage avec réglage scénique. Guidage de la lumière du jour (Façades verticales ; Lanterneaux )]


1.8. LES DISPOSITIONS RÉGLEMENTAIRES

Les principales dispositions réglementaires relèvent des documents suivants dont les extraits essentiels sont reproduits au chapitre 5.

Code du travail
CODE DU TRAVAIL (Nouvelle Partie Réglementaire) : Titre 1er Obligations du maître d'ouvrage pour la conception des lieux de travail
- Chapitre 3 Eclairage, insonorisation et ambiance thermique
- Articles R4213-1 à R4213-9 CODE DU TRAVAIL (Nouvelle Partie Réglementaire) :
Titre 2 Obligations de l'employeur pour l'utilisation des lieux de travail
- Chapitre 3 Éclairage, ambiance thermique
- Articles R4223-1 à R4223-15 Circulaire du 11 avril 1984 relative au commentaire technique des décrets 83-721 et 83-722 du 2 août 1983 relatifs à l'éclairage des lieux de travail

Etablissements recevant du public
Règlement de sécurité incendie dans les ERP (approuvé par arrêté du 25 juin 1980 et modifié) : Livre 2 Dispositions applicables aux établissements des quatre premières catégories - Titre 1 Dispositions générales
- Chapitre 8 Eclairage - Articles EC1 à EC15 Arrêté du 2 octobre 1978 relatif aux blocs autonomes d'éclairage de sécurité utilisés dans les établissements recevant du public (ERP)

Eclairages de sécurité
Circulaire n° 87-48 du 4 juin 1987 relative à l'éclairage de sécurité dans les parcs de stationnement couverts annexes des bâtiments d'habitation (arrêté du 31 janvier 1986 modifié relatif à la protection contre l'incendie des bâtiments d'habitation)

2.1. LES SOURCES DE LUMIÈRE

Le domaine de l'éclairage artificiel Dans le domaine de l'éclairage artificiel les sources de lumière sont les lampes, qui sont étudiées plus en détail au chapitre 3.

Les trois caractéristiques principales des sources
En dehors de caractéristiques examinées ultérieurement chaque source est d'abord caractérisée par deux caractéristiques de base :
. la puissance (énergétique) P de la source, mesurée en watt [W],
. le flux lumineux Φ émis par cette source, mesuré en lumen [lm].

A partir de ces trois caractéristique il est possible de déduire :
. l'efficacité lumineuse de la source, η, exprimée en lumen par watt [lm/W].

Toutes ces grandeurs doivent être indiquées par le fournisseur de la lampe, mais vous trouverez des indications générales concernant l'efficacité au chapitre 3. Cette efficacité, qui varie essentiellement avec le type de lampe, correspond à la formule de définition suivante : η = Φ / P


2.2. LES MÉTHODES DE DIMENSIONNEMENT

Les principes
Le calcul de base des installations d'éclairage (le dimensionnement proprement dit) est essentiel. Ce calcul fait appel à des méthodes plus plus ou moins complexes, qui ont un peu évolué au cours du temps.

Les normes de référence
Aujourd'hui il existe deux normes de dimensionnement des installations d'éclairage :
. la norme NF S 40-001 qui peut être considérée comme la référence, servant essentiellement aux fabricants et distributeurs de luminaires pour établir les tables de calcul de leurs appareils ;
. la norme NF C 71-121, qui simplifie un peu l'application de la norme précédente, mais reste utilisée dans les mêmes conditions que la précédente. De nombreuses tables figurent dans ces normes mais nous ne les reproduisons pas ici telles qu'elles :
nous adopterons une démarche compatible, mais plus simple et plus rapide, que nous allons maintenant présenter.

La formule de base
La procédure ici choisie repose sur l'adoption d'une même formule de base, laquelle fournit, pour un local donné, le flux lumineux F [lm] total de l'ensemble des lampes à installer dans le local : F = (E A d) / (h U)
Nous utiliserons, en fait (en vue d'en faciliter l'emploi par regroupement des caractéristiques des lampes et luminaires,) la formule dérivées suivante :
F = (E A / U ) . (d/h) formule où :
. F [lm] : est le flux lumineux à fournir,
. A [m²] : est la surface du plan utile (voir à la suite),
. U : est l'utilance, caractéristique du local et du système d'éclairage définie (voir à la suite),
. E [lx] : est l'éclairement prévu pour le local (voir à la suite),
. d : est le facteur de dépréciation des lampes et luminaires (voir à la suite), , h : est le rendement des luminaires (voir à la suite).


2.3. LE PLAN UTILE ET LES INDICES

En général l'objectif est d'obtenir - selon le type d'activité visuelle pratiquée dans le local examiné - un éclairement de ce qu'on appelle le plan utile. Sauf cas très particulier le plan utile est, par convention, le plan horizontal fictif situé à 0,85 [m] au-dessus du sol réel, mais il existe des exceptions,

Exemples d'exceptions :
. Ecoles et assimilés : le plan utile (vertical en général) est celui du tableau (noir ou blanc) ;
. Commerces : le plan utile est celui du niveau des produits exposés, par exemple :
- plan du sol pour les commerces de sports,
- plan du sol pour les commerces de légumes ou fruits (en général),, etc.

C'est sur ces plans utiles que l'on doit respecter les éclairements recommandés présentés à la suite.

Le plan des luminaires
On peut être amené à définir d'autres «plans» intervenant dans le calcul : c'est ainsi, par exemple qu'on peut définir le «plan des luminaires», situé à la hauteur h au-dessus du plan utile, tout ces plans permettant de définir le paramètre essentiel intervenant dans les calculs : l'indice du local. L'indice de local L'indice de local est une des caractéristiques essentielles du calcul. Noté K c'est un paramètre sans dimension, établi à partir de la formule suivante, à partir des dimensions du schéma ci-dessous : K = a b / { h (a + b) }

Les autres indices
Surtout utilisés par les fabricants de luminaires, il existe d'autres indices (que nous ne présenterons pas ici en détail), relatifs à la disposition des luminaires, qui prennent en compte les dimensions indiquées au schéma ci-dessus.


2.4. LES RÉFLECTANCES DES PAROIS
Les réflectances, ou facteurs de réflexion, notés ρ, utilisés dans les calculs sont généralement :
. la réflectance moyenne du plafond,
. la réflectance moyenne des parois verticales.
Pour déterminer ces valeurs on pourra se servir du tableau suivant.

2.5. LE TYPE D'ÉCLAIRAGE

Pour continuer les calculs il faut définir le type d'éclairage, en fait la répartition des flux vers la haut et vers le bas du plan des luminaires. Pour ce faire on peut utiliser les classements suivants.

CLASSEMENT SIMPLIFIÉ DES LUMINAIRES

direct direct semi-direct mixte semi-indirect indirect

2.6. LES UTILANCES

Les utilances - jadis appelées «coefficient d'utilisation» - servent au calcul des installations d'éclairage artificiel intérieur. On peut procéder à leur calcul, mais il est généralement suffisant de se borner à utiliser des tables :

2.7. LES ÉCLAIREMENTS RECOMMANDÉS

Il s'agit des éclairements du plan de travail (le plan utile).

2.8. RENDEMENTS ET FACTEURS DE DÉPRÉCIATION

Le dimensionnement exige de fixer :
. d le facteur de dépréciation de l'ensemble source + luminaire,
. et h le rendement du luminaire.

Normalement ces valeurs sont indiquées par les fournisseurs, mais vous pouvez également, au moins en avant-projet, utiliser les valeurs suivantes.

Lampes à incandescence
. au bout de 6 mois (d = 1,15) : d/h = 1,20
. au bout de 12 mois (d = 1,25) : d/h = 1,30
. au bout de 18 mois (d = 1,32) : d/h = 1,40
Tubes fluorescents
. au bout de 6 mois (d = 1,15) : d/h = 1,30
. au bout de 12 mois (d = 1,25) : d/h = 1,40
. au bout de 18 mois (d = 1,32) : d/h = 1,45
Lampes fluocompactes
. au bout de 6 mois (d = 1,15) : d/h = 1,30
. au bout de 12 mois (d = 1,25) : d/h = 1,40
. au bout de 18 mois (d = 1,32) : d/h = 1,45
Réflecteur laqué blanc sans grille ou émaillé (h = 0,7)
. au bout de 6 mois (d = 1,15) : d/h = 1,65
. au bout de 12 mois (d = 1,20) : d/h = 1,70
Réflecteur laqué blanc avec grille (h = 0,55)
. au bout de 6 mois (d = 1,25) : d/h = 2,30
. au bout de 12 mois (d = 1,35) : d/h = 2,50
Plafonnier diffuseur (h = 0,5)
. au bout de 6 mois (d = 1,35) : d/h = 2,70
. au bout de 12 mois (d = 1,50) : d/h = 3,00
Projecteur étanche (h = 0,35)
. au bout de 6 mois (d = 1,15) : d/h = 3,30
. au bout de 12 mois (d = 1,20) : d/h = 3,40


2.9. LE CONFORT VISUEL ET L'ÉBLOUISSEMENT

L'intensité et la luminance
Une source lumineuse ne distribue généralement pas la lumière d'une façon identique dans toutes les directions. La grandeur photométrique caractérisant ce phénomène est l'intensité lumineuse, mesurée en candela [cd]. L'intensité lumineuse n'étant pas une grandeur de manipulation très aisée., on préfère le plus souvent utiliser un autre concept, celui de luminance, grandeur qui caractérise l'aspect lumineux dr'une source dans une direction donnée. La luminance se mesure en candela par mètre carré [cd/m²].

Les deux critères de qualité
En éclairage les deux critères essentiels de qualité sont :
. l'éclairement des objets, étudié antérieurement
. la luminance L des sources.

La luminance [cd/m²] dans chaque direction sert en particulier à évaluer les risques d'éblouissement.
Malgré l'existence de procédures confirmées (plus ou moins complexes), le calcul des luminances étant souvent assez délicat, des recommandations pratiques peuvent être préférables, surtout avec les multiples équipements modernes à base d'écrans (télévision, ordinateur, etc.).

Par exemple, si - en éclairage artificiel - vous utilisez les références adoptées par le schéma ci-dessous, vous pouvez utiliser les critères suivants, l'objectif de limitation des luminances étant d'éviter l'atteinte directe des yeux, ou la réflexion sur un écran.

Les deux critères types de base
En exploitant le schéma ci-dessus voici comment on peut opérer
A. Dans la zone A (0 à 65 °) calculer l'éclairement : il suffit que celui-ci atteigne une valeur suffisante (voir, par exemple, les valeurs indiquées au paragraphe 2.7.
B. Dans la zone B (65 à 90 °) limiter la luminance. Avec des luminaires modernes, correctement conçus, on peut adopter la limite suivante , si les écrans possèdent un fond blanc : 1500 [cd/m²].

Mais on peut opérer de façon un peu différente, et plus fine, comme indiqué à la suite.

Une règle simple
Pour vérifier, à partir des données constructeurs ou des calculs, que la luminance d'une source, dans une direction est satisfaisante, vous pouvez utiliser le schéma et le tableau suivants.

2.10. CONTRASTE ET UNIFORMITÉ

Le contraste
Cette notion n'est guère utilisée que pour les projets, le contraste correspondant à la luminance de l'objet examiné (Lo) par rapport à celle du fond (Lf) :
contraste = (Lo - Lf) / Lf.

L'uniformité
Cette notion peut être utile dans les projets assez courants, concernant l'uniformité des éclairements caractérisée par le rapport de l'éclairement minimum (Emin) à l'éclairement moyen (Emoy) : uniformité = Emin / Emoy.

Les valeurs généralement recommandées sont les suivantes :
. pour les circulations : 0,50,
. pour les zones plus sensibles (salles de classe, etc...) : 0,80,
. avec - éventuellement des valeurs intermédiaires telles que 060 pour les magasins de fleuristes.


2.11. L'INTRODUCTION DES COULEURS

Les principes
Chaque rayonnement est caractérisé, non seulement par son intensité (en lumens), mais également par sa couleur, notion beaucoup plus difficile à prendre en compte. Pour le moment la solution la plus simple - pour caractériser la couleur - est d'utiliser des coefficients spectraux.

Les coordonnées colorimétriques
Ce qui conduit, pour chaque longueur d'onde (λ) concernée (entre 0,38 et 0,78 μm), à définir, outre son efficacité lumineuse présentée au paragraphe précédent, trois coordonnées colorimétriques spectrales : x(λ), y(λ), z(λ), qui permettent - selon les valeurs fixées par La Commission Internationale de l'Eclairage, de caractériser la couleur du rayonnement.

Les valeurs types des coordonnées
Le tableau II ci-dessous illustre quelques valeurs repères

Les valeurs types
Comme déjà indiqué il faut classer les rayonnements, selon la longueur d'onde, dans l'une des trois catégories fondamentales que sont l'ultraviolet (longueurs d'onde de moins de 0,38 μm), le visible (longueurs d'onde comprises entre 0,38 et 0,78 μm), l'infrarouge (longueurs d'onde de plus de 0,78 μm). Dans la partie du rayonnement située dans le visible, la lumière se traduit par des couleurs différentes selon la longueur d'onde, ainsi que l'indique la table ci-dessous, limitée à des valeurs types.

Le rendu des couleurs : un premier classement Le rendu des couleurs, qui permet de mesurer l'adaptation d'un éclairage au rendu colorimétrique, est une notion surtout utilisée en éclairage artificiel. Cette notion repose sur un classement conventionnel noté de 0 à 100, ce nombre dépendant de la forme du spectre dans la zone visuelle.

Les valeurs obtenues peuvent, schématiquement, se classer comme suit :
. rendu de plus de 90 : excellent rendu des couleurs (appréciation aussi exacte que possible)
. rendu de 80 à 90 : rendu de qualité, valeur type recommandée
. rendu de 70 à 80 : rendu acceptable
. rendu de 60 à 70 : n'est acceptable que dans des ambiances industrielles peu exigeantes
. rendu inférieur à 60 : n'est acceptable qu'en ambiance industrielle sans véritable exigence en matière de couleur.

Les températures de couleur : un deuxième classement
Avec les nouvelles sources de lumière la couleur joue un rôle croissant, ce qui conduit à introduire le concept de température de couleur. Cette dernière, mesurée en kelvin [K], est celle du rayonnement propre le plus proche , en couleur apparente, de celle de la source examinée. C'est ainsi, que la lumière de chaque type de lampe est caractérisée par sa température de couleur. Cette température de couleur, notée ici Tc, exprimée en kelvin [K], est liée à l'impression visuelle, et peut être exprimée comme suit :
. Teinte «chaude» : Tc < 3300 [K]
. Teinte neutre : Tc = 3300 à 5500 [K]
. Teinte «froide» : Tc > 5500 [K].

La température de couleur doit être, si possible, choisie en fonction de l'ambiance à créer, par exemple :
. pour l'habitat Tc = 3000 à 4500 [K]
. pour les salles de classe : Tc = 3000 à 4000 [K]
. pour les magasins de vente selon activité,
- boulangerie ou boucherie : 3000 à 3500 [K]
- pharmacie : 4500 à 5000 [K]
- fleuriste : 4000 à 6500 [K].


2.12. LES CONSOMMATIONS

Les objectifs
Les calculs (prévisions) des consommations d'éclairage peuvent se faire dans trois cadres différents, ce chapitre se bornant à l'énumération des principes.

1. Ou bien il s'agit de prévoir la consommation annuelle d'éclairage [kWh/an].
2. Ou bien il s'agit de prévoir les apports d'hiver qui réduisent les besoins de chauffage.
3. Ou bien il s'agit de prévoir les aports liées à l'éclairage (en période chaude) à faire intervenir dans les prévisions de consommation des installations de climatisation ou de conditionnement d'air.

Dans les trois cas la consommation est obtenue en multipliant la puissance installée en éclairage par la durée de fonctionnement de l'éclairage, qui est généralement le paramètre le plus délicat à fixer.

La méthode de calcul conseillée
Dans tous les cas nous conseillons d'opérer mois par mois. Lorsque la commande de l'éclairage est automatique (à partir d'une mesure de l'éclairage naturel) on peut plus facilement se rapprocher des valeurs probables, mais dans le cas de commande non automatique les résultats sont plus incertains. Afin d'éviter des erreurs plus ou moins graves nous conseillons de veiller à tenir compte de ce que de telles consommations ne sont valables que si le soleil est levé. Les heures de lever et de coucher du soleil sont donc importantes, ce qui - avec les heures légales - fait intervenir la latitude du site (que nous forfaitiserons, en France, par la zone climatique), et la longitude (forfaitisée également).

Pour vous aider la table ci-dessous vous permet de fixer l'heure (d'hiver) du lever et du coucher du soleil. S'il est indiqué «8,5-17,3» cela signifie que le lever a lieu à 8,5 [h] et le coucher à 17,3 [h], les temps étant indiqués (pour la moyenne du mois) en heures légales d'hiver (et fraction décimale).

Présentation complémentaire
Le niveau plus ou moins élevé d'éclairage naturel influe sur l'utilisation de l'éclairage artificiel, mais les études in situ révèlent des comportements très variés des occupants. De sorte que les calculs qui suivent ne sont vraiment adaptés que si l'allumage de l'éclairage artificiel est automatisé. Dans ces conditions, en France métropolitaine, à chaque heure (solaire) correspondent des valeurs climatologiques d'éclairage naturel fournies plus loin.

Exemple d'application
. Site : Paris, assimilé à France-Nord
. Facteur de jour minimal (base d'automate) : 0,01
. Eclairement intérieur d'allumage : 100 [lx]
. Niveau extérieur d'allumage : 100/0,01 = 10 000 [lx]
. Périodes d'allumage éventuel (exprimées en heures solaires) : 6-18 (total = 13 heures)
. Calcul de la durée d'éclairage artificiel (supposé fonctionnant 7 jours sur 7) :
275 + 210 + 160 + 120 + 90 + 70 + 120 + 160 + 210 + 275 = 1780 [h]

Attention, ce calcul suppose un allumage 7 jours sur 7, jours fériés compris : corriger éventuellement au prorata.

Attention : cette table - pour des raisons de compacité, est exprimée en jours, alors que le calcul se base sur les heures.

3.1. LES PROJETS D'ÉCLAIRAGE

L'organisation des projets
Un projet complet d'éclairage comporte normalement les trois phases suivantes :
1. le choix du type d'éclairage,
2. le choix des lampes et des luminaires, ce qui implique en particulier le choix de la couleur,
3. le dimensionnement de l'installation (calcul du nombre de lampes et luminaires permettant d'atteindre l'éclairement désiré).

Le choix du type d'éclairage
Le choix du luminaire se fait en fonction du type d'éclairage choisi a priori, ce type définissant la répartition du flux lumineux dans l'espace, aspect déjà évoqué au livret mD02 : Les sources de lumière.

Le classement adopté s'appuie sur les trois répartitions suivantes de base :
. «(très) intensive» lorsque le flux lumineux est dirigé vers un point précis de l'espace,
. «semi-intensive» lorsque la situation est intermédiaire,
. «extensive» lorsque le flux lumineux est diffusé dans un large faisceau.

En pratique la majorité des constructeurs utilisent le tableau ci-dessous (pratiquement reproduit du livret R12), qui fixe les quatre classes fondamentales utilisées pour les projets :
. direct intensif et direct extensif pour les flux lumineux dirigés vers le bas,
. semi-direct lorsque le flux lumineux est dirigé en partie vers le bas et en partie vers le haut,
. indirect lorsque le flux lumineux est uniquement dirigé vers le haut.

3.2. LES GRANDES CATÉGORIES DE LAMPES

Les lampes actuelles
Jusqu'à une date relativement récente il existait trois types essentiels de lampes :
. celles qui émettaient de la lumière en portant à l'incandescence un filament de tungstène,
. celles produisant du rayonnement visible par décharge électrique dans un gaz,
. celles, également à décharge, mais produisant du rayonnement ultraviolet qui est transformé en rayonnement visible par la couche fluorescente des parois (les lampes fluorescentes).

Plus récemment sont apparues les diodes électroluminescentes (les LED).
Bien que ce classement soit relativement simple, il existe en fait un très grand nombre de modèles, de performances différentes, en particulier sur les plans de la puissance, de l'efficacité lumineuse, de la couleur et de la durée de vie.

Le circuit électrique
Toutes les lampes à décharge, fluorescentes comprises, exigent la présence d'un circuit électrique annexe, dit «ballast», destiné à leur permettre de démarrer et opérer convenablement, consommant 10 à 20 % d'énergie, de plus en plus souvent électronique. La plupart de ces lampes fonctionnent directement sur le courant alternatif (50 Hz en Europe), courant normalement basse tension bien que certaines lampes de cette catégorie puissent fonctionner à très haute fréquence, à 30 kHz par exemple. Les diodes électroluminescentes (les LED), surtout été utilisées jusqu'ici pour la signalisation et pour la décoration, voient leur champ d'application s'élargir progressivement. Point particulier : les LED sont alimentées en électricité très basse tension (TBT), avec un circuit approprié décrit par la suite.

Les efficacités lumineuses types
L'efficacité lumineuse, critère essentiel sur le plan énergétique, possède les valeurs suivantes.

Les luminaires
Les luminaires sont, outre leur rôle de support et de protection, des organes de contrôle optique, grâce à la présence de déflecteurs ou de réflecteurs, chaque luminaire absorbant plus ou moins de lumière, ce qui fait donc intervenir son rendement lumineux. Une fois le type de luminaire choisi il faut généralement en mettre en place plusieurs, le choix des emplacements visant à la fois le flux lumineux sur le plan utile et l'aspect esthétique des appareils. Les équipements annexes et les commandes Les équipements annexes sont généralement les ballasts, décrits plus haut : ils dépendent du type de lampe utilisée, et sont décrits sommairement à la suite. Les commandes peuvent, elles, être très différentes selon les besoins : localisées ou centralisées, automatiques ou manuelles, etc.


3.3. LE CHOIX DES LAMPES

Le classement adopté à la suite
1. Lampes à incandescence :
1a. lampes standard (classiques),
1b. lampes halogènes
2. Lampes à décharge à vapeur de mercure basse pression (fluorescentes) :
2a. lampes rectilignes (tubes),
2b. lampes compactes (fluocompactes)
3. Lampes à décharge haute pression :
3a. à vapeur d'halogénures,
3b. à vapeur de sodium
4. Diodes électroluminescentes (LED) .

Comment choisir les lampes
Une fois le type choisi (voir § 3.1), avant de dimensionner l'installation, il faut choisir les lampes en se basant sur les critères de couleur et sur ceux d'éclairement :
- selon le type de local (voir table A),
- et selon le type de lampe, essentiellement selon la couleur (voir table B),

3.4. LA TECHNOLOGIE DES LAMPES


Les lampes classiques (à incandescence)
Le courant électrique, traversant un filament de tungstène, porte celui-ci à un température suffisante pour qu'il y ait émission de lumière. Elles se branchent directement sur le réseau électrique (220 [V], 50 [Hz]).
Ces lampes, selon les cas les plus courants, ont :
. des puissances de 40 à 1000 [W],
. des efficacités lumineuses de 8 à 18 [lm/W],
. des températures de couleur de 2600 à 2900 [K], avec un indice de rendu de couleur (IRC) DE 100,
. des durées de vie moyennes de l'ordre de 1000 [h].

D'efficacité lumineuse faible elles sont en voie obligatoire de disparition.

Les lampes halogènes basse tension
De forme généralement plus tubulaire que les lampes standards les lampes halogènes sont des lampes à incandescence où l'atmosphère neutre (argon et azote dans les lampes standard) contient également des halogènes (de l'iode ou du brome) dans l'enveloppe (en quartz). Sauf celles dites «très basse tension» (sur courant 12 V) elles se branchent directement sur le réseau électrique (220 [V], 50 [Hz]). Ces lampes présentent en général :
. des puissances de 50 à 2000 [W] et des efficacités lumineuses de 13 à 20 [lm/W],
. des températures de couleur de 3000 [K], avec un indice de rendu de couleur (IRC) DE 100,
. des durées de vie moyennes de l'ordre de 2000 [h].

Les lampes halogènes sont surtout utilisées en éclairage commercial, plus rarement en éclairage général.

La disparition de certaines lampes
Le 8 décembre 2008 la commission européenne a mis au point le calendrier suivant (actuellement en présentation au Parlement européen) de disparition, dans le commerce, des lampes suivantes.
. 1 septembre 2009. Interdiction de toutes les lampes à incandescence dépolies et des lampes à incandescence claires de 80 W et plus.
. 1 septembre 2010. Interdiction des lampes à incandescence claires de plus de 65 W.
. 1 septembre 2011. Interdiction des lampes à incandescence claires de plus de 45 W.
. 1 septembre 2012. Interdiction des lampes à incandescence claires de plus de 7 W.
. 1 septembre 2013. Interdiction des lampes dites linolite (forme tubulaire, à filament).
. 1 septembre 2016. Interdiction des lampes claires d'efficacité C (les lampes halogènes resteront
autorisées au moins jusqu'en 2016 dans la limite où elles sont au moins de classe C).

Les tubes fluorescents
Les source fluorescentes se présentent sous la forme d'ampoules tubulaires, généralement rectilignes contenant de la vapeur de mercure au sein laquelle des électrodes provoquent une émission ultraviolette.
Une couche de poudres fluorescentes appliquées sur la face interne de l'ampoule, excitée par l'ultraviolet, transforme cette émission en lumière visible. Ces tubes, de diamètre 16, 25 ou 38 [mm] :
. ont des puissances de 18, 26 ou 58 [W],
. des efficacités lumineuses de 60 à 100 [lm/W],
. des températures de couleur très variables selon la couleur de la lumière produite) de 2700 à 6500 [K], avec un indice de rendu de couleur (IRC) de 66 à 98,
. des durées de vie moyennes de 8000 à 12000 [h]. Ces lampes nécessitent un dispositif d'allumage, un starter (ou amorceur), et un limiteur de courant (le ballast), les deux montages principaux (électromagnétique et électronique) indiqués ci-contre.

Les lampes fluocompactes
Les lampes fluocompactes sont constituées de tubes fluorescents mis en forme de façon à n'occuper qu'un volume analogue à celui d'une ampoule classique (incandescente), ou - à la rigueur et selon les destinations - à s'en rapprocher. Les lampes fluocompactes sont de deux catégories :
. les lampes de substitution, destinés au remplacement de l'incandescence,
. les lampes d'intégration, destinées à des montages neufs.

Les lampes de substitution
Ces lampes :
. ont des puissances de 5 à 23 [W],
. des efficacités lumineuses de 40 à 60 [lm/W],
. des températures de couleur de 2700 à 3000 [K], avec un indice de rendu de couleur (IRC) de 85,
. des durées de vie moyennes de 8000 à 10000 [h].

Les lampes d'intégration
Ces lampes :
. ont des puissances de 5 à 55 [W],
. des efficacités lumineuses de 50 à 95 [lm/W],
. des températures de couleur de 2700 à 4000 [K], avec un indice de rendu de couleur (IRC) de 85,
. des durées de vie moyennes de 8000 à 12000 [h].

Les accessoires et les culots
Les lampes fluocompactes relèvent des mêmes branchements électriques que les tubes fluorescents.
1. Les lampes de substitution sont composées, outre la tube fluorescent miniature :
. d'un ballast (intégré ou débrochable),
. et d'un culot identique à celui des systèmes utilisant des ampoules à incandescence (à vis ou à ergots).

2. Les lampes d'intégration sont composées, outre la tube fluorescent :
. d'un starter, intégré ou non dans le tube,
. d'un ballast, normalement intégré au luminaire, de sorte qu'en fin de vie seule la source est à changer.

Les lampes à décharge haute pression
Les sources à décharge sont essentiellement destinées aux espaces de grande hauteur, exigeant en principe des niveaux d'éclairement assez élevés. La lumière est alors produite par une décharge électrique dans une ampoule contenant des vapeurs :
. soit d'halogénures métalliques,
. soit de sodium haute pression.

1. Ces sources ne peuvent être directement raccordées au réseau, obligeant à utiliser des accessoires d'alimentation : ballast, amorçeur, etc.

2. L'allumage et le fonctionnement exigent une tension d'alimentation qui soit très proche de la tension nominale (à + 5 % près en général).

3. A la mise en route ces sources appellent une intensité de courant supérieure à la valeur de régime. C'est cette valeur qui doit servir aux calculs électriques.

4. En cas de coupure plus ou moins brève ces sources exigent un certain temps de refroidissement avant d'être réamorcées (sauf dispositif spécial, mais nuisant alors à la durée de vie).

Les lampes à décharge haute pression nous concernant appartiennent à l'une des deux catégories suivantes :
. celle des sources, dites souvent «à vapeur de mercure haute pression», dont l'atmosphère contient des halogénures métalliques (pour adapter la couleur),
. celle des sources contenant de la vapeur de sodium à très haute pression.

1. Les sources utilisant des halogénures métalliques
Ces lampes, certaines seulement étant utilisables en intérieur (IRC > 80) :
. sont normalement de forme tubulaire,
. ont des puissances de 50 à 2000 [W],
. des efficacités lumineuses de 70 à 100 [lm/W],
. des températures de couleur de 3000 à 6000 [K], avec un indice de rendu de couleur (IRC) compris entre 65 et 85,
. des durées de vie moyennes de 6000 à 8000 [h].

2. Les sources utilisant de la vapeur de sodium
Ces lampes, de forme tubulaire ou ovoïde,
. ont des puissances de 35 à 1000 [W],
. des efficacités lumineuses de 50 à 150 [lm/W],
. des températures de couleur de 2000 à 2500 [K], avec un indice de rendu de couleur (IRC) de 80,
. des durées de vie moyennes de 8000 à 24000 [h].

Les diodes électroluminescentes (LED)
Les diodes électroluminescentes, souvent dénommées «LED» d'après leur désignation anglaise (light emitting diode) appartiennent à une technique de développement relativement récent, de sorte qu'il n'est pas possible d'en fournir, dès maintenant, une vue définitive, ni d'en fixer définitivement les caractéristiques. Jusqu'ici les LED ont surtout servi aux éclairages décoratifs de petite puissance, mais les fabrications destinées à l'éclairage courant connaissent actuellement un développement industriel fort.

Le principe, très schématique, des LED est illustré au schéma ci-dessous. Sur le plan pratique les LED sont utilisés en très basse tension, et exigent donc un examen particulier (au plan électrique) : vous trouverez plus de détails aux paragraphes suivants.


3.5. LES DIODES ÉLECTRO-LUMINESCENTES

Historique sommaire
Les premières sources de lumière «solides», sous forme de diodes émettrices de lumière ont utilisé des semiconducteurs inorganiques connus sous le nom de «diodes électro-luminescentes», en abrégé les «LED». Depuis un certain nombre d'années ont été développées des diodes organiques électroluminescentes (OLED) qui sont probablement l'avenir essentiel.

Les qualités des LED et des OLED
Les LED (et OLED) possèdent les avantages suivants :
. ce sont des sources de lumière très efficaces (voir plus loin), ceci étant essentiellement dû à ce que les LED n'émettent pas de rayonnements infra-rouges ou ultra-violets inutiles en éclairage courant,
. la durée de vie des LED est élevée (15000 à 20000 h) et leur maintenance facile et peu coûteuse,
. les LED ne contiennent pas de mercure, au contraire de la majorité des autres sources actuelles.

L'efficacité lumineuse des LED
Le premier avantage des LED est leur efficacité. Alors que :
. les lampes à incandescence - d'ailleurs aujourd'hui en voie d'abandon - ne transforment gère que 8 % de leur énergie en énergie lumineuse (efficacité de l'ordre de 14 lm/W),
. que les tubes fluorescents ne transforment guère que de l'ordre de 21 % de leur énergie en lumière (efficacité lumineuse courante de l'ordre de 80 à 85 lm/W, 100 lm/W pour les plus efficaces),
. les LED transforment de l'ordre de 15 à 25 % de l'énergie électrique fournie en énergie lumineuse, leur efficacité, aujourd'hui encore de l'ordre de 70 à 75 lm/W pourrait être portée (avec de nouvelles diodes) aux alentours de 130 lm/W.

Les défauts et les défis des LED
Malgré ces avantages il est encore difficile d'utiliser les LED en éclairage général :
. par suite de leur puissance lumineuse limitée,
. par suite des caractéristiques un peu étroites de leur faisceau lumineux,
. par suite de leurs caractéristiques colorimétriques, assez difficiles à maîtriser,
. par suite de leurs coûts.

Il faut y ajouter leur mauvaise résistance aux fortes températures, ce qui peut obliger à prévoir des dispositifs de rafraîchissement, en particulier parce que la chaleur dégagée est beaucoup plus concentrée dans les LED qu'avec les autres types de lampes.

Les caractéristiques lumineuses des LED
Alors que le rayonnement lumineux, avec les lampes classiques, se répartit plus ou moins dans toutes les directions (d'où les luminaires), les LED fournissent normalement un flux lumineux très directionnel.

Mais ce flux lumineux n'est pas naturellement «blanc». Pour obtenir une lumière de couleur acceptable il faut généralement combiner plusieurs couches luminescentes, par exemple (voir fiche mD03.3) : une diode bleue, une diode verte et une diode rouge. L'ennui est que les trois puces de couleurs différentes n'ont pas exactement le même comportement dans le temps, ce qui entraîne une certaine évolution de la couleur dans le temps, le blanc ne restant pas strictement identique.

Actuellement le rendu des couleurs des diodes luminescentes correspond à un indice de rendu de couleur allant de 75 à 85. On espère, néanmoins, pouvoir le porter à 85-90, voire même 95.


Le coût des LED
A flux lumineux égal les LED coûtent actuellement (2010) :
. près de 500 fois ce que coûtent des lampes à incandescence,
. plus de 80 fois ce que coûtent les lampes fluo-compactes.

Le seul espoir du développement accéléré des LED est que leur prix baisse rapidement, si possible au rythme actuel où leds prix sont régulièrement divisés par deux chaque année. La situation économique des LED devrait, donc, plus ou moins rapidement évoluer.


3.6. LA TRÈS BASSE TENSION DE SÉCURITÉ (TBTS)

La norme fondamentale
Les LED (et OLED) doivent être alimentés en électricité très basse tension, de sorte qu'il faut appliquer, non pas la norme NF C 15-100, mais le guide suivant :
. UTE C 15-559 (novembre 2006). Installations électriques à basse tension. Guide pratique Installations d'Eclairage en Très Basse Tension.

D'une façon générale la «très basse tension» (TBT) correspond à une tension inférieure à 50 V en courant alternatif ou 120 V en courant continu, mais avec les LED c'est une définition plus stricte puisqu'il s'agit de «TBTS», dite «très basse tension de sécurité», qui - par principe et obligation de base - doit être telle qu'elle rende techniquement improbable tout défaut entre le circuit primaire basse tension (BT) et le circuit secondaire (TBTS). Sur le plan pratique les circuits doivent répondre aux obligations de la table suivante, la tension normale avec les LED étant de 12 [V].

Les sources électriques
Entre l'alimentation classique (BT) et le réseau TBTS se trouve une source normalement soumise à des obligations strictes de protection. Cette source, rendant improbable tout défaut entre le circuit primaire basse tension (BT) et les circuits secondaires (TBTS), peut être :
. soit un transformateur,
. soit ou convertisseur (de sécurité).

L'utilisation des transformateurs
Le circuit primaire (normalement BT 230 V) doit être protégé contre les surcharges et les courts-circuits.
Les fusibles classiques et les disjoncteurs ne sont pas soumis à des obligations spéciales, mais il est prudent de se prémunir contre des déclenchements intempestifs dûs aux transformateurs : adopter -pour les transformateurs - le type C en général (> 450 [VA]) ou D.
Les circuits secondaires (TBTS) ne sont soumis à aucune obligation autre que celles prévues plus haut, sauf si la longueur dépasse 2 [m] - cas dans lequel il est recommandé une étude spéciale du fournisseur.

L'utilisation des convertisseurs
La seule protection à prévoir, en général, pour le circuit primaire (normalement BT 230 V) est la protection classique contre les courts-circuits. Quant à la sécurité des circuits secondaires, les recommandations indiquées pour les transformateurs (ci-dessus) restent globalement valables. Précautions générales pour les circuits secondaires
1. Les circuits TBTS, devant présenter une isolation renforcée vis à vis des circuits BT, doivent être mis en oeuvre dans des conduits distincts.

2. L'intensité étant particulièrement élevée (du fait de la faible tension) il faut y limiter la chute de tension (calcul des sections) à au plus 5%. Pour les circuits alimentés par des convertisseurs, et pour un courant maximal de 8,5 [A], on peut réduire la section à 0,5 [mm²].

3. Les conducteurs isolés peuvent être collés directement sur les parois sous les réserves indiquées par le guide UTE (ambiance normale, conduits inaccessibles au toucher).

4. Il convient généralement de prévoir des dispositifs d'arrêt de traction à chaque extrémité des conducteurs des circuits secondaires.

5. Les appareils d'éclairage eux-mêmes sont soumis à des règles d'installation très particulières : vous en trouverez les détails à la suite.


3.7. LE MONTAGE ÉLECTRIQUE DES LED

Le schéma de référence
Les appareils d'éclairage (LED) doivent respecter, selon le guide UTE, les dispositions illustrées au schéma suivant.

Remarques sur le schéma ci-dessus :
(*) : serre-câble solidaire du transformateur (**) : serre-câble solidaire de l'appareil d'éclairage (obligatoire s'il faut retirer l'appareil du plafond ou du faux-plafond pour changer la lampe) (***) : borne de raccordement résistant à 125 °C.

Le montage des appareils d'éclairage
Le montage des appareils contenant des LED est soumis aux conditions suivantes concernant les contacts avec les appuis.
1. Le montage est autorisé au contact des matériaux de classe au feu M0, et ce quelle que soit la température des LED.

2. Le montage est autorisé au contact de matériaux de classes au feu M1, M2 ou M3 sous réserve que la température des LED soit inférieure à 90 °C.

3. Le montage n'est pas autorisé au contact des matériaux de classe M4. Le montage en faux-plafond : les circuits secondaires
A chaque extrémité du conducteur de circuit secondaire, le montage doit comporter un dispositif d'arrêt de traction afin d'éviter toute déconnexion électrique accidentelle en faux-plafond.

Le montage en faux-plafond : l'accessibilité du transformateur

Les liaisons entre luminaires et transformateurs, ou convertisseurs doivent être capables de résister à une température de 170 °C.

Le transformateur (ou convertisseur) placé dans un faux-plafond doit rester accessible. Ceci implique les précautions suivantes :
1. Dans le cas où le faux-plafond est démontable le transformateur doit être placé sur la partie fixe ;

2. Dans le cas où le faux-plafond n'est pas démontable, et s'il s'agit d'un seul appareil, l'orifice recevant l'appareil d'éclairage est considéré comme une trappe d'accès ;

3. Dans le cas où le faux-plafond n'est pas démontable et où il y a plusieurs appareils, l'installation doit comporter une trappe d'accès.


3.8. LA STRUCTURE DES LED

Nous indiquons page suivante, à titre informatif, et en préparation des évolutions à venir, les schémas de principe et de fonctionnement des diodes électro-luminescentes (LED).

Le semi-conducteur de base des LED
Les diodes électroluminescentes utilisent, en noyau, des semi-conducteurs particuliers, la majorité des produits utilisés étant à base de gallium. Le matériau adopté doit être fondamentalement un produit de très grande pureté, mais il a reçu des «impuretés» de deux catégories qui vont animer la génération de lumière. La première catégorie d'impuretés conduit à un excès d'électrons (matériau de type n), alors que la deuxième catégorie conduit à un manque d'électrons («trous» positifs : matériau de type p). Les deux sont diffusées dans le même semiconducteur, créant au sein de celui-ci une interface entre les régions n et p. Si une tension continue est appliquée de telle sorte que la zone n soit négative et que la zone p soit positive, les trous et les électrons se combinent à l'interface, et produisent alors des photons.

La structure complète des LED monochromes Les LED comportent un certain nombre de couches, comme l'indique le schéma ci-dessous, le semiconducteur luminescent n'en étant qu'un des éléments, celui dont part la lumière.

Plus de 90 % des LED actuels fonctionnent selon le principe de fluorescence d'un phosphore. Le fonctionnement est alors le suivant : la puce semi-conductrice (où circule un courant continu de quelques dizaines d'ampères) génère une lumière, bleue dans l'exemple précédent. Elle traverse ensuite un phosphore , jaune dans le cas précédent, phosphore qui va fournir la lumière jaune.

La structure complète des LED «blanches»
Les LED réelles, fournissant de la lumière blanche, fonctionnent normalement en utilisant trois (et non un) phosphores de couleurs différentes (bleu, vert, rouge). Le schéma ci-dessous en indiquent les principe, étant entendu qu'il s'agit d'une voie encore en développement.

4.1. LES TEXTES OFFICIELS PRIS EN COMPTE

Textes relevant de l'habitation (Eclairages de sécurité)

Circulaire n° 87-48 du 4 juin 1987 relative à l'éclairage de sécurité dans les parcs de stationnement couverts annexes des bâtiments d'habitation (arrêté du 31 janvier 1986 modifié relatif à la protection contre l'incendie des bâtiments d'habitation)

Textes relevant du «travail»
Les textes officiels notés à la suite sont les suivants.

. CODE DU TRAVAIL : Titre 1er Obligations du maître d'ouvrage pour la conception des lieux de travail - Chapitre 3 Eclairage, insonorisation et ambiance thermique - Articles R4213-1 à R4213-9

. CODE DU TRAVAIL : Titre 2 Obligations de l'employeur pour l'utilisation des lieux de travail - Chapitre 3 Éclairage, ambiance thermique - Articles R4223-1 à R4223-15

. Circulaire du 11 avril 1984 relative au commentaire technique des décrets 83-721 et 83-722 du 2 août 1983 relatifs à l'éclairage des lieux de travail

Textes relevant des établissements recevant du public
Le texte officiel noté à la suite est le suivant :
. Règlement de sécurité incendie dans les ERP : Livre 2 Dispositions applicables aux établissements des quatre premières catégories - Titre 1 Dispositions générales - Chapitre 8 Eclairage - Articles EC1 à EC15

Le texte officiel suivant n'est pas repris . Arrêté du 2 octobre 1978 relatif aux blocs autonomes d'éclairage de sécurité utilisés dans les établissements recevant du public (ERP) : pour mémoire.


4.2. LES TEXTES «DU TRAVAIL»

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