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Pour en savoir plus sur les possibilités de gestion en fonction de l’apport en éclairage naturel.

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Publié par : Sylvie 11 Avr, 2013

Codes flux [éclairage]

Les codes flux représentent l’image de la distribution lumineuse d’un luminaire. Ils caractérisent le flux lumineux pour des angles solides matérialisés dans des cônes centrés sur l’axe principal du luminaire et d’angles d’ouverture α spécifiques.

Angles définissant les codes flux.

Les principaux codes flux sont :

FC1, FC2, FC3, FC4 et F pour les angles solides de π/2, π, ¾ π, 2 π et 4 π. Cela correspond aux angles α de 41,4°, 60°, 75,5°, 90° et 180° respectivement ;
FC4, le flux lumineux émis dans l’angle solide 2 π ou l’ensemble du flux lumineux émis vers le bas ;
F, le flux lumineux émis dans l’angle solide 4 π ou le flux lumineux total émis par le luminaire ;
PHIS, le flux lumineux total issu de l’ensemble des lampes du luminaire.

Diagramme polaire.

Angles	Correspondance des angles
Angle du cône		41, 4 °	60°	75,5°	90°	180°
Angle solide	ω	/2		¾	2	4

Codes flux CIE.

Exemple

Luminaire à éclairage direct	Luminaire à éclairage mixte direct

Données photométriques
	Lumen [lm]		Lumen [lm]
FC 1	2 535	FC 1	1 733
FC 2	3 730	FC 2	2 292
FC 3	3 755	FC 3	2 305
FC 4	3 760	FC 4	2 309
F	3 760	F	3 870
PHIS	5 000	PHIS	4 300

Code flux CIE
N 1	FC 1 / FC 4	0,67	N 1	FC 1 / FC 4	0,75
N 2	FC 2 / FC 4	0,99	N 2	FC 2 / FC 4	0,99
N 3	FC 3 / FC 4	1,00	N 3	FC 3 / FC 4	1,00
N 4	FC 4 / F	1,00	N 4	FC 4 / F	0,60
N 5	F / PHIS	0,75	N 5	N 5	0,90

Remarques
Les données N2, N4 et N5 sont les données à introduire dans le logiciel PEB :

N2 représente la composante intensive du flux lumineux ;
N4 représente la composante directe du flux lumineux.

N5 représente le rapport entre le flux lumineux total F émis par le luminaire et le flux lumineux émis par toutes les lampes du luminaire, soit l’image du rendement du luminaire.

le flux lumineux émis vers le bas (FC 4 = 3 760 lm) est identique au flux lumineux total émis par le luminaire (F = 3 760 lm), ce qui est logique pour un luminaire à éclairage direct ;
N 5 = 75 %.
le flux lumineux total émis par le luminaire (F = 3 870 lm) est supérieur au flux lumineux émis vers le bas (FC 4 = 2 309 lm) ;
N 5 = 90 %.

Publié par : Sylvie 5 Avr, 2013

Réduire les apports de chaleur dus à l’éclairage

L’entièreté de l’énergie électrique consommée par l’éclairage artificiel est dissipée sous forme de chaleur dans l’ambiance intérieure, par rayonnement, convection ou conduction. De plus, dans les bâtiments thermiquement performants, les lampes qui émettent beaucoup d’infrarouge (IR), indépendamment des surconsommations électriques qu’elles engendrent, participent souvent aux risques de surchauffe.

Pour établir le bilan thermique d’un local et évaluer l’impact de l’éclairage sur la surchauffe.

La puissance installée

La puissance calorifique dégagée par l’éclairage équivaut à la puissance des lampes installées. Pour les lampes fluorescentes, il faudra également tenir compte des pertes des ballasts qui varient de 10 à 20 % de la puissance de la lampe.

Le type de lampe

Toute l’énergie consommée par les lampes est transformée en chaleur par :

conduction (« par les solides »),
convection (« par les gaz, les liquides »),
rayonnement (lumière et autres radiations, infrarouge en particulier).

En fonction de la famille de lampes considérée, la répartition de ces divers apports sera différente. Il est essentiel de tenir compte de cette répartition pour éviter des élévations de température trop importantes.

Deux caractéristiques permettent de choisir correctement le type de lampe à utiliser :

le rendement des lampes : fraction de la quantité d’énergie transformée en lumière. Augmenté l’efficacité du système permet de limiter la puissance installée, et donc les apports de chaleurs.
la composition du spectre d’émission : on choisira des lampes dont le spectre comporte une faible proportion d’énergie thermique infrarouge par rapport à la fraction utile d’énergie lumineuse.

Pour éviter un apport calorifique trop important, on réalisera le système d’éclairage à partir de tubes fluorescents.

Lampes à incandescence

Ces lampes émettent un rayonnement infrarouge important (de l’ordre de 75 % de la puissance de la lampe). Comme les infrarouges et les rayons lumineux se réfléchissent en même temps, les lampes à réflecteur et les projecteurs intensifs vont provoquer des élévations de température très importantes dans l’axe du faisceau.

Les lampes à rayonnement dirigé dites à « faisceau froid » ou dichroïque » limitent le rayonnement infrarouge direct. Le miroir de ces lampes conçu pour réfléchir la lumière, est transparent pour les radiations infrarouges indésirables. Lorsque l’on utilise ce genre de lampe, il faut s’assurer que le luminaire utilisé est susceptible de les recevoir car, sans précaution, elles provoquent un échauffement supplémentaire de la douille, du câblage et de la partie arrière du luminaire.

Le dégagement de rayonnement infrarouge de ce type de lampe en fait une source lumineuse peu efficace et justifie son retrait progressif du marché.

Lampes fluorescentes et lampes à décharge (haute pression)

Ces lampes émettent une très faible proportion de rayons infrarouges courts. Par contre, les tubes à décharge des halogénures métalliques et des sodiums haute pression émettent une quantité importante d’infrarouge moyen. En ce qui concerne les lampes fluorescentes, on ne fera attention qu’aux niveaux d’éclairement très élevés qui sont les seuls à produire un effet thermique direct perceptible.

Si l’effet calorifique du rayonnement de ces lampes est relativement faible, la transformation en chaleur de l’énergie électrique consommée (lampe et ballast) ne doit pas être sous-estimée. L’élévation de la température des parois du luminaire vont transformer celui-ci en émetteur d’infrarouges longs susceptibles d’influencer la distribution thermique du local et/ou du meuble frigorifique.

LED

Les LED ne génèrent pas ou peu de rayonnement infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV) dans le flux lumineux. Il est clair qu’elles génèrent de la chaleur, mais plutôt vers l’arrière de la lampe LED, ce qui facilite l’extraction. De ce fait, elles sont très intéressantes dans les musées ou dans les magasins de denrées alimentaires où des températures basses sont nécessaires.

Bilan énergétique de quelques lampes

Le tableau suivant donne les bilans énergétiques de quelques types de lampes.

Bilans énergétiques de quelques lampes (d’après C. Meyer et H. Nienhuis)
Type de lampe	Conduction et convection [%]	Rayonnement [%]		Rayonnement lumineux [%]	Puissance à installer par 100 lm [W]
		UV	IR
Incandescentes 100 W	15		75	10	10
Fluorescentes rectilignes	71.5	0.5	(1)	28	1.4
Fluorescente compactes	80	0.5	(1)	19.5	1.8
Halogénures métalliques	50	1.5	24.5	24	1.3
Sodium haute pression	44		25	31	1
(1) Dans le cas de lampes fluorescentes dont la surface développée est importante, on pourrait séparer le rayonnement infrarouge (long). Pour les lampes fluocompactes cette distinction est inutile.

Exemple.

Par exemple si 2500 lm doivent être fournis, les bilans énergétiques des différentes installations deviennent :

Type de lampe	Conduction et convection [W]	Rayonnement [W]		Rayonnement lumineux [W]
		UV	IR
Incandescentes 100 W	37.5		187.5	25
Fluorescentes rectilignes	25.025	0. 175	(1)	9.8
Fluorescente compactes	36	0.225	(1)	8.775
Halogénures métalliques	16.25	0.487	7.962	7.8
Sodium haute pression	12.1		6.875	8.525
(1) Dans le cas de lampes fluorescentes dont la surface développée est importante, on pourrait séparer le rayonnement infrarouge (long). Pour les lampes fluocompactes cette distinction est inutile.

Cet exemple montre bien l’intérêt d’utiliser des lampes à décharge. Leur faible coût d’achat, leur longue durée de vie, leur bon indice de rendu des couleurs font des lampes fluorescentes le choix le plus adapté.

Influence de l’inertie du local

L’inertie thermique du local permettra d’accumuler une partie de la chaleur instantanée dégagée par les luminaires. Cet impact est cependant faible (environ 10 % de réduction pour un local à forte inertie) et se fera principalement ressentir pour les lampes à incandescence (90 % de leur chaleur est dissipée par rayonnement).

Influence du type de plafond

Des hauteurs sous plafond importantes diminuent également l’impact des luminaires grâce à la stratification des températures dans le local (l’air chaud s’accumule en dehors de la zone d’activité). Ce phénomène se fait principalement ressentir (jusqu’à 20 % de réduction) pour les lampes fluorescentes (60 % de leur chaleur est dissipée par convection) et lorsqu’une extraction d’air est organisée en plafond.

Un phénomène semblable se fait ressentir lorsque les luminaires sont encastrés dans des faux plafonds servant de plénum de reprise pour la ventilation. Une partie de la chaleur émise est alors évacuée avant qu’elle puisse contribuer à la surchauffe du local.

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Publié par : Sylvie 2 Avr, 2013

Choisir la gestion et la commande

Critères de choix

Au niveau énergétique, un projet de conception ou de rénovation importante de l’éclairage doit tenir compte :

De la sensibilisation à l’URE et de l’ergonomie ;
Du profil d’occupation des locaux et de l’évolution possible de ce profil au cours du temps ;
De l’apport de lumière naturelle ;
De la performance thermique de l’enveloppe du bâtiment et de lier le confort visuel au confort thermique ;
De la taille du ou des bâtiments constituant le parc immobilier. ;

Quels que soient les critères de choix du système, sa configuration de base ne change pas. On a toujours besoin :

De câble d’alimentation ;
De luminaires ;
D’organes d’allumage et d’extinction des luminaires ;
D’organes de gestion.

Le développement de l’électronique et l’apparition de « l’immotique » dans les bâtiments tertiaires a permis de repenser la gestion des systèmes d’éclairage en tenant compte, à confort visuel optimal, de l’énergie. L’acceptation de l’immotique par les occupants des locaux est souvent délicate sachant qu’en général, ils sont d’une part réfractaires au changement et d’autre part ils n’ont plus nécessairement la maîtrise du système.

Un système d’éclairage performant tenant compte de l’occupation et de la lumière naturelle permet de réduire sensiblement les consommations électriques. C’est d’autant plus vrai dans la conception de bâtiment à basse voire très basse énergie, car la part de consommation énergétique que prend l’éclairage devient très importante.

Sensibilité à l’URE et ergonomie

Sensibilité

La sensibilisation à l’URE (Utilisation Rationnelle de l’Énergie) et l’ergonomie influencent particulièrement le choix de la gestion de l’éclairage. Lorsque les occupants des locaux ont la « fibre énergétique », la gestion de l’éclairage peut être simple par le choix d’une gestion manuelle classique.

Elle est envisageable dans des espaces privés. Par contre, pour une gestion dans des espaces privés locatifs ou publics, on fera appel à de l’équipement automatique. En effet, dans ce type d’espace, il règne en général un esprit de déresponsabilisation des occupants qui sont « de passage ».

Exemple

Le choix d’une gestion de l’éclairage par un interrupteur à deux allumages pour réaliser un zonage dans un local de taille importante ne devrait pas poser un gros problème.

Ergonomie

Malgré une sensibilité avérée des occupants d’espace, l’ergonomie représente un facteur limitatif au choix d’une gestion simple.

Exemple

« On connait tous l’inconvénient de gérer un groupe de luminaires proche de la fenêtre par une gestion de type interrupteur simple. Notre cher climat en Belgique n’épargne pas notre patience ! ».

Lorsque le soleil joue à « cache-cache » avec la couche nuageuse, les variations de niveau d’éclairement voudraient que l’occupant éteigne et rallume les luminaires du côté de la fenêtre pour réduire la facture énergétique. Le gestionnaire risque de devoir dépenser les économies générées au profit des « psy d’entreprise ».

Arbitrage

Mise en garde : « un système de gestion automatique de l’éclairage ne fonctionne que s’il est parfaitement accepté par les occupants. L’imagination de ceux-ci est incroyable quand il s’agit de contrarier un système automatique ! Celui-ci doit donc être soit imperceptible, soit compris et accepté par les occupants ».

On conseille souvent de ne pas pousser trop loin la recherche d’économies au détriment de la liberté des utilisateurs et de la simplicité de la gestion. Dans les locaux de bureau, par exemple, les occupants doivent pouvoir allumer ou éteindre un luminaire, faire varier la puissance émise par un luminaire ou personnaliser leur ambiance de travail. Des solutions existent comme les dérogations manuelles sous forme de télécommande IR (Infrarouge) ou RF (Radio Fréquence).

Ainsi, dans les grands bureaux, il faut dans la mesure du possible donner la possibilité aux occupants de gérer l’éclairage au niveau de leur propre espace de travail.

L’utilisateur pourra être sensibilisé :

à la non-utilisation de l’éclairage artificiel général si l’éclairage naturel est suffisant,
à extinction de l’éclairage d’un local lorsqu’il quitte celui-ci.

Des exemples de gestions manuelles et automatiques

Exemple 1 : local à occupation brève et variable

Dans des locaux de type privés comme des locaux d’archives, techniques, …, une gestion manuelle comme un interrupteur simple avec témoin lumineux est la solution. A l’inverse, les locaux comme les sanitaires et WC privés ou public seront équipés d’une détection de présence (avec éventuellement détection sonore) dans le blochet près de la porte.

Gestion manuelle.

Gestion automatique.

Pour avoir une idée de la rentabilité d’un tel changement.!

Exemple 2 : local à occupation prolongée et à apport de lumière naturelle

Lorsque les occupants sont sensibilisés, on pourrait envisager un interrupteur à 2 allumages pour allumer/éteindre distinctement la rangée de luminaires côté fenêtre de celle côté couloir. Ceci dit, pour des variations importantes et aléatoires de l’éclairage naturel, une gestion semi-automatique par allumage volontaire à partir d’un bouton-poussoir et extinction par détection d’absence sera préférée. À noter que la tête de détection intègre une sonde de luminosité.

Attention : s’il s’agit de lampes fluorescentes, il faudra équiper les luminaires de ballasts électroniques dimmables. S’il s’agit de LEDS, il faut prévoir des drivers dimmables.

Gestion manuelle par interrupteur à 2 allumages.

Gestion semi-automatique.

Pour avoir une idée de la rentabilité d’un tel changement.

Exemple 3 : locaux à occupation intermittente programmée

Dans les couloirs occupés de jour comme de nuit (couloir d’hospitalisation par exemple), pour les motivés par l’énergie, le placement d’une gestion manuelle comme un inverseur est une solution.

Si l’on veut s’orienter vers une gestion automatique, le placement d’une horloge centrale dans le tableau divisionnaire peut être envisagé.

Commande centrale manuelle (inverseur).

Gestion automatique du basculement de l’éclairage jour/nuit par horloge.

Taille et proportions des locaux

La taille et la proportion d’un local influencent aussi le choix de la gestion de l’éclairage. Dans les locaux de grande taille, le zonage est l’approche énergétique par excellence. En effet, il est avantageux de créer des zones bien distinctes dans :

Les salles de sport de manière à ne pas éclairer les aires de jeux non occupées ;
Les couloirs afin d’éviter de l’éclairer sur toute sa longueur lorsqu’un occupant sort, par exemple de son bureau pour aller dans le bureau voisin sans traverser tout le couloir ;
…

Exemple de zonage pour une salle de sport

Dans une salle omnisports, il est inutile d’éclairer toute la salle alors qu’un seul terrain est occupé. Il est important de prévoir un zonage, c’est-à-dire une commande séparée pour les différents terrains de la salle.

Les lignes de jeux s’entremêlent.

Il existe donc plusieurs manières de regrouper les luminaires qui seront commandés en une seule fois. On analysera donc chaque cas, en tenant compte de :

l’emplacement des lignes de jeux,
la fréquence d’occupation des différents terrains,
la possibilité d’emplacement des différentes commandes.

Voici un exemple possible de zonage :

Profils d’occupation

Les profils d’occupation des bâtiments tertiaires et de leurs locaux sont assez différents suivant l’usage (bureaux, sanitaires, classes, chambres d’hôpital, …). Le choix de la gestion de l’occupation varie surtout en fonction de la sensibilité des occupants à l’énergie, des coûts du système d’éclairage, …

Il existe sur le marché une multitude d’équipements pour gérer l’occupation des locaux. On pointera principalement :

Les interrupteurs simples, les interrupteurs à double direction (2D), les deux allumages, … ;
Les boutons poussoirs simples, à technologie KNX, DALI, ENOCEAN, …
Les détecteurs de mouvements et de présence à intelligence embarquée, KNX, … ;
Les commandes centralisées sur bus de communication ;
Les horloges de gestion d’horaire d’occupation ;
…

Le choix entre ces différents équipements de gestion d’occupation est complexe. Indépendamment de la sensibilité des occupants à la gestion responsable de l’éclairage par rapport à l’énergie, ce choix doit s’opérer en fonction des fréquences d’occupation des locaux.

Voici quelques exemples de locaux que l’on rencontre régulièrement dans les bâtiments tertiaires (liste non exhaustive) :

Dans les locaux à temps d’occupation important

D’emblée, on ne conçoit pas qu’un local à temps d’occupation important soit sans baie vitrée.

L’occupation des bureaux, classes de cours, … peut-être avantageusement gérée par des boutons poussoirs d’allumage volontaire des luminaires et des détecteurs d’absence lorsqu’après un certain temps les locaux ne sont plus occupés. Cette gestion est très efficace et responsabilise souvent les occupants. En effet, en entrant dans le local, l’occupant juge si le niveau d’éclairement est suffisant ou pas pour travailler. S’il le juge insuffisant, il peut donner une impulsion au bouton-poussoir qui allume les luminaires. Les boutons poussoirs modernes sont équipés d’un module électronique qui permet :

D’allumer par une première impulsion brève ;
D’éteindre par une nouvelle impulsion brève ;
A chaque impulsion prolongée, de dimmer vers plus ou moins de flux lumineux.

Dans les locaux à temps d’occupation court

Fréquentation importante : les circulations, …

Le passage fréquent, mais court en temps des locaux de circulation (couloirs, escaliers, local photocopieuse, sanitaire, …) pourrait être géré par des simples détecteurs de mouvement. Cette technique permet de choisir des luminaires avec le détecteur de mouvement incorporé ce qui réduit fortement les longueurs des câbles d’alimentation 230 V et de commande basse tension. La gestion de type « ancienne génération » par boutons-poussoirs et minuteries est toujours valable, mais nécessite de grandes longueurs de câbles. Au prix du kg de cuivre, le surcoût de l’électronique de gestion peut se justifier pleinement en faveur des nouvelles technologies. A remarquer que dans les circulations, le choix d’un luminaire supportant de nombreux allumages et extinctions sera primordial. On pense de plus en plus aux luminaires LED qui, théoriquement, supportent un « nombre infini » de commandes.

De plus en plus de sanitaires sont avantageusement équipés de détecteurs de mouvement et sonores. Ce type d’équipement permet de ne placer qu’un seul détecteur dans le sanitaire commun. Dans les WC, le simple fait de générer du bruit (peu importante la « source sonore »), réactive le détecteur qui évite à l’occupant du WC d’être plongé dans le noir avec toutes sortes de conséquences désagréables.

Fréquentation faible : locaux techniques, …

On pense aux locaux techniques, aux archives, aux « kots à balais », … Dans ce type de local, les interrupteurs classiques avec témoins d’allumage feront généralement « l’affaire ».

Apport d’éclairage naturel

Une gestion du flux lumineux en fonction de l’apport en éclairage naturel peut s’appliquer aux locaux éclairés naturellement lorsque le temps d’occupation journalière est important. En effet, lorsque les locaux sont utilisés de façon intermittente ou peu vitrés, le temps de valorisation de l’éclairage naturel se réduit, la rentabilité des systèmes de variation du flux lumineux aussi.

Parmi les systèmes de gestion existants, il faut privilégier ceux qui modifient les caractéristiques de flux lumineux de façon imperceptible pour les occupants, c’est-à-dire le dimming en fonction d’un capteur intérieur.

Cependant, n’excluons pas trop vite la bonne volonté des occupants en prévoyant un double allumage qui différencie la commande des luminaires côté fenêtre et côté intérieur.

Allumage différencié

Simplement, un des interrupteurs commande le luminaire côté fenêtre et l’autre le luminaire côté couloir. Ce système est basique et nécessite une certaine sensibilité à l’énergie des occupants. Dans notre chère Belgique, par temps d’alternance de nuage et de soleil, on comprend la limite de ce type de gestion.

Gestion par sonde de luminosité

À ce stade, le choix peut se porter sur des solutions simples, mais locales ou des solutions plus complexes et centrales (plus coûteuses aussi, c’est vrai !).

On pointera principalement le choix entre les sondes de luminosité intégrées :

au luminaire même ;
à la tête de détection de présence.

Dans le cas de la sonde de luminosité intégrée à la tête de détection de présence, le « dimming » du niveau d’éclairage des luminaires pourra être local ou central.

Dans le cas de l’usage de sonde de luminosité, il faudra prévoir un système d’horloge ou de détecteur pour éviter que la lumière reste allumée. (Si les lampes sont dimmées, l’occupant risque d’oublier d’éteindre en quittant le local (surtout en été)).

Gestion locale

La gestion locale gère directement les luminaires à partir d’un détecteur d’absence/présence équipé d’une sonde de luminosité par exemple.

Gestion centrale

La gestion centrale gère les luminaires par des modules 0-10V ou DALI (module sur rail DIN dans le tableau divisionnaire) via un bus de communication de type KNX.

En fonction des équipements de gestion de l’éclairage naturel, la flexibilité de reconversion des locaux est plus ou moins grande. Il est clair que le choix d’une gestion au travers d’un bus de communication offre plus de liberté d’adaptation de l’éclairage en cas de changement d’affectation des locaux.

Cette réflexion est tout à fait gratuite, mais c’est à voir au cas par cas !

Rentabilité d’un dimming

La rentabilité du système choisi dépendra de plusieurs facteurs décrits ci-dessous :

Orientation et environnement des locaux

Dimensions du local l x L	Surface de fenêtres m²	Orientation	Économie
Dimensions du local l x L	Surface de fenêtres m²	Orientation				Zone fenêtre	Zone centrale	Moyenne
3,6 x 5,4	6	NO	33 %	18 %	26 %
5,5 x 5,5	12	S et O	36 %	33 %	34 %
4,0 x 5,5	4	O	29 %	22 %	26 %
3,0 x 3,6	2,4	E	30 %	8 %	19 %
3,6 x 5,4	3,3	O	29 %	16 %	22 %
3,6 x 5,0	4,5	O	41 %	19 %	30 %
Identique au cas précédent, mais utilisateurs différent.			43 %	31 %	37 %

Mesures réelles de l’économie apportée par un dimming individuel des luminaires par rapport à un fonctionnement à pleine puissance avec des ballasts électroniques non dimmables (fourniture de 500 lux sur le plan de travail), source : TNO.

L’environnement extérieur des façades influence fortement la rentabilité. Par exemple, si une façade est masquée par un autre bâtiment (rue étroite), les apports en éclairage naturel dans les premiers étages risquent d’être trop faibles pour justifier une gestion automatique, mais suffisante pour les étages supérieurs.

D’une manière générale une économie de 30 % est un chiffre que l’on peut considérer comme raisonnable pour le dimming complet d’un bureau.

Puissance totale gérée par une unité de commande

Le coût du système de gestion dépend en partie du coût de l’unité de commande (capteur, interface). Plus celui-ci est élevé, plus la puissance électrique totale commandée par un système devra être importante pour assurer une rentabilité suffisante.

Exemple.

Dans le cas d’une gestion indépendante de chaque luminaire, plus la puissance des lampes commandées par un ballast est faible, plus le coût d’investissement est important par rapport à l’économie escomptée : gérer une lampe de 36 W avec 1 ballast coûtera environ 3,25 € par watt commandé, tandis que gérer deux lampes de 58 W avec 1 ballast coûtera environ 1 € par watt.

De la présence d’une climatisation

La diminution de la puissance de l’éclairage en fonction de l’apparition du soleil permet de diminuer les coûts éventuels d’une climatisation ou de limiter les surchauffes.

Pour estimer la rentabilité d’un système de gestion en fonction de votre situation.

Performance thermique du bâtiment

Mais que vient faire la performance thermique dans une histoire qui concerne l’éclairage ?
Tout simplement parce que dans un bâtiment performance thermiquement (à basse ou très basse énergie), la gestion de l’apport en éclairage naturel va de pair avec la gestion de la surchauffe au travers des baies vitrées par des stores. En effet, un savant compromis est nécessaire entre :

D’une part, le besoin de maximiser les apports de lumière naturelle afin d’optimiser le confort visuel et de réduire la facture énergétique d’électricité ;

D’autre part, la nécessité de maîtriser les apports solaires sources de surchauffe dans un bâtiment performant. Notons que le risque de surchauffe est intimement et principalement lié à l’orientation des baies vitrées.

Gestion de store

La gestion des stores et du niveau d’éclairement doivent donc être maîtrisés de concert. Pour y parvenir, le choix d’un système centralisé simplifie fortement cette gestion.
Un mode de gestion intéressant des stores est repris ci-dessous :

Gestion de la position des stores au travers du bus KNX en fonction des paramètres donnés par la station météo.

Le bouton-poussoir « store » de dérogation manuelle permet à l’occupant de garder la maîtrise de la position du store.

Le détecteur d’absence permet de « rendre la main » au système de gestion automatique lorsque l’occupant s’absente pour un temps donné.

Gestion HVAC

Gestion de la ventilation

Dans les bâtiments performants, le besoin d’échange de paramètres de commande ou de régulation entre les systèmes d’éclairage et HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning) est nécessaire.

La détection de présence dans une salle de réunion peut faire évoluer le taux de renouvellement d’air de zéro à 100 % (ON/OFF ou modulant) par la gestion de l’ouverture d’une boîte VAV. Pour ne pas démultiplier le nombre d’équipements de détection de présence, l’auteur de projet pourra rationaliser son choix de détecteur de présence. C’est d’autant plus vrai que les détecteurs de présence modernes offrent les fonctions suivantes :

Canal de commande en présence ou absence ainsi que du niveau d’éclairement des luminaires ;
Canal de commande en présence ou absence d’équipement HVAC.

Gestion des températures

Une sonde de température peut être couplée avec le bus KNX lorsque le bâtiment est inoccupé afin de gérer le store :

Abaissement du store en cas de canicule lorsque les températures intérieure et extérieure dépassent une certaine valeur ;
Relèvement du store en cas de grand froid et d’ensoleillement important ; ce qui permet de valoriser les apports solaires lorsque la température interne est en dessous de sa consigne.

Gestion du store en cas de canicule.

Gestion du store en cas d’apports solaires nécessaires importants.

Taille des bâtiments ou importance du parc immobilier

La taille du ou des bâtiments, la présence de plusieurs bâtiments sur un site, … influencera nécessairement le besoin de centralisation ou pas des gestions d’éclairage. On comprend aisément qu’un gestionnaire technique d’un parc important de bâtiments ait un besoin de supervision au travers d’une gestion technique centralisée (GTC). Ce genre d’installation passe impérativement par la mise en place d’un bus de communication.

Pour des bâtiments de petite taille, la centralisation n’est pas une fin en soi. On peut très bien avoir des systèmes d’éclairage performants énergétiquement parlant sans « sophistiquer » le système d’éclairage.
Voyons les deux configurations d’un système d’éclairage :

Système local

Dans les bâtiments de petite taille, envisager une GTC (gestion technique centralisée) n’est pas vraiment nécessaire.

Des solutions de gestion de l’éclairage et des stores (ou même HVAC) peuvent être envisagées avec un certain degré « d’immotisation » tout en restant dans la simplicité. Dans cette configuration, la gestion locale de l’éclairage est propre à chaque local. Dans un bâtiment simple, de petite taille et ne nécessitant pas beaucoup de souplesse d’aménagement des espaces, une gestion sophistiquée n’est pas nécessaire. De plus, la mise en place de ce type de gestion est relativement peu coûteuse.

Un bémol cependant (« eh oui, on ne peut pas gagner sur tous les fronts ! ») réside dans le manque de flexibilité de cette configuration. En effet, lorsque les espaces doivent être transformés (changement d’activité, d’usage, …), il est inévitable que l’installation d’éclairage doive être partiellement ou entièrement recâblée.

Système central

Dans des bâtiments plus complexes, plus grands ou encore dans des parcs immobiliers importants, le gestionnaire aura à disposition toute une palette de centralisation de la gestion de l’éclairage à l’échelle :

d’un étage d’immeuble ;
du bâtiment ;
d’un parc immobilier.

La gestion centrale nécessite à coup sûr de passer par un ou plusieurs de bus de communication avec, par exemple, les protocoles suivants:

DALI spécifiquement pour l’éclairage ;
KNX pour l’éclairage et /ou le HVAC ;
TCP/IP pour la supervision.

La supervision ou GTC (gestion technique centralisée), permettra d’avoir une vue d’ensemble de tous les paramètres de gestion de l’éclairage et, par la même occasion des autres systèmes (HVAC ou autres).

« Alors cerise sur le gâteau ou outil indispensable ? »

Ces systèmes sont naturellement plus onéreux que les systèmes locaux et donc l’incidence budgétaire sera étudiée au cas par cas. Cependant, une configuration centralisée, avec une vision énergétique par rapport au profil d’occupation, permet de réduire de manière importante les coûts de maintenance des locaux ainsi que les coûts de transformation (on ne doit pas systématiquement recâbler la gestion puisque le bus de communication est modulable) et, par après, d’adapter facilement la gestion suivant le nouveau profil d’occupation.

Organigramme de gestion

Voici un organigramme d’aide dans le choix de la gestion et de la commande de l’éclairage intérieur. Ces systèmes peuvent être intégrés dans une gestion centralisée, qui par son coût de câblage ne peut être envisagée que dans des bâtiments neufs ou des rénovations de grande ampleur.

1 Exemple : bureau paysager, classe, salle de réunion avec cloison amovible, salle de sport à plusieurs plateaux, … avec fenêtres orientées au nord

MINIMUM	Zonage : 1 zone = rangée de luminaires proches de la fenêtre, 1 zone = autres rangées de luminaires, 1 zone = éclairage point particulier (tableau de classe ou de salle de réunion, « table de réunion », …)
MINIMUM	Interrupteur manuel on/off pour chaque zone.
CONSEILLE	Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type : Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ; Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable. Il s’avérera peu rentable dans le seul cas d’occupants « disciplinés » éteignant systématiquement les lampes en fin de journée. Cette gestion nécessite que les boutons poussoirs et les détecteurs « se parlent ». Elle peut être locale (l’intelligence est dans la tête de détection) ou centrale (régulateur dans un tableau divisionnaire ou GTC centrale pour les grands bâtiments tertiaires).
CONSEILLE	La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une ou plusieurs sondes de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables (0-10V ou DALI). La ou les sondes de luminosité seront intégrées dans le ou les luminaires ou encore dans la ou les têtes de détection d’absence/présence

2 Exemple : bureau paysager, classe, salle de réunion avec cloison amovible, salle de sport à plusieurs plateaux, … avec autres orientations que les fenêtres au nord

MINIMUM	Zonage : 1 zone = rangée de luminaires proches de la fenêtre, 1 zone = autres rangées de luminaires, 1 zone = éclairage point particulier (tableau de classe ou de salle de réunion, « table de réunion », …)
MINIMUM	Interrupteur manuel on/off pour chaque zone.
CONSEILLE	Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type : Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ; Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable.
CONSEILLE	La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une ou plusieurs sondes de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables (0-10V ou DALI). La ou les sondes de luminosité seront intégrées dans le ou les luminaires ou encore dans la ou les têtes de détection d’absence/présence.

3 Exemple : salle de réunion à cloison amovible et salle de sport sans fenêtre

MINIMUM

Zonage : autant de zone qu’il y a d’espaces ou de plateaux distincts identifiables.

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off pour chaque zone.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable.

4 Exemple : locaux techniques, archives, …

MINIMUM

Zonage : autant de zone qu’il y a d’espaces ou de plateaux distincts identifiables.

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off pour chaque zone.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable.

5 Exemple : Couloir, cage d’escalier, … avec baie vitrée

MINIMUM	Zonage : Par une ou plusieurs portions de couloir ; Par un ou deux étages.
MINIMUM	Boutons poussoirs commandant un télérupteur de tableau avec minuterie d’extinction par zone
CONSEILLE	Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type : Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ; Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable. Alternative 1 : Détecteur de mouvement par étage pour les escaliers qui commande les luminaires de palier et des demi-étages directement supérieur et inférieur au palier considéré ; Détecteur de mouvement par zone de couloir qui ne commande que les luminaires proches de sa couverture. Alternative 2 : détecteur de mouvement intégré au luminaire. « D’expérience, c’est une très bonne solution ! ».
CONSEILLE	La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une ou plusieurs sondes de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables (0-10V ou DALI). La ou les sondes de luminosité seront intégrées dans le ou les luminaires ou encore dans une ou des têtes de détection de présence.

6 Exemple : Couloir, cage d’escalier, … sans baie vitrée

MINIMUM

Zonage :

Par une ou plusieurs portions de couloir ;
Par un ou deux étages.

MINIMUM

Boutons poussoirs commandant un télérupteur de tableau avec minuterie d’extinction par zone.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence par zone avec délai réglable.

Alternative 1 :

Détecteur de mouvement par étage pour les escaliers qui commande les luminaires de palier et des demi-étages directement supérieur et inférieur au palier considéré ;
Détecteur de mouvement par zone de couloir qui ne commande que les luminaires proches de sa couverture.

Alternative 2 :

détecteur de mouvement intégré au luminaire. « D’expérience, c’est une très bonne solution ! ».

7 Exemple : bureau individuel, petite classe, salle de réunion, salle de sport à un seul plateau, … avec fenêtres orientées au nord

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence avec délai réglable.

CONSEILLE

La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une ou plusieurs sondes de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables (0-10V ou DALI). La ou les sondes de luminosité seront intégrées dans le ou les luminaires ou encore dans la ou les têtes de détection d’absence/présence.

8 Exemple : bureau individuel, classe, salle de réunion, salle de sport à un seul plateau, … avec autres orientations que les fenêtres au nord

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion :

Bouton poussoir d’allumage/extinction volontaire des luminaires par zone ;
Un détecteur d’absence avec délai réglable.

CONSEILLE

La gestion en fonction de l’éclairage naturel se fera au moyen d’une sonde de luminosité agissant sur un ou plusieurs ballasts électroniques dimmables(0-10V ou DALI). La sonde de luminosité sera intégrée dans un des luminaires et sera maître pour la gestion des autres luminaires. Ou encore, elle intégrera la tête de détection d’absence/présence.

9 Exemple : locaux techniques, archives, …

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off.

10 Exemple : sanitaire et WC

MINIMUM

Interrupteur manuel on/off.

CONSEILLE

Il sera intéressant de prévoir une gestion par zone de type :

Un détecteur de mouvement et éventuellement sonore avec délai réglable.

Publié par : Sylvie 20 Mar, 2013

Des exemples de commande et gestion pour les classes

Les classes à aménagement fixe

Les classes sont généralement caractérisées par un taux élevé d’éclairage naturel. Il est donc très rare que l’éclairage artificiel doive, à lui seul, assurer l’éclairage d’un espace.

La commande de l’éclairage général d’une salle de classe peut ainsi s’effectuer par zones. Le plus logique est de piloter les lignes de luminaires parallèles aux baies vitrées de manière à pouvoir éteindre la plus proche de la lumière du jour quand la luminosité extérieure le permet.

Les classes à aménagement variable

Dans une classe à aménagement variable, la mise à disposition de plusieurs allumages permet une grande souplesse d’utilisation du local. Dans le cas d’une classe maternelle, par exemple, le zonage peut être fait selon les différentes « régions » de la classe, en créant différentes ambiances : le coin « lecture », le coin « sieste », le coin découverte, le coin bricolage, … Néanmoins, il risque d’être difficile à réaliser si l’implantation même des « coins » est sujette à modifications fréquentes…

Les salles de projection

Le zonage de l’éclairage en fonction des différentes activités est primordial. Il faudra pouvoir régler le niveau d’éclairement en fonction des différents moyens de projection utilisés, soit par l’utilisation de ballasts électroniques HF dimmables (c’est-à-dire permettant un réglage en continu du flux lumineux des lampes), soit par l’emploi de veilleuses commandées séparément. Dans le cas de grands auditoires, cette commande sera placée à proximité de l’orateur.

Le tableau

L’éclairage du tableau doit pouvoir être commandé séparément. En effet, il est très fréquent que l’éclairement dû à la lumière naturelle soit suffisant sur les tables et insuffisant sur le tableau. La consommation de l’éclairage du tableau est suffisamment faible pour qu’il puisse rester allumé pendant une grande partie des heures de cours.

Le bureau du professeur

Pendant le passage de diapositives, un éclairage situé dans le voisinage du bureau de l’enseignant lui permet d’être vu pendant sa présentation et de compulser ses notes. Ceci nécessite une commande séparée pour l’éclairage du bureau du professeur.

En résumé, pour les classes à aménagement fixe

Proposition de commande de l’éclairage pour une salle de classe, à deux portes d’entrée, utilisée le jour et le soir :

L’interrupteur commandant les rangées de luminaires les plus éloignées des fenêtres doit être mis en évidence, par exemple en étant de couleur rouge. Cela incitera les utilisateurs à d’abord allumer les deux rangées côté couloir, avant d’allumer éventuellement la rangée proche des fenêtres.

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Publié par : Sylvie 19 Mar, 2013

Salles de sport

Qualité de l’éclairage naturel

La qualité de l’éclairage naturel dans un hall de sports réside dans son aptitude à éclairer les surfaces de jeux le plus longtemps possible sans risque d’éblouissement et de surchauffe.

Spécifiquement dans les halls sportifs, il est intéressant d’exploiter la lumière zénithale de par la disponibilité de grandes surfaces peu encombrées par rapport aux façades.

En éclairage naturel zénithal, l’orientation a toute son importance. Par exemple, l’orientation au nord permet de bénéficier d’un éclairage « diffus » très important et constant sous nos latitudes. L’avantage de l’orientation au nord des baies vitrées réside aussi dans l’absence d’éblouissement direct du rayonnement solaire.

Étude en éclairage naturel

Lors de la conception d’un hall de sports, une attention toute particulière doit être apportée à la quantité et à la qualité de lumière du jour apportée aux plateaux sportifs.

À partir de la modélisation d’un hall de sports classique, l’influence de la proportion d’ouvertures en toiture et de l’orientation du bâtiment sur l’éclairage naturel du plateau sportif principal a été évaluée. Cette évaluation a été validée par une simulation dynamique d’éclairage naturel (réalisée à l’aide du logiciel Daysim).

Hypothèses

Lanterneau

L’éclairage naturel est réalisé via une ouverture zénithale située au faîte de la toiture. Cette ouverture consiste en un lanterneau en polycarbonate opalin à triple parois de 32 x 4 m (soit 128 m² de base) orienté le long de l’axe NNE-SSO (244° de décalage par rapport au nord).

Photo lanterneau 01. Photo lanterneau 02. Photo lanterneau 03.

Ouverture zénithale classique : hall de sport de Grez-Doiceau.

Aucune baie vitrée n’est placée dans les parois verticales de la salle, à l’exception de la surface vitrée communiquant avec la cafétéria en partie supérieure des gradins.

Plateaux de sports

Les caractéristiques des plateaux sportifs sont les suivantes :

Dimensions principales de la pièce : 44,66 x 26,70 m
Hauteur du faîte de toiture : 12,73 m
Surface de calcul : 40 x 20 m (aire de jeu)
Aucun masque solaire lointain
Horaire d’occupation : de 9 à 23 h
Niveau d’éclairement souhaité : 300 lux
Transmission lumineuse du lanterneau opalin : 36 %
Facteurs de réflexion des parois :
- Plafond : 60%
- Murs : 70 % (sauf mur d’escalade : 52 %)
- Sol (résine de polyuréthane coulée) : 50 %

Variables

Taille de l’ouverture

4 tailles de lanterneau zénithal sont simulées :

⇒ Très petit lanterneau

Proportion d’ouvertures en toiture : 6 %.

⇒ Petit lanterneau

Proportion d’ouvertures en toiture : 10 %.

⇒ Grand lanterneau

Proportion d’ouvertures en toiture : 17 %.

⇒ Très grand lanterneau

Proportion d’ouvertures en toiture : 23 %.

Orientation du bâtiment

8 décalages par rapport au nord sont simulés dynamiquement, de 0 à 360°, par pas de 45°. En effet, le lanterneau n’étant pas centré sur l’aire de jeu (voir image ci-dessous), on ne peut pas considérer qu’un décalage de 45° par rapport au nord donnera les mêmes résultats qu’un décalage de 225°.

Vue en plan du bâtiment décalé de 45° par rapport au nord. La surface de calcul est représentée en bleu.

Analyse des résultats

Les résultats sont évalués sur base d’une comparaison du facteur, de l’autonomie et de l’éclairement utile de lumière du jour.

Proportion d’ouvertures en toiture

Exemple de simulation pour une ouverture équivalent à 6 % de la surface de toiture :

⇒ Facteur lumière du jour

⇒ Autonomie lumière du jour – 300 lux (9h00 à 23h00).

⇒ Autonomie en lumière du jour – 100 < % < 2 000 lux (09h00 à 23h00)

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour)*	DA (Autonomie en Lumière du Jour)*	UDI (Autonomie en lumière du jour utile)*
FLJ > 2 %	DA > 40 %	UDI > 50 %
(*) FLJ moyen considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % DA moyen considérée comme bon si DA > 50 % UDI moyen considérée comme bon si UDI > 50 %

Analyse des résultats

FLJ
(Facteur de Lumière du jour)*

DA
(Autonomie en Lumière du Jour)*

UDI
(Autonomie en lumière du jour utile)*

FLJ > 2 %

DA > 40 %

UDI > 50 %

(*)

FLJ moyen considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 %
DA moyen considérée comme bon si DA > 50 %
UDI moyen considérée comme bon si UDI > 50 %

À la lecture des résultats (voir graphique ci-dessous), on peut remarquer que, pour une même orientation du bâtiment :

Plus la proportion d’ouvertures en toiture augmente, plus le facteur de lumière du jour > 2 % augmente. Celui-ci tend cependant vers le maximum (100 %) à partir de 10 % d’ouvertures en toiture.
Plus la proportion d’ouvertures en toiture augmente, plus l’autonomie de lumière du jour maximum augmente. Cela signifie également que la consommation en éclairage artificiel diminue lorsqu’on augmente la proportion d’ouvertures.
L’éclairement de lumière du jour utile (de 100 à 2 000 lux) est maximal aux alentours de 10 % d’ouvertures en toiture.

Influence de la proportion d’ouvertures en toiture sur l’éclairage naturel du plateau sportif.

Augmenter de façon exagérée la proportion d’ouvertures en toiture n’est donc pas à conseiller, du point de vue de l’éclairage naturel, car ceci peut mener à un éclairement trop important qui augmentera le risque d’éblouissement pour les sportifs ; il faut trouver un juste équilibre entre l’éclairage naturel utile et la réduction des besoins en éclairage artificiel. Dans l’étude de cas qui nous concerne, cet optimum semble se situer aux environs de 10 % d’ouvertures en toiture.

Orientation du bâtiment

Les simulations dynamiques (voir graphique ci-dessous) montrent que, pour une même configuration des ouvertures, l’orientation du bâtiment a une grande influence sur l’éclairement de jour utile et sur l’autonomie de lumière du jour, et donc également sur les consommations en éclairage artificiel. Ces deux valeurs réagissent cependant de manière antinomique à la variation de l’orientation du bâtiment. Une fois de plus, du point de vue de l’éclairage naturel, il faut trouver un optimum entre un éclairement de lumière du jour réellement utile pour les activités sportives qui devront se dérouler sur le plateau et une autonomie de lumière du jour la plus élevée possible.

Influence de l’orientation du bâtiment sur l’éclairage naturel du plateau sportif (via un lanterneau zénithal décentré).

Les conclusions ci-dessus ne prennent en compte que les aspects liés à l’éclairage, mais il ne faut surtout pas oublier que les ouvertures pratiquées dans l’enveloppe du bâtiment sont également source de déperditions thermiques et de surchauffes estivales.

Il convient donc également de simuler le comportement thermique du plateau sportif en fonction de la proportion d’ouvertures en toiture et de l’orientation du bâtiment afin de savoir si l’optimum en termes d’éclairage correspond à l’optimum en termes thermiques.

Analyse thermique dynamique

Pour rappel, les simulations dynamiques en éclairage naturel donnent une idée du confort visuel et des consommations énergétiques en éclairage artificiel.

Des simulations thermiques dynamiques sont souvent nécessaires afin de vérifier que les options prises suite aux simulations dynamiques en éclairage naturel ne vont pas à l’encontre du bilan énergétique global qui associera les consommations électriques en éclairage artificiel aux consommations dues au chauffage et éventuellement au refroidissement du bâtiment étudié.

Hypothèses

Outre les hypothèses prises lors des simulations en éclairage naturel (horaire d’occupation, orientation de base du bâtiment, volumétrie, …), les hypothèses suivantes sont prises :

la température de consigne en période d’occupation est de 17 °C ;
Un profil d’occupation classique de salle de sport (apports internes) ;

La ventilation est double flux avec récupération de chaleur ;
…

Variables

Au cours des différentes simulations, on fait varier :

tout comme dans les simulations en éclairage naturel, la surface du lanterneau et l’orientation du bâtiment ;
le type de vitrage ;
la performance de l’enveloppe du bâtiment :

	U parois [W/(m².K)]
Type de paroi	Réglementaire	Basse énergie	Très basse énergie
Mur Mur contre terre Sol Toiture Vitrage Lanterneau	0,5 0,9 0,9 0,3 1,1 1,3	0,25 0,25 0,25 0,2 1,1 1,1	0,15 0,15 0,15 0,15 0,7 0,7

U parois [W/(m².K)]

Type de paroi

Réglementaire

Basse énergie

Très basse énergie

Mur

Mur contre terre

Sol

Toiture

Vitrage

Lanterneau

0,5

0,9

0,3

1,1

1,3

0,25

0,2

1,1

0,15

0,7

Analyse des résultats

Surface de lanterneau

On remarque sur les graphiques ci-dessus que la consommation d’électricité pour l’éclairage artificiel du plateau sportif diminue fortement lorsque la proportion d’ouvertures en toiture varie de 0 à 5 %, puis décroit ensuite lentement au-delà de 5 %.

La consommation de chauffage, quant à elle, augmente de manière constante avec la proportion d’ouvertures tandis que la consommation de refroidissement ne commence à devenir significative qu’au-delà de 20 % d’ouvertures.

En mettant ces résultats en concordance avec les simulations d’éclairage naturel, on peut trouver un optimum commun aux deux simulations aux alentours de 10 % d’ouvertures en toiture. Cette valeur est, bien entendu, propre à l’étude de cas qui nous occupe ici ; il faut seulement retenir qu’il est important, lors de la conception des ouvertures, de prendre en compte les aspects thermiques en parallèle avec les aspects visuels.

Orientation du bâtiment

Le graphique ci-dessous montre que les besoins énergétiques de chauffage sont minimisés lorsque les locaux à température de consigne élevée (tels que les vestiaires) et avec de grandes ouvertures destinées à capter les apports solaires (tels que la cafétéria) sont orientés plein sud. Les besoins énergétiques de refroidissement étant faibles dans le cas des halls de sports, l’impact de l’orientation du bâtiment sur ceux-ci est très peu perceptible.

De plus, le modèle de simulation intégrant un lanterneau zénithal comme seule ouverture dans l’enveloppe extérieure du plateau sportif, l’orientation de celui-ci n’a quasiment aucun impact sur les besoins énergétiques du hall de sports.

En comparant ces résultats avec ceux des simulations d’éclairage naturel, on aperçoit que l’orientation préférentielle de notre modèle en termes thermiques est également celle qui apporte le plus grand éclairement de lumière du jour utile (de 100 à 2 000 lux) pour le plateau sportif.

Ceci constitue un argument supplémentaire en faveur de l’orientation nord-sud pour le hall de sports, avec les vestiaires et la cafétéria au sud et le plateau sportif au nord, malgré le fait que l’autonomie de lumière du jour soit minimale pour le plateau sportif lorsque le bâtiment est orienté de cette manière.

Type de vitrage

Le type de vitrage influence également les besoins en chauffage et en froid.

Dans le modèle considéré, un vitrage clair en toiture donnera plus d’apports solaires, mais risquera d’induire de la surchauffe, contrairement à un vitrage opalin.

Alternative d’éclairage naturel

D’autres configurations existent pour éclairer naturellement le plateau sportif modélisé. Deux sont proposées ci-dessous et sont ensuite comparées avec modèle initial (éclairé par un lanterneau zénithal opalin orienté NNE-SSO).

Configuration

Éclairage bilatéral nord et sud

Caractéristiques :

orientation : faîte dans l’axe est-ouest
transmission lumineuse du vitrage : 78 %
ouverture au nord : 44,66 x 1,79 m (80 m²)
ouverture au sud : 44,66 x 0,56 m (25 m²)

Éclairage bilatéral nord et sud

Caractéristiques :

transmission lumineuse du vitrage : 78 %
ouvertures au nord : 2 x 44,66 x 1,1 m (100 m²)
hauteur sous plafond : 8,6 m

Synthèse

	Modèle 1 Éclairage zénithal opalin NNE-SSO	Modèle 2 Éclairage bilatéral nord et sud	Modèle 3 Éclairage par sheds au nord

FLJ > 2 %
Éclairement de lumière du jour utile	31 % (100-2000 lx) 27 % (> 2000 lx)	38 % (100-2 000 lx) 17 % (> 2 000 lx)	55 % (100-2 000 lx) 3 % (> 2 000 lx)
Autonomie de lumière du jour min-max	30 à 60 %	27 à 60 %	33 à 56 %
Consommation d’éclairage avec et sans dimming	39,3 MWh (sans dimming) 35,0 MWh (avec dimming en fonction de l’apport en éclairage naturel)	41,1 MWh (sans dimming) 36,3 MWh (avec dimming en fonction de l’apport en éclairage naturel)	40,6 MWh (sans dimming) 35,1 MWh (avec dimming en fonction de l’apport en éclairage naturel)
Avantages	Très efficace par ciel couvert Consommation d’éclairage artificiel plus faible (avec ou sans dimming)	Facilité d’entretien des vitrages Consommation de chauffage plus faible grâce aux apports solaires Consommations énergétiques cumulées (chaud, froid, éclairage) plus faibles	Éclairage naturel uniforme et constant sur l’aire de jeu Aucun risque d’éblouissement des joueurs Bon niveau d’éclairement de lumière du jour utile (de 100 à 2 000 lux)
Inconvénients	Aucune vue vers l’extérieur (à cause du polycarbonate opalin) Dysfonctionnement thermique important tout au long de l’année (avec risque de surchauffe). Risque d’éblouissement pour les sports tels que le badminton ou le volley-ball Moins bon éclairement de lumière du jour utile (de 100 à 2 000 lux)	Faible facteur de lumière du jour Risque d’éblouissement en l’absence de protections solaires	Consommation de chauffage plus élevée car apports solaires inexistants Coût de construction plus élevé

Quantification en éclairage artificiel

Partant du principe que le confort lumineux doit être assuré en présence ou pas d’éclairage naturel, un complément d’éclairage artificiel est nécessaire. Normativement, le dimensionnement de l’éclairage artificiel s’effectue sans les apports de lumière naturelle. La démarche énergétique d’un système d’éclairage artificiel réside donc dans sa capacité à moduler la puissance installée en fonction de l’éclairage naturel. En effet, pour autant qu’il n’y ait pas d’éblouissement, meilleure l’autonomie en lumière du jour sera, moins fort sera le poids des consommations d’éclairage artificiel pour donner le complément de confort nécessaire.

Dans le cas de l’atelier considéré, le choix du type d’éclairage artificiel et surtout du type de luminaire, passe par une étude de type Dialux permettant de comparer des luminaires entre eux.

Efficacité de l’installation d’éclairage

La salle est éclairée artificiellement au moyen de 4 rangées de 10 plafonniers industriels Zumtobel Copa A-B 1/400W HIT/HST E40 VVG KSP IP65 équipés d’une lampe de 400 W aux iodures métalliques à brûleur quartz. Ces luminaires peuvent également être équipés de lampes à vapeur de sodium haute pression.

Simulation Dialux

La simulation Dialux (logiciel gratuit) permet d’évaluer principalement le niveau d’éclairement moyen, l’uniformité de l’éclairement et l’efficacité énergétique (en W/m²).

Paramètres de simulation

Hauteur du point d’éclairage du 1er champ de luminaires: 7,28 m
Hauteur du point d’éclairage du 2e champ de luminaires : 8,98 m
Facteur d’entretien : 0,85
Surface de calcul :
- Taille : 42 x 22 m (centrée sur le plateau sportif de 40 x 20 m)
- Trame : 128 x 64 points

Position de la surface de calcul.

Résultats

En fonction du nombre de luminaires, de leurs caractéristiques lumineuses, de leur disposition au dessus des aires de jeux, …, les niveaux d’éclairement sont calculés dans Dialux.

Plan d’implantation des luminaires.

Courbes isolux.

Analyse des résultats

Niveau d’éclairement

Le niveau d’éclairement moyen calculé est de 876 lux (soit 745 lux après dépréciation). Ce niveau d’éclairement correspond au niveau moyen recommandé pour des compétitions nationales et internationales (750 lux). Il aurait pu être dimensionné entre 500 et 600 lux (après dépréciation) dans le cas bien précis de cette salle de compétition moyenne.

Uniformité d’éclairement et absence d’ombres

L’uniformité d’éclairement (E_min/E_moy) calculée est de 0,66. Une valeur supérieure ou égale à 0,7 aurait été préférable pour les compétitions (amateurs ou professionnelles).

Risque d’éblouissement

L’UGR maximum calculé dans les 2 directions du terrain est de 26. Cette valeur est peu représentative pour ce type de salle. En effet, étant donné qu’il s’agit d’un terrain omnisports, l’emplacement idéal et l’orientation des luminaires pour empêcher l’éblouissement par la vue des sources lumineuses sont impossibles.

Qualité de la lumière

Les lampes utilisées (aux iodures métalliques) ont des températures de couleur froides (3 200 à 5 600 K) qui s’équilibrent avec la lumière du jour lorsque l’éclairage artificiel est utilisé parallèlement à celle-ci. Elles ont également un bon indice de rendu des couleurs (65 à 90) qui permettra de bien distinguer les différentes lignes de jeux, à la fois pour les niveaux amateur et professionnel.

Couleur des lignes de jeux

Les tracés de jeu sont très contrastés par rapport au sol. Ceci facilite la perception visuelle (qu’aucun éclairage ne pourrait suppléer).

Efficacité énergétique

Rendement des équipements

Avec une puissance spécifique calculée de 2,73 W/m²/100 lux (20,33 W/m²), l’éclairage installé est performant (< 3 W/m²/100 lux) d’un point de vue énergétique. Ceci est principalement dû à l’utilisation de lampes aux iodures métalliques et de ballasts électroniques.

Qualité des parois

Les parois verticales de la salle sont réalisées en blocs de béton peints avec une couleur claire à l’exception des murs de la réserve de matériel sportif qui sont, quant à aux, peints avec une couleur plus foncée. L’uniformité d’éclairement pourrait éventuellement être améliorée si on les repeignait avec une couleur claire.

Gestion de la commande

La commande d’éclairage de cette salle est séparée en 2 zones mal réparties :

Zone 1 : 8 luminaires dans les 4 coins ;
Zone 2 : les 32 luminaires restant.

Il serait préférable de pouvoir commander l’allumage séparé des 3 à 5 aires de jeux (basket-ball, volley-ball et badminton) situées transversalement par rapport à l’aire de jeux principale (football en salle et handball) de manière à éviter que tous les terrains soient éclairés alors qu’un seul est occupé. Il serait également utile de pouvoir adapter le niveau d’éclairement des terrains au sport pratiqué, au niveau de jeu (loisir ou compétition) et à l’apport de lumière naturelle.

Publié par : Sylvie 18 Mar, 2013

Façades des bureaux

Qualité de l’éclairage naturel

Confort lumineux

Dans une démarche de construction ou de rénovation durable, on privilégiera l’utilisation de la lumière naturelle à la place de l’éclairage artificiel. La qualité « spectrale » de la lumière naturelle ainsi que sa variabilité et ses nuances offrent une perception optimale des formes et des couleurs. L’éclairage artificiel doit être donc considéré comme un complément à la lumière naturelle.

En confort lumineux, l’objectif premier est de privilégier l’ouverture des espaces de travail vers la lumière naturelle tout en sachant qu’une trop grande ouverture des façades est souvent synonyme d’éblouissement. Cependant, l’éblouissement peut être assez facilement traité par un store interne.

Efficacité énergétique

D’un point de vue énergétique, l’utilisation de l’éclairage naturel comme « source » lumineuse est gratuite ; ce qui signifie que la facture électrique d’éclairage artificiel sera d’autant plus réduite que l’éclairage naturel exploité. De plus, en améliorant la qualité énergétique de l’enveloppe, que ce soit en conception ou en amélioration, les consommations énergétiques d’éclairage deviennent prépondérantes.

À titre d’exemple, les clefs de répartition énergétique pour un ancien bâtiment « passoire » et un nouveau bâtiment très performant sont les suivantes :

Dans ce type de bâtiment « passoire », les consommations de chauffage et l’éclairage sont prédominants dans le sens où les parois sont très déperditives et l’installation d’éclairage peu performante.

Un bâtiment très performant et bien étudié au niveau de l’enveloppe limite ses dépenses énergétiques tant en chauffage qu’en refroidissement. Si l’installation électrique n’est pas performante (comme le montre cet exemple), les consommations d’éclairage en énergie primaire deviennent prépondérantes.

En absolu, on peut apprécier l’effort réaliser sur les consommations en énergie primaire. On réduit effectivement par 3 ces consommations primaires.

On se retrouve devant le défi, surtout pour le tertiaire, d’optimiser les consommations énergétiques d’éclairage en maximisant les apports gratuits d’éclairage naturel.

Attention cependant que dans bien des projets de conception ou de rénovation de bâtiments tertiaires, des trop grandes ouvertures génèrent des risques de surchauffe en été et des déperditions plus importantes en hiver. Le gestionnaire du bâtiment risque d’avoir la mauvaise surprise de payer une facture énergétique plus importante de climatisation en été et de chauffage en hiver. Cependant, les performances thermiques des vitrages actuels et le choix d’une bonne stratégie de protection solaire limitent l’impact respectivement des déperditions et des surchauffes sur le bilan énergétique global. Il en résulte que la consommation énergétique principale risque bien de devenir l’éclairage artificiel.

Critères

Bien des paramètres viennent influencer de manière plus ou moins significative la pénétration de la lumière dans les espaces de travail :

L’orientation des façades ;
La présence d’ombres reportées (bâtiments ou autres façades du bâtiment étudié faisant de l’ombre) ;
La taille, la forme et la position des baies vitrées dans les façades ;
La forme et les dimensions des trumeaux ;
Les caractéristiques des vitrages ;
La présence de protection solaire (fixe, mobile, …) ;
…

Exemple d’analyse en autonomie en lumière du jour.

Vitrage clair
Vitrage sélectif
Auvent
Lamelles
Ombre reportée

Pour un projet de taille importante, une étude par un bureau spécialisé est toujours intéressante sachant qu’il est possible d’optimiser conjointement les conforts lumineux et thermiques par des simulations dynamiques tenant compte de l’ensoleillement et du climat à tout moment de l’année et disponibles sous forme de bases de données type « météonorm » par exemple.

Influence de la modulation de façade

L’étude de cette influence porte sur un projet de conception d’un ensemble de plateaux de bureaux dans un immeuble tour. Une série de simulation dynamique en éclairage naturel (ECOTECH et DAYSIM) sont réalisées afin de mettre en évidence l’influence :

De la taille de la fenêtre ;
Du type de trumeaux ;
Du type de vitrage ;
Du type de cloisonnement interne ;
De l’épaisseur des trumeaux ;
De la hauteur des linteaux.

L’objectif des simulations est de réaliser un arbitrage entre différentes configurations de module de bureau. À chaque étape d’optimisation, l’arbitrage élimine les moins bonnes solutions.

Pour un bureau paysager ?

La modulation des façades influence la pénétration de la lumière naturelle dans l’espace de travail. C’est ce qu’on se propose d’étudier ici.

Base : taille de baie vitrée ⇒ deux fenêtres de 90 x 237 cm. Transmission lumineuse du vitrage TL = 50 %

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %	Position du bureau	DA (Autonomie en Lumière du Jour)
1 < FLJ < 2 %	Éloigné de la fenêtre	DA < 20 %
3 % < FLJ < 5 %	Proche de la fenêtre	50 % < DA
Les bureaux côté intérieur devront bénéficier régulièrement d’un système d’éclairage artificiel.

1re amélioration : taille de baie vitrée ⇒ une fenêtre de 180 x 237 cm et trumeau

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %	Position du bureau	DA (Autonomie en Lumière du Jour)
1 < FLJ < 2 %	Éloigné de la fenêtre	20 % < DA < 50 %
3 % < FLJ < 5 %	Proche de la fenêtre	50 % < DA
Pour une même surface vitrée, une large fenêtre permet de laisser entrer plus facilement la lumière naturelle qu’une fenêtre étroite.

2e amélioration : trumeau de forme trapézoïdale

Tout en conservant la taille de la baie vitrée de 180 x 237 cm pour laquelle la pénétration de la lumière est la meilleure, on remplace un trumeau de section rectangulaire par un trumeau de section trapézoïdale.

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %	Position du bureau	DA (Autonomie en Lumière du Jour)
1 < FLJ < 3 %	Éloigné de la fenêtre	30 % < DA < 50 %
3 % < FLJ < 5 %	Proche de la fenêtre	50 % < DA
Les trumeaux trapézoïdaux améliorent légèrement la couverture des besoins d’éclairage par de l’éclairage artificiel. Cependant, on comprend aisément que la mise en œuvre de tel trumeaux risque de poser des problèmes.

3e amélioration : vitrage avec une transmission lumineuse de TL = 60 %

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %	Position du bureau	DA (Autonomie en Lumière du Jour)
2,5 % < FLJ < 3 %	Éloigné de la fenêtre	40 % < DA < 50 %
5 % < FLJ	Proche de la fenêtre	50 % < DA
La configuration des modules de façade devient optimale. Cependant, pour les bureaux le long de la fenêtre, le risque d’éblouissement croît.

Que faut-il retenir ?

En conception, dans la modulation de façade, l’optimum de la couverture d’éclairage par la lumière naturelle (gratuite) passe par le choix d’une ouverture large pour les baies vitrées avec un vitrage de transmission lumineuse élevée. En rénovation, c’est du cas par cas ! Attention, cependant, que la limite d’ouverture à outrance des baies vitrées risque de provoquer de l’inconfort visuel (éblouissement) et thermique (surchauffe). Pour cette raison, l’étude doit souvent être complétée par des simulations thermiques dynamiques.

Pour un bureau individuel ?

La modulation des cloisons internes va aussi modifier le niveau d’exploitation de la lumière naturelle. Ici, un seul module de bureau est modélisé. Seule la position des parois varie. Pour ce type de configuration, les vitrages ont une transmission lumineuse TL de 50 %.

Base : taille de baie vitrée ⇒ deux fenêtres de 90 x 237 cm. Transmission lumineuse du vitrage TL = 50 %

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %	Position du bureau	DA (Autonomie en Lumière du Jour)
0 < FLJ < 1,2 %	Éloigné de la fenêtre	DA < 20 %
FLJ < 3 %	Proche de la fenêtre	DA < 50 %
Le cloisonnement des plateaux de bureaux ne favorise pas l’entrée de la lumière dans le local individuel. Même la lumière naturelle n’apprécie pas l’individualisme !

1er amélioration : taille de baie vitrée ⇒ une fenêtre de 180 x 237 cm

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %	Position du bureau	DA (Autonomie en Lumière du Jour)
1 < FLJ < 1,5 %	Éloigné de la fenêtre	DA < 20 %
3 % < FLJ	Proche de la fenêtre	50 % < DA
Une ouverture plus large permet de bénéficier une qualité de lumière acceptable pour les plans de travail situé côté fenêtre.

Alternative : taille de baie vitrée ⇒ une fenêtre de 180 x 237 cm avec un positionnement des cloisons internes

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %	Position du bureau	DA (Autonomie en Lumière du Jour)
0 < FLJ < 1,2%	Éloigné de la fenêtre	DA < 20 %
FLJ < 3 %	Proche de la fenêtre	DA < 50 %
Le cloisonnement désaxé du trumeau (centrée avec l’axe du châssis) n’est pas vraiment une bonne idée. En rénovation, par exemple, ce type d’aménagement de cloison se rencontre souvent. À éviter si possible !

Que faut-il retenir ?

Le cloisonnement des plateaux de bureaux au sens large du terme en bureaux individuel est, dans la mesure du possible, à éviter. On comprend bien que ce soit régulièrement impossible à envisager. Cependant, une ambiance chaleureuse de travail dans un paysager permet souvent d’optimiser le niveau de pénétration de la lumière naturelle.

Influence de l’épaisseur des trumeaux

L’épaisseur plus ou moins variable des trumeaux (ou l’épaisseur de la façade) crée un ombrage fluctuant. Cette influence est décrite ci-dessous pour des épaisseurs variant de 70 à 40 cm.

Épaisseur des trumeaux : 70 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour

Épaisseur des trumeaux : 60 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour

Épaisseur des trumeaux : 50 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour

Épaisseur des trumeaux : 40 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour

Analyse des résultats
Épaisseur des trumeaux de 70 cm
FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 %	Position du bureau	DA (Autonomie en Lumière du Jour)
FLJ < 3 %	Éloigné de la fenêtre	DA < 50 %
3 % < FLJ < 6 %	Proche de la fenêtre	50 % < DA
Épaisseur des trumeaux de 60 cm.
FLJ < 3 %	Éloigné de la fenêtre	DA < 50 %
3 % < FLJ < 6 %	Proche de la fenêtre	50 % < DA
Épaisseur des trumeaux de 50 cm
FLJ < 3 %	Éloigné de la fenêtre	DA < 50 %
3 % < FLJ < 6 %	Proche de la fenêtre	50 % < DA
Épaisseur des trumeaux de 40 cm
FLJ < 3 %	Éloigné de la fenêtre	DA < 50 %
6 %< FLJ	Proche de la fenêtre	50 % < DA

Que faut-il retenir ?

Attention toutefois à l’épaisseur trop faible des trumeaux qui risque d’occasionner un risque d’éblouissement. Dans la construction ou la rénovation basse énergie, les épaisseurs des parois ont tendance à augmenter ; ce qui a pour conséquence de réduire la pénétration de la lumière dans les espaces mais de réduire les risques de surchauffe. Décidément, la Belgique est vraiment la championne du compromis !

Influence de l’orientation de la baie vitrée

Indépendamment du traitement, une façade sud a un éclairement plus élevé qu’une façade nord.
Au premier abord, il apparaitrait logique d’augmenter la surface vitrée au nord, pour compenser un éclairement plus faible. La lumière du nord est aussi plus faible, mais moins éblouissante et plus facile à contrôler.
Pour les orientations sud, est et ouest l’éblouissement et le risque de surchauffe nécessite de placer des stores qui baissés limiteront le niveau d’éclairement. À ce stade, de nouveau, tout est une question de compromis !

Autonomie en lumière de jour pour une orientation nord.

Pour une orientation nord, l’autonomie en lumière du jour est suffisante pour les espaces bureaux à proximité de la baie vitrée. Mais on voit tout de suite la limite de pénétration de la lumière naturelle à savoir : la mi-profondeur du local étudié.

Autonomie en lumière du jour pour une orientation sud.

Pour une orientation sud, la pénétration de la lumière naturelle est importante. On pourrait pratiquement équiper les espaces de bureaux sur toute la profondeur du local.

Intérêt du store pour une orientation sud.

Que faut-il retenir ?

Une orientation nord donne moins de lumière naturelle, mais plus stable dans le temps et absente d’éblouissement.

Une orientation sud donne beaucoup de lumière au risque même de générer des éblouissements. Un store est souvent nécessaire pour réduire ce risque. L’influence de la gestion du store se fait ressentir de manière significative pour les baies vitrées orientées au sud. Un bon compromis entre un apport de lumière naturelle réduit (orientation nord) et un éblouissement régulier (orientation sud sans store) est l’équipement des baies vitrées de stores automatiques. De plus, les stores en automatique ont l’avantage de traiter aussi les surchauffes en été.

Hypothèses de simulation

Les hypothèses prises pour réaliser les simulations sont les suivantes :

L’orientation de la façade est nord ;
Coefficients de réflexion considérés pour les parois internes :
- Plafond : 70 %
- Murs intérieurs : 50 %
- Ébrasements : 50 %
- Sol : 30 %
Les façades extérieures sont assimilées à des parois uniformes mates. Trois type de murs sont considérés dont les coefficients de réflexions sont :
- Mur clair : 50 %
- Mur moyen : 30 %
- Mur foncé : 20 %
Disposition des zones de travail : les zones de travail mesurent 4 x 80 cm x 180 cm et sont situées à 80 cm de la face extérieure de la façade.
Surface nette éclairante = 2 x 2,37 x 0,90 = 4,266 m² par travée de 2,7 m
Surface nette façade intérieure = 2,735 x 2,70 = 7,385 m² par travée
Surface nette éclairante / surface nette façade intérieure = 58 % ;
(surface nette éclairante/surface nette façade intérieure) x transmission lumineuse du vitrage = 28,9 %.

Publié par : Sylvie 12 Mar, 2013

Luminaires « downlight »

Downlight à LED

Downlight à fluocompacte.

Types de lampes adaptées

Lampe fluocompacte 4 broches.

Module LED.

Initialement, les luminaires « downlights » ont été développés pour accueillir des lampes fluocompactes à broches de puissance réduite. Actuellement, une alternative plus économique est le downlight à LED. Le luminaire complet est prévu uniquement pour y intégrer un module LED (éventuellement remplaçable).

Maitrise de la luminance

D’un point de vue de l’éblouissement direct ou indirect via les écrans d’ordinateurs, tout comme les luminaires pour les tubes fluorescents, les luminaires « downlight » suivent la norme EN 12464-1. Il existe des downlights équipés d’une optique spéciale (forme adaptée du réflecteur) pour limiter les luminances. Mais il existe également des grilles pour limiter les luminances (UGR < 19) des downlights.

Les downlights performants ont une luminance moyenne faible pour des angles ϒ supérieurs à leur angle de défilement (voir illustration ci-après). Ils sont caractérisés par des optiques en aluminium.

Pour les luminaires éclairant des postes de travail avec équipement de visualisation, la norme EN 12464-1 spécifie que pour des angles d’élévation supérieurs ou égales à 65°, la luminance moyenne des luminaires ne doit pas dépasser les valeurs reprises dans le tableau suivant et ce en fonction de la luminance moyenne propre des écrans concernés :

État de luminance élevé de l’écran

Écran à haute luminance
L > 200 cd.m^-2

Écran à luminance moyenne
L ≤ 200 cd.m^-2

Cas A

(polarité positive et exigences normales concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés dans les bureaux, pour l’éducation, etc.)

≤ 3 000 cd/m²

≤ 1 500 cd/m²

Cas B

(polarité négative et/ou exigences plus élevées concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés pour le contrôle des couleurs en conception assistée par ordinateur etc.)

≤ 1 500 cd/m²

≤ 1 000 cd/m²

Exemple.

Ce luminaire basse luminance répond à norme EN 12464-1 car la luminance est inférieure à 200 Cd/m² pour des angles d’élévation > 65° quel que soit le plan considéré.

L’angle de défilement dans l’axe longitudinal et l’axe transversal est de 60°.

Publié par : Sylvie 11 Mar, 2013

Drivers LED

Généralités

L’équipement permettant l’alimentation de la LED est appelé couramment un « driver » de LED. L’alimentation s’effectue en courant continu dans le sens passant. La stabilité de l’alimentation de la LED dépend de la qualité du redresseur AC/DC et du filtre « lisseur » de tension. Suivant la qualité de ce dernier, la fluctuation du flux lumineux (papillotement) peut être source d’inconfort visuel sachant que la LED n’a qu’une très faible rémanence et, par conséquent, n’agit pas comme moyen de lissage supplémentaire.

« Driver » de LED.

Critère de qualité

Jusqu’il y a peu, on sous-estimait l’importance de l’alimentation par rapport à la source LED. Pourtant, les exigences principales par rapport à une bonne alimentation sont sévères :

La durée de vie doit être au moins la même que celle de la LED.
Le rendement de conversion AC/DC de l’alimentation doit être supérieur à 85 % pour garantir une bonne efficacité énergétique (en lm/W) de l’ensemble LED/driver.

Le facteur de puissance (cos φ) doit être le plus proche possible de 1 et la distorsion (harmoniques) la plus faible possible de manière à réduire les pertes.

Les perturbations électromagnétiques émises doivent être faibles.

Mode de pilotage

Pilotage en courant continu DC

Le mode de pilotage des alimentations peut être de différents types :

pilotage en tension ;
pilotage en courant.

Relation courant-tension dans une LED.

Le pilotage en courant est souvent préféré au pilotage en tension pour les simples raisons :

Comme le montre la figure ci-dessus, une petite variation de la tension aux bornes de la LED peut entrainer une variation importante du courant qui traverse sa jonction avec un risque de détérioration accru.

Le flux lumineux est proportionnel au courant de jonction.

Les coordonnées chromatiques des LEDs blanches peuvent varier en fonction du courant d’alimentation.

Un pilotage en tension de plusieurs LED en parallèle (courant différent dans chaque LED) peut aussi entrainer des différences de courant entre chaque LED qui sont sensées donner la même lumière.

Influence du courant sur la chromatique.

Pilotage en PWM

Le pilotage en PWM (Pulse Width Modulation) est souvent utilisé dans le domaine de l’éclairage sachant que les LEDs sont très peu sensibles à ce type de modulation. L’avantage également est que ce pilotage permet de réaliser un dimming comme le montre la figure suivante.

Modulation du courant en fonction de la modulation de la largeur d’impulsion.

Influence du « dimming »

Efficacité de la LED

Lorsque le luminaire LED est « dimmé » par son alimentation, une variation de l’efficacité et du facteur de puissance (cos φ) de l’alimentation apparait.

Couleur de la LED

En fonction du niveau de courant, une dérive du spectre des LEDs est observé et différent suivant le mode de pilotage et le type de technologie des LEDs blanches, à savoir :

LED bleu + phosphore ;
RGB (3 LED’s Red-Green-Blue).

Sur base du graphique ci-dessus, on peut retirer les grandes lignes suivantes :

Une variation du courant d’alimentation provoque une plus grande dérive spectrale de la technologie RGB que celle au phosphore.

Le pilotage PWM, par rapport au pilotage continu (DC), permet de modifier facilement le flux de la LED sans trop changer ses coordonnées chromatiques.

Le contrôle simultané du niveau de rouge et de vert pour la technologie RGB en mode de pilotage DC paraît délicat et coûteux.

Alimentation intégrée ou déportée ?

Dans la mesure du possible, on préfèrera une alimentation déportée pour éviter d’influencer l’alimentation par la chaleur dégagée par la ou les LED(s) du luminaire. Cette configuration déportée devra tenir compte de l’adaptation :

De la puissance de l’alimentation en fonction de la puissance de LED nécessaire ;
De la valeur de courant à lui appliquer ;
Ainsi que de la longueur de câble entre l’alimentation et la LED.

Dans le cas d’alimentation intégrée ou embarquée dans le luminaire, l’alimentation sera soumise par conduction, ou même par convection, à l’échauffement des LEDs. Il y a lieu d’en tenir compte.

Exemple :

Photo ampoule LED.

Le type de lampe développé ci-contre dispose de 3 dissipateurs thermiques radiaux (un tous les 120°). L’alimentation se trouve entre le culot et l’ampoule. Entre 2 dissipateurs, une ou plusieurs LEDs sont placées. La raison d’être des dissipateurs au niveau de la partie « éclairante » de la lampe s’explique par la nécessité d’évacuer la chaleur vers le bas plutôt que vers le haut sachant que l’alimentation se trouve au-dessus de la source lumineuse lorsque la lampe est « tête en bas ».

Publié par : Sylvie 5 Mar, 2013

Classes d’efficacité énergétique des lampes

Fig. 1 Pictogramme lié à la labellisation des lampes.

Ce règlement s’applique dès le 1er septembre 2013 aux lampes électriques telles que les lampes à filament , les lampes fluocompactes, les lampes à décharges à haute intensité et les lampes (et modules) LED (de plus de 30 lumens).

La réglementation définit les classes d’efficacité énergétique des lampes en fonction d’un critère de rendement. Ces classes (au nombre de 7) sont dénommées de A++ à E, la classe A++ ayant la meilleure efficacité énergétique. Les classes sont définies par un rapport entre une puissance absorbée par la lampe (et corrigée de la totalité des pertes de l’appareillage de commande) et une puissance de référence, nommée indice d’efficacité énergétique IEE. Les limites sont définies comme suit :

Classe d’efficacité énergétique	Lampes non dirigées	Lampes dirigées
A++ (le plus efficace)	IEE ≤ 0.11	IEE ≤ 0.13
A+	0.11 < IEE ≤0.17	0.13 < IEE ≤0.18
A	0.17 < IEE ≤0.24	0.18< IEE ≤0.40
B	0.24 < IEE ≤0.60	0.40 < IEE ≤0.95
C	0.60 < IEE ≤0.80	0.95 < IEE ≤1.20
D	0.80 < IEE ≤0.95	1.20 < IEE ≤1.75
E (le moins efficace)	0.95 < IEE	1.75 < IEE

Le règlement n°874/2012 doit être appliqué en parallèle aux règlements n°244/2009, n°859/2009, n°245/2009, n°347/2010 et n°1194/2012 qui concernent les exigences d’écoconception des lampes et des équipements correspondants.

⇒ Pour en savoir plus : http://eur-lex.europa.eu

Publié par : Sylvie 26 Fév, 2013

Caractéristiques des lampes LED

Puissances (W)	Puissance driver (W)	Puissance totale (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W)	IRC	T° de couleur (K)	Durée vie utile/Durée vie moyenne (h)
Forme standard (type remplacement incandescente)
3	0,6	3,6	136	45	80-90	2 700-3 000	15 000-30 000
5	0,9	5,9	250	50
8	1,6	9,6	470	59
10	2	12	650	65
12	2,4	14,4	810	68
14,5	5,9	17,4	1 055	73

Gestion de l’éclairage des Moulins de Beez.

Pour en savoir plus sur les LEDs et leur fonctionnement, cliquez-ici !

Publié par : Sylvie 26 Fév, 2013

Caractéristiques des lampes au sodium basse pression

Puissances (W)	Puissance ballast (W)	Puissance totale (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W)	IRC	T° de couleur (K)	Durée vie utile/Durée vie moyenne (h)
35	9,2	44,2	4 700	134	–	1 800	12 000 à 18 000
55	19	74	8 000	145
90	21	111	13 600	151
135	22,5	157,5	22 600	167
180	32	212	32 000	178

Publié par : Sylvie 26 Fév, 2013

Caractéristiques des lampes au mercure haute pression

Puissances (W)	Puissance ballast (W)	Puissance totale (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W)	IRC	T° de couleur (K)	Durée vie utile (h)	Durée vie moyenne (h)
50	8	58	2 000	40	de 37 à 60	de 3 400 à 4 300	8 000 à 12 000	15 000 à 24 000
80	10	90	4 000	50
125	14	139	6 000	54
250	18	268	14 000	56
400	20	420	24 000	60
700	26	726	40 000	57
1 000	40	1 040	60 000	60

Publié par : Sylvie 26 Fév, 2013

Caractéristiques des lampes au sodium haute pression

Puissances (W)	Puissance ballast (W)	Puissance totale (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W)	Efficacité lumineuse (ballast compris) (lm/W)	IRC	T° de couleur (K)	Durée vie utile (h)	Durée vie moyenne (h)
Sodium standard
70	11	81	6 600	94	81	25	2 000	16 000	25 000
100	14	114	10 500	105	92
150	16	166	16 500	110	99
250	26	276	32 000	128	115
400	29	429	55 000	138	128
Sodium « confort » ou « de luxe »
150	16	166	13 000	86	78	65	2 150	13 000	25 000
250	26	276	23 000	92	83
400	29	429	38 000	95	89
Sodium « blanche »
35	6	41	1 300	37	31	83	2 500	13 000	25 000
50	11	61	2 300	46	37,7
100	15	115	5 000	48	41,7

Publié par : Sylvie 26 Fév, 2013

Caractéristiques des lampes aux halogénures métalliques

Puissances (W)	Puissance lampe (W)	Puissance ballast (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W)	Efficacité lumineuse (ballast compris) (lm/W)	IRC	T° de couleur (K)	Durée vie utile (h)	Durée vie moyenne (h)
Standard (tube à décharge en quartz)
70	78	10,5	6 500	83	72	80	4 000	6 000 à 12 000	18 000
150	150	19	13 500	90	80	85	4 000
250	246	19,5	21 500	86	85	85	+/- 4 600
400	438	23	42 000	105	99
1 000	1 000	48	97 000	97	93
2 000	2 000	96	20 5000	103	98
A brûleur céramique
20			1 700	85		+/- 85	3 000	6 000	10 000
35	39	8	3 440	89	74		3 000
70	73	13	6 800	97	82		3 000 ou 4 200
150	147	17	14 000	95	87		3 000 ou 4 200

Publié par : Sylvie 26 Fév, 2013

Caractéristiques des lampes à induction

Puissance du système (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (lm/W)	IRC	T° de couleur (K)	Durée vie (h) (20 % de mortalité, 30 % de chute de flux)
55	3 500	65	80	2 700 3 000 4 000	60 000
85	6 000	70	80
165	12 000	70	80

Publié par : Sylvie 26 Fév, 2013

Caractéristiques des lampes fluocompactes

Puissances (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W)	IRC	T°de couleur (K)	Durée vie utile (h)	Durée vie moyenne (h)
Lampe à culot à visser ⁽¹⁾ (remplacement d’une lampe à incandescence) avec ballast conventionnel.
9	350	39	80	2 700		15 000
13	550	42
18	850	47
25	1 200	48
Lampe à culot à visser (1) (remplacement d’une lampe à incandescence) avec ballast électronique.
5	240	48	80	2 700		20 000
7	400	57
11	640	58
15	900	60
20	1 260	63
23	1 600	70
Lampe à culot à broches ⁽²⁾(2 ou 4).
5	250	50	80 à 90	2 700 3 0003 500 4 0006 500	6 000 10 000 (ballast électronique).	8 000 14 000 (ballast électronique).22 000 pour la version longue durée.
7	400	57
9	600	67
11	900	82
18	1 200	67
26	1 800	69
32	2 400	75
36	2 900	81
40	3 500	88
55	4 800	87

Publié par : Sylvie 25 Fév, 2013

Caractéristiques des tubes fluorescents

Puissances (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W)	IRC	T°de couleur (K)	Durée vie utile (h)	Durée vie moyenne (h)
Ø 26 mm ou T8, classe 1B, à 25°C
18	1 350	75	80 à 90	2 700 3 000 4 000 6 500¹	16 000 avec ballast électronique préchauffage (42 000 pour la version longue durée)	20 000 avec ballast électronique préchauffage (50 000 pour la version longue durée)
36	3 350	93
58	5 200	90
Ø 26 mm ou T8, classe 2, à 25°C
18	1 100	64	60 à 80	2 900 4 000	5 000	14 000
36	2 600	83
58	4 125	83
Ø 16 mm ou T5, classe 1B HE, à 35°C
14	1 250	96	85	2 700 3 000 3 500 4 000 5 000 6 500¹	19 000 (30 000 pour la version longue durée)	24 000 (45 000 pour la version longue durée)
21	1 920	100
28	2 600	104
35	3 300	104
Ø 16 mm ou T5, classe 1B HO, à 35°C
24	1 750	89	85	2 700 3 000 3 500 4 000 5 000, 6 500¹	19 000 (30 000 pour la version longue durée)	24 000 (45 000 pour la version longue durée)
39	3 100	92
49	4 300	99
54	4 450	93
80	6 550	88

¹Le flux lumineux (et donc l’efficacité lumineuse) est légèrement plus faible pour une T° de couleur de 6 500 K.

Publié par : Sylvie 25 Fév, 2013

Caractéristiques des lampes halogènes

Puissances (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (lm/W)	IRC	T°de couleur (K)	Durée vie moyenne (h)
Lampe halogène « tension du réseau » (finition claire).
40	490	12	100	3 000	2 000
60	820	14
120	2 250	19
160	3 100	19
400	9 000	23
1 000	22 000	22
2 000	44 000	22
Lampe halogène ECO « tension du réseau » (finition claire).
40	590	15	100	2 800	2 000
60	980	16
120	2 300	19
160	3 300	21

Publié par : Sylvie 25 Fév, 2013

Caractéristiques des lampes à incandescence

Pour les « fans » des lampes à incandescence, voici les caractéristiques des survivantes que l’on pourrait retrouver dans des stocks « clandestins ». En effet, malgré leur retrait du commerce européen, certains restaurateurs, par exemple, ont constitué des réserves (dignes de celles des écureuils) afin de garantir à leur client la même ambiance lumineuse ! Le débat est lancé !

Puissances (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (lm/W)	IRC	T° de couleur (K)	Durée vie moyenne (h)
25	220	8,8	100	2 700	1 000
40	415	10,4
60	710	11,8
75	935	12,5
100	1 300	13

Publié par : Sylvie 22 Fév, 2013

Rendement des luminaires

Classe de luminaire	Rendement inférieur (vers le bas)		Rendement total
	min.	max.	min.	max.
Tube nu, avec réflecteur.	76	97
Luminaire à grilles, direct.	44	93
Luminaire mixte, sans distinction de réflecteurs ou d’optiques.	8	71	75	81
Luminaire à optique synthétique à structure prismatique.	35	84
Luminaire à optique opale.	29	75
Luminaire basse luminance.	60	84
Downlight.	24	92
Projecteur, 8 à 60 ° d’ouverture.	40	97
Armatures intérieures.	66	97

Cas particulier : LED

Les fabricants de luminaires LED, parlent directement en efficacité finale, c’est-à-dire qu’il donne la quantité finale de lumen par Watt sortant du luminaire LED. Cette efficacité prend également en compte la consommation du driver.

Remarque : L’efficacité « système lampe et luminaire » (autre que LED) se trouve en prenant en compte l’efficacité de la lampe, la consommation de son ballast et le rendement du luminaire dans lequel il se trouve. À titre d’exemple, calculons l’efficacité finale un T8 36 w dans un luminaire d’un rendement de 93 %.
Soit un T8 – 36 W – 3 200 lm – consommation du ballast 1,5 W dans un luminaire de 93 %, son efficacité finale sera de 79 lm/W.

3 200 / (36 + 1.5) × 0,93 = 79 lm/W

Publié par : Sylvie 22 Fév, 2013

Nombre d’heure de fonctionnement par usage

Le tableau suivant indique, dans le cadre d’activités typiques, le nombre d’heures de fonctionnement de l’installation d’éclairage :

Types de bâtiment	Heures de fonctionnement annuel par défaut
	t_D	t_N	t_O
Bureaux	2 250	250	2 500
Établissement scolaire	1 800	200	2 000
Établissement sanitaire	3 000	2 000	5 000
Hôtellerie	3 000	2 000	5 000
Restaurant	1 250	1 250	2 500
Établissement sportif	2 000	2 000	4 000
Commerces	3 000	2 000	5 000
Industrie	2 500	1 500	4 000

t_D : temps d’utilisation à la lumière du jour.
t_N : temps d’utilisation en l’absence de lumière du jour.
t_O : temps de fonctionnement annuel en fonction de l’usage du bâtiment.

Publié par : Sylvie 21 Déc, 2012

Choisir les luminaires – tableau récapitulatif

Lampes de bureau

Luminaire mobile avec lampe fluo compacte ou led de faible puissance.

Pour l’éclairage local des postes de travail.

Projecteurs

Luminaire orientable avec lampe halogène, fluo compacte, led ou à décharge.

Pour l’éclairage d’accentuation (musée, commerce, etc.)

Downlights

	Avec réflecteur en aluminium.	Pour l’éclairage décoratif, l’éclairage des espaces restreints ou l’illumination de cavités. Éviter les réflecteurs blancs.
	Avec réflecteur en aluminium et diffuseur translucide.	Idem que précédent mais avec besoin de limitation de l’éblouissement direct. À éviter au maximum et privilégier la version sans diffuseur.

Cloches

Avec réflecteur en métal ou prismatique et avec ou sans diffuseur translucide ou verre de protection.

Pour l’éclairage des espaces à grande hauteur sous-plafond (commerces, etc.). Éviter au maximum les réflecteurs transparents et les diffuseurs translucides.

Plafonds lumineux

Avec diffuseur translucide.

Pour l’éclairage des locaux avec un besoin de limitation de l’éblouissement direct (soins de santés, etc.). L’usage à but uniquement décoratif est à éviter (bureau, etc.)

Luminaires sur pied

Luminaire d’appoint.

À utiliser comme appoint pour fournir localement l’intensité lumineuse demandée, mais à éviter si la composante indirecte et/ou la puissance sont trop élevées.

Appliques murales

Généralement avec diffuseur translucide.

Pour éclairage décoratif.

Réglettes et luminaires industriels

	Tube nu.	Uniquement pour les pièces de service, peu utilisé, sans exigence de protection contre l’éblouissement.
	Avec réflecteur industriel de préférence miroité (éviter les réflecteurs peints).	Pour l’éclairage général, hauteur sous plafond de 5m, avec ou sans ventelles en fonction des besoins en protection contre l’éblouissement direct.

Luminaires linéaires encastrés, plafonniers et suspensions

	Avec diffuseur translucide (ou prismatique).	A éviter au maximum. Pour usage décoratif et un besoin de limitation de l’éblouissement direct.
	Diffuseur translucide et réflecteur.	A éviter au maximum. Pour usage décoratif et un besoin de limitation de l’éblouissement direct.
	Ventelles plates ou crantées en aluminium.	Pour l’éclairage général et limitation de l’éblouissement direct. Les ventelles blanches sont à éviter.
	Ventelles paraboliques en aluminium.	Pour l’éclairage général, avec présence d’écrans de visualisation et travail de haute précision.
	Ventelles paraboliques en aluminium et fermeture en verre.	Pour les salles blanches et travail de haute précision.

Luminaires étanches

Tube fluorescent nu

Tube fluorescent nu.

Uniquement pour les pièces de service humides, peu utilisées, sans exigence de protection contre l’éblouissement.

Réflecteur industriel miroité

Réflecteur industriel miroité.

Pour l’éclairage général des locaux humides ou poussiéreux, hauteur sous plafond de 4 à 5 m, avec ou sans ventelles en fonction du besoin de protection contre l’éblouissement direct. Les réflecteurs peints sont à éviter.

Vasque transparente,

Vasque transparente, structurée ou prismatique.

Pour l’éclairage général des locaux humides ou poussiéreux avec nécessité de résistance aux chocs extérieurs ou internes (bris de lampe).

Luminaires résistant aux chocs

Luminaire avec grille de protection en acier.

Luminaire à ventelles paraboliques en aluminium et grille de protection en acier.

Pour l’éclairage des salles de sport. Éviter les réflecteurs peints.

Publié par : Sylvie 17 Déc, 2012

Améliorer la commande et la gestion [Eclairage]

Zonage et sensibilisation des utilisateurs

Mise en garde : un système de gestion de l’éclairage ne fonctionne que s’il est parfaitement accepté par les occupants. L’imagination de ceux-ci est incroyable quand il s’agit de contrarier un système automatique ! Celui-ci doit donc être soit imperceptible, soit compris et accepté par les occupants. C’est d’autant plus vrai en rénovation puisqu’il y a un historique.<

On conseille souvent de ne pas pousser trop loin la recherche d’économies au détriment de la liberté des utilisateurs et de la simplicité du système. Dans les locaux de bureau, par exemple, les occupants doivent pouvoir allumer ou éteindre un luminaire, faire varier la puissance émise par un luminaire ou personnaliser leur ambiance de travail.

Dans un premier temps, on peut influencer ces comportements par l’information et la motivation de l’utilisateur, sans modifier le mode de commande de l’installation.

Dans ce cas, la collaboration des utilisateurs sera d’autant plus facile que ceux-ci disposent de commandes personnelles et ergonomiques. Ceci implique un zonage des commandes, et, par exemple, le rapatriement des commandes vers la table de travail ou l’utilisation de télécommandes à infrarouge.

Ou de télécommande sans fil et sans pile.
Ainsi, dans les grands bureaux, il faut dans la mesure du possible donner la possibilité aux occupants de gérer l’éclairage au niveau de leur propre zone de travail.
L’utilisateur pourra être sensibilisé :

A la non-utilisation de l’éclairage artificiel général si l’éclairage naturel est suffisant.
À l’extinction de l’éclairage d’un local lorsqu’il quitte celui-ci.

Temps minimum d’absence avant coupure

Dans un local équipé d’un éclairage fluorescent à ballast électromagnétique ou électronique sans préchauffage, il est préférable d’éteindre si l’inoccupation excède 15 à 30 minutes. Éteindre pour des absences plus courtes n’est pas économiquement rentable à cause de la diminution de la durée de vie des lampes avec l’augmentation du nombre d’allumages. Dans tous les autres cas (lampes incandescentes, fluorescentes avec ballast électronique à préchauffage, LEDS), une extinction est recommandée quelle que soit la durée de l’absence.

Note : souvent une installation d’éclairage à LED reste allumée inutilement car on pense que les LEDS ne consomment rien… un des avantages des LEDS est l’allumage et l’extinction immédiat et sans problèmes donc profitons de cet avantage pour encore économiser plus d’énergie !

Zonage

Exemple de zonage pour une salle de sport :

Les lignes de jeux s’entremêlent.

Il existe donc plusieurs manières de regrouper les luminaires qui seront commandés en une seule fois.

On analysera donc chaque cas, en tenant compte de :

l’emplacement des lignes de jeux,
la fréquence d’occupation des différents terrains,
la possibilité d’emplacement des différentes commandes.

Voici un exemple possible de zonage :

Gestion horaire

Si l’horaire de travail est fixe, une horloge peut commander l’éclairage en tout ou rien par zone ou pour l’ensemble du bâtiment.

Dans les grands bureaux, les occupants se sentent moins concernés par la gestion de l’éclairage général. Ceci justifie une coupure générale en fonction d’un horaire.

Dans les petits bureaux, l’occupant est plus conscient de son rôle. Les systèmes automatiques auront donc moins d’impact. On peut alors préconiser des systèmes qui poussent l’utilisateur à prendre la décision d’allumer ou d’éteindre la lumière à plusieurs moments de la journée, par exemple par une extinction automatique suivant un horaire.

Attention, la coupure automatique de l’ensemble de l’éclairage est dangereuse si elle plonge tout le bâtiment dans le noir alors que des personnes sont encore présentes. Une solution peut être une extinction graduelle par groupes de luminaires avec possibilité de relance.

L’horaire peut intégrer le passage à un éclairage réduit pour les tâches d’entretien, par exemple la coupure de 2/3 des appareils.

Études de cas

Gestion en fonction de la présence

Dans certains cas, il est plus rentable d’investir dans un détecteur de présence que dans la rénovation de l’appareil d’éclairage. Ceci permet d’éviter un investissement important et de réaliser immédiatement des économies substantielles.

La détection de présence est recommandée dans les locaux où la présence de personnes est occasionnelle, comme par exemple dans les salles de réunion, dans les locaux d’archives d’archives (si un rayonnage n’implique pas un trop grand nombre de détecteurs) ou encore dans certains couloirs, …

a href= »https://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=19073″>Pour estimer la rentabilité d’un détecteur de présence.(XLS)

Dans les couloirs et les escaliers, la détection de présence peut être remplacée par une simple minuterie.

L’utilisation de ces systèmes implique une certaine prudence dans les locaux où les mouvements des occupants sont faibles comme les bureaux. Les détecteurs peu sensibles risquent de ne pas détecter les mouvements légers engendrés par le travail sur ordinateur ou la lecture.

La rentabilité d’un détecteur de présence dépend :

Du temps de coupure supplémentaire par rapport au fonctionnement normal.
De la puissance électrique gérée par un détecteur.
De la présence de ballasts électromagnétiques. Ceux-ci impliquent une forte diminution de la durée de vie des lampes avec le nombre d’allumages. Ceci peut être évité avec des ballasts électroniques. Voir Le remplacement des ballasts.
Du coût du kWh : comme pour la gestion en fonction de l’éclairage naturel, l’énergie économisée grâce au détecteur n’est pas facturée au prix pratiqué pendant les heures pleines, mais risque de se rapprocher de celui des heures creuses.

Mise en garde

Toute gestion qui prévoit des séquences d’allumage/extinction en fonction de la présence n’est pas recommandée avec des lampes à décharge. En effet, après extinction des lampes, celles-ci nécessitent un certain temps avant de se refroidir. Si on essaie de la rallumer, le ballast va envoyer une tension élevée aux électrodes de la lampe. Cette tension ne suffira pas à allumer la lampe tant que celle-ci est chaude. Cette répétition va cependant user la lampe et diminuer sa durée de vie.

Les lampes à décharge haute pression doivent être utilisées avec des cycles de 8 à 12 h. Avec des cycles plus courts, la durée de vie des lampes diminue fortement. Pour des cycles de 3 heures, par exemple, la durée de vie des lampes chute à 50 %.

Avec des lampes à décharge haute pression, la gestion en fonction de la présence des occupants ne consiste pas à allumer l’installation en cas de présence et à l’éteindre en cas d’absence, mais à faire varier le flux lumineux d’un niveau bas en cas d’absence vers un niveau élevé en cas de présence.

Gestion en fonction de la lumière du jour

Une économie énergétique très importante peut être obtenue par la gestion automatisée de l’éclairage en fonction de l’éclairage naturel, accompagnée ou non d’une gestion en fonction de la présence dans certains locaux/zones.

Si les mesures réalisées sur le site montrent un apport important de lumière naturelle dans quelques locaux, il sera utile de jouer sur des capteurs de luminosités pour commander les lampes (on/off par des cellules crépusculaire ou dimmable en fonction de l’éclairage du jour).

Nous préférons des ballasts électroniques dimmables à une commande ON/OFF pour des raisons de confort visuel.

Pour la gradation en fonction de la lumière du jour, plusieurs systèmes sont disponibles sur le marché (par lampe, par groupe de lampes, extinction complet ou non, par local ou programmable par bâtiment entier (p.ex. avec des ballasts programmables DALI (Digital Adressable Lighting Interface…)).

la fenêtre comme capteur de lumière naturelle.

Gestion sans fil

Lorsque l’on veut améliorer la gestion des luminaires de manière approfondie, un frein à l’initiative réside dans la peur de devoir recâbler une partie ou l’ensemble de l’installation.

A l’heure actuelle, nombreuses sont les techniques issues de la domotique qui permettent de travailler en rénovation de gestion sans fil (ou à peu près). Il est vrai que ce genre de techniques reste coûteux à l’investissement et qu’il est toujours nécessaire de bien analyser la rentabilité.

Il existe sur le marché des dizaines, voire plus, de techniques de commande et de gestion sans fil. À titre d’exemple, voici une manière de rénover le système de gestion de l’éclairage. Attention toutefois, que le changement de technologie de gestion de l’éclairage passe souvent par le remplacement complet du luminaire.

Avant

Les ballasts sont de type électromagnétique ;
Un interrupteur simple commande les deux luminaires.

Après

Les luminaires sont remplacés. Ils sont équipés d’un ballast électronique dimmable ;
L’interrupteur est « ponté ». on peut le remplacer par un cache de propreté ;
Le local est équipé d’un détecteur de présence /absence avec sonde de luminosité incorporée. On récupère l’alimentation 230 V des luminaires pour alimenter le détecteur et les luminaires ;
Une télécommande IR permet de gérer le détecteur. Quant au détecteur il peut piloter les luminaires en fonction de la présence/absence et de la lumière naturelle dans le local.

Publié par : Sylvie 13 Nov, 2012

Ombres

En fonction de sa direction, la lumière peut provoquer l’apparition d’ombres marquées qui risquent de perturber le travail effectué.

Lorsque la lumière provient du côté droit pour les droitiers et du côté gauche pour les gauchers.

Lorsque la lumière est dirigée dans le dos des occupants.

À l’inverse, une lumière non directionnelle, telle qu’on peut la créer avec un éclairage artificiel purement indirect, rendra difficile la perception des reliefs et peut rendre, par exemple, les visages désagréables à regarder.

Avec un éclairage directionnel et avec un éclairage diffus.

Une pénétration latérale de la lumière naturelle satisfait généralement à la perception tridimensionnelle du relief des objets et de leur couleur, grâce à sa directionnalité et à sa composition spectrale. Le cas est idéal mais le niveau d’éclairement diminue dès qu’on s’éloigne des fenêtres.

Composition correcte des ombres permettant une bonne perception des détails : combinaison d’éclairage direct et diffus.
Absence d’ombre effaçant tout relief : éclairage diffus.
Ombres dures pouvant modifier l’aspect des objets et donc représenter une source de danger : éclairage directionnel.

Publié par : Sylvie 13 Nov, 2012

Eblouissement

Généralités

L’éblouissement est dû à la présence, dans le champ de vision, de luminances excessives (sources lumineuses intenses) ou de contrastes de luminance excessifs dans l’espace ou dans le temps.

Suivant l’origine de l’éblouissement, on peut distinguer :


L’éblouissement direct produit par un objet lumineux (lampe, fenêtre, …) situé dans la même direction que l’objet regardé ou dans une direction voisine.	L’éblouissement par réflexion produit par des réflexions d’objets lumineux sur des surfaces brillantes (anciens écrans d’ordinateur, plan de travail, tableau …).

En éblouissement direct, on peut donc distinguer 2 types d’éblouissement :

D’une part, « l’éblouissement d’inconfort« résulte de la vue en permanence de sources lumineuses de luminances relativement élevées. Cet éblouissement peut créer de l’inconfort sans pour autant empêcher la vue de certains objets ou détails.

D’autre part, « l’éblouissement invalidant« est provoqué par la vue d’une luminance très élevée pendant un temps très court. Celui-ci peut, juste après l’éblouissement, empêcher la vision de certains objets sans pour autant créer de l’inconfort.

Le premier type d’éblouissement se rencontrera dans des locaux où l’axe du regard est toujours relativement proche de l’horizontale. C’est le cas dans les classes ou bureaux par exemple. Le deuxième cas se présente dans les salles de sport, par exemple, car l’axe de vision d’un sportif est constamment changeant et que celui-ci regarde vers le haut pour suivre les balles en hauteur.

En éclairage naturel

En éclairage naturel, l’éblouissement peut être provoqué par la vue directe du soleil, par une luminance excessive du ciel vu par les fenêtres, ou par des parois réfléchissant trop fortement le rayonnement solaire et provoquant des contrastes trop élevés par rapport aux surfaces voisines. Il est intéressant de noter qu’une plus grande ouverture à la lumière naturelle cause moins d’éblouissement qu’une petite car elle augmente le niveau d’adaptation des yeux et diminue le contraste de luminance.

Deux métriques sont couramment utilisées pour décrire l’éblouissement à la lumière naturelle : le Daylight Glare Probability (DGP) et le Daylight Glare Index (DGI).

En éclairage artificiel

En éclairage artificiel, l’éblouissement peut être provoqué par la vue directe d’une lampe ou par sa réflexion sur les parois polies des luminaires, sur les surfaces du local ou sur des objets.

L’éblouissement direct provoqué par un luminaire est d’autant plus fort pour une position donnée de l’observateur que :

la luminance du luminaire est élevée,
le fond sur lequel elle se détache est sombre,
l’angle compris entre la direction considérée et la verticale est important ; pratiquement, en dessous de 45° par rapport à la verticale, l’éblouissement devient négligeable,
le nombre de luminaires dans le champ visuel est important.

La position des luminaires et la répartition de la lumière qu’ils émettent sont donc fondamentales. D’autant que le degré de tolérance à l’éblouissement venant d’un luminaire (source lumineuse de petite taille) est plus faible que celui venant d’une fenêtre (source lumineuse de grande taille).

Publié par : Sylvie 13 Nov, 2012

Température de couleur [Théories]

La couleur de la lumière artificielle a une action directe sur la sensation de confort de l’ambiance lumineuse d’un espace. Elle n’influence cependant pas les performances visuelles.
Pour la qualifier, on définit la température de couleur (exprimée en Kelvins (K)). On parlera généralement de teinte chaude (température de couleur < 3 000 K) ou froide (température de couleur > 3 000 K). Plus une couleur est chaude visuellement, plus sa température thermique (en degré Kelvin) est donc faible.

Une lumière de couleur « chaude » est composée majoritairement de radiations rouges et oranges. C’est le cas des lampes à incandescence normales.

Les tubes fluorescents standards génèrent une lumière « froide » composée principalement de radiations vertes, violettes et bleues.

Ci-dessous, on illustre la variation de la sensation de confort de l’ambiance lumineuse d’un local en fonction de la température de couleur des tubes fluorescents choisis et ce pour un même niveau d’éclairement.

Éclairement de 300 lux lumière chaude.
Éclairement de 300 lux lumière froide.

De plus, les couleurs chaudes (rouge, orange) des objets sont plus agréables lorsqu’elles sont éclairées par une lumière chaude plutôt que par une lumière froide, mais par contre la lumière chaude tend à noircir les couleurs froides (bleu, violet). Ceci se manifeste particulièrement bien dans l’éclairage à incandescence classique.

Les radiations colorées émises par les objets et l’environnement peuvent aussi produire certains effets psycho-physiologiques sur le système nerveux. C’est ainsi que les couleurs de grandes longueurs d’onde (rouge, orange) ont un effet stimulant tandis que celles de courtes longueurs d’onde (bleu, violet) ont un effet calmant. Les couleurs intermédiaires (jaune, vert) ont, de même que le blanc, un effet tonique et favorable à la concentration. Les couleurs foncées et le gris ont par contre une action déprimante.

Enfin les couleurs peuvent contribuer dans une large mesure à modifier la dimension apparente des surfaces et des volumes. Les couleurs chaudes seront de préférence utilisées dans des locaux de dimensions exagérées tandis que les couleurs froides seront choisies pour les locaux de dimensions réduites.

Quelques températures de couleur sont reprises dans le tableau suivant :

Publié par : Sylvie 12 Nov, 2012

Autonomie en lumière du jour

Le DA (Daylight Autonomy) est défini comme étant le pourcentage des heures occupées par an, où le niveau minimum d’éclairement requis peut être assuré par la seule lumière naturelle. Un objectif raisonnable est d’arriver à un temps d’utilisation de l’éclairage naturel d’au moins 50-60 % (pour un horaire de 8h00 à 18h00).

Une autonomie en lumière du jour de 60 % pour un lieu de travail occupé en semaine de 8 h à 18 h. et un éclairement minimum de 500 lux implique que l’occupant est en principe capable de travailler 60 % de l’année uniquement avec de l’éclairage naturel.

En première approximation, ceci entraîne un facteur de lumière du jour de 2,5 (exigence de 300 lux) à 4 % (exigence de 500 lux) dans les locaux de vie, et de 1,5 % dans les circulations et sanitaires (exigence de 100 lux).

Deux types d’autonomie en éclairage naturel doivent être distingués : l’autonomie statique et l’autonomie dynamique.
L’autonomie statique est basée sur l’évaluation du facteur de lumière du jour au point considéré et tient donc compte des conditions de ciel couvert. Elle ne considère ni le ciel clair ni intermédiaire, pas plus que les protections solaires.
Au contraire, l’autonomie dynamique en éclairage naturel est basée sur la prédiction de l’éclairement au point considéré, à chaque pas de temps (horaire ou inférieure) pour l’année entière. L’éclairement est donc prédit à partir d’un fichier météo.

Une majeur partie du contenu de cette page provient du rapport « Energy audit et inspection procedures » réalisé lors de la sous-tâche C de la tâche 50 de l’AIE (Agence Internationale de l’Énergie). Pour plus d’information, le rapport complet des méthodes d’audit et procédure d’inspection peut être téléchargé ici en français.

Autonomie diffuse en éclairage naturel

Cette métrique traduit le facteur lumière du jour en une estimation du pourcentage de temps durant lequel le niveau d’éclairement requis sera atteint grâce à la lumière naturelle. L’autonomie diffuse en éclairage naturel est basée sur des données météo horaires.

Un des avantages de cette métrique est qu’elle permet d’estimer les consommations annuelles d’éclairage électrique. Par exemple, si l’autonomie diffuse moyenne est de 64 %, le pourcentage de temps durant lequel les lampes seront allumées peut être estimé à 36%, des heures d’occupation.

Le DDA est hautement dépendant de l’orientation du local et de la localisation du bâtiment (la latitude est un facteur majeur). Comme elle est basée sur le niveau d’éclairement requis, l’autonomie diffuse en éclairage naturel est également liée à la fonction du local.

Cette métrique ne prend pas en compte la contribution du soleil. Cependant, comme beaucoup d’études ont montré que l’utilisation d’une protection solaire est assez imprévisible, il semble acceptable de compter sur l’éclairement diffus pour estimer avec un taux de confiance raisonnable, la contribution de l’éclairage naturel à l’éclairement intérieur. De plus, dans beaucoup de cas, quand le soleil frappe la façade, des systèmes d’ombrage appropriés sont déployés de manière à bloquer la pénétration du rayonnement solaire direct sans obscurcir la pièce et donc sans résulter en un allumage des lampes.

Autonomie dynamique en éclairage naturel

L’autonomie dynamique en éclairage naturel est basée sur la prédiction de l’éclairement au point considéré, à chaque pas de temps (horaire ou inférieure) pour l’année entière. L’éclairement est donc prédit à partir d’un fichier météo.

La notion d’autonomie dynamique en éclairage naturel est complétée par des modèles qui prédisent, pour chaque pas de temps, le statut du système de contrôle des protections solaires. Cette notion est appelée autonomie dynamique « effective » en éclairage naturel.

L’utilisation de l’autonomie dynamique est récente. Par conséquent, les valeurs cibles définies par les auteurs doivent être étudiée en profondeur est adaptées de manière à considérer le climat du site.

Par exemple, les critères de Rogers définissent que :

les espaces qui atteignent une autonomie dynamique comprise 40% et 60% sur plus de 60% de leur surface obtiennent un crédit de base ;

les espaces qui atteignent une autonomie dynamique comprise 60% et 80% sur plus de 60% de leur surface obtiennent un crédit additionnel ;

les espaces qui atteignent une autonomie dynamique de plus de 80% sur plus de 60% de leur surface obtiennent deux crédits additionnels.

Une autre cible peut être d’atteindre la moitié de l’autonomie d’un point extérieur non ombré, ayant le même profil d’occupation que le bâtiment étudié, pour la même localisation (Critère de Reinhart & Walkenhorst). Un espace est donc considéré comme éclairé naturellement s’il reçoit suffisamment de lumière naturelle durant au moins la moitié du temps durant laquelle le point extérieur obtient assez de lumière.

L’autonomie dynamique en éclairage naturel est basée sur le climat, elle est donc supposée être une des métriques les plus précises pour évaluer la disponibilité d’éclairage naturel dans un bâtiment. Cependant le calcul de cette valeur à plusieurs limites :

Le résultat obtenu pour une année entière est agrégé en une simple valeur, les informations temporelles sur l’évolution de la disponibilité de la lumière naturelle sont perdues. Toutefois, une manière de bénéficier de toute la puissance des métriques dynamiques basées sur le climat est de les représenter par des graphiques de type « carte temporelle » :

Exemple de carte temporelle. ( Source: J. Mardaljevic)
La simulation est supposée modéliser le comportement humain de gestion des stores, ce qui implique une grande incertitude des résultats. Les simulations horaires sont cependant conformes à la réalité si le local est équipé de gestion automatique des protections solaires.

Les objectifs sont dépendants du climat, de l’occupation et du type de bâtiment et devraient être fixés pour chaque pays. Toutefois, cette métrique est intéressante pour faire des comparaisons entre diverses options de design.

Autonomie dynamique continue

L’autonomie dynamique continue est une métrique dérivée de l’autonomie dynamique. Cette métrique met en évidence la contribution bénéfique de la lumière naturelle, même à bas niveau. Elle modélise en quelque sorte l’autonomie qu’on obtiendrait dans un local équipé d’un système de gradation de l’éclairage électrique.

Comme pour l’autonomie dynamique, il n’existe actuellement pas de valeurs cibles. Ces valeurs devraient en principe dépendre du climat, de l’occupation et du type de bâtiment et devrait probablement être définies par pays.

Cependant, comparer la valeur de l’autonomie continue devrait permettre aux concepteurs de choisir parmi différentes options de configuration.

Autonomie dynamique maximale

L’autonomie maximale en éclairage naturel est définie comme le pourcentage d’heures d’occupations durant lesquelles du soleil direct entre dans le bâtiment ou que des niveaux excessif d’éclairage naturel sont atteints.

Le niveau maximum est fixé en fonction des objectifs établis pour le calcul de l’autonomie dynamique. Il vaut 10 fois cette valeur (c’est-à-dire que si l’objectif d’éclairement pour l’autonomie dynamique est de 300 lux, le niveau maximum acceptable sera de 3 000 lux). Cette manière de fixer la valeur maximum est la faiblesse de cette métrique car elle est intuitive, plutôt que basée sur des résultats expérimentaux.

Cependant, l’usage de l’autonomie maximale de manière à évaluer des situations critiques, quand trop de lumière naturelle pénètre dans le bâtiment, donne une première idée de l’endroit du local où de tels problèmes pourraient apparaître.

Autonomie dynamique spatiale

De manière à évaluer la qualité d’un espace éclairé naturellement, l’Illuminating Engineering Society (IES) a défini l’autonomie spatiale en éclairage naturel sDA. Cette métrique décrit la possibilité qu’un local profite de suffisamment de lumière naturelle, sur base d’une année.

L’autonomie spatiale en éclairage naturel est définie comme le pourcentage de la surface de travail qui atteint un niveau d’éclairement naturel minimum, pour une fraction donnée des heures d’utilisation du bâtiment, pour une année, c.-à-d., qui rencontre une certaine autonomie en éclairage naturel.

Les seuils recommandés sont 300 lux et 50 % des heures d’opération, de 8h00 à 18h00 (heure locale en tenant compte du changement d’heure d’été) et le sDA est donné en pourcents. Ainsi l’autonomie spatiale est calculée comme ceci :

sDA (300 lx, 50 %) = (surface analysée avec un éclairement ≥ 300lx pour au moins 50% des heures d’utilisation) / (surface totale d’analyse) * 100

Selon IES, les valeurs cibles pour l’autonomie spatiale sont :

sDA (300 lx, 50 %) ≥ 55 % : valeur suffisante d’éclairage naturel ;
sDA (300 lx, 50 %) ≥ 75 % : valeur préférée d’éclairage naturel.

L’autonomie spatiale en éclairage naturel s’appuie sur des calculs basés sur des données climatiques. Elle tient donc en compte la contribution du ciel et du soleil ainsi que les systèmes d’ombrage dynamiques. Cependant, le sDA ne fournit aucune information sur un éventuel inconfort visuel. Celui-ci pourrait être évalué par le calcul de l’éblouissement annuel.

Useful Daylight Illuminance

L’UDI (Useful Daylight Illuminance) est le pourcentage des heures occupées par an où l’éclairement assuré par la seule lumière naturelle est compris entre 500 lx et 2 500 lx.

Cette valeur intègre le manque en lumière naturelle, mais également le risque de niveau d’éclairement trop élevé qui peut être associé à un inconfort des occupants et des apports solaires trop élevés.

À la place de fixer une valeur cible d’éclairement, l’UDI mesure la fréquence, sur un an, d’une gamme de niveaux d’éclairement atteints.

Quatre catégories sont définies.

un « UDI trop faible » caractérise un éclairement naturel insuffisant de moins de 100 lx ;
un « UDI supplémentaire » caractérise éclairement naturel entre 100 et 500 lux généralement suffisant mais qui peut être complété par de la lumière électrique ;
un « UDI autonome » caractérise un éclairement naturel entre 500 et 2 000 à 2 500 lux permettant d’être autonome vis-à-vis de l’éclairage électrique ;
un « UDI excédent » caractérise un éclairement naturel plus élevé que 2 000 à 2 500 lux entrainant un inconfort.

Ces limites peuvent être discutées en fonction de l’activité réalisée dans le local et de l’occupation. Ainsi, une autre considération est de définir les heures de l’année qui doivent être prises en compte.

Ce nombre peut être défini par les heures d’occupation du bâtiment ou par les heures d’éclairement naturel durant l’année.

Il n’existe actuellement pas de cible définie qui permettrait de certifier que si l’UDI est atteint sur une certaine superficie du local, le local est bien éclairé. En effet, les objectifs dépendent fortement du climat, de l’orientation, de l’application (travail sur pc, sur papier, dessin, …).

Cependant, l’UDI reste une métrique utile permettant de mettre en évidence les zones sur-éclairées (pour lesquelles un ombrage serait nécessaire) et sous-éclairées et permettant de comparer différentes configurations d’un bâtiment.

Lien avec l’éclairage artificiel : les courbes CIE

Plus le facteur de lumière du jour et l’autonomie en lumière du jour sont élevés, plus le temps d’utilisation des locaux avec la lumière naturelle est élevé, limitant ainsi la consommation d’éclairage artificiel.

Ainsi les courbes CIE donnent une indication de la disponibilité d’éclairement extérieur diffus uniquement selon la latitude ; l’orientation et le rayonnement direct ne sont toutefois pas pris en compte.

La figure suivante présente ces courbes liant latitude et éclairement extérieur :

Pourcentage d’heures entre 9h00 et 17h00 où le niveau d’éclairement est disponible ou dépassé. (source : CIE – Commission Internationale de l’Éclairage).

Par exemple, pour un bâtiment de bureau situé à Uccle (50,8° Latitude Nord), dont l’éclairement total doit valoir 500 lux. Supposons qu’on mesure un facteur de lumière du jour de 6 % en un point. La valeur d’éclairement extérieur nécessaire pour atteindre 500 lux vaut donc 8 333 lux (= 500/0.06).

Si on trace une ligne horizontale à 8 333 lux, celle-ci rencontre la ligne verticale correspondant à la latitude au point A. Ce point est situé sur une courbe (non dessinée) qui correspond environ à 73 %.

Ce qui veut dire qu’un point du local ayant un facteur de lumière du jour de 6 % disposera de 500 lux pendant 73 % du temps de travail, en moyenne sur l’année.

Notons que cet abaque est relativement pessimiste puisqu’elle ne tient compte que d’un ciel couvert. On peut dire qu’elle convient assez bien pour des ouvertures orientées au Nord. Elle n’est pas très satisfaisante… mais l’analyse détaillée (dynamique) requiert des outils bien plus avancés qui restent pour l’instant au niveau de la recherche !

Publié par : Sylvie 15 Oct, 2012

Lumière : généralités

La lumière naturelle

Onde et particule

Lorsqu’on parle de lumière, on considère qu’elle est à la fois une particule élémentaire (photon) et une onde électromagnétique.

L’onde électromagnétique est caractérisée par :

Une amplitude ;
Une longueur d’onde (ou fréquence) ;
Une vitesse de propagation.

La relation suivant unit la longueur d’onde et la vitesse de propagation :

λ = C / F

où :

λ : longueur d’onde en nanomètre ;
C : est la vitesse en m.s-1 ;
F : fréquence en Hz.

Pour une vitesse de la lumière de 299,792,458 m.s^-1 et une longueur d’onde de 380 nm (bleu) la fréquence de propagation est de :

F = 299,792,458 / 450 x 10-9 = 780 THz

À titre comparatif, le tableau suivant donne une idée des longueurs d’onde de différents types de rayonnement :

Longueur d’onde (dans le vide)	Domaine	Fréquence	Commentaire
Plus de 10 m	radio	inférieure à 30 MHz
de 1 mm à 30 cm	micro-onde (Wifi, téléphones portables, radar, etc.)	de 1 GHz à 300 GHz	incluse dans les ondes radio
de 780 nm à 500 µm	infrarouge norme NF/en 1836
de 380 nm à 780 nm	lumière visible	de 350 THz à 750 THz	rouge (620-780 nm)
			orange (592-620 nm)
			jaune (578-592 nm)
			vert (500-578 nm)
			bleu (446-500 nm)
			violet (380-446 nm)
de 10 nm à 380 nm	ultraviolet	de 750 THz à 30 PHz
de 10^-11 m à 10^-8 m	rayon X	de 30 PHz à 30 EHz
< à 5 x 10^-12 m	Rayon γ (gamma)	supérieure à 30 EHz

Remarque : le spectre de la lumière naturelle est changeant suivant l’état du ciel : en fonction de la présence ou pas de nuage, leur densité, leur forme, … le spectre lumineux évolue.

Spectre lumière naturelle.

Lumière blanche artificielle

En éclairage artificiel, on tente toujours de se rapprocher de la lumière naturelle qui est, par définition, une lumière blanche. C’est indispensable de s’en rapprocher pour une question principalement de confort visuel. On imagine difficilement pour des occupants de bâtiments tertiaires de travailler dans une ambiance de couleur jaune comme c’est le cas, par exemple, chez certains fabricants de téléviseur.

Spectre lampe à incandescence.

Lampe à incandescence : bon exemple de lumière blanche.

La lumière blanche artificielle qui se rapproche le plus de la lumière naturelle est donnée par la lampe à incandescence. Indépendamment des considérations énergétiques (cette lampe est amenée à disparaître à terme), la lampe à incandescence reste, sans conteste, la source de référence par rapport à la qualité visuelle d’une lampe artificielle.

Diagramme de chromaticité

Toutes les couleurs du spectre visible peuvent être représentées dans un diagramme de chromaticité de la Commission Internationale de l’Éclairage (CIE).

Quelques paramètres caractéristiques :

La courbe du fer à cheval représente les couleurs pures (teintes) de tout le spectre visible depuis le rouge (λ= 700 nm) jusqu’au violet (λ= 420 nm) ;
Le segment de droite qui joint les extrémités du fer à cheval représente les pourpres ;
le point de coordonnées (x=1/3 ;y = 1/3) est le blanc ;
la température de couleur pour le blanc est de 6 000 K ;
Le centre du fer à cheval focalise les différentes couleurs blanches. L’arc de cercle gradué de 10 000 à 1 500 K représente les températures de couleur qui caractérisent les différences sources lumineuses entre elles par rapport à la lumière blanche.

Publié par : Sylvie 18 Sep, 2012

Température de couleur [Données]

À ce niveau, les normes laissent généralement le libre choix de la température de couleur.

Cependant, en pratique et d’une manière générale sont préférées :

Les teintes chaudes (3 000 K) pour l’éclairage des locaux de séjour, endroits de détente,…
Les teintes intermédiaires (4 000 K) sont recommandées dans la plupart des travaux techniques.
Les teintes froides (5 000 K) pour des éclairements élevés là où les performances visuelles sont importantes.

Des recommandations plus précises sont parfois renseignées ? :

Général

Type de local	Température de couleur (K)
Classes	entre 2 000 et 5 000 K	blanc chaud à blanc neutre
Salles de réunion	entre 2 000 et 3 500 K	blanc chaud
Ateliers	entre 3 500 et 5 000 K	blanc neutre
Ateliers graphiques	supérieur à 3 500 K (et de préférence > à 5 000 K)	lumière du jour froide

Usage médical

Type d’application	Température de couleur
Dentisterie	4 000 à 5 600 K
Dermatologie	4 000 à 5 600 K
Chambres	3 000 K
Salles de garde	3 000 K
Consultations	3 000 à 4 000 K
Endoscopie	3 000 à 4 000 K
Ophtalmologie	3 000 à 4 000 K
Radiologie	3 000 à 4 000 K
Salles d’opération	4 000 K
Bloc opératoire	4 000 K
Laboratoire	3 000 à 5 000 K
Couloirs et escaliers	3 000 K 3 000 à 4 000 K

Publié par : Sylvie 3 Août, 2012

Lampes et luminaires LED

Terminologie

Puce (ou chip) LED

La puce LED est le composant semi-conducteur intégré dans une capsule appropriée permettant une connexion électrique ou un assemblage simplifié. Les puces LED peuvent être combinées entre elles sur un circuit imprimé.

Lampe LED

La lampe LED est un système complet conçu de manière à permettre le remplacement aisé des technologies traditionnelles moins efficaces (retrofit). Ces lampes reprennent pour cela les formes et les culots normalisés des lampes traditionnelles.

Module LED

Le module LED est constitué d’une ou plusieurs puces LED montées avec d’éventuels composants optiques, électriques ou thermiques (généralement externes).

Luminaire LED

Luminaire LED.
Luminaire encastré.

Luminaire LED.
Luminaire plafonnier.

Le luminaire LED est un système complet composé de puces LED, de lampe(s) à LEDs ou encore de module(s) LED, comprenant l’électronique, l’enveloppe, le câblage, etc. Il peut éventuellement être conçu pour recevoir des modules remplaçables.

Conception d’une lampe ou d’un luminaire LED

La plupart des constructeurs de lampes ou de luminaires sérieux ne font que concevoir les lampes ou les luminaires en se fournissant en unités LED chez les électroniciens. Afin d’assurer une homogénéité dans l’application, le choix des LEDs utilisés se fait suite à une sélection (appelée binning) en fonction de critères spécifiques de couleur, flux lumineux et tension.

Pour répondre aux attentes des marchés, les objectifs des constructeurs sont principalement :

de fournir un éventail de lampes et de luminaires avec un large panel de photométries différentes ;
d’obtenir une esthétique attrayante ;
d’optimiser les performances énergétiques (lm/W) ;
d’allonger la durée de vie (heures de fonctionnement);
…

Des études sur la thermique sont impératives de manière à bien « drainer » la chaleur en dehors de la lampe ou du luminaire. Ces études influencent bien entendu la conception de la lampe ou du luminaire.

Caractéristiques générales

Durée de vie des lampes et luminaires LED

Même si aujourd’hui une source LED (chip) seule peut atteindre une durée de vie de 50 000 h, cet objectif n’est pas encore atteint pour les applications intérieures (lampes et luminaires). Selon une étude du U.S. Department of Energy (Energy Savings Potential of Solid State Lighting in General Illumination Applications. 2012), on peut raisonnablement prévoir l’évolution suivante dans le futur :

Évolution prévue de la durée de vie des applications LED.

Efficacité lumineuse des lampes et luminaires LED

L’efficacité lumineuse des lampes et luminaires à LEDs est bien différente de l’efficacité lumineuse annoncée pour les puces LED.
En effet, cette dernière est évaluée en test éclair et pour une température de jonction de 25°C (soit une température très basse par rapport à la température à laquelle la jonction est soumise en conditions d’utilisation réelle).

En réalité, l’efficacité lumineuse d’un luminaire LED est d’environ 20 % à 30 % plus faible que la valeur annoncée pour la chip LED.
Voici deux exemples :

Grâce à ces exemples, on se rend compte que l’efficacité lumineuse réelle des lampes et luminaires à LEDs est pour le moment équivalente à celle des lampes fluorescente :

Selon l’étude du U.S. Department of Energy, l’évolution des LEDs devrait permettre d’atteindre 200 lm/W vers 2020-2025. De quoi alors surpasser tous les autres types de sources lumineuses !

Évolution prévue de l’efficacité lumineuse des applications LED.

Rendu des couleurs et température de couleurs

Avec les lampes et luminaires à LEDs, on peut obtenir un indice de rendu de couleur entre 60 et 98. De plus, il est possible, avec certains types de LED, de moduler la température de couleur de manière continue.

Aspect thermique

Malgré que le rayonnement lumineux de la LED ne génère pas d’infrarouge (et donc pas de chaleur dans le sens du flux lumineux), la dissipation de la chaleur de la jonction est un des problèmes majeurs des lampes et des luminaires à LEDs. En effet, entre 50 % et 70 % de la consommation d’une LED est transformée directement en chaleur qui doit être absolument évacuée sous peine de réduire l’efficacité lumineuse et la durée de vie.

Comparatif thermique entre une LED et une lampe à incandescence.

Des études de dissipation thermique, pour chaque modèle sont donc nécessaires pour pouvoir concevoir une lampe ou un luminaire à LEDs avec son dissipateur de chaleur intégré.

Cas des lampes

La complexité de l’évacuation de la chaleur générée par les unités LED composant la lampe s’accentue vu la nécessité d’éviter le « drainage » de la chaleur vers l’arrière de la lampe. En effet, le risque est d’accumuler la chaleur de jonction au niveau de l’alimentation intégrée dans le culot. On dit que la lampe LED « claque » non pas par une surchauffe des unités LED mais plutôt de l’alimentation. D’où la nécessité d’évacuer la chaleur par l’avant de la lampe.

Exemple d’étude thermique d’une lampe LED.

Cas des luminaires

Dans le cas des luminaires, le problème de la surchauffe de l’alimentation peut être éliminé vu la possibilité de la déporter hors du luminaire. Il reste aux constructeurs à bien concevoir le dissipateur en fonction d’un luminaire prévu pour être monté en saillie ou encastré.

Étude thermique (source ETAP).

Aspect optique

De par sa taille réduite, l’association de puces LED, de lentille, de diffuseurs et de réflecteurs permet d’obtenir à peu près toutes les distributions lumineuses possibles.

Cependant, à cause de cette petite taille combinée à une puissance lumineuse en constante augmentation, la luminance de la source devient très importante et peut atteindre des valeurs de 10 à 100 millions de Cd/m². Les fabricants prévoient donc des systèmes optiques comme les lentilles, les réflecteurs ou/et des diffuseurs pour éviter l’exposition directe du regard et le risque d’éblouissement.

Type de lampe	Luminance (Cd/m²)
Fluo linéaire – T8	14 000
Fluo linéaire – T5	15 000 – 33 000
Fluo compact	50 000
LED nue	100 000 000
Soleil	1 000 000 00

Suivant l’application, on peut obtenir les résultats suivants :

Des lentilles seules, par exemple, permettent de réduire la luminance de crête :

Des réflecteurs combinés avec un diffuseur permettent d’obtenir une lumière douce :

Pour en savoir plus sur les sources LED.

Données	Pour connaitre les valeurs caractéristiques des lampes LED.
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.

Publié par : Sylvie 3 Août, 2012

Sources LED

N.B. : cette page reprend uniquement la description du fonctionnement et des caractéristiques de la puce LED. Pour en savoir plus sur son application sous forme de lampe ou de luminaire.

Comment fonctionne une LED ?

Une LED (Light Emitting Diode) est une diode électroluminescente qui émet de la lumière lorsqu’elle est parcourue par un courant continu dans le sens passant.

Comme le montre la figure suivante, la quantité de lumière générée par la LED est proportionnelle à l’intensité du courant qui la traverse.

Couleur des LEDs

La LED émet une lumière quasi monochromatique. Sa couleur dépend des caractéristiques des matériaux utilisés durant la production (composition des semi-conducteurs et de leur dopage, température de jonction, …). Il est ainsi possible de balayer toutes les couleurs du spectre visible.

En éclairage artificiel d’intérieur, on cherche cependant essentiellement à se rapprocher de la couleur de la lumière naturelle, à savoir la lumière blanche. Pour obtenir une lumière blanche, il est nécessaire de combiner plusieurs sources lumineuses de composantes. Ainsi, la couleur blanche peut être produite soit par mélange additif de LED rouges, vertes et bleues, soit par conversion d’un LED bleu au moyen de poudre phosphorescente, selon le même principe utilisé dans les tubes fluorescents. Ce dernier principe est généralement utilisé en éclairage intérieur.

Les LEDs pour l’éclairage

Avant de devenir incontournables dans le domaine de l’éclairage, les LEDs doivent encore relever plusieurs défis non négligeables en termes :

d’efficacité énergétique ;
de température de couleur et sa stabilité dans le temps ;
de durée de vie ;
de stabilité de production ;
de coûts.

Caractéristiques générales

Il importe de bien distinguer la performance (et son potentiel d’évolution) d’une puce LED par rapport à celle d’une lampe LED et à celle d’un luminaire LED.

Si les performances (efficacité lumineuse, durée de vie, etc.) des puces LED sont intéressantes pour évaluer le potentiel intrinsèque de la technologie, elles sont inutiles pour comparer la technologie de l’éclairage LED par rapport aux autres technologies disponibles (notamment les lampes fluorescentes).

Sous différents aspects, la LED est très prometteuse sachant que ses performances énergétiques, sa durée de vie, … s’améliorent de jour en jour.

Pour en savoir plus sur les applications LED (lampes et luminaires) et leurs performances.

Durée de vie d’un « chip » LED

La durée de vie des puces LED avoisine théoriquement les 50 000 heures, durée pendant laquelle le flux lumineux reste au-dessus de 70 % du flux initial.

Schéma durée de vie d'un "chip" LED.

Cependant, cette durée dépend de plusieurs paramètres comme le courant qui la traverse et, donc indirectement de la température. Les 50 000 heures sont atteignables pour autant que la température de jonction ne dépasse pas 80-85 °C.

L’absence de « pièce fragile » comme le filament de nombreuses lampes, permet d’augurer une durée de vie plus importante. Par contre, comme tout composant électronique, la chip LED est sensible aux influences électromagnétiques. Pour ne pas raccourcir sa durée de vie, il est important que les constructeurs prévoient une bonne connexion à la terre.

Ces valeurs élevées doivent être vues comme une démonstration du potentiel élevé de la technologie LED.

Efficacité lumineuse des chip LED

L’efficacité lumineuse (lm/W) représente un des critères essentiels d’une source lumineuse. Certains fabricants annoncent une efficacité lumineuse de l’ordre de 100 lm/W sous forme commerciale et de 200 lm/W en laboratoire. Le maximum théorique serait de 230 lm/W (pour une température de jonction de 25°C).
De même que pour la durée de vie, ces valeurs élevées doivent être vues comme une démonstration du potentiel élevé de la technologie LED.

La température de jonction influence aussi le flux lumineux de la puce LED et donc son efficacité lumineuse. C’est principalement pour cette raison que les LEDs conviennent particulièrement bien pour les applications à basse température (surgélation, réfrigération, …) sachant que le flux lumineux augmente avec l’abaissement de la température de jonction. De plus, pour les basses températures, la durée de vie augmente.

Flux lumineux de démarrage

Contrairement à la plupart des lampes fluorescentes qui mettent un certain temps à atteindre leur flux lumineux optimal, les LEDs l’atteignent quasi instantanément. De plus, elles peuvent être commutées ON/OFF à chaud sans altération de leur durée de vie. Ce n’est pas le cas pour les lampes à décharge par exemple.

La gradation du flux lumineux

La gradation du flux lumineux des LEDs s’opère sur une large plage (presque 0 % à 100 %). Les pertes par gradation sont sensiblement les mêmes que pour les lampes fluorescentes équipées d’un ballast électronique performant.

Schéma gradation du flux lumineux.

À 0 % de flux lumineux, la consommation résiduelle est de l’ordre de 10-15 % de la puissance nominale.

Rayonnement IR et UV

Les LEDs ne génèrent pas ou peu de rayonnement infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV) dans le flux lumineux. Il est clair qu’elles génèrent de la chaleur, mais en grande partie de manière convective et non radiative. Autrement dit, la chaleur n’est pas émise dans le sens du flux lumineux. De par ces propriétés, les lampes LED sont intéressantes dans le cas d’application comme pour l’éclairage des œuvres d’art, des denrées alimentaires, des vêtements, …

Par contre l’élimination de la chaleur reste un problème majeur pour toutes les applications LED. Pour en savoir plus, cliquez ici !

Métier de la LED

Dans le monde de la conception LED apparaissent deux métiers : les concepteurs de puces LED et les concepteurs de luminaires ou lampes LEDs. Les premiers sont plutôt issus de l’industrie électronique, les seconds de la conception en éclairage (lampe ou luminaire). Dans ce domaine, à l’heure actuelle, il convient de prendre un certain recul par rapport à la tendance qu’ont les électroniciens à s’improviser professionnel de l’éclairage.

pour en savoir plus sur les lampes et luminaires à LEDs.

Données	Pour connaitre les valeurs caractéristiques des lampes LED.
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.

Publié par : Energie-Plus 14 Juil, 2008

Ateliers

Éclairage naturel et baies vitrées

Dans les ateliers, les tâches de travail peuvent vite devenir dangereuses lorsque le risque d’éblouissement est important. Intuitivement, on essayera d’ouvrir les façades orientées au nord pour la simple raison que la lumière naturelle côté nord est essentiellement une lumière diffuse avec un niveau d’éclairement relativement continu en journée. Mais les contraintes d’orientation ne peuvent pas toujours être maîtrisées :

En rénovation, les façades orientées au nord ne sont pas toujours disponibles à l’ouverture vers la lumière naturelle.

En conception nouvelle, le bâtiment ne peut pas toujours être orienté avec ses larges façades au nord.

Des alternatives intéressantes à considérer sont les ouvertures de toiture :

Les ouvertures de type coupole représentent un potentiel important d’éclairage naturel mais avec son lot d’inconvénients comme, par exemple, l’éblouissement zénithal et la surchauffe en été.

Les baies vitrées de type sheds orientées au nord permettent de maîtriser la surchauffe et l’éblouissement d’été. Elles offrent bien d’autres avantages comme, par exemple, la possibilité de coupler l’éclairage naturel côté nord aux panneaux photovoltaïques placés sur le versant des sheds côté sud.

Les ouvertures verticales en toiture

Début du siècle dernier, voire bien avant, ce type d’ouverture existait déjà. Nos ancêtres étaient bien inspirés en regard du confort visuel. Cependant, d’un point de vue thermique, les performances du simple vitrage et l’étanchéité des châssis ne permettaient pas des performances énergétiques géniales !

À l’heure actuelle, les performances thermiques des sheds deviennent très bonnes, ce qui permet à ceux-ci de pouvoir jouir d’une seconde jeunesse !

La mise en œuvre des sheds en conception nécessite quand même de respecter l’orientation nord-sud, et ce dans une « fourchette angulaire » relativement restreinte de manière à éviter les surchauffes et les éblouissements directs. De plus, d’un point de vue conceptuel, les sheds doivent être alignés sur la trame de la structure portante (alignement parallèlement ou perpendiculairement au rythme des poutres principales par exemple). Cette remarque montre la limite que l’on peut vite atteindre en cas de rénovation simple.

Les ouvertures verticales orientées vers le nord de type sheds apparaissent comme une solution très intéressante si l’on parvient à maîtriser le rayonnement solaire direct en début de matinée.

Le shed est intéressant sur plusieurs aspects. Il présente des avantages et inconvénients résumés dans le tableau suivant :

Avantages

Inconvénients

Éclairage naturel uniforme et constant sans risque d’éblouissement pour les expositions au nord.

Ventilation intensive naturelle possible et efficace en règle générale.

Possibilité de combinaison d’une ventilation naturelle avec la fonction de désenfumage (exutoire de fumée sur certain châssis vitrés.

Support d’éventuels panneaux solaires photovoltaïques.

Récupération de surfaces internes contre les façades (pour le stockage par exemple).

Meilleure isolation que les voutes filantes ou les coupoles en général.

Une surface de déperdition plus importante.

Coûts de mise en œuvre de la toiture plus importants (cependant, partiellement compensés par la réduction des surfaces vitrées en façade).

Les lanterneaux

Les lanterneaux étaient et restent les ouvertures zénithales les plus répandues. On peut arriver à des performances énergétiques proches de celles des doubles vitrages plans par l’utilisation de polycarbonates double voire triple couche. Cependant, la surchauffe et l’éblouissement sont les ennemis du lanterneau. Pour limiter le risque d’éblouissement direct et la surchauffe, un vitrage opalin est recommandé. La transmission lumineuse du vitrage est cependant fortement diminuée et la relation avec l’extérieur altérée (plus de possibilités d’analyser la couleur du ciel).

De manière générale, l’ouverture zénithale avec un lanterneau présente des avantages et inconvénients résumés dans le tableau suivant :

Avantages

Inconvénients

Éclairage naturel intéressant pour toutes les expositions.

Ventilation intensive naturelle possible et efficace en règle générale.

Possibilité de combinaison d’une ventilation naturelle avec la fonction de désenfumage (exutoire de fumée sur certains châssis vitrés.

Récupération de surfaces internes contre façades (pour le stockage par exemple).

Une surface de déperdition plus importante.

Coûts de mise en œuvre de la toiture plus importants (cependant, partiellement compensés par la réduction des surfaces vitrées en façade).

Risque de surchauffe et d’éblouissement direct.

Quantification de l’apport en éclairage naturel

Nous proposons ici, une étude théorique de l’apport en éclairage naturel de plusieurs solutions qui peuvent être envisagées dans un ateliers.

Quantitativement, l’apport en lumière naturelle au travers de différents types de baies vitrées passe par l’appréciation :

Du FLJ ou Facteur de Lumière du Jour. Le FLJ permet d’objectiver la qualité de la baie vitrée indépendamment de l’orientation, des conditions climatiques… On peut en tirer des enseignements quant à l’homogénéité de l’éclairage naturel, de la performance de la baie vitrée par rapport à sa taille, sa position dans la façade ou dans la toiture…

De l’autonomie en lumière du jour qui donne une idée relativement précise des consommations d’éclairage artificiel comme complément à l’éclairage naturel.

Un FLJ compris entre 3 et 5 % est en général un gage de bonne qualité de la lumière naturelle dans le local considéré. Dans la même optique, une autonomie en lumière naturelle de l’ordre de 50-60 % augure une bonne indépendance vis-à-vis de la lumière artificielle.

La quantification ne peut se réaliser que par l’utilisation d’outils de simulation dynamique en éclairage naturel. Des logiciels comme ECOTECH et DAYSIM.

Hypothèses de modélisation

La modélisation s’effectue en tenant compte de la volumétrie du projet de conception et des hypothèses sur :

L’horaire d’occupation : 06h00 à 22h00 ;
Le niveau d’éclairement : 300 lux à 0,80 m ;
Transmission lumineuse du vitrage : 70 % ;
Les coefficients de réflexion des parois internes :
Plafond : 40 %
Murs : 40 %
Dalle : 20 %

Simulation 1 : ouvertures verticales vers le nord en toiture

Schéma ouvertures verticales vers le nord en toiture.

Caractéristiques propres aux sheds

Surface nette éclairante : 99 m²
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 10 %
Réflecteurs du plafond des sheds : 80 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

1 < FLJ < 2 %

DA < 20 %

(*)

FLJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ;
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Une zone d’ombre au niveau de la façade nord réduit fortement la performance globale du système de « sheds ».

Simulation 2 : Ouvertures verticales vers le nord en toiture + fenêtre verticale en façade

Schéma ouvertures verticales vers le nord en toiture.

Caractéristiques propres aux sheds

Surface nette éclairante : 124 m²
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 13 %
Réflecteurs du plafond des sheds : 80 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

2 < FLJ < 3 %

DA < 40 %

(*)

LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ;
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Le placement d’un bandeau vitré en façade nord améliore permet de gommer les zones d’ombre. Globalement, le résultat est meilleur. Ceci dit, de manière pratique, tout dépend la hauteur à laquelle se situe ce bandeau, sachant que dans les ateliers toute surface vitrée en façade reste un inconvénient en termes d’exploitation des m² utiles.

Simulation 3 : ouvertures verticales vers le nord en toiture + fenêtre verticale en façade + optimisation

Schéma ouvertures verticales vers le nord en toiture - 2.

Caractéristiques propres aux sheds

Surface nette éclairante : 124 m² ;
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 13 % ;
Réflecteurs du plafond des sheds : 80 % ;
Transmission lumineuse du vitrage 80 %.
Plafond : 60 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

2,5 < FLJ < 5 %

DA < 40 %

(*)

LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ;
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Tout en évitant l’éblouissement et les surchauffes, les sheds à vitrages clairs proposent une solution intéressante pour les ateliers. Le confort visuel y est assuré ! Pour autant que le système d’éclairage artificiel soit géré de manière efficace, les consommations électriques peuvent être réduites de manière significative.

Simulation 4 : voute filante – vitrage opalin (TL 22 %)

Schéma voûte filante.

Caractéristiques propres aux lanterneaux

Surface nette éclairante : 157 m² ;
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 16,3 % ;
Transmission lumineuse du vitrage : 22 %.
Plafond : 60 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

1 < FLJ < 2 %

DA < 30 %

(*)

LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ;
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Ce type de configuration ne donne pas lieu à des résultats encourageants. D’autant plus, qu’avec les lanterneaux, on n’évite pas les éblouissements et les surchauffes d’été. En pratique, les occupants des espaces de travail sont obligés de se protéger par des toiles horizontales. Lorsqu’elles sont fixes, l’effet d’éclairage naturel est perdu. La mise en place d’un système de gestion automatique coûte très cher !

Simulation 5 : voute filante – vitrage opalin (TL 35 %)

Schéma voûte filante - 2.

Caractéristiques propres aux lanterneaux

Surface nette éclairante : 157 m² ;
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 16,3 % ;
Transmission lumineuse du vitrage : 35 %.
Plafond : 60 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

2 < FLJ < 3 %

DA < 45 %

(*)

LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % .
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

L’augmentation de la transmission lumineuse améliore la situation, mais amplifie aussi l’inconfort d’éblouissement et l’inconfort thermique en été.

Conclusions

De manière générale, les sheds donnent des résultats très intéressants. D’autant plus que la qualité de la lumière naturelle captée par les sheds est excellente pour les raisons déjà évoquées précédemment, à savoir :

la source d’éclairage naturel diffuse est relativement constante et pas éblouissante ;
les surchauffes dues aux apports directs sont évitées.

Envisager le placement d’un bandeau vitré en façade nord et une augmentation du coefficient de réflexion du plafond amélioration les performances des sheds ;

L’utilisation des lanterneaux permet d’approcher les critères de FLJ et ALJ envisagés (FLJ compris entre 3 et 5 %, ALJ > 50 %). Cependant, l’éblouissement doit être maîtrisé sachant que le rayonnement solaire direct est limité, mais toujours présent. De plus, les surchauffes potentielles ne seront pas évitées.

Quantification en éclairage artificiel

Choix du type de luminaire

Quel type de lampe ?

Dans l’atelier de hauteur inférieure à 7-8 m, deux types de source lumineuse ont été envisagées, à savoir :

les lampes aux halogénures métalliques ;
les tubes fluorescents.

Photo lampes aux halogénures métalliques.

Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.

Photo luminaire à lampe aux halogénures métalliques.

Luminaire à tubes fluorescents.

Quel type de luminaire ?

Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.

Luminaire à tubes fluorescents.

Une étude technico-économique peut être réalisée de façon à pouvoir sélectionner la meilleure solution. Il en ressort, que les luminaires à tubes fluorescents sont à préférer. Les principales raisons sont les suivantes :

Une grande efficacité énergétique,
Un très bon rendu des couleurs,
Une durée de vie importante,
Un faible coût d’investissement.

De plus, si on les compare aux lampes aux halogénures métalliques, on constate que :

Leur faible flux lumineux (4.300 lm pour une lampe de 49 W) les rend moins éblouissantes que les lampes aux halogénures ;

De même, elles nécessitent l’installation d’un plus grand nombre de lampes. On obtiendra ainsi une plus grande uniformité d’éclairement qu’avec des lampes à décharge haute pression et une réduction des ombres portées ;

Vu le grand nombre de points lumineux, si une lampe est défectueuse, elle ne laissera pas une tache sombre au sol en attendant d’être remplacée ;

Elles peuvent être dimées facilement et permettent donc une gestion de commande plus perfectionnée.

Choix du système d’éclairage

En fonction de la géométrie de l’atelier et pour des raisons de modularité, de flexibilité et de rendement, une solution est privilégiée :

Une base de 4 rails de ligne lumineuse (utilisé à titre d’exemple dans la modélisation) traversant le hall. Ces rails ont été fixés au-dessus du pont roulant ;

Les luminaires sont alors attachés simplement par des verrous quart de tour.

Le câblage spécialement conçu et intégré d’usine dans le rail porteur du luminaire révolutionne la méthode d’installation, la rend variable, nettement plus rapide et plus simple.

Coupe transversale d’un rail précablé et luminaire adapté au rail profilé pour un montage rapide.

Source : Zumtobel.

Évaluation du niveau d’éclairage artificiel

Modélisation

Schéma modélisation.

La modélisation de l’éclairage artificiel est réalisée pour un niveau d’éclairement souhaité de 300 lux sur base des hypothèses suivantes :

Hauteur du plan de travail : 0,80 m
Facteur d’entretien : 0,70
Facteur de réflexion :
Sol : 0,2
Mur : 0.5
Toit : 0,5
Niveau d’éclairement souhaité de 300 lux

Simulation

liste des luminaires
N°	Quantité	Désignation (Facteur de maintenance)	φ (lm)	P (W)
1	60	Tubes fluorescents sur rails lumineux 2 x 49 W T16	8 600	109
		Total	516 000	6 540
Puissance installée spécifique : 6,81 W/m² (surface au sol 960 m²)
Puissance installée spécifique : 2,12 W/m²/100 lux (surface au sol 960 m²)

Adaptabilité

La principale caractéristique de ce type d’installation sur rail est de pouvoir accepter tous les luminaires de la gamme et donc on peut alterner différente puissance et dimension de tube.

Il est donc possible d’adapter le nombre et le type de luminaire pour augmenter le niveau d’éclairement souhaité en un point en fonction de l’activité.

Évaluation des consommations d’énergie

L’influence d’une gestion en fonction de la lumière du jour est évaluée, à partir du logiciel LIGHTSWITCH, selon le niveau d’éclairement souhaité et selon le type d’ouverture prévue en toiture.

On considère que l’éclairage est allumé tout les jours de la semaine de 6h00 à 22h00. Le niveau d’éclairement maintenu est de 300 lux sur l’ensemble de l’espace.

Lumière du jour

En conception, l’éclairage est dimensionné sans prendre en compte l’apport de lumière naturelle. Par contre, une gradation automatique commandée en fonction de la lumière du jour permet d’adapter la puissance de l’éclairage en fonction de l’apport de l’éclairage naturel. Un capteur enregistre la quantité de lumière du jour et réduit le flux lumineux de l’éclairage en fonction de leur position par rapport à la fenêtre.

Maintenance control

Les installations d’éclairage doivent être surdimensionnées pour pouvoir remplir les dispositions de la norme EN 12464 en matière d’éclairement minimal à maintenir durant toute l’utilisation. C’est pourquoi on calcule généralement une réserve très large, vu que l’éclairement diminue au fur et à mesure du vieillissement, de l’encrassement des luminaires, de l’encrassement de la pièce et de la durée de vie de la lampe.

Des installations de gestion centralisée permettent de piloter les lampes de manière à maintenir toujours le niveau d’éclairement à la valeur requise. Ainsi seule l’énergie absolument nécessaire est consommée. Des éclairements plus élevés permettent en plus d’optimiser les intervalles de maintenance.

Sans maintenance Control
Un flux lumineux trop élevé et une forte consommation en permanence.

Avec maintenance Control
Un flux lumineux constant et une consommation réduite.
Calculé sur une période de 15 ans, cette fonction permet d’économiser
jusqu’à un tiers des frais d’exploitation des luminaires et en même temps de rallonger sensiblement les intervalles d’entretien.

Le facteur de maintenance considéré pour le dimensionnement de l’éclairage est de 0,70. L’éclairage est donc surdimensionné de 30 %. Le maintien d’un flux constant permet d’économiser de l’ordre de 10 %.

Consommations énergétiques

Suivant les différentes configurations d’éclairage naturel envisagées ci-dessus, les consommations énergétiques de l’éclairage artificiel sont simulées :

Puissance installée : 7 W/m²	Consommation annuelle théorique d’éclairage artificiel selon le type de gestion
Puissance installée : 7 W/m²		Gestion en fonction d’un horaire	Gestion automatique de la lumière du jour sur bas d’un Heliomètre positionné		Gestion automatique de la lumière du jour sur bas d’un Heliomètre positionné + maintient du flux constant
Alt 1 Éclairage zénithal nord – vitrage sélectif	30,0 kWh/m².an	25,0 kWh/m².an	16,7 %	22,7 kWh/m².an	24,3 %
Alt 2 Éclairage zénithal nord + bandeau lumineux en façade nord – vitrage sélectif	30,0 kWh/m².an	22,4 kWh/m².an	25,3 %	20,4 kWh/m².an	32,0 %
Alt 3 Éclairage zénithal nord + bandeau lumineux en façade nord – vitrage clair – parois claires	30,0 kWh/m².an	20,2 kWh/m².an	32,7 %	18,5 kWh/m².an	38,3 %
Alt 4 Éclairage zénithal coupole – vitrage translucide (TL 22 %) + parois claires	30,0 kWh/m².an	24,3 kWh/m².an	19 %	22,1 kWh/m².an	26,3 %
Alt 5 Éclairage zénithal coupole – vitrage translucide (TL 35 %) + parois claires	30,0 kWh/m².an	19,6 kWh/m².an	34,7 %	18 kWh/m².an	40 %

D’un point de vue consommation énergétique, les alternatives 3 et 5 avec une gestion automatique par rapport à la lumière du jour et un maintien du flux constant sont intéressantes. Cependant, il faut rappeler que d’un point de vue confort visuel (éblouissement) et thermique (surchauffe d’été), l’alternative 3 avec les sheds orientés au nord est celle qui donne les meilleurs résultats.

Publié par : Energie-Plus 10 Juil, 2008

Choisir l’emplacement des luminaires dans les commerces

Les situations sont tellement nombreuses dans les commerces qu’il est impossible de donner une règle générale permettant de positionner idéalement les luminaires.

Parmi les caractéristiques à ne pas perdre de vue, la hauteur des rayons est d’une grande importance. Elle influencera les niveaux d’éclairement et l’uniformité de l’éclairage général. Dans le cas de rayonnage haut, comme ceux que l’on retrouve dans les supermarchés, il faudra bien tenir compte de la position relative des luminaires par rapport aux rayonnages. Le dimensionnement devra être réalisé par un logiciel de calcul permettant de prendre en compte la position et la taille de ces meubles.

Publié par : Energie-Plus 8 Juil, 2008

Prescriptions relatives à l’éclairage dans les commerces

Zone de rangement en rayonnage

Il est utile de pouvoir connaître les niveaux d’éclairement recommandé suivant l’ergonomie de travail (le confort de la tâche de travail).

Dans la norme NBN EN 12464-1, on établit une nomenclature dans laquelle on retrouve pour différents locaux des bâtiments du tertiaire, entre autres, les paramètres suivants :

le niveau d’éclairement moyen Em à respecter au niveau de la tâche,
la valeur limite de l’UGR,
l’uniformité d’éclairement U_o minimale pour maintenir l’éclairement recommandé,
l’indice du rendu des couleurs des lampes Ra,
et des remarques spécifiques à des cas particuliers.

Zone de rangement en rayonnage

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques
Allées centrales : non occupées	20	–	0,40	40	Eclairement au niveau du sol.
Allées centrales : occupées	150	22	0,40	60	Eclairement au niveau du sol.

Magasin de vente au détail

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques
Zones de vente	300	22	0,40	80	–
Zones des caisses	500	19	0,60	80	–
Table d’emballage	500	19	0,60	80	–

Parcs de stationnement de voitures (couvert)

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques
Rampes d’entrée et de sortie (de jour)	300	25	0,40	40	1. Eclairement au niveau du sol. 2. Les couleurs de sécurités doivent être identifiables.
Rampes d’entrées et de sortie (de nuit)	75	25	0,40	40	1. Eclairement au niveau du sol. 2. Les couleurs de sécurités doivent être identifiables.
Voies de circulation	75	25	0,40	40	1. Eclairement au niveau du sol. 2. Les couleurs de sécurités doivent être identifiables.

Publié par : Energie-Plus 1 Juil, 2008

Choisir entre les différents types de programme de maintenance

Planifier la maintenance, pourquoi ?

Lorsque l’on planifie une maintenance, on désire définir :

le surdimensionnement initial de l’installation
l’intervalle de temps entre deux nettoyages des luminaires
l’intervalle de temps entre deux nettoyages des parois
l’intervalle de temps entre deux relamping (remplacement de toutes les lampes)

La détermination de ses valeurs passent par le calcul des paramètres suivants :

LLMF = facteur de maintenance du flux lumineux de la lampe
LSF = facteur de survie de la lampe
LMF = facteur de maintenance du luminaire
RSMF = facteur de maintenance des parois du local
MF = facteur de maintenance de l’installation (MF=LLMF.LSF.LMF.RSMF)

En effet, il est toujours nécessaire de surdimensionner un système d’éclairage. La quantité de lumière émise va en effet diminuer au cours du temps, et cela pour plusieurs raisons (vieillissement de l’appareillage, encrassement des luminaires…). Dans les calculs, ce surdimensionnement est pris en compte via le facteur de maintenance MF :

Emoyen initial = Emoyen requis / MF

Avant de procéder à un relamping, il sera possible d’améliorer l’efficacité en service de l’installation, de retrouver une partie de son efficacité en pratiquant un nettoyage des luminaires ou des parois du local.

Enfin, quand l’efficacité du système sera devenue trop faible, il y aura lieu d’effectuer un relamping. Celui-ci devra permettre de restituer à l’installation une efficacité proche de celle qu’il avait initialement.

Le processus menant à la détermination de ces différents facteurs peut être schématisé comme suit :

Le but du jeu étant d’optimiser la valeur du facteur de maintenance tout en définissant des intervalles de temps cohérents. Ce processus devra être réalisé pour toute nouvelle conception. En effet, il n’existe malheureusement pas de recette miracle pour planifier la maintenance.

Une fois la valeur de facteur de maintenance déterminée, celle-ci peut être utilisée dans un logiciel de simulation de l’éclairage (par exemple Dialux) pour définir le nombre de lampes et de luminaires utilisés. À partir de ces valeurs, il est possible de faire l’étude économique de chaque système et de son programme de maintenance, et ainsi de déterminer le meilleur d’entre eux.

À défaut des valeurs issues des catalogues, le CSTC et la CIE ont publié des rapports reprenant les valeurs (LLMF, LSF, LMF, RSMF) à utiliser pour planifier la maintenance d’un système d’éclairage. Ces dossiers donnent les valeurs moyennes à utiliser et, comme expliquer par la suite, il y a lieu de modifier ses valeurs pour tenir compte de la valeur de la durée de vie moyenne d’une lampe en particulier.

La maintenance préventive

Application

Ce type de programme peut être envisagé pour les grandes installations, lorsqu’il est acceptable qu’un certain nombre de lampes des lampes soit hors services.

Procédure

Le renouvellement des lampes (relamping) est réalisé avant la fin de leur durée de vie moyenne et un nettoyage des luminaires est planifié de manière régulière. La périodicité de ce renouvellement peut être fixée en fonction de deux critères de planification complémentaires. Le système est composé de deux catégories de lampes, celles hors services et celles ayant brulé un certain nombre d’ heures.

Critères de planification

Deux critères complémentaires peuvent être utilisés ici :

Le flux lumineux minimum émis par l’ensemble de l’installation (produit du facteur de maintenance du flux lumineux de la lampe (LLMF) et du facteur de survie des lampes (LSF).

Le pourcentage admissible de lampes défectueuses. Ce critère, en plus d’influencer l’efficacité du système d’éclairage, a un impact certain sur l’esthétique de l’installation. Si on opte pour ce type de programme de maintenance, il faut garder à l’esprit qu’il ne sera pas possible de conserver un système sans lampes défectueuses pendant toute la période précédent le relamping.

La maintenance curative

Application

Ce type de programme est en général utilisé pour les installations où il n’est pas acceptable que certaines lampes soient hors service. Il sera facilement mis en œuvre pour de petites installations. Un relamping complet de l’installation sera néanmoins tôt ou tard obligatoire (vieillissement de l’appareillage, notamment électrique, équipement dépassé, …)

Procédure

Les lampes défectueuses et l’appareillage électrique défaillant sont remplacés au coup par coup et un nettoyage des luminaires est planifié de manière régulière. Le système est donc constamment constitué de lampes ayant brulé un nombre d’heures différent.

La maintenance mixte

Application

Ce type de programme est en général mis en place dans le cas d’installation où il n’est pas acceptable que certaines lampes soient hors service et où l’on désire planifier un relamping régulier.

Procédure

Une combinaison des deux procédures précédentes. Les lampes défectueuses sont remplacées au coup par coup et un nettoyage des luminaires est planifié de manière régulière. Le système est donc constamment constitué de lampes ayant brûlé un nombre d’heures différent. Un relamping est prévu à intervalle fixe.

Critère de planification

Étant donné que les lampes hors services sont continuellement remplacées, le flux lumineux restant de l’ensemble de l’installation (cf. ci-dessus) tendra vers une certaine valeur. Cette valeur est dans la plupart des cas acceptable, comme le montre le graphique suivant (1 000 h de fonctionnement par an). Cette valeur ne servira généralement pas de critère de planification.

LLMF : facteur de maintenance du flux lumineux de l’installation

(flux en service) = (flux initial) . LLMF

Les valeurs indiquées ici sont des moyennes.

Les lampes aux halogénures métalliques font exception. Dans ce cas, pour contrer les effets de la diminution de leur flux lumineux, il serait par exemple nécessaire de surdimensionner l’installation (sensée fonctionner au moins 18 000 h) de 35 %, ce qui du point de vue de l’énergie est inacceptable. Dans ce cas, un relamping devra être envisagé avant que le facteur de maintenance du flux lumineux ne descende sous une certaine valeur (NB : énergétiquement les lampes fluocompactes deviendraient dans le cas contraire plus efficaces, avec une efficacité lumineuse moyenne en service de 56.07 lm/W (0.89*63) contre 55.42 lm/W (0.68*81.5) pour les halogénures métalliques).

Pour les autres lampes, le critère de planification sera plutôt le pourcentage de lampes changées avant relamping. Ce critère influencera essentiellement le bilan économique de l’installation. Il peut par exemple sembler naturel d’effectuer un relamping juste avant la fin de vie moyenne des lampes. En effet, c’est vers cette période que le plus grand nombre de lampes devra être remplacé. Une autre manière de faire est d’envisager un relamping avant que X % des lampes n’ait été changé. C’est ce que montre le graphique suivant dans le cadre d’un système fictif.

Éviter les consommations excessives liées au surdimensionnement

La surconsommation initiale n’est pas une fatalité. Les choix relatifs au mode de gestion de l’éclairage ou le recours à des technologies proposées par certains constructeurs permettent d’économiser l’énergie liée au surdimensionnement. Le principe est à chaque fois le même, dimmer les luminaires de manière à ne fournir que le niveau d’éclairement nécessaire :

Gestion classique : les luminaires sont alimentés à puissance constante, le niveau d’éclairement varie d’une valeur excessive à la valeur à maintenir.

Gestion avancée : les luminaires sont alimentés à puissance variable de manière à toujours fournir exactement le niveau d’éclairement nécessaire. La puissance est déterminée soit en temps réel par mesure de la luminance, soit par calcul théorique.

Mesure de la luminance au niveau de chaque luminaire

Une manière de lier l’éclairage artificiel à l’éclairage naturel est d’équiper chaque luminaire muni d’un ballast électronique dimmable d’un capteur qui mesure la luminance. Le capteur agit directement sur le ballast du luminaire et régule le flux lumineux pour maintenir en permanence l’éclairement recommandé. (Il existe également des systèmes à régulation centrale, mais ce système a l’avantage d’être très simple et bon marché. Il faudra néanmoins réaliser la phase de réglage initiale avec soin !)

Quand ce genre de système est choisi, il permet de limiter la surconsommation initiale. En effet, le réglage sera réalisé de manière à fournir les lux suffisant sur le plan de travail. Le vieillissement et l’encrassement des appareils conduiront à une baisse du niveau d’éclairement qui sera compensée par l’augmentation du flux émis par la lampe.

Bien sûr il est toujours nécessaire de surdimensionner l’installation et donc de réaliser une planification correcte de la maintenance.

Par calcul théorique

Certaines firmes proposent des solutions basées sur des calculs théoriques. Les ballasts à commande numérique sont alors commandés selon une fonction qui assure un niveau d’éclairement constant et consomment uniquement l’énergie minimale nécessaire.

Selon un des constructeurs, sur 15 ans, cette méthode permet d’économiser jusqu’à un tiers des frais d’exploitation des luminaires. Nous n’avons pu nous procurer les études ayant conduit à la détermination des modèles théoriques, il nous est donc difficile de nous prononcer plus favorablement pour ce genre de solution. Quoi qu’il en soit, cette piste d’économie très intéressante est à explorer.

À noter que ce genre de fonction, comme il se base sur des calculs théoriques, sera moins précis que la technique de mesure de la luminance. En effet, à l’intérieur d’une famille de lampes, les différents spécimens posséderont déjà des caractéristiques pouvant être fortement différentes.

Publié par : Sylvie 22 Mai, 2008

Tableau récapitulatif des principales caractéristiques

Types de lampe	Puissances (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (sans ballast) (lm/W)	IRC	T°de couleur (K)	Durée de vie utile (h)	Durée de vie moyenne (h)	Dimmable	Domaine d’application
Incandescente normale	7 à 300	21 à 4 850	3 à 19	100	2 700 (2 600 à 3 000)	Plus de 1 000**	1 000 (jusque 3 000 dans de rares cas)	oui	Domestique essentiellement Retrait du marché
Incandescente halogène *	5 à 500	60 à 9 900	12 à 28	100	3 000 (de 2 800 à 4 700)	Plus de 2 000**	2 000 (1 500 à 5 000)	oui	Domestique essentiellement Retrait du marché
Tube fluorescent	4 à 140	120 à 8 350	30 à 112	50 à 98	2 700 à 8 000	Plus de 20 000**	12 000 à 66 000	oui	Éclairage général des commerces et bureaux, éclairage industriel, sportif
Fluo- compacte culot à visser	5 à 30	150 à 2 000	30 à 67	82 à 85	2 700	Plus de 10 000**	10 000 (6 000 à 15 000)	oui certains produits spéciaux	En substitution aux incandescentes
Fluo- compacte culot à broche	5 à 120	250 à 9 000	42 à 82	80 à 98	2700 à 4 000	Plus de 10 000**	6 500 à 20 000	oui	Éclairage domestique et tertiaire
Halogénures métalliques	20 à 2 100	1 300 à 225 000	37 à 118	65 à 95	2 600 à 5 600	Plus de 6 000**	15 000 à 24 000	non	Éclairage tertiaire, accentuation dans les commerces, éclairage public, sportif et industriel
Sodium haute pression	35 à 1 000	3 400 à 130 000	35 à 150	25 à 81***	1 800 à 2 200	Plus de 30 000**	10 000 à 30 000**	oui	Éclairage routier, industriel, horticole, des salles et terrains de sport
Mercure haute pression	50 à 1 000	1 100 à 58 500	11 à 60	36 à 72	2 900 à 4 200	8 000**	20 000**	non	Éclairage industriel et extérieur
Sodium basse pression	18 à 185	1 800 à 32 000	100 à 200	–	1 800	–	Largement supérieur à 16 000	non	Éclairage autoroute
Induction	55 à 85	3 500 à 6 000	65 à 70	80 à 85	2 700 à 4 000	30 000 à 40 000	60 000	non	Anciennement éclairage intérieur et extérieur quand l’accès est difficile
Lampe LED	1 à 18	140 à 950	30 à 120	80 à 90****	2 700 à 4 000	Plus de 15 000	25 000 à 30 000	oui si le driver le permet	Éclairage domestique et tertiaire

* Parmi les lampes halogènes, quelques gammes présentent des puissances allant jusqu’à 2 000 W. Le flux émis peut alors atteindre 50 000 (lm), avec une efficacité lumineuse de seulement 25 lm/W. Il faudra faire attention aux surchauffes…

** Selon CIE 97:2005

*** Seule de rares gammes atteignent de telles valeurs d’Indice de Rendu des Couleurs (81). En général, l’IRC maximal des Sodium haute pression est de 65.

**** Mauvais rendu des tonalités rouges

Voici, un comparatif des performances lumineuses de différentes sources permettant de se faire une idée de l’orientation que risque de prendre le marché :

Ce dernier tableau permet de comparer les différents lots de lampes entre eux. On voit tout de suite que les incandescentes (standards et halogènes) présentent une mauvaise efficacité énergétique initiale, et qu’en plus, celle-ci diminuera très vite en fonctionnement par l’augmentation du pourcentage de lampes hors service et par la diminution du flux qu’elles émettent.

Les lampes les plus intéressantes seront celles présentant une courbe la plus haute et la plus horizontale possible !

Les halogénures métalliques bien que présentant une efficacité lumineuse initiale élevée deviennent rapidement moins efficaces que les tubes fluorescents. Leur efficacité se rapproche d’ailleurs rapidement de celle des fluocompactes.

Si le but est de changer le moins souvent possible les lampes, et donc de limiter les frais de maintenance en même temps que les frais liés à la consommation d’électricité on optera alors pour les sodiums haute pression (ou pour les lampes à induction…). On fera particulièrement attention à l’Indice de Rendu des Couleurs (IRC) et à la température de couleur. En effet, ces lampes ne présentent pas les meilleures performances pour ces deux aspects. Pour obtenir un indice de rendu des couleurs suffisant, il faudra se tourner vers les iodures métalliques à brûleur céramique.

Pour comparer l’efficacité moyenne en service de différentes lampes correspondant à une situation précise.

Pour en savoir plus sur les caractéristiques des LED.

Publié par : Energie-Plus 24 Avr, 2008

Choisir les ballasts et les « drivers »

Les ballasts pour lampes fluorescentes

En conception, choix s’effectue entre 3 types de ballasts :

électronique avec préchauffage,
électronique sans préchauffage,
électronique gradable ou dimmable.

BE pour tube T8, BE pour tube T5, BED pour tube T5.

BE : ballast électronique
BED : ballast électronique « dimmable »

En fonction de la durée d’utilisation

En conception, il est illusoire de vouloir faire une comparaison de performance entre un ballast électromagnétique et un ballast électronique. En effet, le ballast électronique a une consommation propre plus faible que le ballast électromagnétique et augmente la durée de vie des lampes. Le ballast électromagnétique à très faible perte reste sur le marché uniquement pour des circonstances où le ballast électronique n’est pas à recommander (p.ex. certains environnements industriels).

Il faut cependant savoir qu’un ballast électronique implique un risque de défectuosité plus grand qu’un ballast électromagnétique. Ceci est normal étant donné le nombre de composants de ces ballasts. Il faut donc choisir des ballasts de qualité, éprouvés sur le marché.

Des ballasts électroniques à préchauffage doivent être placés dès que l’installation est susceptible d’être allumée et éteinte plus de 2 fois par jour.

Ce n’est que dans le cas d’une utilisation absolument continue des lampes que le ballast électronique sans préchauffage peut être utilisé. En outre, toutes les marques de lampe ne peuvent fonctionner correctement avec tous les ballasts électroniques. Chaque ballast est conçu pour une résistance donnée des électrodes du tube fluorescent. On peut ainsi avoir un taux de défectuosité important des lampes uniquement parce que la marque des tubes fluorescents utilisés n’est pas compatible avec la marque du ballast choisi. Au moment de l’installation, il est difficile de vérifier si ce problème est présent. On peut cependant se renseigner auprès du fabricant (de luminaires ou de ballasts) pour savoir si le ballast proposé a été développé pour les lampes choisies.

En fonction de l’apport de lumière naturelle

Lorsque les locaux bénéficient d’un pourcentage standard d’ouverture dans la façade de 40 .. 60 %, le fait de placer des ballasts électroniques dimmables permet de tabler sur des économies d’énergie de l’ordre de 30 .. 50 % pour la rangée de luminaires proche des fenêtres et 15 .. 30 % pour la rangée contiguë en cas de gestion appropriée.

La rentabilité du système de gestion dépendra bien entendu, du tarif électrique appliqué au bâtiment.

Pour estimer le gain réalisé en plaçant des ballasts électroniques dimmables : cliquez ici !

Par rapport à la classe énergétique définie dans la directive 2000/55/CE

Pour les ballasts électroniques, on impose que la catégorie énergétique soit au minimum A3.

Pour assurer plusieurs niveaux d’éclairements et/ou éviter le suréclairement

Dans certaines situations, il est intéressant de placer des ballasts électroniques dimmables. Ceux-ci, raccordés à un simple dimmer permettent, après installation, d’ajuster le niveau d’éclairement en fonction des réactions des utilisateurs ou des besoins réels. Par exemple, dans les salles de sports utilisées pour la compétition, on doit assurer plusieurs niveaux d’éclairement.

Si les luminaires ne sont pas prévus pour allumer un nombre différent de lampes par luminaire, les différents niveaux peuvent être atteints par « dimming« . Dans ce cas, on devra opter pour des ballasts électroniques dimmables.

Ceux-ci permettent d’ajuster le niveau d’éclairement en fonction des besoins. En outre, on limite ainsi le surdimensionnement inévitable des nouvelles installations.

Pour assurer une plus grande sécurité

Beaucoup de machines, dans les ateliers, ont des mouvements périodiques. L’utilisation de lampes fluorescentes ou à décharge (au sodium haute pression, aux iodures métalliques,…) risquent, si elles sont alimentées à la même fréquence que les machines, de provoquer des illusions d’optiques très dangereuses pour l’utilisateur. Ce phénomène s’appelle l’effet stroboscopique : si une machine tourne à la même fréquence que le clignotement des lampes (par exemple 50 Hz), on aura l’impression qu’elle est immobile, ce qui peut provoquer des accidents très graves.

Machine tournante éclairée par une lampe avec ballast haute fréquence (à gauche) et éclairée par une lampe avec ballast 50 Hz (à droite).

Pour éviter cela, on choisira de nouveau les ballasts électroniques qui, contrairement aux ballasts électromagnétiques traditionnels, fonctionnent eux à haute fréquence (plus de 25 kHz).

En cas d’hésitation

Certains constructeurs proposent des luminaires intelligents possédant un grand nombre de fonctions qui sont initialement bloquées (gradation, régulation en fonction de la lumière du jour, …). Celles-ci peuvent être activées par après grâce à l’utilisation de l’interface standard DALI.

Ce genre de système présente deux gros avantages :

Le coût de base du luminaire correspond aux fonctions disponibles initialement. Chaque ajout de fonctions devra être payé par après.
Lorsque l’on veut ajouter des fonctions au système d’éclairage, il n’est plus nécessaire de réaliser des travaux importants et coûteux de remplacement des luminaires et de câblage. La fonction est simplement débloquée grâce à une extension logicielle.

Particularité des hôpitaux

La lampe fluorescente et son ballast produisent des ondes électromagnétiques. Celles-ci sont accentuées avec l’utilisation de ballasts électroniques. Elles peuvent perturber le fonctionnement des appareils électroniques de précision (électro-encéphalogramme, électro-cardiogramme, …). C’est pourquoi leur utilisation peut parfois poser des problèmes dans les salles d’opération, les soins intensifs, … Ce problème est encore plus critique pour les lampes fluocompactes à ballast incorporé car celui-ci n’est pas déparasité.

Pour limiter les risques, on peut :

exiger la garantie du fabricant du luminaire quant à l’utilisation de son matériel dans ces circonstances particulières, et exiger la conformité aux normes concernant les ballasts électroniques :
- EN 60928 sécurité
- EN 60929 fonctionnement
- EN 61547 compatibilité électromagnétique
- EN 61000-3-2 harmoniques
éloigner le plus possible les appareils de mesure des luminaires, les perturbations diminuant avec la distance,
sortir tous les ballasts de la zone de travail,
utiliser, à défaut, des lampes halogène.

En tout cas, les luminaires devront, au minimum, porter un label garantissant la limitation des émissions parasites.

Choix des auxiliaires.

Les ballasts pour lampes à décharge

Ballast électronique, pour lampe à vapeur de sodium HP.
Ballast électronique pour lampe aux iodures métalliques.

En fonction de la durée de vie de la lampe

Pour les lampes à décharge au sodium haute pression ou aux iodures métalliques, les ballasts électroniques s’imposent, car ils peuvent accroître la durée de vie des lampes à décharge jusqu’à 30 %.

En fonction de la sécurité

Ici aussi, les ballasts électroniques sont recommandés pour la simple raison qu’ils éliminent les problèmes de clignotement et, par conséquent, d’effet stroboscopique.

En fonction de l’apport de lumière naturelle

À l’heure actuelle, certains constructeurs proposent des ballasts électroniques dimmables pour les lampes à décharge à vapeur de sodium HP et à iodure ou halogénure métallique (surcoût de 20 % par rapport aux ballasts électroniques). Certains constructeurs proposent même des ballasts électroniques dimmables et programmables de type DALI. Avec ce type de ballast, les flux sont réglables jusqu’à 50 % de la valeur nominale. Mais le dimming des lampes à iodure ou halogénure risque encore de poser des problèmes (changement de couleur).

Les ballasts DALI

À l’heure actuelle, les ballasts électroniques de type DALI ont le même ordre de grandeur de prix que les ballasts électroniques dimmables analogiques. Dans les bâtiments de taille moyenne ou importante et avec des apports de lumière naturelle corrects, on a tout intérêt à orienter le choix d’un ballast vers un type DALI. Il offre beaucoup plus de possibilités :

de gestion centralisée par groupe adressable de façon à générer facilement des zonages. Les zonages seront très flexibles et permettront au bâtiment d’évoluer sans grand investissement comme le recâblage ;
de contrôle des lampes à distance ;
d’interfaçage facile avec des bus de type IEB (KNX) ;
…

Les drivers des LEDs

En général, chaque LED à sa propre alimentation ; c’est un gage de qualité ! Les LEDs étant souvent commandées en très basse tension et en faible courant, il faut se méfier des chutes de tension en ligne entre le driver et la lampe. Pour cette raison, il est nécessaire de limiter les longueurs de câble. Pour tout système d’éclairage à LED, le choix de l’alimentation prendra en compte de la concordance entre celle-ci et la source d’éclairage :

des tensions et courants de commande ;
de la puissance ;
de la classe d’isolation électrique (classe I à III ou de la simple isolation à la double en très basse tension).

Driver dimmable de lampe LED et driver à courant constant de lampe LED.

Publié par : Energie-Plus 18 Jan, 2008

Choisir les cables du réseau de distribution

Influence de la section des câbles

Pour les circuits d’éclairage fortement chargés, où le courant absorbé est de l’ordre de 10 A, il est intéressant de dimensionner les câbles de distribution en 2.5 mm² plutôt qu’en 1.5 mm². En effet, la réduction des pertes par effet joule (et donc de la consommation) compense le surcoût dû à l’augmentation de section.

Exemple

Soit l’installation suivante :

Des luminaires de 58 W chacun.
Le premier luminaire est séparé d’un mètre de l’alimentation 230 V.
Les luminaires suivants sont séparés entre eux de 1 mètre.
Chaque luminaire est parcouru par un courant de l’ordre de 0.3 A et donc la première section du circuit d’éclairage est parcourue par un courant de l’ordre de 10 A, le second 9.7 A, etc …

On bénéficie aussi des données suivantes :

le prix du kWh est de 0.17 €,
le surcoût du câble en 2.5² par rapport au 1.5² est de l’ordre de 3,67 €/m.

On prend les hypothèses suivantes :

la perte des ballasts est négligeable par rapport à la puissance consommée par les lampes ;
l’installation fonctionne 2 500 heures par an.

On obtient les résultats suivants :

Interprétation

Le choix d’une section de 2.5 mm² au lieu de 1,5 mm² est assez peu rentable quel que soit le nombre de luminaires (entre 10 et 30 ans). Le temps de retour simple est, exprimé comme le rapport entre le surcoût d’une section 2.5 mm² par rapport à une section de 1,5 mm² et le coût de la réduction de consommation par effet joule (moins de perte dans une section de 2,5 mm² que dans 1,5 mm²).

Conclusion

Sur la durée de vie de l’installation d’éclairage (> 30 ans), on a intérêt à légèrement surdimensionner les sections de câbles. C’est le prix du cuivre qui réduit fortement la rentabilité.

Publié par : Energie-Plus 13 Déc, 2007

Choisir le type d’éclairage : direct, mixte ou indirect ?

Éclairage direct

C’est l’éclairage direct qui donne les meilleurs résultats en termes de conception énergétique. On peut arriver à des valeurs de puissance spécifique sous certaines conditions de l’ordre de 1,5 W/m²/100 lux. Suivant l’usage des locaux ou des espaces dans les locaux, trois types d’éclairage ou un mixte des trois seront envisagés :

un éclairage général uniforme ;
un éclairage général orienté ;
un éclairage ponctuel.

Éclairage général uniforme

L’éclairage général uniforme permet d’avoir une grande flexibilité des postes de travail. Attention toutefois que ce genre de considération conduit souvent à un surdimensionnement inutile des installations d’éclairage. La dernière version de la norme NBN EN 12464-1 palie à ce risque de surdimensionnement. En effet, dans la zone dite « de fond », le niveau d’éclairement peut être réduit au tiers de celui de la zone de travail et l’uniformité à 0,1. Ce qui permet d’envisager un éclairage général uniforme de faible niveau d’éclairement et de prévoir des zones de travail mobiles et flexibles avec l’uniformité et le niveau d’éclairement requis. Énergétiquement parlant, c’est acceptable et vivement conseillé.

Exemple
Soit un hall d’usinage qui demande une très grande flexibilité par rapport à la position des postes de travail. Le niveau d’éclairement pour certains postes de travail pourrait être de 750 lux. Selon la NBN EN 12464-1, le niveau d’éclairement moyen devrait s’élever à 250 lux.

Cette configuration de luminaires permet d’envisager :

De modifier complètement la disposition du hall sans toucher à l’éclairage ;
Une disposition variable des postes de travail sur toute la surface du hall ;
L’installation de nouveaux équipements.

Les caractéristiques des luminaires peuvent être les suivantes :

Une répartition de façon non préférentielle ;
Des luminaires à caractéristiques modifiables (position des lampes, type de réflecteur, …) ;
Des luminaires montés sur rails porteurs, donc facilement déplaçables ; ce qui avait été envisagé dans l’étude de cas réalisée.

Éclairage général orienté

Lorsque la position des zones de travail est fixe (tableau d’une salle de cours, écran d’une salle de réunion, machines-outils fixes, …), localiser l’éclairage près des zones de travail est une excellente méthode pour limiter la puissance installée.
Attention toutefois au recommandation de la norme NBN EN 12464-1 : Éviter des contrastes trop élevés. Dans la zone dite « de fond », le niveau d’éclairement peut être réduit au tiers de celui de la zone de travail et l’uniformité à 0,1.
De manière générale, ce type d’éclairage permet :

D’envisager un niveau d’éclairement plus faible pour les circulations.
D’éviter de trop éclairer des zones où la lumière naturelle est présente en abondance sachant que lorsqu’il fait noir dehors, l’éclairage de la zone devant la baie vitrée n’est pas nécessaire.
Par le choix de luminaires asymétriques, obtenir un éclairement suffisant sur des plans verticaux comme dans les rayonnages des archives par exemple.

Le choix de l’éclairage général orienté devra aussi composer avec la structure du plafond et l’emplacement des poutres de structures qui risquent de faire écran à la disposition de la lumière ; à méditer !

	Attention toutefois qu’un éclairage orienté mal positionné provoque des ombres indésirables et peut être dangereux notamment dans les ateliers où les postes de travail sont, par exemple, des machines tournantes.
	Lorsqu’un atelier comporte des machines-outils dangereuses, des marquages appropriés doivent délimiter les zones de circulation et de travail, ainsi que les zones de danger. L’éclairage doit alors appuyer ces mesures en insistant sur les trois types de zone.

Éclairage ponctuel

Ce type d’éclairage permet de disposer d’un éclairement important au niveau des postes de travail de précision, sans augmenter exagérément le niveau d’éclairement général. Cette solution est toute profitable d’un point de vue énergétique.

Les luminaires individuels complémentaires peuvent augmenter localement le niveau d’éclairement et accentuer certains contrastes.

Leur emplacement doit être approprié pour ne pas générer des situations dangereuses de travail :

	Soit le ou les luminaires sont placés dans les allées encadrant les postes de travail, et ce en veillant à ce que la lumière provienne des côtés et qu’il n’y ait ni ombre ni d’éblouissement gênant.
	Soit le ou les luminaires sont placés contre les postes de travail. Idéalement, ces luminaires devraient être équipés d’un gradateur de lumière. La position et l’orientation de ces luminaires doivent être réglables pour éviter les réflexions sur les objets éclairés.

Conseil : pensez éventuellement à placer un interrupteur ou un détecteur de présence/d’absence à chaque poste de travail pour éviter que ces lampes restent allumées inutilement à des postes non-occupés.

Pour éviter de trop grandes variations de luminance dans le champ de vision des utilisateurs, maintien d’un niveau d’éclairement général suffisant par rapport à l’éclairement de la tâche :

Éclairement général = 3 x (Éclairement ponctuel)½

Exemple dans les commerces

Dans les commerces d’ancienne génération, on se souvient tous, même les plus jeunes, du surdimensionnement de l’éclairage général uniforme de manière à couvrir l’ensemble de la surface de vente avec des niveaux d’éclairement de l’ordre de 750 lux. « Question de marketing, disaient les vendeurs ! »

Cependant, cet éclairage présente le risque de créer des zones d’ombre qui peuvent se révéler gênantes. Ce risque est d’autant plus important que la hauteur sous plafond est grande et que l’on utilise des luminaires suspendus. De plus, énergétiquement parlant, ce n’était pas la meilleure manière de travailler.

Le système direct à deux composantes est à préférer au système direct lorsque l’on veut mettre en valeur des objets, créer des contrastes de luminosité. On réalisera des économies d’énergie d’autant plus importantes que le niveau d’éclairement à assurer est supérieur au niveau d’éclairement général nécessaire (censé permettre un déplacement par exemple). On économisera de l’énergie en augmentant l’éclairage localement via un deuxième circuit plus intensif que le premier. Dans la pratique, on vérifiera ce constat théorique en réalisant une étude comparative des systèmes « directs » et « à deux composantes ».

Éclairage indirect

Un éclairage indirect via le plafond a l’avantage de ne pas provoquer d’éblouissement par la vue directe des lampes. La probabilité d’ombre est inférieure. Mais son efficacité énergétique est faible et fort dépendante des coefficients de réflexion des parois (généralement le plafond). Comme ceux-ci n’atteignent que rarement les 0.85, il faudra surdimensionner l’installation d’éclairage (en première approximation entre 15 et 30% voire 50% dans locaux où la hauteur sous plafond est importante) pour réaliser un éclairement équivalent à celui fourni par un éclairage direct. Ce système sera fortement dépendant de l’état de propreté des parois du local (ceci peut aussi conduire à la nécessité de surdimensionner l’installation de plus d’une vingtaine de pour cent par rapport à un éclairage direct).

Exemple dans les commerces

Ce type d’éclairage sera proscrit sachant que, typiquement dans les commerces de type grande surface, les plafonds sont parcourus par des gaines de ventilation, des chemins de câbles électriques, … La tendance actuelle, bien comprise par un certain nombre de responsables énergie de magasin de grande distribution, est de prescrire un éclairage direct bien positionné avec un plafond sombre pour masquer sensiblement les techniques spéciales apparentes.

Éclairage mixte

Du point de vue efficacité énergétique, ce système se situe entre les systèmes directs et indirects. Plus la composante directe sera prépondérante, moins énergivore le système sera.

Il est à noter que les pertes complémentaires dues à la partie indirecte de l’éclairage seront en partie compensées par un rendement total du luminaire mixte souvent plus important que celui du luminaire direct.

En ce qui concerne le confort, ce type de système peut trouver son utilité dans le cas de locaux possédant une grande hauteur sous plafond, pour éviter la création d’une zone d’ombre trop importante. Ce constat est d’autant plus marqué si l’on utilise des luminaires suspendus. Dans ce cas, une faible proportion de flux lumineux dirigée vers le haut suffira.

Bien entendu, si la hauteur sous plafond est raisonnable, la réflexion sur les murs et le sol suffira à éclairer suffisamment le plafond.

Comme dans le cas du système indirect, ce système sera dépendant de l’état de propreté des parois du local (ceci peut conduire à la nécessité de surdimensionner l’installation de plus d’une vingtaine de pour cent par rapport à un éclairage direct).

Exemple des commerces

Lorsque les plafonds ou faux plafonds sont de qualité acceptable et ne sont pas encombrés par des techniques spéciales apparentes, on pourra envisager ce type d’éclairage en favorisant la composante directe des luminaires, la composante indirecte donnant un « look » commercial intéressant.
« Il en faut pour tous les goûts ! »

Un autre exemple éclairant

On peut considérer que seul le flux dirigé vers le bas est efficace. En effet, la plupart du temps les luminaires sont situés au-dessus de la marchandise à éclairer. La plupart du temps seulement, car dans certains cas, la lumière émise vers le haut peut avoir un effet utile (éviter la présence d’une ombre gênante au niveau du plafond…).

Si l’on considère que seule la lumière dirigée vers le bas est utile, alors on peut introduire la notion de rendement utile du luminaire. Soit un appareil possédant les rendements suivants :

Rendement vers le bas : 30 %	⇒ Rendement total : 90 %
Rendement vers le haut : 60 %

La lumière dirigée vers le haut, avant d’atteindre la marchandise, devra être réfléchie par le plafond. Si on considère que cette surface possède un coefficient de réflexion de 0.7, alors 30 % de la lumière émise vers le haut sera « perdue ». On peut donc estimer que le luminaire possède les rendements utiles suivants :

Rendement vers le bas : 30 %	⇒ Rendement total : 72 %
Rendement vers le haut : 60 * 0.7 = 42 %

Le rendement du luminaire a ainsi diminué de 20 %.

La figure suivante donne le facteur par lequel il faut multiplier le rendement pour trouver son équivalent « utile » en fonction du type d’éclairage choisi et pour un coefficient de réflexion de 0.7 pour le plafond. Notez que cette valeur est celle prise de manière standard. Cette valeur est assez élevée puisqu’elle correspond à un plafond peint en blanc. La valeur de ce coefficient descend à 0.25 si la peinture est brune et à 0 dans le cas d’un plafond noir.

Bien entendu, ce calcul est simplifié. Pour être exact, on devrait tenir compte de l’influence du système d’éclairage sur l’uniformité des niveaux d’éclairement, des autres réflexions sur les murs du local, …

Le but de cet exemple est de montrer qu’il est essentiel, lorsque l’on vise l’efficacité énergétique de limiter la composante supérieure du flux émis.

Comparaison en termes d’efficacité énergétique

Un point de comparaison s’impose entre les différents éclairages :

Comparaison de trois systèmes d’éclairage pour une même puissance installée : 6 luminaires de 2 x 36 W (et ballast électronique), pour une classe de 7 m x 8 m x 3,2 m, soit 7,7 W/m², coefficients de réflexion : 0,7 (plafond); 0,5 (murs); 0,3 (sol).
Système d’éclairage	Direct	Mixte	Indirect
Éclairement sur le plan de travail	348 lux	350 lux	231 lux
Éclairement au sol	310 lux	304 lux	207 lux
Type de lampes	Tubes fluo	Tubes fluo	Tubes fluo
Puissance spécifique/100 lux sur le plan de travail	2,2 W/m²	2,2 W/m²	3,3 W/m²

Parmi les choix énergétiquement corrects, on retiendra le direct et le mixte. L’indirect sera juste réservé pour créer des ambiances bien spécifiques lorsque ce choix se révèle incontournable comme dans certains locaux d’hôtel (bar, accueil, …), des chambres d’hôpital, …

Découvrez ces exemples de rénovation de l’éclairage : un établissement scolaire au centre de Liège et une fabrique de peinture à Lausanne.

Publié par : Energie-Plus 22 Nov, 2007

Planifier un programme de maintenance de l’éclairage

Cette page montre comment utiliser les fichiers permettant de planifier un programme de maintenance en utilisant la durée de vie moyenne annoncée par le fabricant.

Déterminer les valeurs du facteur de survie catalogue

Les valeurs utilisées par défaut pour planifier la maintenance sont des valeurs moyennes issues d’un rapport de la CIE. Quand on parcourt le catalogue de l’un ou l’autre des constructeurs de lampes, on se rend compte qu’à l’intérieur d’une catégorie de lampe, il existe une grande diversité de valeur de durée de vie moyenne (exception faite des lampes incandescentes et halogènes qui présentent une durée de vie moyenne toujours proche de 1 000 heures pour les premières et de 2 000 heures pour les secondes).

À l’aide de ce fichier Excel, il est possible de déterminer les valeurs du facteur de survie correspondant à la durée de vie moyenne catalogue et de les utiliser dans les deux fichiers Excel présentés dans la suite de cette page et qui permettent de planifier un programme de maintenance. En effet, la durée de vie moyenne est définie comme étant la durée de fonctionnement pour laquelle le facteur de survie de la lampe est de 0.5.

Dans ce fichier Excel, deux couleurs ont été utilisées pour les tableaux :

Les tableaux gris vous permettent d’insérer les données correspondantes à votre projet.
Les tableaux jaunes servent à afficher les résultats.

Tableau 1 : type de lampe et durée de vie moyenne catalogue

Le premier tableau présenté dans le fichier Excel vous permet d’indiquer le type de lampe que vous voulez choisir ainsi que la durée de vie moyenne annoncée par le constructeur.

Tableau 2 : résultats

Le tableau 2 reprend :

la durée de vie moyenne telle que définie par la CIE
les valeurs du facteur de survie CIE et catalogue en fonction de la durée de fonctionnement

Il vous est alors possible de copier les valeurs de facteur de survie catalogue pour les insérer dans l’un des deux fichiers Excel présentés ci-dessous. Pour insérer les valeurs, il vous faudra sélectionner les cellules correspondantes, appuyer sur le bouton droit de la souris, sélectionner l’option « Collage spécial », puis l’option « Valeurs ».

1 : Copie des valeurs	2 : Collage spécial des valeurs

Planifier une maintenance préventive

Dans ce fichier Excel, trois couleurs ont été utilisées pour les tableaux :

Les tableaux turquoise donnent des informations sur les choix que vous devez faire (définition des différentes catégories d’environnement…).

Les tableaux gris vous permettent d’insérer les données correspondantes à votre projet.

Les tableaux jaunes servent à afficher les résultats

Les différentes étapes menant à la planification de la maintenance

Définition de la catégorie d’environnement

Le tableau juste au dessus vous permet de voir dans quelle catégorie se situe votre bâtiment.

Définition du nombre d’heures de fonctionnement par an du système d’éclairage

Le tableau au dessus vous permet de voir combien d’heures par an fonctionne le système d’éclairage en fonction du type d’activité.

Choix du type de lampe et insertion des valeurs de facteur de survie

Trois graphiques, basés sur les valeurs de la CIE, vous sont présentés dans le but de vous aider à faire le meilleur choix.

Le premier graphique donne l’évolution du facteur de maintenance du flux lumineux (pourcentage du flux initial émis en service) de chaque type de lampe au cours des années.

Plus la pente est horizontale, plus la lampe conserve son flux initial. Cela permet de réduire le surdimensionnement initial et donc de :

limiter l’investissement et les coûts énergétiques de fonctionnement
et/ou de rallonger la période entre deux relamping et de diminuer les frais de maintenance.

Le deuxième graphe donne l’évolution du facteur de survie des lampes (la chance qu’elle continue à marcher jusque-là) en fonction des années de fonctionnement.

Plus la pente est horizontale, et moins il est nécessaire de remplacer souvent les lampes. Il est intéressant de noter que la hiérarchie des lampes fonctionnant le plus longtemps est très proche celle des lampes opérant le mieux durant toute leur durée de vie.

Le troisième tableau donne l’évolution du pourcentage de lampe hors services pour le nombre d’années de fonctionnement.

Pour en savoir plus sur le choix des lampes dans le cadre de la planification d’une maintenance.

Une fois le type de lampe sélectionné, vous pouvez vous référer au catalogue de l’un ou l’autre fabricant, y trouver la durée de vie moyenne de la lampe que vous allez installer et utiliser le fichier Excel décrit précédemment.

Choix de l’intervalle de temps entre deux relamping

Pour vous aider dans ce choix, deux graphiques vous sont présentés :

Le premier permet de voir l’évolution du facteur LLMF*LSF (c’est-à-dire la proportion du flux initial du système maintenu en service) et du pourcentage de lampe hors service. La périodicité du relamping est définie comme l’intervalle de temps qui précède l’instant où l’un de ces deux facteurs atteint une certaine valeur limite (définie par vos soins).

Une fois la cadence du relamping définie et sélectionnée, il est possible d’observer grâce au deuxième graphique les conséquences de votre choix.

Ce graphique est suivi d’un tableau reprenant les valeurs clefs du système.

Choix des facteurs de réflexion des parois du local

Il est possible de choisir entre plusieurs jeux de valeurs. Juste avant, les coefficients standards sont rappelés.

Choix du système d’éclairage et de la périodicité du nettoyage des parois

Ce graphique permet de voir en une seule fois l’influence du choix du système d’éclairage et de la périodicité du nettoyage des parois.

En ce qui concerne le système d’éclairage, plus la composante directe sera prédominante, plus celui-ci sera efficace et peu sensible à l’encrassement du local.

Pour ce qui est de la périodicité du nettoyage des parois du local, pour être efficace, celui-ci devrait être réalisé tous les 0.5 ans. Ceci ne semble pas réalisable dans la pratique et il n’est donc pas nécessaire de porter une grande attention à ce facteur.

Choix du type de luminaire et de la périodicité de leur nettoyage

Tous les luminaires ne sont pas égaux vis-à-vis de leur empoussièrement. Le dernier graphique présenté vous permet de choisir celui qui résistera le mieux à la poussière et fournira tout au long de son utilisation le flux le plus important (qui possédera le plus grand LMF).

En ce qui concerne le nettoyage des luminaires, une bonne stratégie est de prévoir celui-ci tous les deux ans.

Planifier une maintenance curative

Dans ce fichier Excel, trois couleurs ont été utilisées pour les tableaux :

Les tableaux turquoise donnent des informations sur les choix que vous devez faire (définition des différentes catégories d’environnement, …).

Les tableaux gris vous permettent d’insérer les données correspondantes à votre projet.

Les tableaux jaunes servent à afficher les résultats.

Les différentes étapes menant à la planification de la maintenance

Définition de la catégorie d’environnement

Le tableau juste au dessus vous permet de voir dans quelle catégorie se situe votre bâtiment.

Définition du nombre d’heures de fonctionnement par an du système d’éclairage

Le tableau au dessus vous permet de voir combien d’heures par an fonctionne le système d’éclairage en fonction du type d’activité.

Choix du type de lampe et insertion des valeurs de facteur de survie

Deux graphiques, basés sur les valeurs de la CIE, vous sont présentés dans le but de vous aider à faire le meilleur choix.

Le premier graphique donne l’évolution du facteur de maintenance du flux lumineux du système (tient compte en même temps du LSF et du LLMF de chaque sorte de lampe), pour chaque type de lampe, au cours des années.

Pour pouvoir interpréter correctement ce graphe, il est nécessaire de l’analyser en parallèle avec le deuxième graphique.

Le deuxième graphe donne le nombre (cumulé) de lampes changées tout au long du fonctionnement du système.

Il faut bien se rendre compte qu’ici, contrairement à ce qui a été dit dans le cas d’une maintenance préventive, il ne faut pas simplement rechercher le type de lampe qui présentera une courbe de LLMF la plus horizontale possible.

En effet, une telle logique conduirait à choisir des lampes incandescentes ou halogènes. Mais si on regarde le second graphique, on s’aperçoit que pour maintenir un flux acceptable tout au long de la durée de fonctionnement de l’installation à l’aide de ces lampes, il sera nécessaire de les remplacer très souvent. Ceci amènera à des surcoûts importants par rapport aux autres types de lampes.

Si on analyse correctement ces deux graphiques, on se rend compte que les lampes fluorescentes triphosphores constituent généralement le maître achat :

très bon maintien du flux lumineux,
très bonne durée de vie moyenne.

Deux qualités auxquelles il ne faut pas oublier de rajouter :

large gamme de température de couleur envisageable,
bon indice de rendu des couleurs,
et surtout haute efficacité lumineuse.

Pour en savoir plus sur le choix des lampes dans le cadre de la planification d’une maintenance.

Choix de l’intervalle de temps entre deux relamping

Pour vous aider dans ce choix, deux graphiques vous sont présentés :

Le premier permet de voir l’évolution du facteur LLMF (c’est-à-dire la proportion du flux initial du système entier maintenu en service) et du pourcentage de lampe ayant été changée. La périodicité du relamping est définie comme l’intervalle de temps qui précède l’instant où l’un de ces deux facteurs atteint une certaine valeur limite (définie par vos soins).

Une fois la cadence du relamping définie et sélectionnée, il est possible d’observer grâce au deuxième graphique les conséquences de ce choix.

Ce graphique est suivi d’un tableau reprenant les valeurs clefs du système.

Choix des facteurs de réflexion des parois du local

Il est possible de choisir entre plusieurs jeux de valeurs. Juste avant, les coefficients standards sont rappelés.

Choix du système d’éclairage et de la périodicité du nettoyage des parois

Ce graphique permet de voir en une seule fois l’influence du choix du système d’éclairage et de la périodicité du nettoyage des parois.

En ce qui concerne le système d’éclairage, plus la composante directe sera prédominante, plus le système sera efficace et peu sensible à l’encrassement du local.

Au niveau de la périodicité du nettoyage des parois du local, pour être efficace, celui-ci devrait être réalisé tous les 0.5 ans. Ceci ne semble pas réalisable dans la pratique et il n’est donc pas nécessaire de porter une grande attention à ce facteur.

Choix du type de luminaire et de la périodicité de leur nettoyage

En ce qui concerne le nettoyage des luminaires, une bonne stratégie est de le prévoir tous les deux ans.

Publié par : Sylvie 31 Oct, 2007

Eclairage naturel et ses variations

La lumière naturelle n’est ni fixe, ni toujours égale dans sa qualité et son intensité.

L’influence du type de ciel

La lumière naturelle traduit les fluctuations de l’état du ciel. Elle est composée de la lumière directe du soleil et de la lumière diffuse du ciel. Les stratégies à mettre en place pour accroître la luminosité intérieure d’un édifice doivent tenir compte de cette différence.

La lumière solaire directe dispense un flux considérable qui s’avère facile à capter et à diriger. Elle présente une dynamique intéressante et peut être utilisée en tant qu’énergie thermique. Par contre, le rayonnement solaire direct est souvent une source d’éblouissement et parfois de surchauffe du bâtiment. De plus, sa disponibilité est épisodique et dépend de l’orientation des ouvertures.

La lumière diffuse du ciel est disponible dans toutes les directions. Elle suscite peu d’éblouissement et ne provoque pas de surchauffe mais elle peut être considérée comme insuffisante dans de nombreux cas. En outre, elle crée peu d’ombres et de très faibles contrastes.

Les résultats des simulations présentés ci-dessous mettent en évidence l’influence du type de ciel sur la quantité de lumière qui peut être captée par un local, le 15 mars à 9 heures universelles, pour une ouverture orientée au sud. Le ciel couvert fournit un éclairage parfaitement symétrique par rapport à l’axe du local, ce qui est dû au fait que la distribution des luminances de la voûte céleste d’un ciel couvert est symétrique par rapport au zénith. Ce n’est pas le cas d’un ciel clair. Ainsi, la répartition lumineuse d’un local éclairé naturellement par un ciel serein est très souvent fortement asymétrique. Les simulations réalisées pour un local orienté vers le sud sous un ciel clair et sous un ciel clair avec soleil, le 15 mars à 9 heures, présentent des niveaux d’éclairement nettement plus importants du côté ouest du local.

Par ciel couvert, les niveaux d’éclairement dans le module simulé varient d’environ 1 300 lx, à 50 cm de la fenêtre, à 70 lx au fond du local.

Par ciel clair, ces valeurs d’éclairement augmentent jusqu’à 4 300 lx près de la fenêtre et 300 à 400 lx au fond du local.

La présence du soleil dans un ciel clair permet au rayonnement solaire direct d’entrer dans un local. Ainsi, dans la simulation d’un ciel clair avec soleil, le rayonnement solaire direct trace une zone extrêmement lumineuse sur le plan de travail, ce qui porte l’éclairement du côté ouest, à proximité de l’ouverture, à près de 20 000 lx. Dans ce dernier cas, l’éclairement au fond du local vaut environ 500 lx. La lumière solaire disponible diminue donc fortement lorsque le ciel se couvre.

L’influence du moment de l’année

Pour des conditions de ciel clair avec soleil, le 15 juin à 13 heures universelles, le niveau d’éclairement simulé dans notre cas de base atteint 55 000 lx à proximité de la fenêtre. Mais ces valeurs d’éclairement très élevées ne concernent qu’une bande étroite le long de la façade, ce qui est lié à la hauteur du soleil qui atteint 62° le 15 juin à 13 heures.

Par contre, le 15 décembre, l’éclairement est compris entre 14 000 et 11 000 lx sur plus de la moitié du local. Au fond de l’espace, les valeurs atteintes sont de 750 lx le 15 juin et 1 600 lx le 15 décembre.

De l’été à l’hiver, le rayonnement solaire direct pénètre plus en profondeur dans le local mais le niveau d’éclairement à proximité de la fenêtre diminue progressivement.

L’influence de l’heure

Par ciel clair avec soleil, la répartition lumineuse varie fortement d’une heure à l’autre et d’un point à l’autre du local. La lumière disponible augmente jusqu’à la mi-journée, puis diminue.

Pour la journée du 15 décembre, par exemple, les valeurs d’éclairement obtenues à 9 huniv. sont comprises entre 2 600 lx près de la fenêtre et 400 lx au fond du local; tandis qu’à 13 huniv. , l’éclairement vaut 11 000 lx sur plus de la moitié du local et 1 600 lx au fond.

Le rayonnement solaire direct induit une tache de lumière qui évolue, au cours de la journée, depuis le mur ouest du local vers le mur est.

L’influence de l’orientation de l’ouverture

L’organisation spatiale d’un bâtiment devrait toujours être pensée en fonction du moment d’occupation des locaux, de l’activité qui s’y déroule et de la course du soleil.

Il est préférable de placer les fenêtres de telle façon que le soleil puisse pénétrer à l’intérieur d’un local au moment où il est le plus utilisé. Ainsi, les locaux essentiellement occupés le matin devraient, dans la mesure du possible, être orientés à l’est, ceux occupés dans le courant de la journée, au sud et ceux où l’on se tient en soirée, à l’ouest. Pour une habitation domestique, on choisira, par exemple, une orientation est pour la cuisine, tandis qu’une orientation ouest convient davantage à un salon. Les locaux de service ainsi que les pièces de travail nécessitant une lumière constante et homogène sont de préférence localisés au nord.

L’apport de lumière naturelle est maximum sur la façade sud en hiver et en entre-saison. Par contre, en été, le rayonnement solaire est plus important à l’est pendant la matinée et à l’ouest durant l’après-midi.

Les ouvertures orientées au sud offrent donc la meilleure situation puisqu’elles captent un maximum de rayons solaires en hiver et durant l’entre-saison et qu’en été, il est plus facile de se protéger du soleil au sud puisqu’il est plus haut dans le ciel. La façade sud apparaît donc comme l’orientation privilégiée pour capter la lumière naturelle.

Lorsque le ciel est couvert, le rayonnement lumineux est diffusé dans toutes les directions. Les baies vitrées verticales captent donc la lumière de manière similaire, indépendamment de leur orientation. Par contre, lorsque le ciel est clair, l’orientation de la baie vitrée influence directement la quantité de lumière captée. Ainsi, une baie vitrée perpendiculaire aux rayons solaires captera beaucoup plus de lumière que les autres orientations.

Les pièces orientées au nord bénéficient toute l’année d’une lumière égale et du rayonnement solaire diffus. Pendant l’été, elles peuvent devenir une source d’éblouissement, difficile à contrôler car le soleil est bas. Il est judicieux de placer des ouvertures vers le nord lorsque le local nécessite une lumière homogène, peu variable ou diffuse, ce qui est préférable pour certaines activités comme un atelier de peinture, par exemple.

Les pièces orientées à l’est profitent du soleil le matin mais le rayonnement solaire est alors difficile à maîtriser car les rayons sont bas sur l’horizon. L’exposition solaire y est faible en hiver mais elle permet d’apporter des gains solaires au moment où le bâtiment en a le plus besoin.

Par contre, en été, l’orientation est présente une exposition solaire supérieure à l’orientation sud, ce qui est peu intéressant.

Une orientation ouest assure une insolation directe en soirée. Il est très intéressant d’orienter à l’ouest les locaux où l’on souhaite un éclairage doux et chaleureux. Toutefois, il y a un risque réel d’éblouissement et les gains solaires ont tendance à induire des surchauffes. En effet, les vitrages tournés vers l’ouest apportent des gains solaires l’après-midi, au moment où le bâtiment est depuis longtemps en régime.

Une orientation sud entraîne un éclairement important.

De plus, les pièces orientées au sud bénéficient d’une lumière plus facile à contrôler et d’un ensoleillement maximal en hiver, ce qui est souvent l’idéal.

En effet, en hiver, le soleil bas (environ 17°) pénètre profondément dans la maison tandis qu’en été, la hauteur solaire est plus élevée (60°) et la pénétration du soleil est donc moins profonde. En été, les apports solaires sur une surface verticale sont également nettement inférieurs au sud qu’à l’est ou à l’ouest car ils sont diminués par un facteur égal au cosinus de l’angle d’incidence.

L’influence de l’inclinaison de l’ouverture

La surface à prendre en compte pour étudier la lumière disponible est le plan dans lequel s’inscrivent les limites de la fenêtre. Ainsi, la photo ci-dessous correspond à une ouverture horizontale, même si les vitrages sont obliques.

Pour capter le maximum de rayonnement solaire direct, une ouverture doit être la plus perpendiculaire possible aux rayons du soleil. En revanche, par ciel couvert, les performances d’une fenêtre sont avant tout liées à la portion de ciel visible depuis l’ouverture. Ainsi, une ouverture zénithale horizontale couvre une partie de ciel plus importante qu’une fenêtre verticale et apporte donc une plus grande part de lumière naturelle diffuse dans le local qu’elle éclaire. De même, une fenêtre oblique tournée vers le ciel offre déjà un flux lumineux diffus plus important que la fenêtre verticale.

Les fenêtres de façade et les ouvertures zénithales ont un comportement radicalement divergent en ce qui concerne la sélection des pénétrations solaires.

Les ouvertures latérales ne voient qu’une partie du ciel. Par ciel couvert, ces ouvertures verticales ont donc des performances lumineuses nettement plus faibles que les ouvertures horizontales. En outre, la lumière pénètre latéralement dans les locaux, ce qui peut créer des situations de contre-jour ou d’éblouissement à proximité des fenêtres.

Cependant, les fenêtres latérales en façade sud transmettent un maximum de rayons solaires en hiver, ce qui favorise l’utilisation des gains solaires, tout en limitant les pénétrations estivales et les surchauffes qu’elles induisent.

Les ouvertures zénithales s’ouvrent sur la totalité de la voûte céleste; elles induisent donc une large pénétration de lumière diffuse. La distribution lumineuse obtenue par une ouverture horizontale est aussi beaucoup plus homogène que celle produite par une fenêtre verticale. De plus, la lumière entre dans les locaux par le plafond, ce qui limite a priori les phénomènes d’éblouissement.

Par contre, par ciel serein, les ouvertures zénithales captent mal les rayons solaires d’hiver alors qu’elles laissent largement pénétrer le soleil d’été, ce qui implique un mauvais comportement thermique.

Le graphique donné ci-après présente les valeurs d’éclairement par ciel couvert d’un local comprenant, pour seule ouverture, une fenêtre zénithale horizontale de 1,5 m² de surface placée au centre du plafond, le 15 décembre à 13 heures universelles. Cette fenêtre zénithale donne de très bons résultats puisqu’elle procure un éclairage assez uniforme de l’espace, alors que la surface vitrée est faible. Le désavantage majeur d’une ouverture horizontale réside dans son mauvais comportement par rapport aux gains solaires, qui sont plus élevés en été qu’en hiver.

L’influence de l’environnement

Chaque lieu spécifique développe sa propre identité vis-à-vis de sa région et de son climat général. Le côté est d’une montagne offre de beaux levers de soleil et sa disparition rapide dans la soirée ; le versant ouest montre de superbes couchers mais un soleil qui se lève tard ; le creux de la vallée reçoit une période d’ensoleillement direct plus courte que le sommet de la montagne. La topographie, la végétation, la nature du sol et l’urbanisme influencent entre autres les données météorologiques d’un lieu: chaque site est caractérisé par un microclimat. Dès lors, travailler l’architecture d’un bâtiment en faisant abstraction de son environnement paraît impensable.

La lumière disponible dépend de l’environnement direct du bâtiment par le jeu de différents paramètres : le relief du terrain, les constructions voisines, le coefficient de réflexion du sol, la végétation,…. Ces éléments ne doivent pas être négligés; la présence d’un gratte-ciel, d’un lac ou d’un arbre peut radicalement transformer la lumière d’un espace.

Lors de la conception d’un bâtiment, il est donc important de mesurer l’impact de l’environnement existant sur le nouvel édifice afin de profiter au mieux des possibilités offertes par le terrain pour capter la lumière.

Le relief du terrain peut provoquer de l’ombre sur un bâtiment ou au contraire favoriser son ensoleillement. L’éclairement d’un site en pente dépend de la géométrie solaire ainsi que de l’orientation et de l’inclinaison du terrain. Les pentes sud jouissent d’une meilleure insolation que les terrains plats. Il faut prendre en compte les caractéristiques naturelles du site et tirer profit du profil du terrain, que l’on pourra au besoin remanier localement.

On appelle « masque solaire » tout corps empêchant le rayonnement solaire d’atteindre une surface que l’on désire ensoleiller. En ville, en hiver, il est parfois difficile de capter quelques rayons solaires à cause des bâtiments voisins qui leur font écran.

La quantité d’énergie solaire reçue en un endroit dépend souvent de l’ombrage des bâtiments avoisinants. En Belgique, en hiver, le soleil est bas sur l’horizon. Tous les masques de l’environnement, immeubles ou grands arbres, qui interceptent le soleil pendant cette période gêneront grandement l’utilisation de la lumière naturelle.

Les simulations ci-dessous présentent la diminution du niveau d’éclairement intérieur de notre local suite à l’ajout d’un masque urbain formé par un bâtiment de 30 m de long et de 15 m de haut, placé parallèlement au local simulé, à 18 m de la fenêtre. Cet obstacle correspond à un angle horizontal d’obstruction de 40° et à un angle vertical d’obstruction de 37° depuis le milieu de la fenêtre. La quantité de lumière intérieure est fortement réduite à cause de cette construction: sous ciel couvert, le 15 décembre à 13 huniv., l’éclairement n’est plus que de 80 lx à 2 m de la fenêtre pour le local ombragé par le bâtiment alors que, sans ce masque urbain, il y a environ 200 lx.

L’effet de rue est caractérisé par le masque solaire que créent les bâtiments situés de l’autre côté de la rue. Il dépend de la hauteur de ces constructions et de la distance qui sépare les deux côtés de la rue.

Pour profiter au maximum de la lumière naturelle, il importe de ne pas négliger le facteur de réflexion des surfaces extérieures environnant le bâtiment. En effet, des surfaces claires et réfléchissantes augmentent la quantité de lumière qui peut pénétrer dans le bâtiment.

Des surfaces réfléchissantes placées au sol telles qu’un dallage brillant ou un plan d’eau peuvent contribuer à capter davantage de lumière. Ainsi, l’eau, en réfléchissant le ciel et l’environnement, intensifie l’impression lumineuse d’un lieu.

Les graphes ci-dessous montrent la variation de la lumière naturelle dans un bâtiment en fonction du coefficient de réflexion du sol qui entoure le bâtiment, le 15 juin à 13 heures universelles sous ciel couvert. Trois matériaux différents ont été simulés : la terre (r = 0,22), qui correspond au facteur de réflexion utilisé pour le sol extérieur de l’ensemble des simulations de ce chapitre, le béton neuf (r = 0,35) et la neige (r = 0,9). Le local est d’autant mieux éclairé que le coefficient de réflexion du sol extérieur est élevé.

L’emploi de matériaux réfléchissants peut également influencer l’exposition effective d’un bâtiment. Un édifice orienté au nord et doté de larges vitrages clairs pour tirer parti de la lumière naturelle peut se trouver dans une situation sud si on construit en face de lui un bâtiment équipé de vitrages réfléchissants, précisément pour se protéger de l’ensoleillement. A l’évidence, les conditions de confort du premier bâtiment sont profondément modifiées par la construction du second.

Des éléments liés au bâtiment lui-même, tels que des murs de refends, des surplombs, des light shelves,….peuvent aussi provoquer un ombrage en fonction de leur taille, de leur réflectivité et de leur orientation.

La mise en place d’auvents ou de surplombs fixes destinés à réduire les problèmes d’éblouissement et de surchauffe pénalisera bien sûr la quantité de lumière captée par le bâtiment. En général, il est souhaitable en Belgique que les angles d’obstruction ne dépassent pas 45° pour l’angle horizontal et 25° pour l’angle vertical.

La végétation se distingue des autres écrans parce qu’elle peut être saisonnière, ce qui est le cas des arbres à feuilles caduques, et que par ailleurs elle ne possède qu’une opacité partielle. Elle se contente de filtrer la radiation lumineuse plutôt que de l’arrêter.

Annexe : les paramètres de simulation

Les simulations présentées ci-dessus proviennent du logiciel SUPERLITE, programme d’éclairage naturel faisant partie du progiciel ADELINE.

Elles sont toutes réalisées à partir d’un module de base de 7,2 m de profondeur, 4,8 m de largeur et 3 m de hauteur, éclairé par une fenêtre latérale de 4,58 m de large et de 1,13 m de haut, centrée horizontalement. Le plan de travail et le rebord inférieur de l’ouverture sont situés à 0,75 m du sol. La fenêtre couvre une aire de 5,2 m², ce qui correspond à 15 % de la superficie du plancher de ce local.

Les simulations tiennent compte d’un double vitrage, dont le coefficient de transmission lumineuse est de 78 %. Cette vitre est placée en retrait de 0,15 m par rapport au plan de la façade. Le module simulé est situé en site parfaitement dégagé, sans élément d’ombrage. Les coefficients de réflexion des parois intérieures valent 15 % pour le sol, 45 % pour les murs et 70 % pour le plafond.

Les données météorologiques utilisées pour les calculs sont celles d’Uccle (Bruxelles) : 50,8° de latitude (nord), – 4,4° de longitude (est) et 100 m d’altitude. Le moment de la journée simulé est toujours précisé en fonction des heures universelles. Chaque fois qu’un paramètre de ce module de base a été modifié dans une simulation, le changement effectué est clairement précisé.

Publié par : Energie-Plus 16 Oct, 2007

Choisir le programme de maintenance [Eclairage]

Pour chaque topologie, il est nécessaire de réaliser une étude permettant de définir quel sera le type de programme à appliquer (maintenance curative, maintenance préventive, combinaison de ces deux programmes). Cette étude permettra de définir, en plus du type de maintenance optimal :

L’intervalle de temps entre deux relamping
L’intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des parois
L’intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires

Cela dans le but d’optimiser la valeur du facteur de maintenance.

Comme vu précédemment certaines caractéristiques du système ne résultent pas d’un choix de l’utilisateur. C’est le cas notamment :

de la catégorie d’environnement
du nombre d’heures de fonctionnement de l’installation

Pour diminuer la consommation électrique du système d’éclairage, il est néanmoins possible de jouer :

Sur le type de lampe utilisé
Sur le type de luminaire utilisé
Sur le système d’éclairage utilisé
Et dans une certaine mesure sur les coefficients de réflexion des parois du local

Dans la suite de cette page vous trouverez une telle étude. Celle-ci a été réalisée dans le cas d’un système d’éclairage comprenant des lampes fluorescentes triphosphores.

Calculs	Pour apprendre à utiliser les fichiers Excel permettant de planifier la maintenance, cliquez ici !
Calculs	Pour accéder au fichier Excel permettant de planifier une maintenance préventive ou mixte (curative et préventive), cliquez ici !
Calculs	Pour accéder au fichier Excel permettant de réaliser cette comparaison, cliquez ici !

Exemple de planification de la maintenance

Méthodologie

L’étude présentée ici se base sur trois étapes. Pour chacun des couples (type de maintenance, valeurs des critères de planification), il y a lieu :

de déterminer la valeur du facteur de maintenance, des intervalles de nettoyage, de la périodicité du relamping. Cette étape est réalisée à l’aide de deux fichiers Excel accessible ci-dessus ;
dimensionner l’installation (nombre de luminaires, de lampes, puissance installée) grâce à un logiciel tel que Dialux qui permet de tenir compte du facteur de maintenance de l’installation ;
faire l’étude économique du système ;
comparer les différents systèmes à l’aide du troisième fichier Excel référencé ci-dessus.

Données du problème

Coût moyen du kWh (prix en mars 2006, pour une consommation électrique située entre 100 et 700 MWh) : 0.103 €/kWh.
Coût de la main-d’œuvre : 30 €/h.
Durée de l’intervention :
- 30 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement curatif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 15 €/lampe,
- 10 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement préventif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 5 €/lampe,
- 1 h par luminaire à installer, ce qui conduit à un coût d’installation de 30 €/luminaire.

Les prix repris ici sont HTVA et correspondent à des types de lampes et de luminaires bien précis. Ils devront donc être adaptés en fonction des choix du responsable.

En ce qui concerne le prix moyen du kWh d’électricité, celui-ci varie en fonction de la consommation totale d’électricité. Pour en savoir plus à ce sujet, une étude réalisée par l’ ICEDD et disponible sur le site de la CWaPE permet de déterminer la valeur du kWh moyen en fonction de la tranche de consommation totale.

Caractéristiques du système

Dimensions du local : 20*15*2.8 m³.
Catégorie d’environnement : normale.
Durée de fonctionnement par an : 3100 h.
Facteurs de réflexion des parois du local (valeur standard) :
- Plafond : 0.7,
- Murs : 0.5,
- Sol : 0.2.
Lampes utilisées :
- Type : fluorescente triphosphore,
- Coût hors taxe :6.85 €/lampe,
- Puissance : 28 W/lampe.
Luminaires utilisés :
- Luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement),
- Coût hors taxe : 150 €/luminaire,
- Puissance (lampe incluse) : 32 W/luminaire.
Pas de nettoyage des parois du local.
Intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires : 0.5 an. Ceci correspond à un facteur de maintenance des luminaires de 0.91.

Comme dit précédemment, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Cette option ne semblant pas être envisageable en pratique, nous considérons que ce nettoyage n’est pas effectué.

Hypothèses

Nous supposons ici que l’appareillage électrique reste en état de fonctionnement durant toute l’étude.

Dans le cas d’une maintenance curative, nous supposons que les lampes hors services sont remplacées juste avant la fin de chaque intervalle de 1 000 heures.

Programme 1 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMFLSF ne descende sous la barre des 80 % de la valeur initiale*

Calcul du facteur de maintenance

Le respect de ce critère conduit à la nécessité de réaliser un relamping tous les 5 ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF*LSF (celle qui entre en jeu dans la détermination du facteur de maintenance de l’installation) est ici de 0.84.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes hors services avant intervention. Dans le cas présent, cette valeur est de 6.03 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance prennent les valeurs suivantes :

LLMF	0.9
LSF	0.94
LMF	0.91
RSMF	0.83
MF	0.64

Simulation dialux

L’installation sera composée de :

110 luminaires,
110 lampes.

Caractéristiques du système :

Puissance installée : 3 520 W.

Étude économique du système

Investissement

Achat des luminaires	110150 = 16 500 €*
Achat des lampes	1106.85 = 753.50 €*
Installation des luminaires	11030 = 3 300 €*
Total	20 553.50 €

Coût de fonctionnement

Énergie consommée par le système	3 1003.520 = 10 912 kWh/an*
Coût de fonctionnement	*10 9120.103 = 1123.936 €/an**

Coût de la maintenance

Achat lampes	1106.85 = 753.5 €*
Remplacement lampes	1105 = 550 €*
Total sur 5 ans	1303.5 €
Total par an	260.7 €/an

Programme 2 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMFLSF ne descende sous la barre des 90 % de la valeur initiale*

Calcul du facteur de maintenance

Le respect de ce critère conduit à la nécessité de réaliser un relamping tous les 2 ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF*LSF (celle qui entre en jeu dans la détermination du facteur de maintenance de l’installation) est ici de 0.90.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes hors services avant intervention. Dans le cas présent, cette valeur est de 0.93 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance prennent les valeurs suivantes :

LLMF	0.92
LSF	0.99
LMF	0.91
RSMF	0.83
MF	0.69

Simulation dialux

L’installation sera composée de :

99 luminaires,
99 lampes.

Caractéristiques du système :

Puissance installée : 3 168 W.

Étude économique du système

Investissement

Achat des luminaires	99150 = 14 850 €*
Achat des lampes	996.85 = 678.15 €*
Installation des luminaires	9930 = 2 970 €*
Total	18 498 €

Coût de fonctionnement

Énergie consommée par le système	3 1003.168 = 9 820.80 kWh/an*
Coût de fonctionnement	*9 820.800.103 = 1011.542 €/an**

Coût de la maintenance

Achat lampes	996.85 = 678.15 €*
Remplacement lampes	995 = 495 €*
Total sur 2 ans	1 173.15 €
Total par an	586.575 €/an

Programme 3 : Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans

Calcul du facteur de maintenance

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF (celle qui entre en jeu dans la détermination du facteur de maintenance de l’installation) est ici de 0.90.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes changées avant intervention. Dans le cas présent, cette valeur est de 104.89 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance prennent les valeurs suivantes :

LLMF	0.9
LSF	1
LMF	0.91
RSMF	0.83
MF	0.68

Simulation dialux

L’installation sera composée de :

100 luminaires,
100 lampes.

Caractéristiques du système :

Puissance installée : 3 200 W.

Étude économique du système

Investissement

Achat des luminaires	100150 = 15 000 €*
Achat des lampes	1006.85 = 685 €*
Installation des luminaires	10030 = 3 000 €*
Total	18 685 €

Coût de fonctionnement

Énergie consommée par le système	3 1003.2 = 9 920.00 kWh/an*
Coût de la consommation électrique	9 920.800.103 = 1 021.760 €/an*
Achat des lampes
Sur 10 ans	100(104.89/100)6.85 = 718.497 €/(10 ans)
Sur 1 an	718.497/10 = 71.497 €/an
Remplacement lampes
Sur 10 ans	100(104.89/100)15 = 1 573.35 €/(10 ans)
Sur 1 an	1 573.35/10 = 157.335 €/an
Coût de fonctionnement	1 250.945 €/an

Coût de la maintenance

Achat lampes	1006.85 = 685 €*
Remplacement lampes	1005 = 500 €*
Total sur 10 ans	1 185 €
Total par an	118.5 €/an

Programme 4 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important

Calcul du facteur de maintenance

Entre 6.5 et 6.8 ans, le service de maintenance devra remplacer un peu plus de 50 % des lampes dans le cadre d’une maintenance curative. Il semble naturel de réaliser une maintenance préventive au bout de 6.5 ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF.

La valeur minimale de LLMF est de 0.90, comme dans le cas précédent.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampe changée avant intervention. Dans le cas présent, ce dernier vaut 50.13 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont identiques à ceux du cas précédent.

LLMF	0.9
LSF	1
LMF	0.91
RSMF	0.83
MF	0.68

Simulation dialux

L’installation sera composée de :

100 luminaires,
100 lampes.

Caractéristiques du système :

Puissance installée : 3 200 W.

Étude économique du système

Investissement

Achat des luminaires	100150 = 15 000 €*
Achat des lampes	1006.85 = 685 €*
Installation des luminaires	10030 = 3 000 €*
Total	18 685 €

Coût de fonctionnement

Énergie consommée par le système	3 1003.2 = 9 920.00 kWh/an*
Coût de la consommation électrique	9 920.800.103 = 1 021.760 €/an*
Achat des lampes
Sur 6.5 ans	100(50.13/100)6.85 = 343.391 €/(6.5 ans)
Sur 1 an	343.391/6.5 = 52.829 €/an
Remplacement lampes
Sur 6.5 ans	100(50.13/100)15 = 751.95 €/(6.5 ans)
Sur 1 an	751.95/6.5 = 115.684 €/an
Coût de fonctionnement	1 190.274 €/an

Coût de la maintenance

Achat lampes	1006.85 = 685 €*
Remplacement lampes	1005 = 500 €*
Total sur 6.5 ans	1 185 €
Total par an	182.308 €/an

Programme 5 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées

Calcul du facteur de maintenance

Le remplacement des lampes doit dans ce cas être effectué tous les 4.5 ans

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF est encore une fois de 0.90.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes changées avant intervention. Dans le cas présent, ce dernier vaut 3.3 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont identiques à ceux du cas précédent.

LLMF	0.9
LSF	1
LMF	0.91
RSMF	0.83
MF	0.68

Simulation dialux

L’installation sera composée de :

100 luminaires,
100 lampes.

Caractéristiques du système :

Puissance installée : 3 200 W.

Étude économique du système

Investissement

Achat des luminaires	100150 = 15 000 €*
Achat des lampes	1006.85 = 685 €*
Installation des luminaires	10030 = 3 000 €*
Total	18 685 €

Coût de fonctionnement

Énergie consommée par le système	3 1003.2 = 9 920.00 kWh/an*
Coût de la consommation électrique	9 920.800.103 = 1 021.760 €/an*
Achat des lampes
Sur 4.5 ans	100(3.3/100)6.85 = 22.605 €/(4.5 ans)
Sur 1 an	22.605/4.5 = 5.023 €/an
Remplacement lampes
Sur 4.5 ans	100(3.3/100)15 = 49.5 €/(4.5 ans)
Sur 1 an	49.5/4.5 = 11 €/an
Coût de fonctionnement	1 037.783 €/an

Coût de la maintenance

Achat lampes	1006.85 = 685 €*
Remplacement lampes	1005 = 500 €*
Total sur 4.5 ans	1 185 €
Total par an	263.33 €/an

Programme 6 : Relamping juste avant que le LLMF ne descende sous les 0.95

Dans ce cas, aucune lampe ne claquera avant le relamping. La maintenance sera donc de type préventif.

Calcul du facteur de maintenance

Le remplacement des lampes doit dans ce cas être effectué tous les ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF.

La valeur minimale de LLMF est encore une fois de 0.95.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont identiques à ceux du cas précédent.

LLMF	0.95
LSF	1
LMF	0.91
RSMF	0.83
MF	0.72

Simulation dialux

L’installation sera composée de :

99 luminaires,
99 lampes.

Caractéristiques du système :

Puissance installée : 3 128 W.

Étude économique du système

L’installation sera donc la même que celle du programme 2. Les coûts d’investissement et de fonctionnement seront donc identiques. Les coûts relatifs à la maintenance augmenteront.

Enfin, par rapport au programme 2, l’impact écologique sera plus négatif. En effet cette solution conduit à la production de plus de déchets et aussi à la nécessité de produire plus de lampes, et donc d’augmenter la quantité d’énergie grise relative à ce système d’éclairage.

Synthèse

–	–	Programme 1	Programme 2	Programme 3	Programme 4	Programme 5
		*Remplacement préventif des lampes avant que LLMFLSF ne descende sous les 0.8**	*Remplacement préventif des lampes avant que LLMFLSF ne descende sous les 0.9**	Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans	Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important	Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées
Dimensionnement	Périodicité relamping	5	2	10	6.5	4.5
	MF	0.64	0.69	0.68	0.68	0.68
	Pourcentage de lampes hors services avant relamping (maintenance préventive) (%)	6.03	0.93
	Pourcentage de lampes changées avant relamping (maintenance mixte) (%)			104.89	50.13	3.3
	Nombre luminaires (= nombre lampes)	110	99	100	100	100
	Puissance installée (W)	3520	3168	3200	3200	3200
Investissement	Investissement (€)	20 553.50	18 498	18 685	18 685	18 685
Fonctionnement	Énergie consommée par le système (kWh/an)	10 912	9 820.80	9 920	9 920	9 920
	Coût de la consommation électrique(€/an)	1 123.936	1 011.542	1 021.760	1 021.76	1 021.76
	Coût achat et remplacement des lampes (€/an)			228.832	168.513	16.023
	Coût de fonctionnement (€/an)	1 123.936	1 011.542	1 250.945	1 190.274	1 037.783
Relamping	Coût de la maintenance (€)	1 303.5	1 173.15	1 185	1 185	1 185
Relamping	Coût de la maintenance (€/an)	260.7	586.575	118.5	182.308	263.33

Le graphique suivant permet de comparer les différents programme de maintenance :

Le programme le plus intéressant économiquement est donc le programme 5, c’est-à-dire un remplacement curatif des lampes et un relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées.

Ce graphique montre tout l’intérêt d’assurer un facteur de maintenance élevé. En effet, si on étudie en détail les coûts de fonctionnement, on s’aperçoit que la facture électrique représente toujours la part la plus importante de ceux-ci.

Il montre également l’intérêt d’un remplacement curatif des lampes, qui permet à moindres frais de maintenir le facteur de maintenance à une valeur acceptable.

Économiquement, la fréquence des relamping est d’une grande importance et vouloir maintenir un facteur de maintenance élevé en augmentant celle-ci ne semble pas être la solution optimale.

Enfin, rappelons qu’une telle étude doit être menée pour chaque réalisation et que les résultats obtenus ici ne sont pas applicables de manière générale.

Publié par : Energie-Plus 9 Oct, 2007

Choisir entre les différentes caractéristiques influençant le programme de maintenance [Eclairage]

Le type de lampe

Il y a lieu de considérer ici sept grandes catégories de sources lumineuses :

En ce qui concerne les deux autres types de lampes :

Les lampes à induction présentent un prix et une durée de vie élevés. Elles seront utilisées quand la maintenance est difficile, ou coûteuse, et dans des situations requérant de longues périodes de fonctionnement.
Les lampes au sodium haute pression possèdent un très mauvais IRC. Elles sont principalement utilisées pour l’éclairage des autoroutes, car l’efficacité lumineuse doit être très élevée et que le rendu des couleurs n’est pas primordial.

Du point de vue de la maintenance, les différents types de lampes vont se distinguer par leur :

facteur de survie
facteur de maintien de flux lumineux

Il est important de noter que les tables permettant de calculer le facteur de maintenance d’une installation reprennent des valeurs moyennes par catégorie de lampe. Dans les faits, il existe une grande dispersion autour de ces valeurs moyennes.

Par exemple, les halogénures métalliques possèdent les caractéristiques suivantes :

Une durée de vie moyenne comprise entre 10 000 et 18 000 heures et donc un facteur de survie (LSF) variant fortement d’une lampe à l’autre (la durée de vie moyenne est définie par un LSF de 0.5).

durée de vie moyenne de lampes aux iodures métalliques

Le schéma ci-dessus montre la chute du flux lumineux de différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.

Une durée de vie utile comprise entre 6 000 et 10 000 heures et donc un facteur de maintien du flux lumineux variant fortement d’une lampe à l’autre (la durée de vie utile est définie par un LLMF de 0.8).

Evolution du pourcentage de lampes survivantes pour différents lots de lampes aux iodures métalliques d'un fabricant donné.

Le schéma ci-dessus indique l’évolution du pourcentage de lampes survivantes pour différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.

Les différents types de lampes sont également définis par leur efficacité moyenne. En pratique, il y aura lieu de comparer le produit de ces trois facteurs, comme le montre le graphique suivant :

Il est essentiel de garder à l’esprit que ce graphe se base sur les valeurs moyennes de l’efficacité, du facteur de maintenance du flux lumineux et du facteur de survie de chaque type de lampes.

Ce graphique montre que selon la durée de fonctionnement (avant relamping ou remplacement complet du luminaire) souhaitée, le type de lampe le plus efficace sera différent.

Par exemple si l’installation est sensée fonctionner 13 000 heures, alors le type de lampes le plus efficace (en moyenne) sera celui des fluorescentes triphosphores (1.12 fois plus efficace que les lampes sodium haute pression et 1.71 fois plus que les lampes aux halogénures métalliques).

Si le système est sensé fonctionner 3 000 heures, alors le type de lampes le plus efficace sera celui des halogénures métalliques, qui sera 1.06 fois plus efficace que le type fluorescente triphosphore et 1.25 fois plus efficace que les types flocompacte et sodium haute pression.

Il est essentiel de garder à l’esprit que les courbes donnant le pourcentage de flux lumineux restant en fonction de la durée de fonctionnement n’auront pas toutes la même allure. Ce serait donc une erreur de s’intéresser uniquement à l’efficacité lumineuse initiale des lampes.

Ce diagramme permet également de voir simplement que les lampes incandescentes classiques et halogènes possèdent de très mauvaises caractéristiques (faible efficacité, diminution rapide du flux lumineux, et facteur de survie très bas).

Si vous voulez comparer des lampes de type différent en fonction de leur efficacité lumineuse. (xls)

Lampes halogènes classiques ou lampes aux halogénures métalliques

Méthodologie

L’étude présentée ici se base sur quatre étapes. Pour chacun des couples (type de maintenance, valeurs des critères de planification), il y a lieu :

de déterminer les valeurs du facteur de survie des lampes choisies en fonction de la durée de vie annoncée par le constructeur ;
de déterminer la valeur du facteur de maintenance, des intervalles de nettoyage, de la périodicité du relamping. Cette étape est réalisée à l’aide de deux fichiers Excel ;
dimensionner l’installation (nombre de luminaires, de lampes, puissance installée) grâce à un logiciel tel que Dialux ;
faire l’étude économique du système à l’aide d’un troisième fichier Excel.

Données du problème

Coût moyen du kWh (prix en mars 2006, pour une consommation électrique située entre 100 et 700 MWh) : 0.104 €/kWh.
Coût de la main-d’œuvre : 30 €/h.
Durée de l’intervention :
- 30 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement curatif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 15 €/lampe ;
- 10 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement préventif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 5 €/lampe ;
- 1 h par luminaire à installer, ce qui conduit à un coût d’installation de 30 €/luminaire

Les prix repris ici sont HTVA et correspondent à des types de lampes et de luminaires bien précis. Ils devront donc être adaptés en fonction des choix du responsable.

En ce qui concerne le prix moyen du kWh d’électricité, celui-ci varie en fonction de la consommation totale d’électricité. Pour en savoir plus à ce sujet, une étude réalisée par l’ICEDD disponible sur le site de la CWaPE permet de déterminer la valeur du kWh moyen en fonction de la tranche de consommation totale.

Caractéristiques du système

Dimensions du local : 7*6*2.8 m³.
Catégorie d’environnement : propre.
Durée de fonctionnement par an : 2 580 h.
Facteurs de réflexion des parois du local (valeur standard) :
- Plafond : 0.7
- Murs : 0.5
- Sol : 0.2.
Luminaires utilisés :
- Luminaires à ventilation forcée de type downlight pouvant accueillir des lampes halogènes ou des lampes à halogénures métalliques
Pas de nettoyage des parois du local.
Intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires : 1 an. Ceci correspond (pour les luminaires choisis et la catégorie d’environnement) à un facteur de maintenance des luminaires de 0.99.

Hypothèses

Nous supposons ici que l’appareillage électrique reste en état de fonctionnement durant toute l’étude.

Dans le cas d’une maintenance curative, nous considérons que les lampes hors services sont remplacées juste avant la fin de chaque intervalle de 1 000 heures.

Les lampes utilisées

Comme dit précédemment, les luminaires choisis ici peuvent aussi bien accueillir des halogènes ou des halogénures métalliques. Les luminaires, peu importe le type de lampes qu’ils accueillent, présentent le même rendement et la même courbe photométrique (distribution à caractère intensif).

Si la topologie du système d’éclairage est imposée par des critères esthétiques, il y a lieu de choisir des lampes possédant des flux lumineux équivalents. Ce choix est de plus conforté par le fait que nous utiliserons le même type de luminaire et donc la même courbe photométrique (à peu de chose près) à caractère intensif. Augmenter le flux des lampes aura pour conséquence première d’augmenter l’éclairement dans l’axe du luminaire et ne permettra donc pas d’utiliser moins de luminaires.

Notre choix se portera donc sur les lampes suivantes :

	*Lampe halogène*	*Lampe aux halogénures métalliques*
*Puissance luminaire (W)*	300	82
*Flux lumineux (lm)*	5 600	5 900
*Efficacité lumineuse (lm/W)*	18.67	71.95
*Température de couleur (K)*	2 900	4 200
*Indice de rendu des couleurs*	100	85
*Durée de vie moyenne (h)*	2 000	9 000
*Prix lampe (€ HTVA)*	5.36	28
Prix luminaire (€ HTVA)	147	159.25

Programme 1 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF descende sous la barre des 0.9

Il n’est malheureusement pas possible de satisfaire ce critère avec les lampes halogènes, à moins de les remplacer tous les 4 mois.

Programme 2 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF descende sous la barre des 0.76

> Système réalisé à base de lampes halogènes

Dans ce cas, il est nécessaire de réaliser un relamping tous les 6 mois.

Caractéristiques du système d'éclairage avec relamping.

Avant le relamping, 22 % des lampes seront hors services.

La valeur minimale de LLMF*LSF est de 0.76.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont :

LLMF	0.97
LSF	0.78
LMF	0.99
RSMF	0.94
MF	0.7

Simulation dialux

L’installation sera composée de :

8 luminaires
8 lampes

Caractéristiques du système :

Puissance installée : 2 400 W

Étude économique du système

Investissement

Achat des luminaires	8147 = 1 176 €*
Achat des lampes	85.36 = 42.88 €*
Installation des luminaires	830 = 240 €*
Total	1 458.88 €

Coût de fonctionnement

Énergie consommée par le système	2 4002.58 = 6 192 kWh/an*
Coût de la consommation électrique	6 192*0.103 = 637.776 €/an
Coût de fonctionnement	*637.776 €/an*

Coût de la maintenance

Achat lampes	85.36 = 42.88 €*
Remplacement lampes	85 = 40 €*
Total sur 0.5 an	82.88 €
Total par an	165.76 €/an

> Système réalisé à base de lampes à halogénures métalliques

Dans ce cas, il est nécessaire de réaliser un relamping tous les 1.5 ans.

Caractéristiques du système d'éclairage avec relamping.

Avant le relamping, 9.51 % des lampes seront hors services.

La valeur minimale de LLMF*LSF est de 0.81.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont :

LLMF	0.89
LSF	0.90
LMF	0.99
RSMF	0.94
MF	0.75

Simulation dialux

L’installation sera composée de :

8 luminaires
8 lampes

Caractéristiques du système :

Puissance installée : 656 W

Étude économique du système

Investissement

Achat des luminaires	8159.25 = 1 274 €*
Achat des lampes	828 = 224 €*
Installation des luminaires	830 = 240 €*
Total	1 738 €

Coût de fonctionnement

Énergie consommée par le système	6562.58 = 1 692.48 kWh/an*
Coût de la consommation électrique	1 692.48*0.103 = 174.325 €/an
Coût de fonctionnement	*216.197* €/an

Coût de la maintenance

Achat lampes	828 = 224 €*
Remplacement lampes	85 = 40 €*
Total sur 1.5 an	264 €
Total par an	176 €/an

Comparaison

Schéma, comparaison économique des différents programmes.

Cet exemple montre à quel point les halogènes donnent des résultats médiocres tant du point de vue énergétique qu’économique. L’utilisation d’halogénures métalliques à leur place permet de diminuer la consommation énergétique du système de près de 75 %. Et cela, pour un surcoût à l’investissement d’environ 230 €.

Il est à noter que les 5 % gagné sur la valeur du facteur de maintenance n’ont pas permis de réduire le nombre de luminaires. Cela est dû à la topologie du système (disposition rectiligne, dimensions du local…) et à la nécessité de satisfaire les critères de confort visuel (un facteur de maintenance de 0.84 aurait permis de limiter le nombre de luminaires à halogénures métalliques à 6).

Cela montre bien que la planification de la maintenance ne se limite pas à la détermination du facteur de maintenance. Elle permet également de déterminer la périodicité de la maintenance et les coûts qui lui sont liés. Dans le cas qui nous occupe, les surcoûts rattachés à l’achat d’halogénures métalliques, une dizaine d’euros par an, sont largement compensés par la diminution de la facture électrique.

Comme le montre le graphique suivant, l’utilisation d’halogénures métalliques plutôt que d’halogènes est rentabilisée en un an. On aura ainsi économisé (investissement compris) 160 € en un an, 922 en deux.

Les résultats calculés ici se basent sur l’emploi de lampes aux halogénures métalliques possédant une dure de vie moyenne (9 000 heures) assez faible si on la compare aux standards de sa catégorie. En effet, la plupart des halogénures métalliques possèdent une durée de vie moyenne de 18 000 heures.

Ces lampes présentent tout de même un bon indice de rendu des couleurs ainsi qu’une température de couleur plus proche de celle de la lumière naturelle.

Les fichiers ayant permis la réalisation de cette étude sont accessibles ici :

Calculs	Pour apprendre à utiliser les fichiers Excel permettant de planifier la maintenance.
Calculs	Pour déterminer les valeurs du facteur de survie catalogue.
Calculs	Pour planifier une maintenance préventive ou mixte.

Le graphique suivant montre qu’il existe une grande dispersion autour de ces valeurs moyennes :

Pour finir, il ne faut pas oublier que d’autres facteurs jouent également dans le choix d’une lampe :

Indice de Rendu des Couleurs
Spectre lumineux complet et régulier
…

Le type de luminaire

Il y a lieu de considérer ici 7 grandes catégories de luminaires :

Tube nu.

Illustration luminaire ouverts sur le dessus.

Luminaires ouverts sur le dessus
(ventilés naturellement).

Illustration luminaire fermé sur le dessus.

Luminaires fermés sur le dessus
(non ventilés).

Luminaires fermés IP2X,
protégés contre les corps solides
supérieurs à 12 mm.

Luminaires fermés IP5X,
protégés contre la poussière.

Luminaires assurant
un éclairage indirect
ou vers le haut.

Luminaires à ventilation forcée.

Le choix du type de luminaire revêt d’une importance capitale, surtout dans les locaux de catégorie « normal » et « sale « . Ce choix influence directement la valeur du facteur de maintenance des luminaires (LMF).

Par exemple, si la catégorie d’environnement est sale et que les luminaires sont nettoyés tous les 3ans, les pertes engendrées par l’empoussièrement de ceux-ci seront de :

15 % si l’on utilise des luminaires à ventilation forcée.
21 % si l’on utilise des luminaires fermés IP5X.
27 % si l’on utilise des tubes nus.
32 % si l’on utilise des luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement).
35 % si l’on utilise des luminaires fermés IP2X.
48 % si l’on utilise des luminaires fermés sur le dessus (non ventilés).
55 % si l’on utilise des luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut.

Pour un même intervalle de nettoyage des luminaires, mais pour un environnement normal cette fois, les pertes engendrées seront de :

10 % si l’on utilise des luminaires à ventilation forcée.
16 % si l’on utilise des luminaires fermés IP5X.
21 % si l’on utilise des tubes nus.
26 % si l’on utilise des luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement).
27 % si l’on utilise des luminaires fermés IP2X.
39 % si l’on utilise des luminaires fermés sur le dessus (non ventilés).
45 % si l’on utilise des luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut.

Pour un environnement propre, les pertes vont de 5 à 26 % et pour un très propre de 2 à 15 %.

En règle générale, le classement des luminaires en fonction du facteur de maintenance (LMF) donnera :

Type de luminaire	LLMF moyen
Luminaires à ventilation forcée.	0.948
Luminaires fermés IP5X, protégés contre la poussière.	0.890
Tube nu.	0.874
Luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement).	0.845
Luminaires fermés IP2X, protégés contre les corps solides supérieurs à 12 mm.	0.820
Luminaires fermés sur le dessus (non ventilés).	0.781
Luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut.	0.757

Comme dans le cas du choix du type de lampe à utiliser, il y a lieu de faire attention au rendement des luminaires. Il est cependant plus difficile ici de tirer des conclusions générales étant donné la dispersion de la valeur des rendements dans une gamme donnée.

Le système d’éclairage

On distingue ici trois types de systèmes d’éclairage :

Les systèmes directs.
Les systèmes indirects.
Les systèmes mixtes.

Pour ce qui est des systèmes mixtes, il existe théoriquement une infinité de possibilités. Nous ne nous occuperons ici que des trois cas types suivants :

Cas 1 : 100 % direct, 0 % indirect.
Cas 2 : 50 % direct, 50 % indirect.
Cas 3 : 0 % direct, 100 % indirect.

Du point de vue de l’énergie, plus la composante directe de l’éclairage est importante et plus l’efficacité du système est grande. En effet, dans un système à composante indirecte non nulle, avant d’atteindre la tâche à éclairer, la lumière est réfléchie. Ce mode d’éclairage a donc un moins bon rendement et demande, à niveau d’éclairement égal, une puissance installée supérieure à celle du système direct.

L’éclairement dépend dans ce cas fortement des coefficients de réflexion des parois sur lesquelles la lumière est réfléchie. L’état de propreté des parois aura donc une influence directe sur les valeurs d’éclairement atteintes (via le RSMF), comme le montre l’exemple suivant :

Exemple montrant l’influence du système d’éclairage sur les valeurs de RSMF à utiliser.

Soit un système possédant les caractéristiques suivantes :

Environnement normal
Facteurs de réflexion des parois du local (valeurs standards) :
- Plafond : 0.7
- Murs : 0.5
- Sol : 0.2

Les valeurs de RSMF vont alors suivre les évolutions suivantes :

Si on planifie un nettoyage des parois tous les 3 ans, les pertes engendrées par l’empoussièrement du local seront de :

10 % dans le cas d’un système d’éclairage direct
17 % dans le cas d’un système d’éclairage 50 % indirect et 50 % direct
28 % dans le cas d’un système d’éclairage indirect

Il est à noter que du point de vue du confort, l’utilisation d’un système d’éclairage mixte va conduire à des différences de luminance nettement moins marquées que dans le cas d’un éclairage direct. Le système mixte est surtout avantageux dans des pièces à plafond haut et évite la perception d’une zone sombre au plafond. Il est cependant nécessaire de garder à l’esprit qu’une faible proportion de flux vers le haut suffit généralement et qu’une proportion de 50 % vers le haut est certainement une valeur trop importante.

À ce sujet, il peut être intéressant de se tourner vers les réglementations. Celle relative aux lieux de travail indique que pour un éclairement de la tâche de 500 lux, les zones environnantes immédiates (bande de 0.5 m autour de la zone de travail) doivent présenter un éclairement de 300 lux, soit 60 % de la première valeur. Il est donc évident que l’éclairement du plafond devra être largement inférieur à 50 % de la valeur d’éclairement de la tâche. La composante indirecte ne devra servir qu’à éviter la création d’une ombre sur le plafond.

La catégorie d’environnement

Catégorie d’environnement

Les coefficients de réflexion des parois d’un local jouent un rôle important sur l’éclairage. L’empoussièrement de celui-ci va conduire à la réduction des facteurs de réflexion du local, et donc à la réduction du niveau d’éclairement atteint. Cette déperdition va dépendre :

des proportions du local
du facteur de réflexion de chacune des parois du local
du type d’éclairage choisi (direct, indirect…)
et surtout de la catégorie d’environnement dans laquelle on se trouve (la nature et la densité de la poussière étant des facteurs prépondérants)

On distingue quatre catégories d’environnement :

Très propre	Hôpitaux (zones d’interventions), centres informatiques.
Propre	Bureaux, écoles, hôpitaux (zones communes), magasins, laboratoires, restaurants, salles de conférence.
Normal	Salles d’assemblage.
Sale	Ateliers mécaniques, fonderies, laboratoires chimiques.

Le type d’environnement a une grande importance, mais il ne résulte malheureusement pas vraiment d’un choix.

Par exemple pour un système possédant les caractéristiques suivantes :

Facteurs de réflexion des parois du local (valeur standard) :
- Plafond : 0.7
- Murs : 0.5
- Sol : 0.2
Système d’éclairage 50 % direct, 50 % indirect
Nettoyage des parois du local tous les deux ans

Les pertes du à l’empoussièrement des parois seront de :

Pertes du à l'empoussièrement des parois.

Soit en résumé :

5 % dans le cas d’un environnement très propre
9 % dans le cas d’un environnement propre
17 % dans le cas d’un environnement normal
25 % dans le cas d’un environnement sale

La catégorie d’environnement va donc influencer directement la valeur du facteur de maintenance du local (RSMF). Mais comme le montre le graphique précédent, de manière générale, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Ce qui dans la pratique ne semble pas envisageable.

La catégorie d’environnement joue également sur le taux d’encrassement des luminaires. Si l’on analyse plus en détail l’évolution du facteur de maintenance des luminaires (LMF) on s’aperçoit qu’il est intéressant de pratiquer un nettoyage des luminaires tous les 6 mois, comme le montre le graphe suivant (catégorie d’environnement « sale « ) :

Le nombre d’heure de fonctionnement

Le tableau suivant indique, dans le cadre d’activités typiques, le nombre d’heures de fonctionnement de l’installation d’éclairage :

Activité	Période d’occupation		Gestion en fonction de la lumière du jour	Heures de fonctionnement
Shift inclus	Nombre de jours	Heures/jour	Oui/non	Heures/an
Industrie
Continu	365	24	Non	8760
Process	365	24	Oui	7300
2 shifts	310	16	Non	4960
6 jours/semaine	310	16	Oui	3720
1 shift	310	10	Non	3100
6 jours/semaine	310	10	Oui	1760
1 shift	258	10	Non	2580
5 jours/semaines	258	10	Oui	1550
Commerce
6 jours/semaine	310	10	Non	3100
Bureaux
5 jours/semaine	258	10	Non	2580
5 jours/semaine	258	10	Oui	1550
Écoles
5 jours/semaine	190	10	Non	1900
5 jours/semaine	190	10	Oui	1140
Hôpitaux
7 jours/semaine	365	16	Non	5840
7 jours/semaine	365	16	Oui	3504

Planification du programme de maintenance

Pour chaque topologie, il est nécessaire de réaliser une étude permettant de définir quel sera le type de programme à appliquer (maintenance curative, maintenance préventive, mix de ces deux programmes). Cette étude permettra de définir, en plus du type de maintenance optimal :

L’intervalle de temps entre deux relamping
L’intervalle de temps entre deux nettoyages consécutifs des parois
L’intervalle de temps entre deux nettoyages consécutifs des luminaires

Cela dans le but d’optimiser la valeur du facteur de maintenance.

Comme vu précédemment certaines caractéristiques du système ne résultent pas d’un choix de l’utilisateur. C’est le cas notamment :

de la catégorie d’environnement
du nombre d’heures de fonctionnement de l’installation

Pour diminuer la consommation électrique du système d’éclairage, il est néanmoins possible de jouer :

Sur le type de lampes utilisé
Sur le type de luminaires utilisé
Sur le système d’éclairage utilisé
Et dans une certaine mesure sur les coefficients de réflexion des parois du local

Dans la suite de cette page, vous trouverez le résumé d’une telle étude. Celle-ci a été réalisée dans le cas d’un système d’éclairage comprenant des lampes fluorescentes triphosphores.

Pour accéder à l’étude complète, est accessible dans la page « Exemple de choix du programme ».

Calculs	Pour apprendre à utiliser les fichiers Excel permettant de planifier la maintenance.
Calculs	Pour accéder au fichier Excel permettant de planifier une maintenance préventive.
Calculs	Pour accéder au fichier Excel permettant de planifier une maintenance mixte (curative et préventive).

Exemple de planification de la maintenance

Méthodologie

L’étude présentée ici se base sur trois étapes. Pour chacun des couples (type de maintenance, valeurs des critères de planification), il y a lieu :

de déterminer la valeur du facteur de maintenance, des intervalles de nettoyage, de la périodicité du relamping. Cette étape est réalisée à l’aide de deux fichiers Excel.
dimensionner l’installation (nombre de luminaires, de lampes, puissance installée) grâce à un logiciel tel que Dialux.
faire l’étude économique du système à l’aide d’un troisième fichier Excel.

Données du problème

Coût moyen du kWh (prix en mars 2006, pour une consommation électrique située entre 100 et 700 MWh) : 0.104 €/kWh
Coût de la main-d’œuvre : 30 €/h
Durée de l’intervention :
- 30 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement curatif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 15 €/lampe
- 10 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement préventif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 5 €/lampe
- 1 h par luminaire à installer, ce qui conduit à un coût d’installation de 30 €/luminaire

Les prix repris ici sont HTVA et correspondent à des types de lampes et de luminaires bien précis. Ils devront donc être adaptés en fonction des choix du responsable.

En ce qui concerne le prix moyen du kWh d’électricité, celui-ci varie en fonction de la consommation totale d’électricité. Pour en savoir plus à ce sujet, une étude réalisée par l’ICEDD disponible sur le site de la CWaPE permet de déterminer la valeur du kWh moyen en fonction de la tranche de consommation totale.

Caractéristiques du système

Dimensions du local : 20*15*2.8 m³
Catégorie d’environnement : normale
Durée de fonctionnement par an : 3100 h
Facteurs de réflexion des parois du local (valeurs standards) :
- Plafond : 0.7
- Murs : 0.5
- Sol : 0.2
Lampes utilisées :
- Type : fluorescente triphosphore
- Coût hors taxe :6.85 €/lampe
- Puissance : 28 W/lampe
Luminaires utilisés :
- Luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement)
- Coût hors taxe : 150 €/luminaire
- Puissance (lampe incluse) : 32 W/luminaires
Pas de nettoyage des parois du local
Intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires : 0.5 an. Ceci correspond à un facteur de maintenance des luminaires de 0.91.

Hypothèses

Nous supposons ici que l’appareillage électrique reste en état de fonctionnement durant toute l’étude.

Dans le cas d’une maintenance curative, nous estimons que les lampes hors services sont remplacées juste avant la fin de chaque intervalle de 1 000 heures (ce qui correspond au pas de simulation).

Les différents programmes de maintenance

Programme 1 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 80 % de la valeur initiale
Programme 2 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 90 % de la valeur initiale
Programme 3 : Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans
Programme 4 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important
Programme 5 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées
Programme 6 : Relamping juste avant que le LLMF ne descende sous les 0.95

Dans le cas du programme 6, aucune lampe ne claquera avant le relamping. La maintenance sera donc de type préventif.

Le remplacement des lampes devra dans ce cas être effectué tous les ans.

L’installation sera donc la même que celle du programme 2, avec des coûts d’investissement et de fonctionnement identiques. Les coûts relatifs à la maintenance augmenteront.

Enfin, par rapport au programme 2, l’impact écologique sera plus négatif. En effet, cette solution conduit à la production de plus de déchets et aussi à la nécessité de produire plus de lampes, et donc d’augmenter la quantité d’énergie grise relative à ce système d’éclairage.

Synthèse

		Programme 1	Programme 2	Programme 3	Programme 4	Programme 5
		*Remplacement préventif des lampes avant que LLMFLSF ne descende sous les 0.8**	*Remplacement préventif des lampes avant que LLMFLSF ne descende sous les 0.9**	Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans	Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important	Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées
Dimensionnement	Périodicité relamping	5	2	10	6.5	4.5
	MF	0.64	0.69	0.68	0.68	0.68
	Pourcentage de lampes hors services avant relamping (maintenance préventive) (%)	6.03	0.93
	Pourcentage de lampes changées avant relamping (maintenance mixte) (%)			104.89	50.13	3.3
	Nombre luminaires (= nombre lampes)	110	99	100	100	100
	Puissance installée (W)	3520	3168	3200	3200	3200
Investissement	Investissement (€)	20 553.50	18 498	18 685	18 685	18 685
Fonctionnement	Énergie consommée par le système (kWh/an)	10 912	9 820.80	9 920	9 920	9 920
	Coût de la consommation électrique (€/an)	1 123.936	1 011.542	1 021.760	1 021.76	1 021.76
	Coût achat et remplacement des lampes (€/an)			228.832	168.513	16.023
	Coût de fonctionnement (€/an)	1 123.936	1 011.542	1 250.945	1 190.274	1 037.783
Relamping	Coût de la maintenance (€)	1 303.5	1 173.15	1 185	1 185	1 185
Relamping	Coût de la maintenance (€/an)	260.7	586.575	118.5	182.308	263.33

Le graphique suivant permet de comparer les différents programmes de maintenance :

Calculs

Pour accéder au fichier Excel permettant de réaliser cette comparaison.

Le programme le plus intéressant économiquement est donc le programme 5, c’est-à-dire un remplacement curatif des lampes et un relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées.

Au bout de 15 ans, ce programme permet une économie de :

800 € par rapport au programme 3
1 100 € par rapport au programme 4
1 700 € par rapport au programme 2
2 200 € par rapport au programme 1

Ce graphique montre tout l’intérêt d’assurer un facteur de maintenance élevé. En effet, si l’on étudie en détail les coûts de fonctionnement, on s’aperçoit que la facture électrique représente toujours la part la plus importante de ceux-ci.

Il met également en exergue l’intérêt d’un remplacement curatif des lampes, qui permet à moindres frais de maintenir le facteur de maintenance à une valeur acceptable.

Économiquement, la fréquence des relamping est d’une grande importance et vouloir maintenir un facteur de maintenance élevé en augmentant celle-ci ne semble pas être la solution optimale.

Enfin, rappelons qu’une telle étude doit être menée pour chaque réalisation et que les résultats obtenus ici ne sont pas applicables de manière générale.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Luminaires extérieurs

Classification des luminaires extérieurs

Luminaires fonctionnels	Luminaires décoratifs	Projecteurs

Type 1 : asymétriques (type éclairage public).	Type 3 : asymétriques.	Type 5 : asymétriques.

Type 2 : symétriques avant-arrière.	Type 4 : symétriques avant-arrière.	Type 6 : symétriques.

Distribution lumineuse des luminaires asymétriques et des luminaires symétriques.

Les projecteurs se distinguent des autres luminaires parce qu’ils sont orientables en azimut et en inclinaison. Un luminaire d’éclairage public éclaire grosso modo une bande d’une largeur égale à la hauteur de feu. Cette largeur peut atteindre 2,5 fois la hauteur pour un projecteur.

Distribution lumineuse des luminaires et des projecteurs.

Orientation d’un projecteur.

Pour éviter toute pollution lumineuse, on évitera d’utiliser des luminaires décoratifs éclairant vers le ciel.

Matériaux utilisés

Matériaux pour armatures

Matériaux pour armature	Traitement de surface	Finition	Avantages	Inconvénients
Acier inoxydable	Aucun	Peinture cuite au four	Très bonne tenue dans le temps, limitation du dépôt de poussières, grand choix des couleurs.	Coût, poids.
Acier	Galvanisation	Peinture cuite au four	Très bonne tenue dans le temps, limitation du dépôt de poussière, grand choix des couleurs.	Veiller à ce que la couche de galvanisation soit suffisante, poids.
Acier	Galvanisation	Aucune	Bonne tenue dans le temps.	Surface moins lisse, plus salissante, couleur unique.
Aluminium et alliages	Chromatation	Peinture cuite au four	Très bonne tenue dans le temps, poids, limitation du dépôt de poussières, grand choix des couleurs.	–
Aluminium et alliages	Anodisation	Aucune	Bonne tenue dans le temps.	Couleur unique, plus salissante.
Cuivre	Aucun	Aucune	Moins coûteux que les autres.	Oxydation naturelle.
	Polissage	Vernis	Maintien de l’aspect initial dans le temps.	–
	Oxydation	Aucune	Bonne tenue dans le temps.	Couleur noire uniquement, impossibilité de voir si c’est du cuivre.
Bronze	Aucun	Aucun	Matériau noble.	Coût, poids, oxydation naturelle.
Bronze	Couche de primer	Peinture liquide	Bonne tenue dans le temps, limitation du dépôt de poussières, grand choix de couleurs.	Coût, poids.
Matières synthétiques	Peintes dans la masse	Aucun	Légèreté, pas de risque de couple galvanique.	Faible résistance mécanique et thermique, choix de couleurs limité.
Matières synthétiques	Couche de primer	Peinture liquide	Légèreté, pas de risque de couple galvanique, grand choix de couleurs.	Faible résistance mécanique et thermique, risque de décollement de la peinture.

Matériaux pour réflecteurs

Matériaux pour réflecteurs	Procédé de fabrication	Traitement	Avantages	Inconvénients
Aluminium	Emboutissage	Anodisation	Légèreté, très répandu, coût, très bonnes qualités de réflexion.	Toutes les formes ne sont pas permises.
	Emboutissage	Chromatation puis métallisation	Qualités de réflexion optimales.	Coût, fragilité mécanique du traitement.
	Extrusion	Chromatation puis métallisation	Qualités de réflexion optimales.	Coût, fragilité mécanique du traitement.
Matière synthétique	Injection	Métallisation	Légèreté, grande liberté des formes, qualités de réflexion optimales.	Coût, limitation thermique, fragilité mécanique du traitement.
Verre	Soufflage	Aucun	Esthétique lorsque le réflecteur est visible, la vasque et le réflecteur peuvent ne faire qu’un.	Poids, coût.

Matériaux pour protecteurs

Matériaux pour protecteurs	Aspect	Avantages	Inconvénients
Métacrylate (PMMA ou polymétacrylate de méthyle)	Clair	Coût, légèreté, ne perturbe pas la distribution de la lumière, pas de jaunissement avec les UV.	Cassant.
	Structuré	Coût, légèreté, très faible perturbation de la distribution de la lumière, moins éblouissant que le clair.	Cassant.
	Opalin	Coût, légèreté, éblouissement très faible.	Cassant, distribution de la lumière tout à fait diffusante (réflecteur inutile).
Polycarbonate	Clair	Coût, légèreté, ne perturbe pas la distribution de la lumière, très résistant aux chocs.	Nécessite, pour éviter le jaunissement, un traitement anti-UV dans la masse, voire un film protecteur supplémentaire lorsqu’on utilise des sources qui émettent beaucoup d’UV comme les lampes à induction et les iodures métalliques.
	Structuré	Comme le métacrylate, mais très résistant aux chocs.
	Opalin	Comme le métacrylate, mais très résistant aux chocs.	Comme le métacrylate.
	POND (Partially Obscured Non Diffusing)	Traitement de surface qui ne perturbe que très faiblement la distribution de la lumière ; malgré un aspect légèrement opalin.	Coût.
Verre	Clair	Esthétique d’un matériau noble, ne perturbe pas la distribution de la lumière, ne s’altère pas.	Coût, poids, matériau très cassant sauf quand il est trempé ou feuilleté et qu’il a une forme étudiée pour résister (p.e. bombé, cintré).
	Strié	Esthétique d’un matériau noble, ne perturbe pas la distribution de la lumière, ne s’altère pas, les stries permettent une distribution améliorée selon le besoin.
	Sablé	Ne perturbe pas la distribution de la lumière, ne s’altère pas, comparable à l’opalin des matières synthétiques.	Distribution de la lumière plus aléatoire comme pour les opalins.

Matériaux pour poteaux et consoles

Matériaux pour poteaux	Avantages	Inconvénients
Aluminium	Légèreté. Pas besoin nécessairement de peinture. Coût.	Très grande transmission des vibrations. Apparition de déformations permanentes lors de chocs. Limitation au niveau des formes.
Acier	Très grande résistance mécanique. Transmet peu les vibrations. Résistance aux chocs. Grande variété de formes et d’adaptations. Très grandes hauteurs possibles.	Nécessite un grand soin de traitement de surface : galvanisation + nettoyage.
Fonte	Grande variété de formes. Matériau noble. Rendu des détails excellent (ex : armoiries, détails végétaux,…).	Poids, coût, limitation en hauteur, poteaux en plusieurs pièces. Nécessite un grand soin de traitement de surface : métallisation + peinture riche en zinc. Matériau cassant sauf les fontes nodulaires.

Contrôle de l’éblouissement

Les luminaires extérieurs sont classés en fonction de leur contrôle de l’éblouissement et de la pollution lumineuse :

Classe	Intensité lumineuse maximale pour tous les demi-plans C (en cd/klm)			Maîtrise de l’éblouissement et de la pollution lumineuse
Classe	à γ = 70°	à γ = 80°	à γ = 90°	Maîtrise de l’éblouissement et de la pollution lumineuse
G1	–	200	50	Maîtrise très réduite.
G2	–	150	30	Réduite.
G3	–	100	20	Faible.
G4	500	100	10	Moyenne.
G5	350	100	10	Bonne.
G6	350	100	0	Excellente.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Remplacer les ballasts électroniques

Remplacement des ballasts électromagnétiques existants par des ballasts électroniques

Avant / après …

Dans une installation possédant déjà des optiques et des lampes performantes, il est cependant peu rentable de remplacer uniquement les ballasts électromagnétiques par des ballasts électroniques. En effet, ceci nécessite une main d’œuvre importante : pose et dépose des luminaires, démontage des ballasts, modification du câblage interne et placement du nouveau ballast.

Diminuer les consommations électriques.

Pour choisir le type de ballast.

Remplacement des ballasts existants par des ballasts électroniques dimmables

Dans des locaux où la lumière naturelle est présente, il est légitime de se poser la question du remplacement des ballasts des luminaires par des ballasts électroniques dimmables qui géreront le niveau d’éclairement artificiel en fonction de l’apport en lumière naturelle.

Si les ballasts existants sont déjà des ballasts électroniques, l’investissement consenti pour le remplacement des ballasts n’engendrera plus d’économie. Au contraire, les ballasts électroniques dimmables présentent une perte légèrement supérieure aux ballasts électroniques traditionnels. Dans ce cas, l’installation du système de gestion ne sera jamais rentabilisée dans un temps raisonnable. Toutefois, si les ballasts existants sont en fin de vie et qu’un remplacement est nécessaire, alors on peut éventuellement envisager de les remplacer par des ballasts électroniques dimmables et un système de gestion simple de gradation en fonction de la lumière du jour (pour autant qu’il y ait un apport de lumière naturelle).

Si les ballasts existants sont électromagnétiques, on réalise déjà une économie d’énergie d’environ 20 % par leur remplacement, ce qui diminue les temps de retour.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Visualiser les critères de l’efficacité énergétique en un coup d’œil !

Quel que soit l’usage, l’efficacité énergétique (et donc les consommations !) dépend :

Améliorer

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes à décharge : généralités

On reprend généralement sous la dénomination « lampes à décharge »

les lampes à décharge « haute pression » (lampe au sodium haute pression, aux halogénures métalliques ou au mercure haute pression),
et les lampes au sodium basse pression.

Mais les tubes fluorescents, les lampes fluocompactes et les lampes à induction sont aussi des lampes à décharge (la lumière y est aussi produite par une décharge électrique dans un gaz).

Principe de fonctionnement

Une lampe dite « à décharge » fonctionne par décharge d’un courant électrique dans une atmosphère gazeuse. La décharge se fait au travers d’un tube à décharge qui se trouve lui-même dans une ampoule vide.

Lorsqu’on met la lampe sous tension, des électrons sont émis par les deux électrodes de tungstène. Lors de leur trajet au travers du tube à décharge, ils entrent en collision avec les atomes de gaz. Il en résulte une libération d’énergie soit sous forme de lumière visible, soit sous forme de rayonnement ultraviolet invisible (principalement pour les lampes au mercure haute pression). Ce dernier est absorbé par le revêtement fluorescent présent sur la face interne de la lampe et converti en rayonnement visible.

Selon la pression du gaz dans le tube ou l’ampoule, on distingue les lampes à basse et à haute pression.

Les lampes à décharge ont besoin des éléments suivants pour fonctionner :

– d’un amorceur (l’équivalent du starter des lampes fluorescentes),

– d’un ballast et d’un condensateur.

Ces trois éléments sont nécessaires pour :

atteindre pendant un court instant la tension élevée d’amorçage de la décharge électrique dans le gaz ionisé ou dans la vapeur de métal,
limiter le courant après l’amorçage pour empêcher la destruction de la lampe,
garder un cos φ proche de 1.

Principales dénominations commerciales

Type de lampe / Marques *	Philips	Osram	Sylvania
Sodium basse pression	SOX	SOX	SLP
Sodium haute pression	SDW SON	NAV	SHP SHX
Mercure haute pression	HPL	HQL HWL	HSL HSB
Halogénures ou iodures métalliques	HPI MHN/MHW CDM	HQI HCI	HSI MS MP
Induction	QL	–	–

* Liste non exhaustive.

Données	Pour connaitre les caractéristiques des lampes à décharge
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Luminaires intérieurs pour tubes fluorescents

Luminaires ouverts à ventelles

Luminaires ouverts à ventelles droites

Les ventelles d’un luminaire ont pour but de limiter la vue directe des lampes à partir d’un certain angle de vision appelé angle de défilement. Le contrôle de la diffusion de la lumière par ces ventelles (dans le sens longitudinal du luminaire) et par le réflecteur (dans le sens transversal) déterminera la luminance du luminaire, c’est-à-dire sa brillance, pour chacun des angles sous lequel on le regarde. La norme EN 12464-1 spécifie l’angle de défilement minimum en fonction de la luminance de la lampe.

Luminaires ouverts à ventelles paraboliques (basse luminance)

Pour limiter l’éblouissement via les écrans d’ordinateur, les luminaires performants présentent une luminance moyenne faible pour des angles ϒ supérieurs à leur angle de défilement (voir illustration ci-après). Ils sont caractérisés par des optiques en aluminium équipées de ventelles symétriques et de forme parabolique. Celles-ci permettent un contrôle de la lumière qui évite les réflexions sur les écrans d’ordinateur verticaux ou légèrement inclinés ; ce que ne permettent pas des ventelles planes. On les appelle généralement luminaire « basse luminance ».

Pour les luminaires éclairant des postes de travail avec équipement de visualisation , la norme EN 12464-1 spécifie que pour des angles d’élévation supérieurs ou égales à 65°, la luminance moyenne des luminaires ne doit pas dépasser les valeurs reprises dans le tableau suivant, et ce en fonction de la luminance moyenne propre des écrans concernés :

État de luminance élevé de l’écran

Écran à haute luminance
L > 200 cd.m^-2

Écran à luminance moyenne
L ≤ 200 cd.m^-2

Cas A

(polarité positive et exigences normales concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés dans les bureaux, pour l’éducation, etc.)

≤ 3 000 cd/m²

≤ 1 500 cd/m²

Cas B

≤ 1 500 cd/m²

≤ 1 000 cd/m²

Contrôle de la luminance par des ventelles .

Comparatif ventelles plates et paraboliques .

Ventelle parabolique.

Il existe également des luminaires équipés de ventelles « crantées ou en sapin ». Ce ne sont pas, à proprement parlé, des luminaires « basse luminance ». Ils constituent un compromis entre les luminaires à ventelles planes et les luminaires à ventelles paraboliques.

De plus, un luminaire présente souvent ce que l’on appelle des luminances de crête. Celles-ci, gênantes lorsque l’on travaille de façon intensive sur ordinateur, sont dues à la réflexion de la lumière émise par la lampe sur le dos des ventelles.

Luminance de crête.

Pour prévenir ces taches lumineuses, certains fabricants prévoient des ventelles dont le dos profilé réoriente la lumière réfléchie pour éviter tout éblouissement.

Exemples de ventelles profilées.

Attention ! Les luminaires de qualité médiocre présentent parfois des ventelles dont le dos n’est pas fermé ou peint en noir. Dans ce cas, les luminances de crête sont éliminées, mais au prix d’une importante perte de rendement !

Luminaires « lumière douce »

Diffusion de la lumière
avec un luminaire lumière douce.

Le luminaire dit « lumière douce » n’est pas à proprement parler un luminaire basse luminance. Son intérêt réside dans l’absence de point lumineux à forte luminance. Il est caractérisé par une luminance également répartie dans toutes les directions (de l’ordre de 1 500 cd/m²). Il est composé d’un diffuseur perforé et d’un réflecteur qui assure une diffusion uniforme de la lumière sur toute la surface du luminaire. Ce type de luminaire se rapproche d’un luminaire de type mixte (composante directe et indirecte) car une partie du flux lumineux est dirigée via le réflecteur vers les murs et le plafond, générant une répartition agréable de la lumière vers les parois du local.
Le rendement total de ce luminaire atteint 70 %. Il se divise en un rendement inférieur de 50 % et un rendement supérieur de 20 %.

Leur gros inconvénient est que le diffuseur (appelé aussi paralume) devient rapidement un réceptacle à poussières et insectes morts. Il demande donc un entretien fréquent (ou une protection anti-mouche mais cette protection diminue encore le rendement du luminaire).

Répartition lumineuse dans un local avec luminaires direct
et avec lumière douce.

Remarque : certains luminaires présentant un diffuseur fermé en plexiglass peuvent procurer un résultat similaire à celui de luminaires « lumière douce » :

Luminaires fermés

Pour leur garantir un degré d’étanchéité (classe IP) ou de protection au choc (classe IK) plus important, le luminaire peut être fermé par un diffuseur ou protecteur translucide. Celui-ci peut être en :

Méthacrylate.

Polycarbonate.

Verre trempé.

Le polycarbonate injecté ou le verre trempé sont nettement plus résistants aux chocs (résistance supérieure à 6 joules) que le méthacrylate (résistance de l’ordre de 0,225 .. 0,5 joules).

De plus parmi les diffuseurs en polycarbonate, le polycarbonate injecté (moulé par injection) sera nettement plus résistant que le polycarbonate thermoformé (moulé par emboutissage), ce dernier ne permet pas non plus un contrôle optimal de la transmission lumineuse.

Le polycarbonate jaunit avec le temps s’il ne possède pas de protection contre les UV. Le méthacrylate et le verre ont, quant à eux, la réputation de ne pas s’altérer.
Contrairement au passé (anciens luminaires à diffuseur opalin), les luminaires fermés actuels peuvent présenter des rendements supérieurs à 70 %, voire 80 %.

Mode de pose

Encastré

Les luminaires à encastrer sont utilisés avec un faux plafond démontable.

Pour chaque type de luminaire, il existe différents modèles pouvant s’adapter à différents types et dimensions de faux plafonds.

Luminaires encastrés dans un faux plafond en dalles de laine de roche.

Luminaires encastrés dans un faux plafond fixe (ex : faux plafond en plaques de plâtre).

Dans les plafonds fixes, l’emplacement des luminaires doit être prévu dès la conception. En rénovation, les luminaires encastrés ne seront donc utilisés qu’avec des faux plafonds démontables (ou si le nouveau luminaire a les mêmes dimensions ou couvre l’ouverture dans le plafond).

Apparent

Les luminaires de type apparent sont utilisés avec tous types de plafonds.

En rénovation, ils sont en principe utilisés lorsqu’on ne dispose pas d’un faux plafond, ou lorsque le faux plafond est fixe (ex : faux plafond en plaques de plâtre).

Suspendu

Les luminaires peuvent être suspendus au plafond soit par des câbles, soit par des tubes qui contiennent en même temps l’alimentation électrique.

Cas particulier : les rails industriels

On trouve chez les fabricants, des luminaires précâblés pouvant se raccorder par encliquetage immédiat sur des rails modulaires. Ils conviennent aussi bien pour les lignes continues de luminaires (luminaires disposés les uns derrière les autres, sans espace entre eux) que pour les lignes discontinues.

Il existe des rails précâblés permettant une commande individuelle ou par groupe de luminaires, grâce à des modules adressables intégrés.

Matériaux utilisés pour le réflecteur et les ventelles

Les matériaux utilisés influencent les caractéristiques photométriques des luminaires (rendement, luminance).

D’une manière générale, grâce à un meilleur contrôle de la diffusion de lumière, les optiques miroitées ont des rendements lumineux nettement supérieurs et présentent moins de risques de réflexion sur les surfaces brillantes que les optiques peintes (en blanc ou gris). En effet, les optiques mates présentent une surface ne contrôlant aucune réflexion. Elles sont de ce fait caractérisées par une luminance plus importante.

Parmi les optiques miroitées, on rencontre les réflecteurs spéculaires (aluminium poli ou brillanté), ou semi-spéculaires (aluminium satiné ou martelé). Pour les réflecteurs en tôle peinte en blanc ou en matériau plastique, on parlera de réflecteur diffusant.

Schéma principe réflecteurs spéculaires, semi-spéculaires.

Aluminium brillanté

Photo luminaires aluminium brillanté.

L’aluminium brillanté offre la plus faible luminance propre. Cependant, les réflexions parasites de l’environnement dans le luminaire (on s’y voit presque comme dans un miroir) peuvent être désagréables. En outre, son encrassement est plus rapidement perceptible.

Aluminium martelé

Photo luminaires aluminium martelé.

L’aluminium martelé est surtout utilisé dans l’industrie, car il est nettement moins sensible à l’encrassement que les deux matériaux cités ci-dessus.

Le prix des luminaires

Il nous est IMPOSSIBLE de donner le prix d’achat du matériel d’éclairage.

Le prix remis par le fabricant ou le grossiste sera différent s’il s’agit d’une petite ou d’une grosse commande. Il sera fortement réduit pour un bon client ou pour un client qui représente un marché potentiel important. Il pourra aussi être fort avantageux si le fabricant, en concurrence avec une autre marque, veut absolument le marché.

Si le client n’a pas d’équipe pour placer l’installation, il fait alors appel à un installateur, qui, de la même façon, aura de meilleurs prix pour une marque plutôt que pour une autre.

Dans cette politique de marché, les seuls prix comparables sont les prix bruts.

Les fabricants ont des prix bruts sur lesquels ils accordent une remise. Cette remise peut atteindre 50 %. Chaque intermédiaire prendra sa part sur cette remise. Le prix résultant sera le prix net accordé au client. Suivant le nombre d’intermédiaires, la différence entre le prix brut et le prix net sera plus ou moins importante.

Note : Le prix des luminaires doit toujours être mis en parallèle avec les frais d’entretien et les frais de consommation électrique dans une vision globale d’utilisation.

Les luminaires pour chambre d’hôpital

Le plus souvent, l’éclairage des chambres est réalisé à partir d’une gaine murale à usages multiples (matériel standard et modulaire chez les fabricants). Ce qui facilite l’utilisation de divers dispositifs requis à proximité du lit :

éclairage général indirect,
éclairage direct de lecture,
éclairage d’examen obtenu en combinant éclairage de lecture et général,
éclairage de veille,
courants forts,
courants faibles,
fluides médicaux.

Des luminaires semblables existent également non intégrés dans une gaine technique générale. Ils comprennent seulement un éclairage général indirect et une liseuse. Ceux-ci s’adaptent à des centres d’hébergement tels que des maisons de retraite.

Les luminaires pour ambiance explosive

Les luminaires pour ambiance explosive, dénommés aussi -luminaires sont équipés pour éviter des températures excessives et l’apparition d’étincelles à l’intérieur ou sur le matériel électrique ou encore pouvant supporter une explosion interne sans transmission à l’ambiance environnante.

Ces luminaires utilisent par exemple des lampes fluorescentes spéciales à un seul contact électrique de chaque côté de la lampe et fonctionnant sans starter.

Les luminaires doivent répondre aux exigences de la norme EN 50014 et disposer d’un certificat de conformité délivré par un organisme agréé. Les différents modes de protection sont définis par les normes européennes EN 50019, 50018 et 50017. Chaque luminaire doit être spécifiquement adapté à l’ambiance particulière rencontrée (type de gaz ou de poussières déflagrantes rencontrés). Il faut donc vérifier auprès du fabricant si le luminaire choisi répond bien aux besoins spécifiques.

Protection contre les bris de lampe

Dans certains espaces fonctionnels, par exemple des cuisines industrielles, il est souhaitable, pour des raisons de sécurité et d’hygiène, de se protéger contre tout risque de projection provenant du bris d’une lampe.

Cette protection peut être réalisée par exemple grâce à un film synthétique entourant les tubes fluorescents. En cas de bris de la lampe, les morceaux ne s’éparpillent pas. Ces lampes avec film synthétique (PET) ne sont cependant pas recyclables.

Une alternative est de prévoir des luminaires fermés, équipés de sources recyclables (p.ex. lampes fluorescentes sans film synthétique).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Rénover partiellement ou complètement l’installation ?

Avant tout définir ses objectifs

Diminuer les consommations	On cherche d’une part à diminuer la puissance installée tout en garantissant un éclairement suffisant. Le choix se portera sur le type d’éclairage et sur le matériel (lampe, luminaire, ballast) ayant la meilleure efficacité énergétique. D’autre part, la fourniture d’éclairage sera adaptée aux besoins réels en fonction de l’occupation et de l’apport en éclairage naturel.
Diminuer le coût d’entretien	Les performances des lampes et luminaires doivent rester valables le plus longtemps possible. Le choix des lampes à longue durée de vie est une chose mais il faut que le luminaire garantisse les performances dans le temps (c’est crucial en éclairage extérieur). De plus, un entretien rapide peut être exigé afin de diminuer les coûts importants liés à la main-d’œuvre.
Améliorer le confort et la sécurité des occupants	Le confort traduit la sensation de bien-être et donne à un aménagement son aspect convivial ou purement fonctionnel. Le choix et l’implantation des luminaires sont les facteurs principaux qui agissent sur le confort visuel ; mais il ne faut pas écarter la couleur de la lumière émise, le niveau d’éclairement et la couleur des parois. Si l’objectif de la rénovation est l’amélioration d’un confort lumineux, il est possible que les consommations électriques ne diminuent pas suite à la rénovation. La puissance installée peut rester sensiblement identique mais la meilleure efficacité des lampes ou des luminaires et un emplacement plus adéquat de ces derniers permettra d’atteindre le niveau d’éclairement recommandé et d’éliminer les problèmes de réflexions, d’ombres ou d’éblouissement. En fonction du type de local, les choix technologiques liés à la rénovation seront guidés par les priorités suivantes :

Se donner les moyens : rénovation complète ou rénovation partielle ?

Le choix entre ces deux modes de rénovation résulte d’un compromis entre le coût d’investissement, l’économie escomptée et l’amélioration du confort.

Rénovation partielle : remplacer les organes énergivores

Il s’agit de remplacer les éléments peu performants : soit les lampes, soit les ballasts, soit les optiques sans trop « toucher » à l’installation existante. En d’autres termes, tant que l’on ne démonte pas les luminaires, leurs câbles d’alimentation, leur commande/gestion, la rénovation peut être considérée comme partielle.

En ce qui concerne le remplacement des lampes, ce mode de rénovation est peu onéreux et rapide. Cependant, il n’est pas forcément le plus rentable. Il ne permet pas de prendre en compte tous les critères d’un éclairage de qualité (consommation minimum et confort maximum). De plus, pour certaines sources lumineuses comme les LED, la photométrie de la lampe n’est pas nécessairement adaptée au luminaire. Par exemple, le remplacement d’un tube fluorescent par un tube LED, indépendamment d’une efficacité lumineuse controversée, ne garantit aucunement la même distribution du flux lumineux que l’ancien luminaire. C’est sans compter que le tube LED risque aussi de rendre les ailettes de défilement inefficaces et, par conséquent, de générer un éblouissement non négligeable. Enfin, actuellement, le placement d’un tube LED dans un luminaire existant (originalement prévu pour lampe fluorescente) a comme conséquence que les marquages ENEC et CE ne sont plus valables.

Donc attention et prudence ! A prendre au cas par cas.

Une installation d’éclairage professionnelle nécessite une solution professionnelle.

Le remplacement des ballasts, des optiques, …, n’est pas nécessairement un gage de « success story » ; du moins pour les rénovations dans des bâtiments de faible taille. Cette opération demande souvent une main d’œuvre non négligeable qui annihile la rentabilité escomptée.

Pour les bâtiments de grande taille où les installations d’éclairage sont proches ou semblables, le « relighting » peut être envisagé. Il est impératif de s’adresser à des bureaux d’étude spécialisés ou directement à des fabricants capables de proposer une solution sur mesure.

Par exemple, un fabricant pourra proposer de remplacer des luminaires à tube fluorescent d’ancienne génération par une platine entièrement équipée :

du tube type T5 ;
du ballast électronique « dimmable » ou pas ;
du pré câblage.

Seule la connexion en la platine et l’alimentation dans le luminaire est à réaliser ; donc peu de main d’œuvre nécessaire.

Remarque : en éclairage extérieur, remplacer seulement une partie des luminaires (lampe, optique ou ballast) s’applique très peu. En effet, les réflecteurs des luminaires extérieurs sont généralement conçus pour une position bien précise du brûleur de la lampe. Un changement de lampe peut donc réduire le rendement du luminaire. De plus, les anciennes installations ne présentent plus nécessairement les qualités requises en matière de sécurité électrique, d’étanchéité et de rendement.

Rénovation complète

Le remplacement complet des luminaires est plus onéreux, mais conduit généralement à une plus grande économie d’énergie. Il permet d’élargir la sélection des appareils et de réaliser des choix mieux adaptés aux besoins.
Des contraintes subsistent toutefois :

Si on modifie le faux plafond, tout est permis ou presque.
Si on ne peut modifier le plafond, le nombre de luminaires, leur dimension et leur forme sont souvent figés figés (éventuellement une « carrosserie » adaptée sur mesure à prévoir en fonction des ouvertures existantes).
Si on peut modifier le réseau électrique, l’insertion de commandes/gestions supplémentaires permet de prendre en compte des besoins locaux différents.
Note : Il existe des systèmes de gestion qui ne nécessitent pas de câblage supplémentaire (gestion par luminaire, interrupteurs infra-rouge…).

Concevoir	Pour savoir comment concevoir un nouveau projet d’éclairage.
Calculs	Divers programmes de calcul permettent une comparaison économique sommaire des différentes possibilités de rénovation.

Découvrez ces exemples de « relighting » : les cours de tennis du tennis club de Waterloo, la rénovation de l’ILV, le bâtiment principal du CSTC à Limelette et deux locaux (bureaux) au CSTC.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Evaluer la qualité des parois [éclairage]

La lumière est en partie absorbée par les parois du local. Pour atteindre un niveau d’éclairement donné, il faut une puissance installée plus importante si les murs sont de couleur foncée.

Il faut donc examiner la teinte des murs et leur état de propreté.

Exemple.

Niveaux d’éclairement atteints dans un local de 5 x 6 x 3 m, équipé de 6 luminaires directs comprenant chacun un tube fluorescent de 58 W (rendement lumineux du luminaire = 68 %, angle de défilement = 60°).

Couleur des parois		Éclairement moyen en lux	Puissance spécifique (avec ballast électronique) en W/m²/100 lux
Murs	Plafond	Éclairement moyen en lux
Papier peint très clair ρ = 0,70	Plafonnage propreρ = 0,70	608	1,99
Papier peint très clair ρ = 0,70	Plafonnage usagéρ = 0,40	587	2,07
Papier peint foncé ρ = 0,20	Plafonnage propre ρ = 0,70	500	2,42

Dans les chambres, on rencontre principalement de l’éclairage indirect, dirigé vers le plafond. Dans ce cas, la couleur de ce dernier aura une importance primordiale. Il doit absolument être de couleur claire et mate, cette dernière caractéristique pour éviter les taches lumineuses trop éblouissantes.

Rénover le recouvrement des parois.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes au sodium basse pression

Comment fonctionne une lampe au sodium basse pression ?

La lampe au sodium basse pression fait partie des lampes à décharge. Son principe de fonctionnement est donc identique.

L’ensemble amorceur, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un ballast électronique.

Particularités

Cette lampe est constituée d’un tube à décharge en forme de « U » logé dans une ampoule extérieure.

Le tube à décharge contient un mélange de vapeur de sodium et de gaz tels que le néon et l’argon.

La lumière est émise, en majeure partie sous forme de rayonnements visibles, sa face interne n’est donc pas recouverte d’une couche de poudre fluorescente.

Caractéristiques générales

La lampe au sodium basse pression émet une lumière monochromatique jaune-orangée au maximum de la sensibilité de l’œil.

Cette lumière monochromatique lui confère la plus haute efficacité lumineuse de toutes les lampes communes (hors LED).

Mais c’est également cette caractéristique qui lui donne un très mauvais indice de rendu des couleurs (IRC).

Après une coupure du réseau, elle redémarre immédiatement.

Elle est principalement utilisée pour l’éclairage des autoroutes car l’efficacité lumineuse est très élevée et que le rendu des couleurs n’y est pas primordial.

Données	Pour connaitre les caractéristiques des lampes au sodium basse pression.
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Eclairage direct

La lumière est projetée directement du luminaire vers la surface de travail.

Avantages

La lumière n’est pas réfléchie avant d’atteindre la tâche à éclairer. Le rendement est donc meilleur que celui d’un système comprenant une partie indirecte.

Inconvénients

Il existe un risque d’éblouissement et de contraste entre des zones sombres (par exemple le plafond) et des zones lumineuses. Dans le but de réduire l’éblouissement direct, on placera, par exemple, des ventelles de défilement.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes aux halogénures métalliques

Comment fonctionne une lampe aux halogénures métalliques ?

La lampe aux iodures métalliques fait partie des lampes à décharge. Son principe de fonctionnement est donc identique.

Pour certaines lampes, l’ensemble amorceur, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un ballast électronique.

Particularités

L’ampoule contient de la vapeur de mercure haute pression dans laquelle on a ajouté des halogénures métalliques. Suivant le fabricant, les iodures métalliques sont différents (dysprosium, scandium, sodium, tallium, indium, etc.). La température de couleur dépend des iodures métalliques présents.

Schéma principe lampe aux halogénures métalliques.

La lumière est émise, en majeure partie sous forme de rayonnements visibles, mais une petite partie est émise sous forme de rayonnements ultraviolets invisibles. Dans les lampes ellipsoïdes, on tente de récupérer ces rayons en tapissant la paroi intérieure de l’ampoule d’une poudre qui absorbe les U.V. et les transforme en rayons visibles de couleur chaude, de manière à obtenir une couleur globale moins froide. Cette poudre rend l’ampoule opaline.

Remarque.
Certaines lampes particulières ont un starter incorporé. Elles s’utilisent alors bien sûr sans amorceur.

Caractéristiques générales

Technologies quartz et céramique

Les premières générations de lampe à halogénure métallique ont fait appel à un brûleur quartz. Cette technologie est tout doucement remplacée par la céramique qui :

supporte mieux les plus hautes températures permettant une miniaturisation des lampes ;
est moins sensible à la corrosion des halogénures métalliques ;
est moins poreux aux éléments de remplissage ;
améliore l’efficacité lumineuse et le rendu de couleur.

Comment les reconnaître ?

	Lampe ovoïde de puissance élevée (250 – 400 W) équipée : d’un tube à décharge au quartz, d’un culot standard.
	Lampe tubulaire de puissance élevée (250 – 2 000 W) transparente équipée : d’un tube à décharge au quartz, d’un culot standard.
	Lampe compacte (70 – 150 W) équipée d’un brûleur céramique.
	Lampe compact (35 -150 W) équipée d’un brûleur céramique.
	Lampe (35 – 70 W) équipée d’un brûleur céramique à culot standard.

Avantage et inconvénient

Elles ont un flux lumineux élevé et un bon rendement.
Pour certaines applications (dans les bureaux par exemple), il faut une protection contre les U.V. Cette protection peut se faire soit au niveau de la lampe, soit au niveau du luminaire.
Il existe des lampes aux iodures métalliques qui peuvent être utilisées en remplacement direct des lampes au sodium haute pression. Il suffit de changer l’ampoule, il ne faut aucune modification de ballast, d’armature ou de câblage.
Suivant le type d’halogénures présent dans la lampe, les caractéristiques électriques sont différentes, ce qui ne rend pas ces lampes toutes interchangeables.
Les lampes aux halogénures métalliques ne sont pas stables dans le temps. Dans le brûleur (ou tube à arc), il y a des poudres stabilisantes, mais le brûleur classique est en quartz et ces poudres s’échappent, ce qui explique que la couleur de ces lampes peut devenir bleue ou rose après un certain temps.
Certains fabricants ont remplacé le brûleur en quartz des lampes aux halogénures métalliques par un brûleur en céramique du même type que celui des lampes sodium haute pression. La couleur de la lampe est alors stable dans le temps, de plus son efficacité lumineuse ainsi que son IRC sont légèrement améliorés.
Cependant, ces lampes n’existent pas encore dans la gamme des grandes puissances (> 150 W).
Elles ont une position de fonctionnement bien déterminée.
À l’allumage, le flux lumineux nominal n’est atteint qu’après plusieurs minutes et après extinction, le réamorçage ne peut se faire qu’après une dizaine de minutes. Utilisées avec un ballast électronique à allumage à chaud pour lampes aux iodures métalliques, le réamorçage est immédiat en cas d’extinction. Mais ces ballasts n’existent que pour de faibles puissances.
De même, certains modèles particuliers permettent un réamorçage immédiat. Ces lampes couvrent toute la gamme de puissance. Néanmoins, elles doivent être utilisées avec des accessoires adéquats : l’amorceur doit procurer une tension très élevée pour permettre cet allumage instantané.
Ces lampes peuvent exploser, il faut donc les utiliser avec une glace de protection sauf pour les modèles spéciaux qui possèdent un revêtement extérieur en téflon qui les protège contre l’éclatement et qui permet de les utiliser dans des luminaires ouverts.

Données	Pour connaitre les caractéristiques des lampes aux halogénures métalliques.
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité énergétique de la gestion de l’eclairage

Gaspillages courants

Constats

Un éclairage enclenché dans un local inoccupé ou encore en présence d’un éclairement naturel abondant est un gaspillage évident. Quelque soit l’usage du bâtiment, les exemples sont fréquents :

Dans les bureaux, des études, menées en Suisse et en Allemagne, ont montré que :

Les luminaires sont enclenchés durant 60 % des heures de travail.

La majorité des utilisateurs enclenche les luminaires en arrivant au travail. C’est le service de nettoyage qui les éteint en fin de journée.

Lorsque des luminaires sont regroupés en deux zones à commande distincte (zone fenêtre et zone fond du local), le taux d’utilisation de tous les luminaires reste pratiquement identique. Ceci signifie que les utilisateurs prennent très peu attention aux apports d’éclairage naturel.

Dans les écoles, des constats similaires sont courants :

L’éclairage reste allumé lorsque la classe est inoccupée : récréation, temps de midi, …

Dans la classe, l’éclairage reste allumé même lorsque l’éclairage naturel est abondant. Par exemple, pour satisfaire les rangées les plus éloignées des fenêtres, toute la classe doit être éclairée car la commande de l’éclairage est unique.

Dans une classe à aménagement variable, on ne peut pas commander l’éclairage en fonction de la zone d’occupation.

Le tableau ne possède pas d’éclairage indépendant de l’éclairage général. Un éclairage spécifique au tableau est non seulement important pour le confort des élèves mais peut entraîner une économie d’énergie. L’expérience montre en effet que, pour compenser un niveau insuffisant de l’éclairage naturel du tableau, l’éclairage général de la classe est utilisée… Pire : en cas de reflets sur le tableau non résolus par un éclairage spécifique, on ferme les tentures du local et on allume l’éclairage artificiel … en présence d’un éclairage naturel suffisant !

Dans les couloirs, l’éclairage artificiel est allumé le matin et le reste … alors qu’il n’y a plus personne ou que l’éclairage naturel suffit.

Explications

Plusieurs raisons peuvent expliquer ces attitudes :

L’indifférence face au problème de l’énergie.

L’utilisation de luminaires basse luminance ne crée plus de points lumineux dans le champ de vision, il faut lever la tête pour s’apercevoir qu’une lampe est allumée.

Le contraste élevé entre le niveau d’éclairement naturel (2 000 à 4 000 lux) et le niveau d’éclairement artificiel (300 à 500 lux) : lorsque l’éclairage naturel prend la relève de l’éclairage artificiel, il l’occulte par son intensité beaucoup plus élevée.

Un système de gestion inefficace (centralisation sans zonage différencié).

Gérer

Organiser une campagne de sensibilisation.

Une installation efficace

S’il apparaît que certains locaux sont éclairés complètement

alors que l’éclairage naturel est suffisant (bureaux, couloirs vitrés, …),

alors qu’ils sont inoccupés (sanitaires, salles de réunion, couloirs, cage d’escalier…),

alors qu’une partie seulement du local est utilisée (bureaux paysagers, …),

alors que l’activité secondaire qui s’y déroule pourrait demander un éclairement moindre (nettoyage, gardiennage, …),

Il faut se demander si les occupants disposent de commandes permettant

D’enclencher l’éclairage par poste de travail, par local individuel ou par zone de même tâche.

D’enclencher partiellement l’éclairage en fonction de la distance aux fenêtres (et de la profondeur du local) ou de la zone d’activité.

d’éteindre automatiquement l’éclairage dans les locaux utilisés pour une courte durée : circulations (couloirs, halls, escaliers), dépôts, sanitaires, salles de réunion, etc., …

d’éteindre automatiquement l’éclairage en dehors des heures de travail.

dans certains cas (commerce par exemple), de couper une partie de l’éclairage (l’éclairage d’accentuation, un luminaire sur deux, …) quand l’activité change (vente -> nettoyage).

Améliorer

Améliorer le système de commande.

Et en éclairage extérieur ?

L’éclairage extérieur ne peut fonctionner lorsque l’éclairage naturel est suffisant. La période d’allumage varie donc avec la saison. Cela vaut la peine d’examiner comment est gérée l’installation à rénover.

Éclairage fluo allumé en permanence sous un passage couvert.

L’éclairage reste-t-il allumé durant la journée ?

Si l’allumage est manuel, l’adaptation à cet horaire variable risque d’être liée à un horaire de travail fixe (on allume en partant le soir et éteint le matin en arrivant).

Une cellule crépusculaire peut commander l’allumage et l’extinction. Il faut cependant vérifier que son comportement soit correct. Un encrassement avancé peut l’empêcher de détecter correctement la venue du jour.

Une simple horloge peut limiter les horaires de fonctionnement.

Dans certains cas (lieux de passage par exemple), un détecteur de présence peut être utile.

Le raccordement au réseau d’éclairage public permet un fonctionnement automatique à horaire variable grâce aux signaux d’allumage/extinction diffusés par le distributeur électrique.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les luminaires – critères généraux

En fonction de la distribution lumineuse souhaitée

Lorsque l’on choisira un luminaire, il faudra bien faire attention à sa courbe photométrique. Elle indique la distribution des luminosités d’un luminaire dans le sens transversal et dans le sens longitudinal (définition des plans de coupe).

Par exemple dans le cas des allées de supermarchés illuminées par un jeu de luminaires équipés de tube fluorescent (pas d’éclairage d’accentuation), on choisira des luminaires éclairant plus fortement les rayonnages (300 lux à assurer) que le sol (150 lux à assurer). Dans beaucoup de commerces, tels que les magasins d’habillement, on essaiera de fournir un éclairage vertical important.

La hauteur du local peut aussi influencer le choix du luminaire où l’optique permet une distribution extensive, symétrique, asymétrique, intensive en modifiant le niveau d’éclairement, l’uniformité, …

Hauteur	Type de luminaire
2,5 – 3 m	Luminaires à distribution extensive avec tubes fluorescents disposés individuellement ou en rangées en fonction du niveau d’éclairement à atteindre. Des luminaires asymétriques peuvent être disposés le long des fenêtres éventuelles.
3 – 4 m	Les luminaires sont semblables à la situation précédente: disposés en rangées sur le plafond ou suspendus, parallèlement aux fenêtres principales et à l’axe habituel du regard des occupants.
4 – 7 m Toit plat avec ou sans lucarne ou toit en dent de scie	Ici aussi, le choix le plus économique est l’utilisation de luminaires avec lampes fluorescentes, disposés en rangées parallèles aux ondulations du toit. Si la hauteur sous plafond est inférieure à 5 m, on choisira une distribution extensive. Au-delà de 5 m, la distribution intensive est la plus adéquate.
7 m et plus	La meilleure solution sont des luminaires à distribution symétriques équipés de lampes à décharge haute pression de puissance importante (250 .. 1 000 W). Tout en garantissant l’uniformité correcte, on a tout intérêt à avoir la puissance la plus élevée par luminaire, ce qui permet de diminuer le nombre de luminaires et par la même occasion les frais de maintenance et d’installation.
	Lorsque des surfaces inclinées doivent disposer d’un éclairement important, il sera nécessaire d’installer des luminaires supplémentaires équipés de lampes fluorescentes. Si la surface des pièces travaillées ou des équipements utilisés est sensible aux réflexions, seuls des luminaires intensifs avec tubes fluorescents et ventelles peuvent convenir (cfr. cas précédent).

et du coût de remplacement des lampes.

En fonction de l’éblouissement

En fonction de la tâche exécutée, la sensibilité des occupants à l’éblouissement et aux réflexions sera plus ou moins grande.

Les normes introduisent le paramètre du taux d’éblouissement unifié (UGR) qui caractérise le niveau d’éblouissement ou la luminance apparente d’un ensemble de luminaires par rapport à la luminance de fond perçue dans le champ visuel d’un ou de plusieurs observateurs. Cette valeur, recommandée par la norme suivant le type de local ou de tâche, est comprise entre 10 (peu d’éblouissement) et 30 (fort éblouissant) et ne doit pas être dépassée. L’UGR sera calculé par l’auteur du projet (dialux dispose aussi d’une fonction calculant l’URG en un point ou un plan donné) et influencera le choix d’un type de luminaire, sa position et son orientation dans le local considéré et pour la tâche considérée. Une valeur d’UGR de 19 est monnaie courante !

De manière générale des luminaires pourvus de grilles de défilement ou de ventelles permettront de diminuer les risques d’éblouissement en cachant la lampe de la vue directe directe (à condition que l’angle de regard soit respecté).

photo sous éblouissement. photo sans éblouissement.

Avant … et … Après.

En présence d’écrans de visualisation (ordinateurs, écrans de contrôle, écrans de commande de machines-outils…), il est conseillé d’opter pour des optiques présentant une luminance réduite (luminaires dits basse luminance).

Photo optiques avec luminance réduite.

Ce type de luminaire est également le bienvenu pour les travaux de précision. Pour ceux-ci, les postes de travail peuvent être équipés de luminaires ponctuels basse luminance permettant un éclairement important et localisé.

Dans la salle de sports

Dans toutes les gammes de luminaires pour salles de sports, il existe des luminaires avec grilles de défilement.

luminaires avec grilles de défilement

Cependant, l’éblouissement que l’on cherche à éviter dans les salles de sport est l’éblouissement par la vue directe de la lampe lorsqu’on regarde vers le haut. Les grilles de défilement n’empêcheront pas un tel éblouissement. Seul le choix des lampes et l’emplacement des luminaires permettront de l’éviter. La grille de défilement limitera l’éblouissement d’inconfort, mais celui-ci n’est pas très important dans une salle de sport.

De plus, la grille de défilement diminue le rendement des luminaires.

En fonction du rendement lumineux

Tout en respectant les autres critères de choix, on choisira toujours les luminaires ayant le meilleur rendement lumineux. Celui-ci doit donc systématiquement être demandé au fournisseur ou vérifié dans les catalogues.

Remarque : le rendement des luminaires LED est souvent 100 % car le rendement de la source lumineuse n’est plus mesuré séparément du luminaire. Le rendement est alors exprimé en lumen/watt. L’allure de la courbe photométrique est un paramètre très important !

η_bas = 62 %
Η_haut = 27 %
Η_tot = 89 %
UGR < 19
CIE flux code 70 99 100 70 89

Coûts totaux d’une installation en fonction du rendement des luminaires Cas réel : local de 9,5 x 5,5 m, éclairement recommandé = 500 lux, luminaires 2 x 36 W, durée de fonctionnement 6h/jour, 250 jours/an
Rendement	Nb de luminaires	P installée	Prix d’un luminaire	Investissement	Facture électrique (0,17 €/kWh)
0,5	9	648 W	87,5 €	787,5 €	169 €/an
0,7	6	432 W	117,5 €	705 €	112 €/an
Gains grâce au haut rendement				82,5 €	57 €/an
Gain total sur 20 ans (durée de vie des luminaires)				1 140 €

Pour un même niveau d’éclairement, il faudra un nombre plus important de luminaires à mauvais rendement. Il est dès lors possible que l’on soit pénalisé par une surconsommation et par un surinvestissement.

Les luminaires bas de gamme peuvent en outre présenter d’autres défauts : mauvais contrôle de l’éblouissement, qualité mécanique des composants, …

D’une manière qualitative, voici les éléments qui favorisent un rendement élevé :

Des optiques réfléchissantes

Les réglettes nues sont souvent attractives par leur prix. Leur choix constitue cependant une erreur. Le flux lumineux n’étant pas du tout contrôlé, elles présentent des pertes importantes et des risques d’éblouissement trop importants pour les tâches demandant une attention soutenue.

Rendement inférieur : 58 %.

Rendement : 83 %.

De même, les réflecteurs peints présentent un moins bon rendement et un plus mauvais contrôle de l’éblouissement que les réflecteurs miroités. De plus, ils jaunissent avec le temps.

Cloche émaillée
Rendement : 69 %.

Cloche alu
Rendement : 80 %.

Des matériaux translucides de qualité

Rendement : 83 %.

Des réflecteurs peu « enveloppants »

Toutes les surfaces de réflexion, définissant les caractéristiques photométriques du luminaire, sont autant de sources d’absorption de la lumière émise par les lampes. Moins ces surfaces sont importantes, plus le rendement du luminaire est élevé. Par exemple, les petits luminaires et les optiques paraboliques enveloppent de façon importante la lampe.

Rendement inférieur : 81 %.

Rendement inférieur : 79 %.

De l’écartement entre les sources

Dans les luminaires pourvus de plusieurs lampes, il y a un risque d’absorption du flux lumineux par les lampes entre elles (elles ne sont pas réfléchissantes). Il faut donc limiter le nombre de lampes par luminaire et favoriser un écartement important entre celles-ci.

Rendement : 87 %.

Rendement : 79 %.

Rendement < 60%.

De la présence de grilles de défilement ou ventelles

Tout dispositif destiné à cacher la lampe à la vue directe pour diminuer les risques d’éblouissement aura une influence néfaste sur le rendement. Puisqu’il fait obstacle à la lumière.

Rendement : 93 %.

Rendement : 75 %.

Rendements minimum recommandés
Luminaires directs à ventelles planes	70 %
Luminaires directs basse luminance	65 %
Luminaires directs très basse luminance	55 %
Luminaires mixtes	75 %
Luminaires indirects	65 %
Luminaire à optique asymétrique	60 %

Attention cependant qu’avec des luminaires équipés de lampes T5 et de ventelles paraboliques, on peut obtenir des rendements très élevés et par la même occasion réduire de manière significative le risque d’éblouissement.

η_bas = 85 %

En fonction de l’assemblage, du montage et de la maintenance

Tous les luminaires doivent être construits de manière à pouvoir supporter des contraintes normales de montage et d’utilisation. Les luminaires montés en saillie ne peuvent pas se tordre lorsqu’ils sont montés sur des plafonds irréguliers. Les luminaires suspendus ne peuvent présenter de flèche entre supports, ni de distorsion de ceux-ci.

La construction du luminaire doit rendre la maintenance aisée : facilité de démontage des éléments, sans endommagement possible. Par exemple, l’optique peut être montée sur charnière pour faciliter son ouverture.

De plus, les instructions de maintenance et d’utilisation (choix de la lampe appropriée, par exemple) doivent être précises.

Quand les plenums (espaces au-dessus des faux plafonds) ne sont pas accessibles, il faut prendre certaines précautions afin de pouvoir accéder aux boîtes de branchement électrique des circuits au travers des luminaires.

En fonction de la structure du plafond

On peut rencontrer des luminaires :

Encastrés dans les faux plafonds.

En saillies, posés sur le plafond.

Suspendus.

Encastrés

Lorsqu’on dispose d’un faux plafond, on peut y encastrer les luminaires. Dans le cas d’un faux plafond démontable, les dimensions des luminaires devront s’adapter au module du faux plafond.

En cas d’incendie, la déformation des faux plafonds risque de provoquer la chute des luminaires. Ainsi, dans les circulations servant de chemin d’évacuation, il est recommandé de fixer les luminaires directement à la dalle, au moyen de tiges, de câbles ou de chaînette.

En saillie

Lorsque le plafond est en béton, ou lorsqu’on dispose d’un faux plafond fixe qu’on ne souhaite pas rénover, on placera des luminaires en saillie.

Suspendus

Les luminaires suspendus s’installent principalement dans les locaux où la hauteur sous plafond est importante (hsp > 3,5 m). Dans ce cas, on peut favoriser des luminaires présentant une composante indirecte ne dépassant pas 50 % du flux total émis par le luminaire. Cela permet d’éviter la présence d’une zone fort sombre au dessus des luminaires.

Les luminaires suspendus seront également utilisés lorsque l’on désire apporter un éclairage localisé des postes de travail.

Ils sont également suspendus lorsque le plafond est incliné, de manière à avoir tous les luminaires à la même hauteur.

En fonction de la qualité électrique

Les ballasts ne peuvent produire trop de signaux en haute fréquence sur le réseau électrique. Ceux-ci peuvent perturber les autres appareils électriques.

Pour éviter cet inconvénient, les luminaires complets et/ou les ballasts doivent posséder un label de qualité.

Dans la plupart des applications, les luminaires doivent être raccordés à la terre (protection électrique de classe I).

Dans les sanitaires (projections d’eau) où un contact direct avec le luminaire est possible, il est recommandé d’utiliser des luminaires de classe II.

En fonction des protections nécessaires

Types de local	Résistance aux chocs	Protection contre les poussières et l’humidité	Protection électrique	Précisions
Bureaux Classes	0,5J	IP20	Classe I	Luminaires ouverts, non protégés contre les infiltrations d’eau.
Couloirs et escalier	> 6J	IP20		Luminaires ouverts, non protégés contre les infiltrations d’eau et résistants aux chocs.
Locaux techniques, réserves, archives	–	IP44		Luminaires fermés, protégés contre les poussières et les projections d’eau.
Sanitaires	6J	IP44	Classe II	Luminaires fermés, protégés contre les poussières et les projections d’eau et résistants aux chocs.

Cas particulier des salles de sport

Les luminaires utilisés dans les salles où l’on pratique des jeux de balles doivent résister à l’impact des balles.

Ils doivent de préférence porter le label ci-dessous.

Les luminaires qui portent ce label ont été soumis au test du ballon selon la norme DIN. Ce test contrôle la sécurité électrique après une série d’impacts de ballons dosés.

Pour les jeux de ballons, le « bac » doit être pourvu d’une glace ou d’une grille de protection dont la maille ne laisse pas pénétrer la plus petite balle utilisée dans la salle.

Cas des hôpitaux

Les salles à ambiance contrôlée

Dans certains locaux à risque, est-il impératif d’avoir un degré IP élevé contre la pénétration des poussières ou des « mouches » dans le luminaire. De plus, le degré IP doit-il se limiter uniquement au luminaire et pas à l’ensemble luminaires faux-plafond ? Dit d’une autre manière, faut-il ou non encastrer les luminaires dans les zones à ambiance contrôlée avec joint étanche ?

Dans les faux plafonds, on trouve souvent des germes tels que les aspergillus, responsables d’infections pulmonaires graves pour des patients « immuno déprimés » (dont la barrière immunitaire a été abaissée). Les luminaires représentent un risque de passage de la poussière du faux plafond vers le local. De plus, la poussière venant « du bas », de l’ambiance du local, se dépose aussi sur les surfaces horizontales des luminaires.

Mais les luminaires apparents offrent une surface supérieure importante où la poussière peut se déposer. De plus, en terme de nettoyage ou de désinfection (ce qui est souvent le cas dans les salles à ambiance contrôlée), le luminaire apparent présente une plus grande surface à traiter que le luminaire encastré.

Pour ces raisons, dans les locaux à risque, on placera des luminaires avec une certaine herméticité : le degré IP sera au moins égal à 5 X.

Les chambres d’hospitalisation

Dans les chambres d’hospitalisation, le luminaire placé au dessus de la tête du patient doit combiner plusieurs éclairages :

L’éclairage général. Il est en général orienté vers le haut (indirect) de manière à ne pas éblouir le patient ;
L’éclairage de lecture en direct au niveau de la tête du patient;
L’éclairage de soins qui peut combiner l’éclairage général et l’éclairage de lecture ;
L’éclairage de veille dans certains cas de pathologie (surveillance en soins intensif par exemple) ou comme éclairage de nuit.

Les critères de choix d’un tel type de luminaire sont très précis. De plus, on combine souvent l’éclairage avec d’autres techniques :

La distribution de gaz médicaux ;
L’appel infirmière ;
…

Cas des ambiances « explosives »

Des –luminaires doivent être utilisés dans ce type d’ambiance.

En fonction de la puissance des sources lumineuses

Un luminaire est conçu pour des sources lumineuses d’une certaine puissance et il est impératif de se limiter à cette puissance. En effet, la dissipation thermique doit être suffisante afin d’assurer une durée de vie normale de la source et les performances du luminaire.

De plus, tout en respectant l‘uniformité d’éclairement, on a intérêt à choisir les luminaires comprenant la puissance installée la plus importante. Ceci réduira le nombre de luminaires et de ballasts et donc l’investissement.

Cependant, lorsqu’on a un faux plafond démontable et modulaire, la puissance unitaire des luminaires pour tubes fluorescents dépend du module des faux plafonds. Exemple : si le faux plafond a un module 60 cm x 120 cm, on ne pourra choisir des luminaires de x fois 58 W (ou d’autres sources de longueur 1,5 m).

Photo luminaire faux plafond.

De même, parmi les lampes T8, les tubes de 18 W (75 lm/w) ont une efficacité lumineuse inférieure aux tubes de 36 W (86 lm/W) ou 58 W (89 lm/W). Cette même constatation est à formuler dans les sources T5 : la lampe T5 14 W est moins efficace que les T5 28 W ou 35 W.

Exemple : D’un point de vue énergétique, il est plus intéressant d’utiliser des luminaires de 2 x 36 W que de 4 x 18 W. D’autant plus qu’ils ont des prix semblables.

Les luminaires 4 x 18 W seront utilisés dans des faux plafonds de structure carrée.

En fonction de la climatisation

Luminaire avec extraction intégrée vers un plenum.

Luminaire pour tubes T5 avec extraction sur les bords.

Dans les bureaux climatisés, intégrer l’extraction d’air dans les luminaires permet d’évacuer jusqu’à 60 % de la puissance thermique produite (partie convective) par les lampes et les auxiliaires. Il en résulte évidemment une diminution des frais de climatisation.

Ce mode d’extraction permet, en outre, de faire l’économie de bouches séparées souvent plus coûteuses.

Si les luminaires sont équipés de tubes fluorescents de type T5, une extraction d’air au travers des lampes entraînera une chute du flux lumineux car la température de l’air autour de la lampe ne sera plus optimale. Cette extraction devra donc se faire par des canaux à l’extérieur ou sur la face latérale des armatures. Le potentiel d’évacuation de chaleur est alors nettement moindre.

Extraction d’air au travers des luminaires pour lampes T5.

En fonction du prix

Le choix d’un luminaire se fera également en fonction du prix de revient de l’installation. A critère de confort égal, celui-ci dépend :

du prix du luminaire et de son placement,
du prix des lampes,
de la consommation sur sa durée de vie,
du coût de remplacement des lampes.

Pour comparer plus précisément le prix de revient de plusieurs installations, en connaissant :

le prix d’un luminaire (placement compris),
le prix des lampes,
le rendement du luminaire,

cliquez ici !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Détecteurs de mouvement et de présence/absence [Eclairage]

Utilisation

Les détecteurs de présence, associés ou pas à des boutons poussoirs, permettent d’aider les gestionnaires de bâtiments dans leur « quête » à l’économie d’énergie. Ces dernières années, leur domaine d’applications s’est considérablement étendu. En effet, outre la commande de l’éclairage intérieur et extérieur, ils sont actuellement utilisés pour la commande d’automatismes tels que :

la gestion de la ventilation, dans les locaux à occupation intermittente comme les salles de conférence par exemple ;
la régulation des installations de chauffage et de climatisation ;
le déclenchement de l’alarme, puisque ce même principe est utilisé pour la détection d’intrusion ;
jusqu’au déclenchement de la chasse des toilettes, … pour utiliser l’eau de ville à bon escient, bien sûr,… et non pour enregistrer la fréquence et la durée des utilisateurs !

En éclairage, le détecteur de présence allume les luminaires lors de l’entrée de l’occupant et les éteint quelques temps après sa sortie. Une temporisation à l’extinction est nécessaire pour ne pas réduire la durée de vie des lampes par des cycles d’allumage/extinction trop fréquents. Par exemple, une absence de 1 ou 2 minutes ne peut entraîner l’extinction des lampes.

Interrupteurs automatiques

Les économies engendrées par le placement de détecteurs de présence se situent, selon certaines sources, entre 35 et 45 %. Pour analyser au cas par cas l’intérêt de placer des détecteurs de présence.

À noter, toutefois, qu’un détecteur a sa consommation propre. S’il est de bonne qualité, cette consommation est réduite (< 1W).

Principe de fonctionnement

Dans le jargon des professionnels, un détecteur de mouvements se différencie d’un détecteur de présence par sa grande sensibilité.

Différentes technologies existent sur le marché. La technologie à infrarouge (IR) est la plus répandue dans le domaine de l’éclairage. Cependant, quelques applications de gestion d’éclairage, comme dans les sanitaires par exemple, font appel aux technologies ultrasoniques (US), combinées IR et US ou encore sonore.

En général, l’électronique des détecteurs permet de développer des logiques de gestion de l’éclairage en détection de présence ou d’absence. En d’autres termes :

Pour une gestion de présence, le détecteur peut travailler seul. Dès qu’une personne entre dans la zone de détection, l’éclairage est allumé. Ce principe est applicable dans les locaux où les détections sont fréquentes, mais de courte durée.

Pour une gestion d’absence, le détecteur doit être combiné avec un système de commande volontaire (type bouton-poussoir). Une personne entrant dans un local avec accès à la lumière naturelle peut choisir d’allumer ou pas l’éclairage en fonction du niveau d’éclairement régnant dans le local. Si elle choisit d’allumer, le détecteur ne coupera l’éclairage qu’après un délai réglable d’absence de la personne. Ce principe permet, en général, de responsabiliser les occupant.

Ces détecteurs permettent en réalité d’imaginer toute sorte de fonctionnement. Par exemple, pour des couloirs : en cas d’absence la lumière est dimmée (intensité réduite) et dès détection de présence, l’éclairage est remis à 100 %. L’extinction arrive seulement en cas d’absence plus longue.

Technologies des détecteurs

Détecteur à infrarouge (IR)

Ils détectent le mouvement du corps humain par la mesure du rayonnement infrarouge (= chaleur) émis par le corps humain.

Ils sont dits « passifs » car ils n’émettent aucune radiation, contrairement aux détecteurs à infrarouge actif de type « barrière ». Ils mesurent le rayonnement infrarouge émis par les surfaces chaudes.

Ils fournissent une indication de changement d’occupation d’un lieu : absence ou présence. Ils ne permettent pas de connaître le taux d’occupation d’un local ou le nombre d’occupants.

Plus précisément, les détecteurs de mouvement à infrarouge comportent un certain nombre de facettes sensibles. Leur rayon d’action est ainsi découpé en une série de segments. C’est le passage d’un corps (et donc de chaleur) du rayon de vision d’une facette vers celui d’une autre facette qui permet de détecter le mouvement.

La sensibilité d’un détecteur dépend donc du nombre de segments sensibles. Par exemple, un détecteur dont le rayon de détection est découpé en peu de segments risque de ne pas détecter une personne se dirigeant vers lui.

Pour certains modèles perfectionnés, cette sensibilité est réglable. Le réglage sera différent selon le type de local : dans un bureau où les mouvements sont parfois minimes (travail sur ordinateur, par exemple) on le réglera sur une forte sensibilité, tandis que dans un local sujet à des courants d’air, on le réglera sur une sensibilité plus faible.

La limite d’utilisation des détecteurs IR réside dans son incapacité à effectuer une détection au travers d’une paroi par exemple. C’est le cas dans les sanitaires ou les bureaux paysagers aménagés avec des cloisons antibruit ou des armoires hautes.

Détecteurs ultrasoniques (US)

Les détecteurs US sont de type émetteur/récepteur et fonctionne sur le principe de l’effet Doppler. Toute onde ultrasonique (32 kHz à 45 kHz) émise par le détecteur qui rencontre un objet sur son parcours, « rebondit » en direction inverse avec une fréquence différente. Le détecteur est capable de mesurer l’écart de fréquence et de générer ainsi un signal de présence. Les détecteurs US ont une portée limitée mais peuvent détecter des mouvements mineurs et ce même autour de certains obstacles.

Détecteurs à double technologie

Les détecteurs de présence à infrarouges risquent de ne pas détecter les mouvements légers. Par contre des détecteurs à ultrasons peuvent être trop sensibles et risquent de déclencher l’allumage de l’éclairage lors du passage « d’une mouche ». Pour éviter cet inconvénient tout en gardant une sensibilité importante, certains détecteurs, appelés « détecteurs à double technologie » combinent ultrasons et infrarouge.
Cette combinaison permet d’augmenter la fiabilité des détecteurs et élimine les détections indésirables.

Détecteurs sonores

Comme son nom l’indique les détecteurs sonores réagissent au bruit. Cette technologie pourra être utilisée dans les sanitaires par exemple. Pratiquement, on n’utilisera qu’un seul détecteur de ce type dans les communs des sanitaires sans être obligé d’en placer un dans chaque WC. Le moindre bruit émis au travers des parois des WC permettrait de pouvoir prolonger la lecture de son journal en toute quiétude (« pour les amateurs de sieste au WC, dorénavant s’abstenir ! »).

Détecteurs « intelligents »

Ce type de détecteur à double technologie enregistre pendant plusieurs mois le mode d’occupation du local et adapte automatiquement sa sensibilité.

Types de détecteurs

On distingue deux familles d’équipement :

Les détecteurs à pouvoir de coupure (peut couper l’alimentation de la lampe)

Les détecteurs montés à la place des interrupteurs

Ceux-ci se placent dans les circulations, sanitaires, petits bureaux etc. On profite du câblage existant laissé par l’interrupteur classique pour commander les luminaires. Il est un fait certain qu’en conception, pour autant que les utilisateurs acceptent de ne plus pouvoir intervenir dans la commande des luminaires, on placera directement le détecteur à proximité des luminaires pour réduire le câblage et permettre aussi une amélioration de la modularité de la commande (changement facile de l’emplacement du détecteur).
L’ensemble de l’interrupteur automatique est composé de 3 parties : un mécanisme, un capteur et une plaque de recouvrement.

Mécanisme … Capteur … et … Plaque de recouvrement.

Certains modèles possèdent, en plus de la détection automatique, un bouton de commande manuelle. La commande peut alors se faire automatiquement ou manuellement. La commande manuelle peut être verrouillée.
On trouve deux types de capteurs

Un capteur qui permet une détection horizontale seulement.
C’est ce capteur qui est généralement placé dans les locaux intérieurs.

Un capteur qui permet une détection horizontale et verticale (surveillance en zone basse).
Celui-ci s’utilise pour détecter une présence dans des escaliers par exemple.

Les détecteurs placés au plafond

Dans les entrepôts de grand volume ou les bureaux aménagés de cloisons montant à mi-hauteur, le champ de vision d’un détecteur à infrarouge de 90° risque d’être masqué. Il est dès lors recommandé d’utiliser des détecteurs panoramiques dont l’angle d’ouverture est de 360°.

Ils seront également utilisés dans les grands locaux tels que salles de sports de manière à pouvoir couvrir l’ensemble de l’espace.

Les détecteurs intégrés dans le luminaire

Ce type de détecteur commande directement et individuellement le luminaire sur lequel il est monté. Dans la nouvelle norme EN 12464-1 l’éclairage individuel prend toute son importance par le fait que la zone de travail est précise et peut être mobile. De ce fait, le détecteur « embarqué » permet d’améliorer la gestion de présence individuellement.

Les détecteurs gradables (agit sur la commande 1-10V du ballast dimmable)

Les détecteurs gradables

On rencontre deux types de détecteurs gradables :

analogique : connecté au ballast électronique dimmable, ce type de détecteur agit comme le potentionmètre (ou dimmer) sur le ballast en faisant varier la tension de commande de 1 à 10 Volt,

digital : connecté à un ballast type DALI ou sur un réseau type DALI, ce genre de détecteur peut agir sur un ou des groupes de luminaires.

Les multidétecteurs

À l’heure actuelle, de part la percée effectuée par les réseaux d’éclairage (ON, DALI, …), les détecteurs combinent plusieurs fonctions afin de commander, de réguler, de gérer un ou des groupes de luminaires :

la détection de présence,
la régulation en fonction du niveau d’éclairage naturel,
la réception IR d’un signal de commande à distance (télécommande).

Caractéristiques générales des détecteurs infrarouges (IR)

Un détecteur placé sur une paroi verticale est caractérisé par :

un angle de détection horizontal,
une portée latérale,
une portée frontale.

Un détecteur placé au plafond est caractérisé par :

un rayon d’action de 360°,
un diamètre de détection maximal (ou couverture maximale (en m²)) pour une hauteur maximale.

Lorsqu’on diminue la hauteur d’installation, la zone de couverture diminue, mais la sensibilité augmente.
Par contre, au-delà de la hauteur maximale, la sensibilité n’est plus suffisante.

Attention : le détecteur ne traverse aucune cloison, pas même en verre !

Si plusieurs détecteurs sont placés dans un même lieu, il est intéressant de prendre un modèle de détecteur avec un mécanisme « maître » (ou « master ») et un ou plusieurs avec mécanisme « esclave » (ou « slave »). Un détecteur avec mécanisme « maître » est plus cher, mais les mécanismes « esclave » sont beaucoup moins chers, ce qui rend l’ensemble intéressant économiquement.

Y a-t-il des différences entre détecteurs pour la gestion de l’éclairage et détecteurs pour la gestion de la ventilation ?

Les sondes utilisées dans un but de gestion de l’éclairage ne possèdent pas de temporisation à l’enclenchement/déclenchement. Le détecteur possède une temporisation après le dernier mouvement. Pour certains modèles, cette temporisation est réglable (de 5 secondes à 5 minutes par exemple). La temporisation peut aller jusqu’à 30′ pour les modèles perfectionnés.

De plus, elles intègrent souvent un détecteur de luminosité : en général, le détecteur comporte un interrupteur crépusculaire dont le seuil de luminosité peut être réglé (de 5 à 1 000 lux par exemple).

En éclairage, il existe deux types de mécanismes :

Un mécanisme avec triac qui ne permet de commander que des lampes à incandescence ou halogène 230 V.
Un mécanisme avec relais qui permet de commander également des lampes fluorescentes.

Si les sondes destinées à la régulation de la ventilation sont d’un principe identique, elles intègrent par contre des temporisations à l’enclenchement et au déclenchement nécessaires pour éviter des sollicitations trop fréquentes du système de ventilation.

Ces temporisations sont généralement réglables de quelques minutes à une dizaine de minutes.

À noter qu’il existe des bouches de soufflage qui intègrent une sonde de présence directement :

Emplacement

L’espace couvert par un détecteur détermine l’emplacement des détecteurs.
Les détecteurs doivent être placés de manière à couvrir tout l’espace à détecter.

Exemple.
On souhaite placer des détecteurs de présence pour commander l’éclairage du hall ci-dessous.

Caractéristiques du détecteur :

Angle de détection : 180°
Portée latérale : 2 x 6 m
Portée frontale : 12 m

Schéma emplacement des détecteurs.

Trois détecteurs seront placés. Ils couvriront l’ensemble du hall.

Le choix de l’emplacement du détecteur a une grande importance sur son bon fonctionnement. Il ne faut pas que le détecteur soit influencé par une source de lumière permanente (dans ce cas, croyant l’éclairage suffisant, il ne commandera pas l’allumage) ou encore par un mouvement en-dehors de la zone commandée (ouverture de porte, …).

On peut souhaiter réaliser un zonage dans un même local. Dans certains cas, ce zonage peut être réalisé uniquement en choisissant bien l’emplacement des détecteurs; dans d’autres cas il faudra placer des « jalousies » sur le détecteur, de manière à ce qu’il ne voit que d’un seul côté.

Schémas de raccordement (en gestion de l’éclairage)

Situation 1 : il n’y a qu’un seul détecteur

Selon le type de mécanisme, le raccordement du détecteur se fait avec 2 ou 3 conducteurs

Un mécanisme avec triac (pour lampes à incandescence ou halogènes 230 V) doit être raccordé à la phase, un conducteur sort vers les lampes (= raccordement 2 fils).

Un mécanisme avec relais (pour lampes incandescentes, halogènes et fluorescentes) doit être raccordé à la phase et au neutre (ou 2° phase), un conducteur sort vers les lampes (= raccordement 3 fils).

Montage à 2 fils.

Montage à 3 fils.

Application en rénovation lorsqu’on utilise des interrupteurs automatiques :

Lorsqu’on utilise un mécanisme à relais (montage à 3 conducteurs obligatoire pour tubes fluorescents par exemple), et lorsqu’on utilise des interrupteurs automatiques) il faudra vérifier qu’une phase et un neutre (ou 2 phases) arrivent bien à l’interrupteur existant.
En effet, dans certains types de câblage (« câblage par le haut »), un seul fil arrive à l’interrupteur.

Dans ce cas, il faudra tirer un nouveau conducteur entre les lampes et le(s) détecteur(s), ce qui augmente les coûts, surtout lorsque les câbles sont encastrés.

Situation 2 : il y a plusieurs détecteurs

S’il y a plusieurs points de détection dans un même lieu, on monte les détecteurs en parallèle, ou encore on monte un détecteur avec mécanisme « maître » et un (ou plusieurs) détecteur(s) avec mécanisme « esclave » :

Détecteurs en parallèle

Montage à 2 fils.

Montage à 3 fils.

En plus de la phase (et éventuellement du neutre ou d’une deuxième phase) qui arrive au détecteur, on doit disposer d’un conducteur entre les détecteurs.

Application en rénovation lorsqu’on utilise des interrupteurs :

Si l’installation existante comporte des interrupteurs à deux directions, utilisés lorsque deux interrupteurs commandent les mêmes lampes, on dispose déjà de ce câble dans l’installation existante (câble à 3 conducteurs). Si l’installation comporte des interrupteurs-inverseurs, utilisés en plus des interrupteurs à deux directions lorsque plus de deux interrupteurs commandent les mêmes lampes, on dispose également de ce câble.
Par contre, si dans l’ancienne installation, les luminaires sont commandés par un seul interrupteur il faudra tirer ce conducteur entre les détecteurs ; ce qui engendre un surcoût.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Prescriptions relatives à l’éclairage en milieu hospitalier

Principe

Il est utile de pouvoir connaître les niveaux d’éclairement recommandé suivant l’ergonomie de travail (le confort de la tâche de travail).

Dans la norme NBN EN 12464-1, on établit une nomenclature dans laquelle on retrouve pour différents locaux des bâtiments du tertiaire, entre autres, les paramètres suivants:

le niveau d’éclairement moyen Em à respecter au niveau de la tâche,
la valeur limite de l’UGR,
l’uniformité d’éclairement U_o minimale pour maintenir l’éclairement recommandé,
l’indice du rendu des couleurs des lampes Ra,
et des remarques spécifiques à des cas particuliers.

La norme n’englobe pas tous les locaux repris dans l’hôpital. Pour cette raison, on effectuera une corrélation entre la norme EN 12646-1 et les recommandations de l’AFE (Association Française de l’Éclairage) dans les institutions de soins de santé.

Salle à usage général

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plans de référence
Salle d’attente	200	22	0,40	80	Au niveau du sol.
Couloir : pendant le jour	100	22	0,40	80	Au niveau du sol.
Couloir : pendant la nuit	50	22	0,40	80	Au niveau du sol.
Salle de jour	200	22	0,60	80	Au niveau du sol.

Salle réservée au personnel

Type d’intérieur, tâche ou activité

Em (lux)

UGR

Plan de référence

Bureau du personnel

500

0,60

0.7 m du sol.

Salle de détente

300

0,60

0.85 m du sol par défaut.

Chambres de malade, de maternité

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Éclairage général	100	19	0,40	80	Au niveau du sol.
Éclairage de lecture	300	19	0,70	80	Au niveau du livre.
Examens simples	300	19	0,60	80	Au niveau du lit.
Examens et traitements	1 000	19	0,70	80	Au niveau du lit.
Éclairage de nuit	5	–	–	80	Au niveau du sol ou de la tête du patient suivant l’importance de la surveillance.
Salles de bains, toilettes pour les patients	200	22	0,40	80	Au niveau du lavabo et WC.

Salle d’examens (général)

Type d’intérieur, tâche ou activité

Em (lux)

UGR

Remarques

Plan de référence

Éclairage général

500

0,60

4000 K ≤ TCP ≤ 5000 K

0.85 m du sol par défaut.

Examen et traitement

1 000

0,70

–

0.85 m du sol par défaut.

Salle d’examen des yeux

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques	Plan de référence
Éclairage général	500	19	0,60	90	4000 K ≤ TCP ≤ 5000 K	0.85 m du sol par défaut.
Examen de l’extérieur des yeux	1 000	–	–	90	–	A hauteur des yeux.
Test de lecture et de vision des couleurs sur panneaux	500	16	0,70	90	–	Au niveau d’un plan vertical de lecture.

Salle d’examen des oreilles

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Éclairage général	500	19	0,60	90	0.85 m du sol par défaut.
Examen des oreilles	1 000	–	–	90	Au niveau de la tête du patient.

Salle d’examen au scanner, IRM

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Éclairage général	300	19	0,60	80	0.85 m du sol par défaut.
Scanners avec agrandissement de l’image et systèmes de télévision	50	19	–	80	Au niveau du patient.

Salle d’accouchement

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Éclairage général	300	19	0,60	80	0.85 m du sol par défaut.
Examen et traitement	1 000	19	0,70	80	Au niveau du bassin de la patiente.

Salle de traitement (général)

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Dialyse	500	19	0,60	80	Au niveau de la zone à traiter.
Dermatologie	500	19	0,60	90
Salle d’endoscopie	300	19	0,60	80
Salle de pose des plâtres	500	19	0,60	80
Bain médicaux	300	19	0,60	80
Massage et radiothérapie	300	19	0,60	80

Salle d’opération

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Salle de préparation et de réveil	500	19	0,60	90	0.85 m par défaut.
Salle d’opération	1 000	19	0,60	90	0.85 m par défaut.
Champ opératoire	10 000 à 100 000	–	–	–	Champ opératoire.

Unités de soins intensifs

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Éclairage général	100	19	0,60	90	Au niveau du sol.
Examens simple	300	19	0,60	90	Au niveau du lit.
Examens et traitement	1 000	19	0,70	90	Au niveau du lit.
Surveillance de nuit	20	19	–	90	Au niveau de la tête du patient.

Cabinets dentaires

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques	Plan de référence
Éclairage général	500	19	0,60	90	Éclairage non éblouissant pour le patient.	0.85 m au niveau du sol.
Sur le patient	1 000	–	0,70	90	–	–
Cavité opératoire	–	–	–	–	Exigences spécifiques décrites dans la norme EN ISO 9680
Appariement à la couleur des dents	–	–	–	–	Exigences spécifiques décrites dans la norme EN ISO 9680

Laboratoires et pharmacies

Type d’intérieur, tâche ou activité

Em (lux)

UGR

Remarques

Plan de référence

Éclairage général

500

0,60

–

Contrôle des couleurs

1 000

0,70

6000 K ≤ Tcp ≤ 6500 K.

0.85 m par défaut.

Stérilisation

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Salle de stérilisation	300	22	0,60	80	0.85 m par défaut.
Salle de décontamination	300	22	0,60	80	0.85 m par défaut.

Salles d’autopsie et morgues

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques	Plan de référence
Éclairage général	500	19	0,60	90	–	0.85 m par défaut.
Table d’autopsie et de dissection	5 000	–	–	90	Des valeurs > 5 000 lux peuvent être nécessaires.	Au niveau de la table.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Remplacer les optiques existantes par des optiques performantes

Le principe

Grâce au développement d’optiques à miroir, le rendement lumineux des luminaires est actuellement passé de 40 % à plus de 70 %.

Pour des bâtiments de grande taille et équipé d’un système d’éclairage reproductible, on pourrait conserver les armatures et y incorporer un dispositif comprenant une optique à miroir, des ventelles paraboliques et un ballast électronique. On parle ici de « retrofit ». Le dispositif est préassemblé et il suffit de le raccorder dans le boîtier existant. Cette opération ne demande pas de modification des plafonds, ni de la commande, ni parfois de démontage des luminaires. Elle peut donc se faire rapidement, sans interruption significative des activités. Dans les cas idéaux, un travail de 5 minutes est nécessaire par luminaire.

Avant / après …

Économie d’énergie

Le seul remplacement des optiques ne diminue pas les consommations (puissance électrique installée inchangée) mais améliore le confort visuel (suppression de l’éblouissement, …). L’amélioration du rendement des luminaires doit donc être accompagnée de la diminution de la puissance totale des lampes (suppression de lampes, diminution de la puissance des lampes).

Lorsque l’on supprime des lampes dans un luminaire, il faut prévoir un dispositif (morceaux de tôle, panneaux semblables au faux plafond, …) pour refermer l’espace laissé libre par la nouvelle optique plus petite. Cette situation survient également si on diminue la puissance des lampes, puisque les nouvelles lampes auront des dimensions moindres.

L’inconvénient de cette rénovation est le maintien de l’emplacement des luminaires, qui peut ne pas être optimum ou ne plus convenir à une nouvelle occupation des locaux.

Cas particulier : les tubes nus

Lorsque le local est équipé de réglettes nues, il est simplement possible d’obtenir des niveaux d’éclairement corrects en plaçant au dessus des lampes des réflecteurs de type miroir. Ceci est nettement moins onéreux qu’une rénovation complète de l’installation.

Dans tous les cas, le gestionnaire du ou des bâtiments devra faire appel à des professionnels comme un bureau d’étude spécialisé en éclairage ou un constructeur sachant que le remplacement du « cœur » du luminaire sans toucher à la distribution des alimentations ne permet pas de réduire les consommations électriques inhérentes à la mauvaise gestion des luminaires ; on citera principalement le bon zonage et la régulation du flux lumineux en fonction de l’apport d’éclairage naturel dans les locaux avec baies vitrées.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Distribution lumineuse d’un luminaire

La forme du réflecteur et les positions de la lampe permettent d’obtenir différents modèles de distributions lumineuses :

distribution extensive : donne un éclairement uniforme, permet un espacement plus important des luminaires et accentue les contrastes au niveau du plan de travail,

distribution intensive : concentre le faisceau lumineux vers le bas. Ce mode d’éclairage est intéressant pour l’éclairage des travées de grande hauteur ou pour le travail sur écran,

distribution asymétrique : permet d’éclairer, par exemple, des surfaces verticales telles que des tableaux ou des murs.

Dans les catalogues, la distribution lumineuse d’un luminaire est représentée par un diagramme polaire reprenant en trait continu la distribution perpendiculaire aux lampes et en pointillé la distribution dans l’axe des lampes.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des luminaires dans les classes

Classes à aménagement fixe

La plupart du temps, les bancs des élèves sont alignés face au tableau, l’axe du regard étant parallèle aux fenêtres.

Les luminaires sont disposés en rampes parallèles aux fenêtres, de préférence entre les rangées de bancs, pour :

Éviter les risques d’éblouissement par les luminaires.
Profiter de l’éclairage naturel par une commande séparée des différentes rampes en fonction de l’éloignement à la fenêtre (zonage).
Éviter les ombres gênantes en compensant la lumière unidirectionnelle en provenance des fenêtres.
Assurer une bonne uniformité de l’éclairement dans le local en composant avec l’éclairage naturel.

Éviter les réflexions sur les bancs.

De plus

Les luminaires disposés le long de la façade vitrée seront rapprochés de celle-ci. À défaut, étant donné le plus faible coefficient de réflexion des fenêtres (ou des tentures, le cas échéant), un déséquilibre lumineux en résulterait le soir.

Les lampes situées derrière les tables des élèves risquent de créer des ombres portées sur le plan de travail. On arrêtera les rangées de luminaires au niveau des derniers bureaux. Ceci permettra également de ne pas éclairer inutilement le fond de la classe.

La disposition des luminaires en lignes continues permet une meilleure répartition des ombres au niveau des plans de travail (absence d’ombres marquées), puisque la lumière éclairant chaque plan de travail provient de multiples directions.

Prévoir un allumage séparé des luminaires du tableau. De plus en plus les professeurs ont à leur disposition des écrans lumineux pour projeter les cours. Dans ces conditions, il n’est donc pas nécessaire d’allumer l’éclairage du tableau.

Remarques.
Il est conseillé de placer les luminaires le long de la façade au plus proche de celle-ci pour garantir une bonne uniformité dans la répartition lumineuse de la lumière, excepté les 50 cm qui bordent les murs comme préconisé par les normes. Mais dans la plupart des cas, une école n’est pas utilisée en soirée ou pendant la nuit. Il peut donc parfois être innovant d’imposer des critères spécifiques au CDC comme par exemple que l’étude de l’éclairage doit montrer une luminosité de 300 Lux excepté dans les 50 cm qui bordent les murs intérieurs et les 2 m qui bordent la façade fortement vitrée. De facto, les tubes seront alors décentrés pour profiter de la lumière naturelle.

De même, bien que l’on conseille de placer les luminaires entre les bancs, pour éviter les reflets sur les bureaux, en pratique, cette indication est bien souvent théorique et très contraignante. Elle ne sera respectée que dans des cas très particuliers où le confort doit être parfait.
En effet, c’est le dimensionnement qui détermine le nombre de luminaires et donc l’emplacement des luminaires par rapport aux bancs. De plus, les bancs peuvent être de largeur variable d’une classe à l’autre. Les luminaires ne peuvent pas être placés en fonction de l’aménagement probable de la classe.

Classes à aménagement variable

L’élève n’a pas de position prédéfinie de travail.

La direction de l’éclairage naturel et la direction du regard des élèves varient avec la position particulière de chacun.

Dans ce cas, les luminaires n’ont pas de direction particulière d’émission. Ils seront disposés de manière à obtenir une répartition uniforme de l’éclairement.

Éclairage spécifique au tableau

Des luminaires asymétriques avec tubes fluorescents ou des spots avec lampes fluocompactes seront répartis sur toute la longueur du tableau (attention : longueur du tableau ouvert dans le cas de tableaux articulés). En outre, pour assurer une uniformité d’éclairement, les luminaires à tubes fluorescents seront toujours posés de façon jointive.

Les luminaires placés dans la zone bleutée ne donnent pas de réflexions gênantes sur le tableau. C’est dans cette zone qu’ils devront être placés.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Organiser la maintenance de l’éclairage

Dégradation des performances avec le temps

Le vieillissement d’une installation d’éclairage va se manifester par une perte progressive d’efficacité et par l’apparition, au-delà d’un certain temps, de défaillances des lampes.

La perte d’efficacité lumineuse provient de :

La baisse du flux lumineux émis, de l’ordre de 7 à 50 % en fin de vie (moyenne) des lampes.
La baisse du rendement des luminaires, liée à l’empoussièrement et au jaunissement des optiques (réflecteurs et diffuseurs) et des sources, de l’ordre de 5 à 26 % dans un local propre (bureaux, écoles, zones communes des hôpitaux, magasins, …) si les luminaires sont nettoyés tous les 3 ans.
À la réduction des facteurs de réflexion du local.

Dépôt de poussière sur un tube fluorescent disposé,
depuis 3 ans, dans un luminaire ouvert, dans un bureau standard.

Programme général de maintenance

L’objectif de la maintenance est de restituer à l’installation tout ou partie de son efficacité initiale. Le programme de maintenance peut être de trois types :

La maintenance préventive :

Procédure : remplacement en une seule fois de toutes les lampes à intervalle de temps régulier.
Avantage : maintenance aisée.
Inconvénient : le système comportera obligatoirement un certain nombre de lampes hors service.

La maintenance curative :

Procédure : remplacement des lampes hors services au coup par coup.
Avantage : le système ne comporte pas de lampes hors service.
Inconvénient : l’installation tend à maintenir un flux en général moyen ce qui conduit à un surdimensionnement important et le service de maintenance technique doit être prêt à intervenir n’importe quand.

La maintenance mixte :

Procédure : combinaison des deux programmes précédents.
Avantage : le système ne comporte pas de lampes hors service et maintient un éclairement en service relativement bon (surdimensionnement faible).
Inconvénient : le service de maintenance technique doit être prêt à intervenir n’importe quand.

Chacun de ces programmes a un domaine d’application privilégié. Mais pour déterminer quel type de programme sera le plus approprié, il est nécessaire de mener une étude comparative.

À noter que la planification de la maintenance ne se limite pas au choix du type de programme. Chaque programme est en effet caractérisé par plusieurs paramètres (sorte de lampe, intervalle de temps entre deux relamping, …). Et il est nécessaire de réaliser plusieurs études pour déterminer quelles seront les valeurs optimales de chacun de ces paramètres.

Remplacement des lampes

Principe

Le remplacement des lampes doit toujours être fait en s’assurant que la lampe neuve a des caractéristiques électriques (puissance plus spécialement) et lumineuses (température de couleur et indice du rendu des couleurs) identiques à celles de la lampe usagée, sauf si on en profite pour améliorer l’installation (remplacement des tubes fluorescents T12 par des T8, des types 33/640 par des types 840, …).

La durée de vie des lampes, indiquée dans les catalogues, est la durée de vie moyenne d’un grand nombre de sources du même type. En réalité une grande dispersion existe sur les durées de vie des lampes d’un même modèle (couramment de l’ordre de 25 %) ce qui conduit l’exploitant à s’interroger sur l’opportunité de remplacer les lampes au « coup par coup » ou de procéder à un remplacement préventif par groupes ou en totalité avant que leur durée de vie ne soit complètement écoulée.

Les considérations qui suivent devraient orienter l’utilisateur dans le choix du mode de remplacement des lampes :

Pour des installations comportant de nombreuses lampes, il est économique de ne pas les remplacer au fur et à mesure de leur défaillance, mais de les changer systématiquement dès qu’elles ont atteint leur durée de vie de service, et à l’occasion d’un nettoyage. Cette façon de procéder entraîne une planification de l’entretien.
Le remplacement préventif a pour avantages de diminuer le temps unitaire de pose de la lampe (souvent estimés dans le rapport 1 à 6), de réduire la gêne pour les utilisateurs et de garantir le maintien du flux lumineux. Il augmente par contre les dépenses d’approvisionnement du coût des lampes remplacées sans attendre leur défaillance.

Pour comparer les différents programmes de maintenance entre eux.

Remplacement au coup par coup et remplacement préventif : comparaison économique
Le bilan économique du type de remplacement dépend donc du type de lampe et du rapport entre les coûts d’approvisionnement et de pose. Dans le cas des tubes fluorescents, le remplacement systématique est, en général, nettement plus économique.

Exemple.

La durée de vie moyenne d’une lampe est de 8 000 heures (avec ballast électromagnétique), mais à partir de 6 000 heures, le flux lumineux chute très vite et le risque de « claquage » prématuré augmente statistiquement. Si l’on estime à 30 minutes le temps pour changer un tube au coup par coup et 10 minutes pour les changer tous en même temps, on obtient les coûts d’entretien suivants (ramenés à l’heure de fonctionnement).

Coût du remplacement au coup par coup	T + H/2 _______ 8 000
Coût du remplacement préventif	T + H/6 _______ 6 000
T = prix d’un tube H = prix de l’heure de travail

Si le coût du tube (de 2,5 à 7,5 €) est inférieur au prix de cinq sixièmes d’heure d’intervention (T < 5/6 H), l’entretien systématique est rentable.

Dans la pratique, une règle simple veut que l’on remplace toutes les lampes lorsque l’on a atteint 20 % de lampes défectueuses. Évidemment, lorsqu’il s’agit de l’éclairage local d’un poste de travail, la lampe défectueuse sera remplacée immédiatement.

Nettoyage des luminaires et des locaux

Dans un contexte d’économie d’énergie et de recherche d’efficacité de l’éclairage, il est nécessaire d’établir un plan de nettoyage périodique de l’installation et des surfaces du local.

Les lampes, les luminaires et les parois sont sujets à l’empoussièrement ; celui-ci ne doit jamais atteindre un degré tel que l’éclairement total tombe à une valeur inférieure à celle imposée.

Dans le cas d’un nettoyage annuel, on doit s’attendre à une chute de l’éclairement de l’ordre de 10 à 15 %, ce qui met en évidence l’importance du facteur nettoyage pour le maintien de l’efficacité lumineuse.

La fréquence du nettoyage doit être fixée suivant l’intensité de l’empoussièrement. Généralement, une intervention tous les 6 mois permet d’obtenir de bons résultats.

Si ce dernier est particulièrement accusé, il est recommandé d’utiliser des luminaires étanches à la poussière, à parois translucides astatiques. Le nettoyage comprend le nettoyage des lampes et le nettoyage des luminaires (il convient de s’informer auprès du fabricant sur la manière et les précautions à prendre pour le dépoussiérage et le nettoyage des diverses surfaces).

Le plan de maintenance doit également tenir compte d’un nettoyage et rafraîchissement des vitrages, parois, rideaux, qui contribuent à l’éclairage naturel des locaux.

Recyclage des lampes défectueuses

Que faire des lampes défectueuses ?

Certaines lampes contiennent des matériaux toxiques (principalement du mercure) qu’il faut éviter de laisser échapper dans l’atmosphère ou dans le sol.

Les lampes usagées ne peuvent donc être déposées en décharge normale, sans traitement. Celui-ci consiste principalement en un broyage qui permet de séparer les poudres fluorescentes, le verre et les parties métalliques. Les dernières techniques mises au point permettent de récupérer des matériaux purs aptes à la fabrication de nouvelles lampes.

La récupération des lampes doit donc se faire par des entreprises agréées à cet effet.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les luminaires – limiter l’éblouissement

Locaux sans ordinateur

Dans les locaux où il n’y a pas d’écran d’ordinateur, on cherchera principalement à limiter l’éblouissement direct des occupants.

Pour les luminaires ouverts traditionnels, les risques d’éblouissement sont réduits si le luminaire dispose de ventelles empêchant la vue directe des lampes à partir d’un certain angle de vision par rapport à la verticale (angle de défilement).

Luminaire a ventelles.

Recommandations
Angle de défilement maximum	60°
Rendement minimum	70 %

La norme NBN EN 12464-1 prévoit de limiter l’éblouissement direct par des ventelles en fonction de la luminance de la lampe :

Luminance de la lampe en kCd/m2	Angle maximum de défilement
20 à < 50	75°
50 à < 500	70°
>= 500	60°

Les luminaires basse luminance ne sont pas strictement nécessaires mais apportent un confort supplémentaire aux élèves. Leur prix est cependant supérieur par rapport aux simples luminaires avec ventelles blanches (les luminaires avec ventelles blanches ont souvent un très faible rendement).

Locaux avec ordinateurs

On peut éviter les réflexions parasites sur les écrans de deux manières différentes :

Avec des luminaires basse luminance

Le choix d’un luminaire dit « basse luminance » est la meilleure solution pour l’éclairage des locaux informatisés de surface relativement importante, quel que soit le type d’écran. Celui-ci ne doit pas être incliné de plus de 20° par rapport à la verticale (position courante de travail sur PC).

Pour prévenir tout risque de reflets dans les écrans quel que soit leur type, les normes recommandent pour un angle d’élévation de 65° des valeurs de luminance reprise dans le tableau ci-dessous et ce quel que soit le plan du luminaire considéré (C0, C30, …, C90) :

	Niveau limite de luminance moyenne des luminaires (cd/m²)
État de luminance élevé de l’écran	Écran à haute luminance L > 200 cd/m²	Écran à luminance moyenne L ≤ 200 cd/m²
Tâche de bureau classique	≤ 3 000	≤ 1 500
Besoin de détail	≤ 1 500	≤ 1 000
L’état de luminance élevé de l’écran (selon EN ISO 9241-302) décrit la luminance maximale de la partie blanche de l’écran, valeur fournie par le fabricant.

Cependant, la protection contre l’éblouissement se fait au détriment du rendement du luminaire (plus on dispose de ventelles devant la lampe pour limiter l’éblouissement, plus importantes seront les pertes).

Les constructeurs proposent différents types de luminaires « basse luminance » avec des angles d’élévation inférieurs à 65°. Dans ce cas, il est important de garantir le maintien d’un rendement acceptable. Pour ce faire, Laborelec (le laboratoire belge de l’industrie électrique) a établi un tableau synthétique donnant, pour différents angles d’élévation, un rendement minimum à respecter.

Type de travail sur ordinateur	Recommandation EN 12464-1 Angle d’élévation	Luminance < 200 cd/m² pour des angles g
		Recommandation Laborelec par rapport à la DIN 5035
		Angle d’élévation	rendement minimum
	Dans tous les plans	Dans les plans longitudinaux (C90), transversaux (C0) et diagonaux (C30 et C60)
Usage limité	65°	65°	65 %
Usage important mais non fatigant		60°	65 %
Usage intensif et fatigant		50°	55 %

En observant le tableau ci-dessus, on se rend compte que la DIN 5035 est plus précise et contraignante que la norme EN 12464-1. À l’heure actuelle, certains constructeurs proposent des luminaires dont les caractéristiques techniques tiennent compte des deux normes.

Exemple.

Ce luminaire basse luminance répond à la norme EN 12464-1. La luminance du luminaire est inférieure à 200 Cd/m² pour un angle de défilement > 65° et ce dans toutes les directions. Son rendement, avec 1 lampes T8 de 58 W est de 76 %. De plus, il est DIN 60.

Remarque.

Comme on l’a vu, la norme EN 12464-1 précise que pour un angle d’élévation de 65°, on considère tous les plans du luminaire; autrement dit, quel que soit la position du bureau et par conséquent l’angle de vue, les 200 Cd/m² ne peuvent pas être dépassés; ce qui n’était pas le cas dans les anciennes normes NBN L 13 – 006, IN 5035 (partie 7), CIBSE LG3 (1989) qui ne privilégiaient que certains plans. On en conclut, dans ce cas, que la EN 12464-1 est plus restrictive.

Le libre choix des luminaires équipés de lampes T5 ou T8 est laissé à l’auteur de projet. Toutefois on rappellera que pour comparer ces deux technologies il faut :

Vérifier que les constructeurs donnent des valeurs de rendement qui puissent être comparées (pour une même température ambiante),

Vérifier le prix.

Se rendre bien compte que les sources LED et les lampes T5 ont une luminance plus élevée que les lampes T8 donc risque d’éblouissement.

Avec des luminaires « lumière douce » ou à plexi performant

Écran à affichage positif… et … Écran à affichage négatif.

Les luminaires « lumière douce » ont une luminance nettement supérieure à 200 cd/m² pour des angles d’élévation > 65°.

Ils ne peuvent donc pas être utilisés en présence d’ordinateurs, sauf dans le cas très restreint d’écrans plats à affichage positif (caractères sombres sur fond clair) et bon traitement antireflet.

En effet, la norme européenne ISO 9241 admet qu’une luminance moyenne des luminaires de 1 000 cd/m² (avec des pointes de moins de 1 500 cd/m²) ne provoquera pas de réflexion gênante sur les écrans. Ceci s’explique par la réduction du contraste entre ce type d’écran et les réflexions qui peuvent y apparaître (attention, le contraste entre le fond d’écran et le texte diminue aussi, ce qui est un inconvénient !).

Les luminaires « lumière douce » respectent ce critère soit directement, soit moyennant une adaptation qui limite leur luminance moyenne (par exemple pour les lampes fluocompactes).

L’avantage de ce type de luminaire apparaît lorsqu’on utilise des ordinateurs portables. (En effet les recommandations Laborelec s’appliquent pour des écrans inclinés de 15° à 20° par rapport à la verticale). Dans le cas d’ordinateurs portables, l’utilisateur incline plus fortement son écran. Il risque alors d’apercevoir des reflets même si les luminaires sont à basse luminance. Un luminaire « lumière douce » ayant une luminance moyenne dans toutes les directions, même verticale, peut alors se justifier. Il existe des luminaires à plexi performant avec les mêmes avantages que la « lumière douce ».

Cas particulier : les bureaux individuels

Les recommandations ci-dessus s’appliquent pour la majorité des bureaux. Cependant, dans un petit bureau (bureau individuel), on peut placer le luminaire et/ou les postes de travail de manière telle qu’il n’y ait jamais de réflexion. L’angle sous lequel l’écran voit le luminaire reste alors toujours inférieur à 50 – 60°.

On peut alors toujours choisir un luminaire qui n’est pas basse luminance, par exemple à ventelles planes et diffusantes ou à plexi. Ces luminaires ont un prix inférieur par rapport aux luminaires identiques équipés de ventelles paraboliques. Ces derniers apportent cependant un « plus » au standing du local et donc contribuent au confort psychologique des occupants.

Exemple : bureau avant et après

Avant : 2 vieux luminaires 2 x 36 W BM avec du bruit et éclairage trop faible.

Après : 2 luminaires 1 x 35 W T5 BE-DIM avec un niveau d’éclairement x 1,5, une économie d’énergie > 50 %, < 2,5 W/m²/100 lux et confort visuel élevé !

Cas particulier : les circulations

Les couloirs de bureaux, d’école, …

Les circulations ne présentent aucune exigence en termes de basse luminance. Tout au plus faut-il éviter un éblouissement trop important en choisissant des luminaires comportant un système de défilement. Des luminaires ouverts à ventelles planes sont donc tout à fait indiqués (angle de défilement minimum de 75°).

Les couloirs d’hôpital, de maison de repos

Les couloirs d’hôpitaux et des maisons de repos nécessitent une attention particulière sachant que l’éblouissement dû au luminaire peut être important pour les patients alités. C’est la raison pour laquelle les luminaires à basse luminance sont intéressants.

Flexibilité du local

Dans certains locaux, le type de travail et/ou la disposition des postes de travail peuvent varier dans le temps. Dans ce cas, l’éclairage général ne peut privilégier aucune zone ni direction dans le local. Si tel était le cas, leur adaptation à une nouvelle situation doit se faire avec un minimum de manipulations.

Voici différents types de luminaires pouvant répondre à ces exigences :

des luminaires à distribution de lumière identique dans toutes les directions,

un éclairage à deux composantes : éclairage général moyen (direct ou indirect) associé à des luminaires individuels mobiles,

si, à terme, le local risque d’être équipé d’ordinateurs, on peut préventivement envisager des luminaires à basse luminance,

si des bureaux individuels risquent d’être regroupés en bureaux paysagers, il est préférable de les équiper de luminaires basse luminance.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Gradation du flux lumineux (dimming)

Principe

Le principe du « dimmer » réside dans le contrôle électronique du niveau de tension d’alimentation du luminaire qui soit à basse (0…230 V) ou très basse tension (0 – 10 V du ballast par exemple).

En contrôlant le temps de déclenchement du « dimmer » avec le bouton gradateur, le niveau de tension de sortie varie.

Schéma principe du dimmer.

Application aux lampes à incandescence et halogène

Les dimmers

Le contrôle du flux des lampes à incandescence et halogènes est relativement simple. Un simple « dimmer » 0-100 % (230 V) contrôle directement la tension de la lampe ou indirectement la tension d’un transformateur intermédiaire entre l’alimentation 230 V et les sources halogènes de 12 V par exemple.

Les cellules de mesure de niveau d’éclairement

Qu’elles soient centralisées ou en local, les cellules de mesure du niveau d’éclairement permettent, en général, de gérer le flux lumineux d’une lampe, mais en 0-10 V, ce qui limite son champ d’application aux lampes fluorescentes équipées d’un ballast électronique « dimmable ».

Application aux lampes fluorescentes

Avec les lampes fluorescentes, on peut réaliser du « dimming » (variation continue du flux lumineux).

Une tension de 1 à 10 V DC (courant continu) vient alimenter un ballast électronique dimmable. Cette tension variable provient de la cellule de mesure du niveau d’éclairement ou d’un régulateur des systèmes intégrant les signaux de différents éléments de gestion de commande.

Système avec régulateur.

Le dimming a l’avantage d’éviter le surdimensionnement des installations, mais la consommation totale à faible flux lumineux sera plus importante vu que le ballast garde toujours sa consommation propre.

Dans la directive européenne 2000/55/CE on définit une classification énergétique des ballasts permettant de garantir l’optimisation de la consommation des ballasts électroniques dimmables.

Pour en savoir plus : La puissance absorbée par les lampes fluorescentes et leurs auxiliaires (ballast).

Application aux lampes fluo compactes

Le flux lumineux des lampes fluo compactes peut être contrôlé à condition qu’elles soient spécifiées »dimmables ». Le niveau de « dimming » est lié à la qualité du ballast.

Lampe à ballast intégré

La plage de « dimming » pour ce type de lampe est comprise entre 7 et 100 %.

Lampe à ballast séparé

Ce type de lampe, associée à un ballast électronique, offre des performances meilleures. On considère que la plage de régulation du flux lumineux se situe entre 3 et 100 %.

Application aux LED

L’alimentation d’une lampe LED est en courant continu. Vu que le réseau européen est en courant alternatif, un redresseur AC/DC est nécessaire pour alimenter les LED. Le contrôle du flux lumineux des LED est souvent réalisé grâce à un courant pulsé par modulation de largeur d’impulsion (PWM : Pulse Width Modulation).

Modulation de la largeur d’impulsion.

La modulation du flux lumineux s’effectuera plus en courant qu’en tension, car la LED est très sensible aux faibles variations de tension et le flux lumineux est presque proportionnel au courant.

Diagramme tension-courant dans le sens passant et bloquant de la diode.

(++) L’avantage d’une telle modulation réside dans la bonne conservation des propriétés colorimétriques de la LED.

(–) Le redresseur AC/DC ne donne pas un signal continu parfait. Une composante résiduelle ondulatoire persiste. Contrairement à la lampe à incandescence, la LED possède une très faible rémanence lorsqu’elle est soumise à un signal ondulatoire. Il en résulte un phénomène non négligeable de « papillotement » qui peut altérer le confort visuel.

Application aux lampes à décharge haute pression

Les ballasts électroniques dimmables pour lampes à décharge haute pression ont fait leur apparition sur le marché le 1er janvier 1999. Ce type de ballast permet, lors du dimming, les clignotements dû à la fréquence de 50 Hz et d’augmenter sensiblement la durée de vie de la lampe.

Un autre moyen d’obtenir un flux lumineux variable se fait par découpage de la sinusoïde de tension.
Ce découpage est obtenu par un « hacheur ». Il permet de faire varier le flux lumineux par palier.

Hachage de la sinusoïde de tension.

Ce découpage peut se réaliser avec les lampes à mercure haute pression et au sodium haute pression, mais pas avec les lampes aux halogénures métalliques qui risquent de changer de couleur.

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des luminaires dans les circulations

Dans les couloirs

Compromis

Le choix du nombre de luminaires, de la puissance par luminaire et de leur emplacement résultera d’un compromis entre

le respect d’une certaine uniformité,
l’investissement à consentir,
les facilités de câblage électrique et de réfection des plafonds.

Uniformité

Si pour des raisons d’économie d’énergie, on désire limiter l’éclairement moyen des couloirs à 200 (100 – école, halls) lux maximum, le nombre de luminaires à installer sera relativement faible par rapport à la surface à éclairer. Il en résultera un manque d’uniformité de l’éclairement et une succession dans les couloirs de zones claires et sombres. Ceci ne sera pas forcément gênant si le couloir n’est qu’un lieu de passage et non de « stationnement ». Inversement si on veut respecter une uniformité correcte (E_min / E_moy > 0,7), on augmentera le nombre de luminaires, vraisemblablement aussi la puissance installée et le niveau d’éclairement moyen puisque la gamme de puissance des lampes fluorescentes n’est pas infinie.

En fonction de la forme du couloir

Les couloirs étroits paraîtront plus larges et plus conviviaux si on favorise l’éclairage des murs par une composante indirecte.

Les couloirs longs paraîtront plus courts si on place les luminaires perpendiculairement par rapport à l’axe du regard. Comme la distribution lumineuse de la plupart des luminaires est plus large dans le sens transversal que dans le sens longitudinal, cette position permettra d’obtenir une uniformité correcte avec moins de luminaires.

Dans les escaliers

L’objectif principal (de base de l’éclairage des escaliers – halls) est d’assurer un contraste suffisant entre les marches pour éviter tout accident. Pour cela, il faut assurer l’éclairage des marches et maintenir dans l’ombre les contre-marches.

Exemple

La position A est correcte car elle éclaire obliquement les marches.
La position B est incorrecte, elle ne garantit pas un contraste suffisant entre les marches.
Dans les longs escaliers, la position A peut être complétée par un éclairage latéral des marches au départ d’appliques murales (position C).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Indices de protection d’un luminaire

Protection contre les solides et les liquides

Les luminaires sont classés en fonction du degré de protection contre la pénétration de poussières, de corps solides et d’humidité, conformément aux chiffres « IP » mentionnés dans la norme NBN C 20 – 001.

Le premier chiffre suivant l’inscription « IP » représente le degré de protection vis à vis des corps solides et des poussières. Le second chiffre représente le degré de protection vis à vis des liquides.

Degré de protection	Protection contre les corps solides	Degré de protection	Protection contre les liquides
IP1X	Protégé contre les corps solides supérieurs à 50 mm.	IPX1	Protégé contre les chutes verticales de gouttes d’eau.
IP2X	Protégé contre les corps solides supérieurs à 12 mm.	IPX2	Protégé contre les chutes d’eau pour une inclinaison maximale de 15°.
IP3X	Protégé contre les corps solides supérieurs à 2,5 mm.	IPX3	Protégé contre l’eau « en pluie ».
IP4X	Protégé contre les corps solides supérieurs à 1 mm.	IPX4	Protégé contre les projections d’eau.
IP5X	Protégé contre la poussière.	IPX5	Protégé contre les jets d’eau.
IP6X	Totalement protégé contre la poussière.	IPX6	Protégé contre les paquets de mer.
		IPX7	Protégé contre les effets d’immersion.

Exemple.
Un luminaire classé IP20, est protégé contre les intrusions des corps solides de plus de 12 mm mais pas contre l’humidité. Un luminaire classé IP65 est protégé contre la poussière et contre les jets d’eau.

Remarque.
Concrètement, un indice IP2X signifie que l’on ne peut atteindre les parties électriques avec un doigt, un indice IP3X, avec un tournevis, un indice IP4x, avec une épingle à cheveux.

Protection contre les chocs

Le degré de résistance au choc des luminaires est représenté par l’indice « IK » du luminaire. Cette classification remplace l’ancienne classification « IP » à 3 chiffres de type IPXXX.

IK00	pas de protection
IK01	0,15 Joule
IK02	0,2 J
IK03	0,35 J
IK04	0,5 J
IK05	0,7 J
IK06	1 J
IK07	2 J
IK08	5 J
IK09	10 J
IK10	20 J

Protection électrique

La classification électrique des luminaires est réalisée en fonction du type de protection offert contre les chocs électriques.

Classification	Exigences électriques	Conséquence d’un éventuel défaut d’isolement
Classe 0	Interdite en Belgique comme dans la majorité des pays européens. Séparation des parties sous tension par une seule isolation, dite isolation principale.	En cas de défaut d’isolement, la protection de la personne touchant l’appareil repose sur l’environnement (par ex. sol isolant).
Classe I	Séparation des parties sous tension par une seule isolation, dite isolation principale. Les parties métalliques accessibles sont reliées à une borne de terre. Recommandés dans les locaux traditionnels.	En cas de défaut d’isolement, la protection de la personne qui touche l’appareil repose essentiellement sur la qualité du circuit de mise à terre et sur un disjoncteur différentiel…
Classe II	Une isolation supplémentaire ou renforcée est ajoutée à l’isolation principale. Des matériaux à plus grande résistance d’isolement sont utilisés. Recommandés dans les locaux humides ou lorsqu’on ne peut raccorder le luminaire à un conducteur de protection.	Du fait de la double isolation, un défaut d’isolement ne peut pas se produire et la personne qui touche l’appareil n’est pas en danger.
Classe III	L’alimentation est réalisée en très basse tension de sécurité ; le circuit est isolé du réseau et la tension est plus petite que 50 V.	En principe, cet appareil ne pose pas de risques électriques.

Protection incendie

Inflammabilité de la surface de montage

La norme CEI 60598-1 propose un marquage du luminaire en fonction de l’inflammabilité de la surface de montage et des possibilités de recouvrement. Ce marquage remplace l’ancien marquage constitué des symboles présentés dans la figure ci-dessous (lettres F ou M dans un triangle sur pointe). Notez que bien qu’un nouveau marquage soit en place, ces symboles sont encore parfois rencontrés sur le marché.

La norme CEI 60598-1 propose de marquer uniquement les luminaires qui présentent des limitations d’application. Ainsi, les luminaires conçus pour être montés sur une surface normalement inflammable et qu’un matériau isolant thermique peut recouvrir sans risque d’incendie ne seront pas marqués. Par contre, les luminaires qui exigent des surfaces de montages non-inflammables ou qui ne peuvent être recouverts d’un matériau isolant thermique seront marqués selon le tableau ci-dessous. Un matériau est considéré comme normalement inflammable si sa température d’inflammation est d’au moins 200°C et s’il ne se déforme ni ne se ramollit à cette température.

Ce tableau est extrait des Dossiers du CSTC n°2/2009 Cahier n°15 page 5.

Symboles et limitations
	Le luminaire ne peut être monté sur une surface normalement inflammable.
	Le luminaire n’a pas été conçu pour être recouvert par un matériau isolant thermique.
	Le luminaire n’a pas été conçu pour être encastré dans une surface normalement inflammable.

Inflammabilité du luminaire

Le comportement au feu d’un luminaire peut être caractérisé par le résultat de l’essai au fil incandescent décrit dans la norme CEI 60.695-2-11. Ce test permet d’évaluer le comportement du luminaire vis-à-vis du feu et consiste à appliquer sur certaines parties du luminaire un fil incandescent chauffé à des températures définies (650°C, 850°C, 960°C…) et ce, pendant une certaine durée (5 secondes, 30 secondes…).
La table ci-dessous récapitule, en fonction de l’usage du matériel d’éclairage, les températures auxquelles le matériel doit résister.

Type d’usage	Parties du luminaire en contact avec des parties conductrices, ou les maintenant en position	Enveloppes et couvercles ne maintenant pas en position de parties transportant le courant
Matériel pour une utilisation sous surveillance	650 °C	650 °C
Matériel pour une utilisation sans surveillance, mais dans des conditions moins sévères	750 °C	750 °C
Matériel pour une utilisation avec surveillance, mais dans des conditions plus sévères	750 °C	750 °C
Matériel pour un usage continu sans surveillance	850 °C	850 °C
Matériel pour un usage continu sans surveillance, mais dans des conditions plus sévères	960 °C	960 °C
Appareils fixes pour les installations électriques	750 °C	650 °C
Matériel destiné à être utilisé près du tableau principal de distribution d’un immeuble	960 °C	750 °C
Pour garantir un niveau minimal d’inflammation des parties susceptibles de contribuer à un risque de feu, et de propagation du feu par leur intermédiaire, ces parties n’étant pas essayées autrement (pour éliminer les matériaux à combustion violente)	550 °C	550 °C

Ce tableau est extrait des Dossiers du CSTC n°2/2009 Cahier n°15 page 5.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Niveau d’éclairement

Définition du niveau d’éclairement

La quantité de lumière est caractérisée par le niveau d’éclairement exprimé en lux (lx).

20 lux représentent le seuil de perception; les autres valeurs usuelles (et recommandées dans les normes) sont généralement séparées par un facteur approximatif de 1.5 et représentant la plus petite différence significative entre deux niveaux d’éclairement.

20 30 50 75 100 150 200 300 500 750 1 000 1 500 2 000 3 000 5 000

Impact sur le confort visuel

Visibilité des objets

Au travail, une bonne visibilité de la tâche visuelle et de son environnement est particulièrement nécessaire et fortement influencée par les caractéristiques de l’éclairage. Des objets qui peuvent être reconnus facilement et dont on peut distinguer aisément des détails, peuvent devenir indistincts et même plus du tout perceptibles lorsqu’il fait plus sombre.

Performance

La performance visuelle est un taux d’évaluation du système visuel utilisé pour quantifier les aptitudes d’une personne à détecter, identifier et analyser les détails entrant dans son champ de vision, en se fondant sur la vitesse, la précision et la qualité de sa perception. La performance visuelle dépend entre autres :

des caractéristiques propres de la tâche à accomplir,
de l’acuité visuelle de l’observateur,
de la nature de l’arrière-plan,
des conditions d’éclairage,
des perturbations distrayant l’attention,
…

La visibilité de la tâche est utilisée pour relier la performance visuelle aux paramètres de l’éclairage sans tenir compte de l’attitude de l’observateur à l’égard de la tâche.

La visibilité qui caractérise une tâche est déterminée par la visibilité du détail critique. D’une manière générale, la visibilité du détail dépend de :

sa dimension angulaire et sa forme,
sa luminance et sa couleur,
son contraste par rapport au fond immédiat,
sa position dans le panorama visuel,
la luminance d’adaptation,
l’état du système visuel (âge de l’observateur),
le temps d’observation,
…

Sous un éclairement
de 500 lux.

Sous un éclairement
de 50 lux.

Lorsque le niveau d’éclairement diminue, un texte écrit suffisamment grand restera parfaitement lisible, alors qu’un texte écrit petit deviendra plus difficile à lire.

Impact sur les travailleurs

« Malheureusement », l’œil humain s’adapte très rapidement aux différentes ambiances lumineuses qu’il rencontre. Il est donc difficile de percevoir qu’une ambiance lumineuse n’est pas correcte. En situation d’équilibre, on parle de niveau d’adaptation auquel correspond la luminance d’adaptation qui affect

l’acuité visuelle,
la sensibilité aux contrastes.

En pratique, les mesures de luminance étant difficiles et coûteuses et dans un but de simplification, les recommandations relatives à ces luminances sont formulées directement en valeur d’ÉCLAIREMENT (d’où l’utilisation du luxmètre).

Sur cette base, un niveau d’éclairement insuffisant entraîne progressivement une diminution du pouvoir de perception. Cela peut occasionner un plus grand pourcentage d’erreurs dans les manipulations et un risque accru d’accidents.

Les valeurs d’éclairement recommandées en fonction du type d’activité ou de local peuvent être trouvées dans différentes normes.

Valeurs caractéristiques et représentation

Niveau d’éclairement

On distingue trois types de niveaux d’éclairement sur une grille de calcul ou de mesure lorsqu’on désire réaliser un projet d’éclairage :

E min étant le niveau d’éclairement minimum sur un point de la grille,
E max, le niveau d’éclairement maximum sur un point de la grille,
E moyen, la moyenne de tous les niveaux d’éclairement des points de la grille.

Le niveau d’éclairement moyen Em ou Emoyen est la valeur prise comme référence pour définir les niveaux d’éclairement utilisés par le RGPT ou les normes traitant d’éclairage. On définit aussi l‘uniformité comme étant le rapport entre E min et E moyen.

Courbe isolux

Les courbes isolux s’apparentent aux courbes de niveaux d’éclairement.

Niveau de gris

C’est une autre représentation plus visuelle des courbes isolux.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes au mercure haute pression

Comment fonctionne une lampe au mercure haute pression ?

La lampe au mercure haute pression fait partie des lampes à décharge. Son principe de fonctionnement est donc identique.

Particularités

L’ampoule contient de la vapeur de mercure et de l’argon.

La lumière est émise exclusivement sous forme de rayons ultraviolets invisibles rendus visibles par les poudres fluorescentes placées sur la face interne de l’ampoule.

La lampe à mercure haute pression dispose d’électrodes auxiliaires servant de démarreur interne. Pour bien fonctionner, elle ne doit donc être équipée que d’un ballast et d’un condensateur.

Caractéristiques générales

La lampe à vapeur de mercure haute pression est aujourd’hui démodée pour plusieurs raisons : son efficacité lumineuse est faible, de même que son indice de rendu des couleurs. De plus, sa durée de vie n’est pas très élevée et elle est défavorable à l’environnement.

Il existe également une lampe au mercure haute pression donnant une lumière plus chaude (3 400 – 3 500 K). Son efficacité lumineuse est légèrement plus élevée.

Cette lampe a été surtout utilisée en éclairage public. Actuellement, elle n’est plus utilisée que pour le remplacement des lampes existantes. À noter qu’il existe des lampes à vapeur de sodium haute pression compatibles avec certains équipements de lampes à vapeur de mercure haute pression et directement interchangeables.

Dans la plupart des cas, les lampes à vapeur de mercure sont couplées avec des ballasts électromagnétiques.

Données	Pour connaitre les caractéristiques des lampes au mercure haute pression.
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Prescriptions relatives à l’éclairage dans les halls de sport

Dans une salle de sport, un bon éclairage devra permettre aux joueurs

de percevoir les mouvements (des balles par exemple),
de se situer par rapport aux marquages au sol,
de localiser les autres joueurs et l’équipement sportif (paniers, cages de but).

L’éclairement recommandé par les normes est proportionnel à la vitesse de l’action. Un sport pratiqué comme loisir demande donc un éclairement plus faible qu’un sport pratiqué en compétition. Le type de sports en salle ainsi que leurs niveaux de pratique déterminent le niveau d’éclairement recommandé.

On notera aussi que pour la plupart des sports, l’éclairement vertical est aussi important que l’éclairement horizontal au sol.
La norme NBN EN 12193 établit une nomenclature dans laquelle on retrouve les paramètres suivants :

le niveau d’éclairement horizontal moyen Eav,
l’uniformité entre l’éclairement minimum et Eav (définie comme Emin / Eav),
l’indice du rendu des couleurs des lampes Ra.

Niveau de pratique des sports

Les classes d’éclairage sont définies comme suit :

Classe I : salles de sport prévues pour accueillir des compétitions internationales et nationales. Elles sont liées, en général, à un grand nombre de spectateurs et à des distances visuelles élevées. On peut aussi associer à cette classe les entraînements de grande performance.

Classe II : salles de compétition moyenne (nombre moyen de spectateurs et distances visuelles moyennes).

Classe III : salles de compétition simple ou amateur (faible nombre de spectateurs et distances visuelles courtes).

Exigences minimales

N.B. : Les niveaux d’exigences devront correspondre aux niveaux du sport le plus exigeant pratiqué.

Exigences minimales pour l’éclairage des salles de sport	Classe d’éclairage I			Classe d’éclairage II			Classe d’éclairage III
Exigences minimales pour l’éclairage des salles de sport	Éclairement Eav (lux)	Uniformité Emin/Eav	Rendu des couleurs Ra	Éclairement Eav (lux)	Uniformité Emin/Eav	Rendu des couleurs Ra	Éclairement Eav (lux)	Uniformité Emin/Eav	Rendu des couleurs Ra
Badminton Escrime Hockey Squash Tennis de table	750	0.7	60	500	0.7	60	300	0.7	20
Basket Football en salle Handball Judo, Karaté Sport scolaire Volley-ball	750	0.7	60	500	0.7	60	200	0.5	20
Danse Escalade Gymnastique	500	0.7	60	300	0.6	60	200	0.5	20
Tennis	750	0.7	60	500	0.7	60	300	0.5	20
Tir à l’arc	200	0.5	60	200	0.5	60	200	0.5	60

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Rendu des couleurs

Toute source lumineuse, qu’elle soit naturelle ou artificielle présente un spectre lumineux qui lui est particulier.

La lumière naturelle, provenant du rayonnement du soleil et du ciel, présente un spectre visible (rayonnement dont la longueur d’onde est comprise entre 380 et 760 nanomètres (nm)) de forme continue. Le mélange des diverses radiations qui constituent ce spectre forme, par définition, la lumière dite blanche : c’est la seule qui permette à l’œil d’apprécier avec la plus grande exactitude la couleur des objets et les plus délicates de leurs nuances. Les différentes radiations colorées composant la lumière naturelle apparaissent aisément lors de leur réfraction et réflexion par des gouttes d’eau, comme dans l’arc-en-ciel.

Étant donné que l’œil est conçu pour la lumière du jour, la lumière émise par les sources artificielles devrait avoir la même composition spectrale que celle du soleil et du ciel : c’est le seul moyen pour que ne soit pas altérée la vision des couleurs. En effet, un corps coloré réfléchit sélectivement les radiations colorées qu’il reçoit : le système visuel regroupe les différentes radiations réfléchies et donne une sensation de couleur. La couleur perçue est donc intimement dépendante du spectre lumineux émis. À cet égard, les lampes à incandescence ou à fluorescence de type courant ne donnent pas entièrement satisfaction quoique de grands progrès ne cessent d’être accomplis dans ce sens. Par exemple, dans une cafétéria éclairée par des lampes fluorescentes de type courant on constate le changement apparent de couleur des vêtements, plus spécialement si ceux-ci sont dans les tons rouges ou oranges à la lumière du jour.

A gauche, sous une lampe incandescente (IRC ou Ra = 100).
A droite, sous une lampe au sodium haute pression (IRC ou Ra = 25).

L’ambiance lumineuse ressentie par les occupants dépend donc du rendu des couleurs, pour le qualifier on définit :

L’indice de rendu des couleurs (IRC ou Ra) : L’IRC est compris entre 0 et 100, 100 étant l’IRC de la lumière naturelle qui restitue toutes les nuances de couleur et 0 étant l’absence de couleur reconnaissable. Une différence de 5 points sera perceptible pour l’œil humain.

Sous l’éclairage naturel Ra = 100 et sous une lampe à vapeur de sodium Ra = 25.

Plage d’IRC	Perception des couleurs
Ra < 25	faible
25 < Ra < 65	moyenne
65 < Ra < 90	bonne
90 < Ra	élevée

On définit aussi des classes d’IRC en fonction de la plage d’IRC :

Classe d’IRC	IRC
1A	Ra > 90
1B	90 > IRC > 80
2	80 > IRC > 60
3	60 > IRC > 40

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Coefficient de réflexion des parois

Valeurs pour les parois courantes

Facteurs de réflexion de quelques surfaces intérieures
Peintures :		Autres matériaux de construction :
blanc	0,70 à 0,80	plâtre blanc	0,7 à 0,80
jaune	0,50 à 0,70	marbre blanc propre	0,80 à 0,85
vert	0,30 à 0,60	brique blanche propre	0,62
gris	0,35 à 0,60	brique rouge	0,10 à 0,20
brun	0,25 à 0,50	brique rouge usagée	0,05 à 0,15
bleu	0,20 à 0,50	aluminium poli	0,6 à 0,75
rouge	0,20 à 0,35	aluminium mat	0,55 à 0,60
noir	0,04	émail blanc	0,65 à 0,75
Bois :		vitrages	0,08 à 0,40
bouleau clair, érable	0,55 à 0,65	crépis blanc neuf	0,70 à 0,80
chêne vernis clair	0,40 à 0,50	crépis blanc usagé	0,30 à 0,60
chêne vernis foncé	0,15 à 0,40	béton neuf	0,40 à 0,50
acajou, noyer	0,15 à 0,40	béton ancien	0,05 à 0,15
Papiers peints :
très clairs (blanc, crème)	0,65 à 0,75
clairs (gris, jaune, bleu)	0,45 à 0,60
foncés (noir, bleu, gris, vert, rouge)	0,05 à 0,36

Coefficients de réflexion recommandés

Dans la norme EN 12464-1 on préconise des plages utiles pour les principales parois des locaux :

Parois	Coefficient de réflexion
plafond	0.6 à 0.9
murs	0.3 à 0.8
plan utile	0.2 à 0.6
sol	0.1 à 0.5

Dans la pratique on recommandera les valeurs par défaut suivantes :

Parois	Coefficient de réflexion
plafond	0.7
murs	0.5
sol	0.3
plan utile	0.2 à 0.6

Cas particulier : La couleur des lignes de jeux

Un bon tracé des lignes de jeux ayant des facteurs de réflexion différents ou des couleurs bien contrastées est indispensable pour faciliter la perception visuelle; aucun éclairage, aussi bon soit-il, n’y suppléerait.

Les tracés de jeu doivent être très contrastés par rapport au sol qui est soit de couleur verte, soit d’une couleur désaturée (cas des parquets ou même des revêtements de sol brique par exemple). Ils devront donc être soit blanc ou rouge, jaune, bleu etc… (couleurs opposées au vert) et de couleur très vive (très saturée).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir la couleur des parois et des plans de travail

Coefficients de réflexion recommandés

Que ce soit en éclairage direct ou indirect, il est toujours préférable de favoriser les parois de couleur claire.

Par défaut, on choisira les coefficients suivants :

Coefficients de réflexion par défaut
Plafond	0.7
Mur	0.5
Sols	0.3

Pour connaitre les différents coefficients de réflexion en fonction du matériau ou de la couleur.

Influence de la couleur des différentes parois

Plafond

La couleur du plafond joue un rôle peu important sur l’éclairage artificiel direct. Son rôle devient primordial lorsqu’il s’agit de distribuer la lumière naturelle en profondeur dans le local. La valorisation maximum de cet éclairage naturel permet ainsi une diminution des consommations électriques.

En éclairage indirect, le plafond sert de diffuseur de la lumière. Il doit toujours avoir le coefficient de réflexion le plus élevé.

Dans tous les cas, un facteur de réflexion trop faible peut provoquer un trop grand contraste entre le plafond et les luminaires, d’où risque d’éblouissement.
Dans les bâtiments de soin, il doit de plus être mat pour éviter les taches lumineuses trop intenses qui risquent d’éblouir le patient couché.

Plafond très foncé.

Murs

La couleur des murs aura un rôle, au niveau de l’éclairement, d’autant plus important que les luminaires utilisés ont une distribution extensive.

Sol

Le plancher est rarement complètement libre et dégagé. Le mobilier représente souvent une surface importante. La couleur du sol aura donc peu d’influence sur la qualité de l’éclairage artificiel.

Couleur du plan de travail

La clarté des tables de travail constitue un élément favorable au confort visuel. La réduction du contraste entre le support papier et la table diminue les efforts d’accommodation de l’œil à chacun de ses déplacements.

De plus, il est conseillé d’utiliser des revêtements mats pour les parois du local et surtout pour les tables de travail pour limiter les luminances excessives et les risques d’éblouissement.

« Autour des baies vitrées »

Pour éviter l’éblouissement, il est souvent nécessaire de réduire la luminance des baies vitrées, excessive par rapport à celle de la tâche visuelle, en adoptant des systèmes appropriés.

Il existe plusieurs moyens pour diminuer cet éblouissement

préférer une grande fenêtre, moins éblouissante que plusieurs petites,
diminuer le contraste mur-huisserie grâce à un cadre clair,
voiler le ciel par une protection solaire ou un rideau,
diminuer le contraste mur-fenêtre en éclairant le mur contenant la fenêtre,
diminuer le contraste mur-fenêtre en augmentant la part indirecte de l’éclairage naturel (local très clair),
voiler en partie le ciel en assombrissant la fenêtre par un élément déflecteur,
voiler en partie le ciel en disposant à l’extérieur des éléments moins lumineux que le ciel (atrium, cour intérieure).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Eclairage à deux composantes

Une première composante assure un éclairage général direct ou indirect de faible éclairement (environ 300 lux sur le plan de travail); une deuxième composante assure l’appoint directement sur la place de travail.

Avantages

Ce système est énergétiquement le plus intéressant : il associe un faible niveau d’éclairement général et des luminaires ponctuels, en fonction des besoins.

Inconvénients

L’inconvénient de l’éclairage ponctuel est qu’il peut générer des contrastes, des ombres marquées ainsi que des réflexions gênantes. Ceci dit, le fait de veiller à une bonne uniformité permet de limiter les effets néfastes des contrastes.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Prescriptions relatives à l’éclairage dans les écoles

Principe

Il est utile de pouvoir connaître les niveaux d’éclairement recommandé suivant l’ergonomie de travail (le confort de la tâche de travail).Dans la norme NBN EN 12464-1, on établit une nomenclature dans laquelle on retrouve pour différents locaux des bâtiments du tertiaire, entre autres, les paramètres suivants :

le niveau d’éclairement moyen Em à respecter au niveau de la tâche,
la valeur limite de l’UGR,
l’uniformité d’éclairement U_o minimale pour maintenir l’éclairement recommandé,
l’indice du rendu des couleurs des lampes Ra,
et des remarques spécifiques à des cas particuliers.

Dans la nomenclature ci-dessous, on reprend les principaux types de locaux.

Écoles maternelles et garderies

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de travail
Salle de jeux	300	22	0,4	80	0.1 m au-dessus du sol.
Crèches	300	22	0,40	80	0.5 m au dessus du sol par défaut.
Salles de travaux manuels	300	19	0,60	80	0.5 m au dessus du sol par défaut.

Bâtiments scolaires

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques	Plan de référence
Salle de classe en primaire et secondaire	300	19	0,60	80	un contrôle de l’éclairage est recommandé	0.85 m du sol par défaut.
Salle de classe pour les cours du soir et enseignement aux adultes	500	19	0,60	80	un contrôle de l’éclairage est recommandé
Auditorium, salle de conférence	500	19	0,60	80	un contrôle de l’éclairage est recommandé
Tableau noir, vert et blanc	500	19	0,70	80	1. éviter les réflexes spéculaires 2. un éclairement vertical convenable est recommandé pour l’enseignant/présentateur	Le plan vertical du tableau.
Table de démonstration	500	19	0,70	80	Pour les salles de conférence 750 lux	0.85 m du sol par défaut.
Salle d’art	500	19	0,60	80	–
Salle d’art dans les écoles des beaux-Arts	750	19	0,70	80	5000 K ≤ Tcp ≤ 6500 K
Salle de dessin industriel	750	16	0,70	80	–
Salle de travaux pratiques et laboratoire	500	19	0,60	80	–
Salle de travaux manuels	500	19	0,60	80	–
Atelier d’enseignement	500	19	0,60	80	–
Salle de pratique musicale	300	19	0,60	80	–
Salle de pratique informatique	300	19	0,60	80	–
Laboratoire de langues	300	19	0,60	80	–
Atelier et salle de préparation	500	22	0,60	80	–
Hall d’entrée	200	22	0,40	80	–	0.1 m du sol.
Zones de circulation et couloirs	100	25	0,40	80	–
Escaliers	150	25	0,40	80	–
Salle commune pour étudiants et salle de réunion	200	22	0,40	80	–	0.85 m du sol par défaut.
Salles des professeurs	300	19	0,60	80	–	0.85 m du sol par défaut.
Bibliothèque : rayonnages	200	19	0,60	80	–	plans verticaux des rayonnages.
Bibliothèque : salle de lecture	500	19	0,60	80	–	0.85 m du sol par défaut.
Réserves pour le matériel des professeurs	100	25	0,40	80	–	–
Hall de sport, gymnases et piscines	300	22	0,60	80	voir EN 12193	0.1 m du sol.
Cantine scolaire	200	22	0,40	80	–	0.85 m du sol par défaut.
Cuisine	500	22	0,60	80	–	0.85 m du sol par défaut.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes incandescentes

Comment fonctionne une lampe incandescente ?

Le courant électrique passe dans le filament en tungstène et le porte à une température élevée par effet Joule. Le filament devient incandescent : il émet de la lumière ainsi que de la chaleur. Des atomes de tungstène sont éjectés du filament par sublimation et sont déposés au niveau de la surface interne de l’ampoule en verre plus froide. Il s’ensuit un noircissement de l’ampoule après un temps d’utilisation relativement court.
Une des parades au noircissement est l’augmentation de la surface des ampoules à incandescence. Raison pour laquelle ce type d’ampoule est de taille importante par rapport aux lampes halogènes par exemple.
Le flux lumineux des lampes à incandescence peut être diminué ou augmenté par variation de la tension (« dimming« ). Cette modulation se fera cependant avec une diminution de la température de couleur et du rendement lumineux.

Itinéraire d’une fin programmée

Depuis septembre 2009, l’utilisation de la lampe à incandescence est en chute libre ! En effet, par rapport à d’autres types de lampe, la lampe à incandescence est très énergivore. Pour cette raison, elle a été retirée progressivement du marché.

Type		Puissance	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2016
Incandescente	Claire	15 W	Classe E*	Classe E*	Classe E*	Classe C*	Second niveau d’exigences de fonctionnalité	Réexamen	Classe B
		25 W	Classe E*	Classe E*	Classe E*	Classe C*			Classe B
		40 W	Classe E*	Classe E*	Classe E*	Classe C*			Classe B
		60 W	Classe E*	Classe E*	Classe C*	Classe C*			Classe B
		75 W	Classe E*	Classe C*	Classe C*	Classe C*			Classe B
		100 W	Classe C*	Classe C*	Classe C*	Classe C*			Classe B
	Non – claire		Classe A	Classe A	Classe A	Classe A			Classe A
	Disponibilité		* Classe E pour les culots 514, 515, 519 (linolites)
	Indisponibilité		* Classe E pour les culots 514, 515, 519 (linolites)

Réglementation

Pour en savoir plus sur les classes énergétiques des lampes

Données	Pour connaitre les caractéristiques des lampes à incandescence
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Remplacer les lampes

Suppression de lampes

Lorsque le niveau d’éclairement est trop élevé, la réduction de celui-ci peut s’obtenir par la suppression d’une lampe sur deux (par exemple) dans les luminaires existants.

La faisabilité de cette action doit être confirmée par un contrôle du mode de câblage interne des luminaires : il faut un ballast, un starter et un condensateur par lampe.
Exemple.

Circuit avec 1 ballast pour 2 lampes : il est impossible de supprimer une lampe.

Circuit compensé avec un ballast capacitif et un ballast inductif : la suppression d’une lampe fera chuter le cos φ du luminaire.

La suppression complète de certains luminaires est, quant à elle, plus délicate et peut nuire à l’uniformité de l’éclairement.

Remplacer les lampes au coup par coup ou en une fois ?

On remplace simplement les lampes par des lampes ayant un meilleur rendement lumineux. Les professionnels parlent de « relamping »

Soit toutes les lampes sont remplacées en une fois, ce qui demande un investissement plus élevé mais qui sera rapidement rentabilisé.

Soit les lampes sont remplacées lorsqu’elles sont défectueuses. Dans ce cas, l’investissement est faible, mais l’économie d’énergie mettra un certain temps pour devenir significative.

Critères de remplacement des lampes à incandescence

Critère énergétique

Le retrait programmé des lampes les plus énergivores comme la lampe à incandescence classiques et certaines lampes halogènes « indésirables » marque un tournant important dans l’histoire de l’éclairage.

Indépendamment du fait que ce type de lampes n’existe plus ou n’existera plus à court terme, il n’est pas inutile, d’un point de vue énergétique, d’envisager leur remplacement prématuré par des lampes plus performantes.

Actuellement, la venue sur le marché des lampes (ou luminaires) LED bouscule complètement le marché de l’éclairage. En effet, les lampes de type fluocompactes ne sont plus la seule alternative au remplacement des lampes à incandescence de type classique ou halogène.

Source : Commission Européenne 2009.

Cependant, l’énergie n’est pas le seul critère qui doit motiver la décision de remplacer les lampes à incandescence. D’autres critères entre en ligne compte comme le confort, l’environnement, la pérennité, …

Critère de confort

La philosophie d’Énergie+ est toujours la même depuis la parution de la première version, à savoir : « à confort égal, une économie d’énergie est toujours profitable ! ». Dans bien des projets de rénovation partielle du système éclairage, la performance énergétique est recherchée (et insidieusement la performance économique) sans se soucier du confort lumineux.

Exemple : lorsqu’une lampe à incandescence placée dans un luminaire est remplacée rapidement par une lampe fluocompacte sans tenir compte du réflecteur du luminaire, des différences photométriques des deux luminaires, du rendu de couleur, de la température de couleur de la lampe, …, le résultat est rarement à la hauteur des ambitions de départ.

Photométrie du luminaire

L’association d’une lampe avec un luminaire donne une photométrie différente de celle de la lampe seule. En d’autres termes, une photométrie de luminaire a été établie avec une lampe bien précise. Le fait de remplacer cette lampe par une autre non identique modifie nécessairement la répartition du flux lumineux.

La figure suivante est un peu « caricaturale » mais déjà rencontrée à plusieurs reprises et pas uniquement au niveau des maisons unifamiliales !

Rendu de couleur

Face au rendu de couleur, les sources lumineuses ne sont pas égales. Si pour une application bien précise, le rendu de couleur avait une importance capitale, bien des lampes classées comme peu énergivores ne concurrencent pas les lampes à incandescence qui, par définition, ont un rendu de couleur de 100. Dans ce cas bien précis le choix entre différentes lampes se réduit à « peau de chagrin ».

Température de couleur

Il est important aussi de conserver la température de couleur de la lampe remplacée sachant que, dans le cas contraire, l’ambiance risque d’être plus froide par exemple.

Critère de sécurité et d’environnement

En général, c’est la teneur en mercure des lampes fluorescentes qui devra interpeler le gestionnaire du bâtiment tertiaire. Ce n’est pas un critère d’exclusion, mais plutôt de réflexion par rapport aux précautions à prendre par les services de maintenance et aux filières de recyclages existantes.
Une réflexion similaire peut être menée pour les lampes LED. En effet, l’utilisation de terres rares et de substances toxiques dans la fabrication des LEDs interpelle par rapport à l’environnement.

Critère de pérennité

La durée de vie de la lampe est importante aussi dans la décision à prendre quant au remplacement d’une lampe par une autre plus performante. De manière générale, les nouvelles sources lumineuses comme les lampes fluocompactes et LED ont des durées de vie nettement plus longue que les lampes à incandescence et les lampes halogènes.

Critère du nombre d’allumages

Pour certaines applications comme pour les luminaires des cages d’escalier sur détection de présence, le nombre d’allumages et d’extinctions peut être important. Certaines sources lumineuses comme les fluocompactes sont très sensibles à ce type de sollicitation. Les LED, par contre, ne ressentent que très peu les cycles d’allumage et d’extinction.

Critère du dimming

Certaines lampes comme les fluocompactes sont sensibles au dimming qui accélère le vieillissement prématuré de ce type de lampe.

Pour accéder à un tableau récapitulatif des principales caractéristiques des différentes lampes.

Remplacement des lampes à incandescence

Lampe à incandescence ⇒⇒ Lampe halogène classe B et C

Lorsque l’indice de rendu de couleur a une importance primordiale dans l’application souhaitée, le remplacement de la lampe à incandescence par une lampe halogène peut être envisagé. En effet la lampe halogène consomme moins d’énergie que la lampe à incandescence. De plus, de nouveaux systèmes dans la lampe halogène permettent de récupérer une partie des infrarouges émis pour les renvoyer sur les filaments : la chaleur qui était perdue initialement est donc récupérée. Une économie d’énergie de l’ordre de 30 % est à la portée de ce type de lampe. La lampe halogène est un peu plus chère que l’incandescence classique, c’est vrai, mais possède une durée de vie plus longue (de 2 à 4 ans à raison de 3 heures d’allumage par jour). Les fonctionnalités de l’halogène sont identiques à celles de la lampe à incandescence. Par exemple, le dimming ne change pas. Enfin, l’halogène est aujourd’hui la solution basse consommation la moins chère du marché.

Lampe à incandescence ⇒⇒ Lampe fluocompacte

Une lampe à incandescence (efficacité lumineuse : 10 – 12 lm/W) peut être tout simplement remplacée par une lampe fluorescente compacte (efficacité lumineuse : de l’ordre de 100 lm/W).

Ainsi, pour une durée d’éclairage de 8 à 9 heures par jour, le remplacement d’une lampe à incandescence de 60 W par une lampe économique de 13 W est amorti en plus ou moins 1 an (pour un prix du kWh de 0,15 €). À cette économie s’ajoute la diminution des frais de maintenance grâce à l’augmentation de la durée de vie des lampes (10 fois supérieure à celle des lampes incandescentes).

Pour le remplacement d’une même lampe incandescente, les fabricants proposent souvent des lampes fluocompactes de puissance moindre (exemple : remplacement d’une lampe incandescente de 60 W par une fluocompacte de 11 W). Ces propositions sont valables en début de vie des lampes. Cependant le flux lumineux des lampes fluocompactes chute relativement fort durant leur durée de vie. C’est pourquoi il est conseillé de choisir une lampe fluocompacte ayant au départ un flux lumineux supérieur à celui de la lampe incandescente existante.

Pour peu que la taille de la lampe fluocompacte soit compatible avec le luminaire, on peut augmenter un niveau d’éclairement insuffisant en augmentant la puissance recommandée dans le tableau ci-dessus (exemple : une lampe fluocompacte de 25 W en remplacement d’une lampe incandescente de 60 W). Il faudra cependant se méfier de l’augmentation du risque d’éblouissement avec l’augmentation du flux lumineux.

Pour estimer la rentabilité du remplacement de vos lampes incandescentes.

La lampe fluocompacte existe en lumière chaude et en lumière froide. Pour obtenir une qualité de lumière identique à celle de la lampe à incandescence, il faut opter pour une fluocompacte dont la température de couleur correspond à une lumière chaude. Aussi, la lampe fluocompacte possède un indice de rendu des couleurs de 80 (minimum imposé par la norme NBN EN 12464).

Lors du remplacement de la lampe à incandescence par une lampe fluocompacte, il faudra aussi être vigilant par rapport :

au temps d’allumage pour obtenir 100 % du flux lumineux ;
à la température à laquelle la lampe est soumise. Rien ne sert de placer une fluocompacte dans un luminaire externe ;
à la photométrie du luminaire existant ;
de la présence de mercure ;
…

Enfin, un des inconvénients de la lampe fluocompacte est qu’on ne peut pas avoir tout à fait les mêmes usages qu’avec la lampe à incandescence classique sachant qu’elle n’aime pas le dimming. En effet, celui-ci :

augmente le vieillissement prématuré de la fluocompacte ;
diminue le rendu de couleur ;
noirci rapidement les parois du tube.

Lampe à incandescence ⇒⇒ Lampe LED

Incontestablement, la lampe à LEDs est promise à un « brillant » avenir. En effet, ce type de lampe cumule les principaux avantages suivants :

Une durée de vie théorique très longue (de l’ordre de 50 000 heures voire plus). La durée pratique actuelle de la lampe serait de l’ordre de 20 000 à 30 000 heures. Mais aucun fabricant n’est à même d’avancer des chiffres précis. La technologie est encore trop jeune en LED d’éclairage. Ceci dit, le remplacement d’une lampe à incandescence par une lampe LED résout le problème de la faible durée de vie de la lampe à incandescence (1 000 à 2 000 heures suivant les conditions d’emploi) ;
Un nombre d’allumage et d’extinction très important (⇒ ∞).
Une très bonne efficacité dans le froid). La lampe à incandescence, elle, n’aime pas trop les grandes variations de température.

Des petits bémols actuels (qui peuvent évoluer favorablement dans un avenir proche) à mettre au passif de la lampe LED par rapport à l’incandescence sont :

Le rendu de couleur Ra n’est pas « tip top ». Supérieur à 80 % d’accord, mais plus faible que celui de la lampe à incandescence.
Ce type de lampe à culot présuppose que le « driver » se trouve dans la lampe même. En général, le « driver » se trouve dans le culot.

Exemple d’étude thermique réalisée : les « entailles » pratiquées dans le globe sont des dissipateurs de chaleur : que se passe-t-il si on renverse la lampe la tête en bas comme c’est le cas dans beaucoup configuration d’éclairage ? La dissipation thermique est-elle suffisante ? Ces points d’interrogation sont en cours d’étude à l’heure actuelle.

L’esthétique de la lampe dite « blanche » pourrait paraître peu enviable aux yeux de certaines personnes. Question de goût ! Ceci dit, les fabricants travaillent à la résolution de ce problème. De par la présence des « radiateurs » de globe, la photométrie est sensiblement différente de celle d’une lampe à incandescence. À voir si le résultat est acceptable.

Lampe LED éteinte et allumée.

Le prix actuel de ce type de lampe est naturellement élevé. Question de temps ? À suivre !

Remplacement des tubes fluorescents

Tubes 38 mm (T12) ⇒⇒ Tubes 26 mm (T8)

Puissances	Économie escomptée de l’ordre de 8 %
Avant	Après
20 W	18 W
40 W	36 W
65 W	58 W

Il est intéressant de remplacer les tubes fluorescents de Ø 38 mm (ancienne génération) par des Ø 26 mm qui ont une efficacité lumineuse supérieure. Ils ont la même longueur, le même culot et utilisent les mêmes ballasts (à l’exception des tubes fluorescents à allumage rapide). Ils sont donc directement interchangeables.

BE : ballast électronique
BC : ballast conventionnel (électromagnétique)

Source : Laborelec.

De même les tubes rapid-start ne peuvent être simplement remplacés par des tubes de ∅ 26 mm car ils nécessitent des auxiliaires différents.

Lorsque le niveau d’éclairement est insuffisant, le remplacement par des lampes à meilleure efficacité lumineuse permet, à puissance égale, une augmentation du flux lumineux.

On trouve encore des tubes fluorescents dits « standards » (c’est-à-dire avec un mauvais rendu de couleur). Leur remplacement par des tubes type 830 ou 840 ne diminuera pas la consommation énergétique, mais augmentera le flux lumineux d’environ 15 %, avec l’avantage de rendre aux occupants leur « teint naturel ».

Pour estimer la rentabilité du remplacement de vos tubes fluorescents.

Tubes 26 mm (T8) ⇒⇒ Tubes 16 mm (T5)

Y a t-il un intérêt particulier à remplacer les lampes T8 par des lampes T5 ? A priori non, pour la simple raison qu’il faut modifier tout l’équipement du luminaire. En effet, les tubes de ∅16 mm sont plus courts que ceux de ∅ 38 mm et de ∅ 26 mm, ce qui impose de remplacer également les luminaires.

Description	T8			T5
Puissance (W)	18	36	58	14	28	35
Longueur (mm)	600	1 200	1 500	550	1 150	1 450

Même si l’efficacité lumineuse des lampes T5 (à une température ambiante de 35°C) est meilleure que celle des lampes T8 (à une température ambiante de 25 °C) et sachant que les conditions d’ambiance sont différentes d’un projet à l’autre, il ne faut pas tirer de conclusion hâtive en privilégiant une lampe plutôt que l’autre. Cependant, on voit apparaître sur le marché des kits de remplacement des lampes T12 ou T8 par des T5. Ces kits sont équipés d’un ensemble compact tel que décrit dans la figure suivante :

Exemple de solution proposée par un fabricant
Toutefois, le placement de ces adaptateurs T8-T5 n’est pas une solution à proposer dans des projets professionnels (marquages CE et ENEC ne sont plus valables ; la durée de vie de ces adaptateurs n’est pas prouvée ; la photométrie du luminaire change (risque d’éblouissement) ; le flux lumineux de la lampe T5 diffère du flux de la lampe T8 d’origine (risque de problème de niveau d’éclairement).

Tubes 26 mm (T8) ⇒⇒ Tubes LED

Une alternative au remplacement d’un tube T8 par un tube T5 est le tube LED. En effet, le tube LED (s’il est de bonne qualité) offre les avantages d’avoir une plus grande durée de vie et une consommation plus faible, et d’être moins sensible aux cycles d’allumage/extinction. On effectue, dans ce cas, le remplacement du luminaire équipé d’un tube fluorescent T8 et d’un ballast conventionnel (électromagnétique) par un tube LED à driver intégré. Notons aussi que le tube est exempt de mercure contrairement aux tubes fluorescents (par contre les LED contiennent d’autres produits rares et nocifs).

Mais attention ! Le placement de tubes LED dans un luminaire existant conçu pour tube TL fait que les marquages CE et ENEC ne sont plus valables. Les exigences de qualité et de sécurité prescrites par les normes ne sont donc plus garanties. Une normalisation est cependant en cours.

De plus on fera attention à la photométrie du luminaire équipé du tube LED qui sera sensiblement différente du luminaire initialement équipé d’un tube fluorescent. De plus, il faudra aussi être attentif à la luminance du tube LED (surtout dans le cas du tube clair). Mal adapté au luminaire d’origine, le tube LED pourrait causer un inconfort dû à l’éblouissement.

Il faudra aussi peut-être adapter le luminaire pour évacuer la chaleur afin de ne pas compromettre la durée de vie du tube (par le placement d’un ventilateur par exemple). Les nouveaux luminaires résolvent ce problème par un système de refroidissement « passif » (sorte de « dissipateur à lamelles » similaire à ceux utilisés pour les processeurs d’ordinateur).

Enfin, le marché du LED est envahi de produits de bonne comme de médiocre qualité. Avant, le marché de l’éclairage était contrôlé par des professionnels de l’éclairage. Actuellement, des électroniciens se lancent dans l’aventure de l’éclairage avec plus ou moins de réussite. Sachant que le métier de l’éclairage est tout à fait spécifique et demande beaucoup de « savoir-faire » : prudence, prudence, …

Remplacement des lampes au mercure haute pression par des lampes au sodium

Si on dispose au départ d’une installation avec lampes à vapeur de mercure haute pression (efficacité lumineuse 50 lm/W), on peut envisager de remplacer ces lampes par d’autres lampes à décharge haute pression ayant une efficacité lumineuse plus élevée.

Si le niveau d’éclairement actuel est suffisant, on remplacera les lampes au mercure haute pression par des lampes de plus faible puissance.

Ce type de rénovation est cependant parfois délicat

Les réflecteurs des luminaires sont conçus pour une position bien précise du brûleur de la lampe. Or celui-ci varie en fonction du type de lampe. Changer de lampe implique donc un léger changement de la répartition lumineuse et peut-être une augmentation des risques d’éblouissement.

Le changement de lampe implique un changement d’ambiance (indice de rendu des couleurs différents). Si on veut conserver une uniformité de style, il est conseillé de changer toutes les lampes en même temps et non lors de chaque défectuosité. Ceci implique un investissement plus ou moins important.

Le remplacement de lampes au mercure par des lampes au sodium implique en principe une modification des auxiliaires électriques :

La puissance des nouvelles lampes étant nettement plus faible, le courant baisse aussi fortement, ce qui nécessite d’utiliser un nouveau ballast.
Les lampes au sodium demandent une tension d’amorçage nettement supérieure aux lampes au mercure. Il faut donc adjoindre au circuit un nouvel amorceur.

Pour faciliter ces changements, il existe des kits de conversion comprenant ballast et starter, qui s’intègrent facilement dans le circuit électrique du luminaire.

Pour obtenir un bon rendu des couleurs, on peut utiliser des lampes aux iodures métalliques fonctionnant sur ballast pour lampes au sodium haute pression ou de lampes au sodium haute pression « confort » (IRC = ± 65).

Puissances

Économie escomptée

Avant

80 W

125 W

250 W

Après

50 W

70 ou 100 W

100 ou 150 W

38 %

20 à 44 %

40 à 60 %

Pour estimer la rentabilité du remplacement de vos lampes au mercure HP.

Lampes iodures métalliques compatibles aux ballasts pour lampes sodium HP

Il existe maintenant sur le marché des lampes aux iodures (ou halogénures) métalliques pouvant remplacer directement les lampes au sodium ou au mercure en gardant les auxiliaires d’origine. Ce remplacement a surtout pour but d’améliorer :

le rendu de couleur Ra (on passe de Ra = 48 à 69) et l’efficacité lumineuse (de l’ordre de 150 %) d’un luminaire initialement équipé d’une lampe au mercure;
la température de couleur (on passe de 2 150 à 3 800 K) d’un luminaire équipé d’une lampe au sodium et ce afin d’augmenter la performance visuelle.

Lampe au sodium ⇒⇒ Lampe aux iodures métalliques

Lampes sodium haute pression et iodure métallique.

Si l’on doit effectuer le remplacement des lampes sodium HP pour des raisons de confort (efficacité visuelle due à la température de couleur de la lumière plus élevée), on prendra en considération les caractéristiques suivantes :

Lampe aux iodures métalliques	250 W	400 W
Ballast	pour lampe au sodium HP	pour lampe au sodium HP
Puissance de la lampe (W)	295	445
Perte du ballast (W)	21-26	28-30
Flux lumineux (lm)	23 000	38 000
Efficacité lumineuse (lm/W)	78	85
Couleur de température (K)	4 000	3 900

Enfin, lorsque l’on envisage le montage d’une lampe aux iodures métalliques sur un luminaire équipés d’un ballast existant pour lampe au sodium, il faut être conscient de la réduction de la durée de vie de la lampe :

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes halogènes

Comment fonctionne une lampe halogène ?

La lampe halogène fonctionne sur le même principe qu’une lampe à incandescence : elle produit de la lumière visible à partir d’un filament de tungstène porté à incandescence. Pour éviter une dégradation très rapide du filament, celui-ci est placé dans une ampoule à verre de quartz (pour les hautes températures) renfermant des gaz halogénés à haute pression comme l’iode et le brome.

A la différence de la lampe à incandescence, les atomes de tungstène expulsés du filament par sublimation sont captés par le gaz halogène évitant le dépôt du tungstène sur la paroi intérieure de l’ampoule.
En effet, les atomes de tungstène et les halogènes forment directement des halogénures de tungstène qui par convection naturelle se déplace librement et migre vers le filament plutôt que vers le point froid que constitue la paroi intérieure de l’ampoule de verre.
Sous l’effet de la chaleur, les halogénures de tungstène se dissocient permettant aux atomes de tungstène de se fixer sur le filament et les halogènes d’être libres pour le cycle suivant.
Cette caractéristique de la lampe halogène lui permet de travailler avec une surface d’ampoule beaucoup plus petite.

La lampe halogène fonctionne soit à très basse tension (12 V par exemple), soit à la tension du réseau (230 V).

Types et caractéristiques générales

Lampe à la tension du réseau

À la tension du réseau 230 V, la lampe est directement raccordée au réseau. Lorsqu’elle possède un culot à visser, elle peut directement remplacer une lampe à incandescence.

Lampe à très basse tension

En très basse tension, la lampe doit être raccordée au réseau 230 V au moyen d’un transformateur.
Par rapport à la lampe « tension du réseau », l’efficacité énergétique d’une lampe à très basse tension est plus élevée, mais son équipement est plus contraignant (il faut un transformateur) et en cas de dimming, le gradateur est plus compliqué…
Remarque : une lampe basse tension ne consomme pas moins qu’une lampe alimentée en 230 V. C’est sa puissance qui est déterminante. Ainsi, une lampe 50 Watts-25 Volts et une lampe 50 Watts-230 Volts consomment toutes deux 1 kWh en 20 heures de fonctionnement.

Les lampes à très basse tension sans réflecteur

Il faut éviter de toucher cette lampe (la capsule) : une trace de graisse provoque la destruction de la lampe lors de l’allumage (par mesure de précaution, frotter la lampe à l’alcool avant l’emploi).

Les lampes à très basse tension avec réflecteur

Ce type de lampe, plus connue sous le nom de lampe « dichroïque », est directement équipé d’un réflecteur performant.

Gradation du flux lumineux

La gradation du flux lumineux (dimming) est possible par variation de la tension d’alimentation.
À sa tension nominale, la lampe halogène ne noircit pas avec le temps. Il n’y a donc pas de diminution du flux lumineux avec l’âge.
Par contre, le fonctionnement des lampes halogènes à très basse tension provoque, lui, un noircissement de l’ampoule. Pour remédier à cet inconvénient, il est conseillé de faire fonctionner de temps en temps les lampes à leur tension nominale pour rétablir le cycle halogène.

Traitement de la chaleur émise par la lampe

Toutes les sources lumineuses à incandescence produisent des ondes visibles, mais aussi des ondes infrarouges (chaleur) pouvant créer un problème dans le cas d’éclairage de produits alimentaires ou d’étoffes fragiles. Le réflecteur dichroïque peut sélectionner les diverses ondes de lumière et ne réfléchir que les ondes du spectre visible. Les ondes infrarouges sont, à l’inverse, filtrées par le réflecteur. Une lampe à réflecteur dichroïque rejette donc les rayons infrarouges vers l’arrière.

Données	pour connaitre les caractéristiques des lampes halogènes
Données	pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe

Itinéraire d’une fin programmée

Petit à petit les lampes inefficaces sont retirées du marché.
Actuellement, certaines lampes halogènes échappent au retrait du marché. Ce sont essentiellement les lampes à incandescences dites de type amélioré (classe énergétique C au minimum) comme :

Les lampes halogènes au xénon (classe C) ;
Les lampes halogènes à revêtement infrarouge (classe B).

Type		Puissance	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2016
Hallogène	Claire 12 V	5 W	Classe E	Classe E	Classe E	Classe C	Second niveau d’exigences de fonctionnalité	Réexamen	Classe B
		10 W	Classe E	Classe E	Classe E	Classe C			Classe B
		25 W	Classe E	Classe E	Classe E	Classe C			Classe B
		40 W	Classe E	Classe E	Classe C	Classe C			Classe B
		60 W	Classe E	Classe C	Classe C	Classe C			Classe B
		75 W	Classe C	Classe C	Classe C	Classe C			Classe B
		100 W	Classe C	Classe C	Classe C	Classe C			Classe B
	Claire 230 V	25 W	Classe E	Classe E	Classe E	Classe C			Classe B**
		40 W	Classe E	Classe E	Classe C	Classe C			Classe B**
		60 W	Classe E	Classe C	Classe C	Classe C			Classe B**
		75 W	Classe C	Classe C	Classe C	Classe C			Classe B**
		100 W	Classe C	Classe C	Classe C	Classe C			Classe B**
		200 W	Classe C	Classe C	Classe C	Classe C			Classe B**
		300 W	Classe C	Classe C	Classe C	Classe C			Classe B**
		500 W	Classe C	Classe C	Classe C	Classe C			Classe B**
	Non – claire		Classe A	Classe A	Classe A	Classe A			Classe A
	Disponibilité		** Classe pour les culots G9 et R7
	Disponibilité réduite
	Indisponibilité

Réglementation

Pour en savoir plus sur les classes énergétiques des lampes

Données	pour connaitre les caractéristiques des lampes halogènes
Données	pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Facteur de lumière du jour

Définition du facteur lumière du jour

En éclairage naturel, l’exigence d’éclairement peut se traduire en valeur de « facteur de lumière du jour » (FLJ).

Ce facteur est le rapport de l’éclairement naturel intérieur reçu en un point (généralement le plan de travail ou le niveau du sol) à l’éclairement extérieur simultané sur une surface horizontale, en site parfaitement dégagé, par ciel couvert. Il s’exprime en %.

Dans les conditions de ciel couvert (ciel normalisé par la Commission Internationale de l’Éclairage), les valeurs du facteur de lumière du jour sont indépendantes de l’orientation des baies vitrées, de la saison et de l’heure du jour.

FLJ	– de 1 %	1 à 2 %	2 à 4 %	4 à 7 %	7 à 12 %	+ de 12 %
	Très faible	Faible	Modéré	Moyen	Élevé	Très élevé
Zone considérée	Zone éloignée des fenêtres (distance environ 3 à 4 fois la hauteur de la fenêtre)			A proximité des fenêtres ou sous des lanterneaux
Impression de clarté	Sombre à peu éclairé		Peu éclairé à clair		Clair à très clair
Impression visuelle du local	Cette zone ………. semble être séparée ……… de cette zone
Ambiance	Le local semble être refermé sur lui-même			Le local s’ouvre vers l’extérieur
Confort de travail	non adapté pour un travail permanent		adapté à moins de 50 % des heures de travail		adapté à plus de 50 % des heures de travail mais risques d’éblouissement

Le facteur de lumière du jour moyen

À défaut de simulation informatique, il existe des formules approchées pour estimer le Facteur de Lumière du Jour moyen d’un local. Nous reprenons ci-dessous celle proposée par le BRE.

FLJmoy = Sf x TL x a / (St x (1 – RxR))

où :

Sf = surface nette de vitrage ( = ouverture de baies moins 10% pour les châssis).
TL = facteur de transmission lumineuse du vitrage, dont on déduit 10 % pour saleté.
a = angle du ciel visible depuis la fenêtre, exprimé en degrés. Par exemple, il vaut 90° si aucun masque n’est créé par des bâtiments ou l’environnement en face de la fenêtre. Il vaut 60° si un bâtiment crée un ombrage entre le sol et les 30 premiers degrés (cas 2 ci-dessous).

St = surface totale de toutes les parois du local, y compris celle des vitrages
R = facteur de réflexion moyen des parois du local (prendre 0,5 par défaut)

Exemple.

Supposons un local de 4 m (largeur) x 5 m (profondeur) x 3 m (hauteur). La surface vitrée est de 3 m sur 1,5 m.

Sf = 0,9 x 3 x 1,5 = 4,05
TL = 0,75 x 0,9 = 0,675
a = 90°
St = 2 x (4 x 3 + 4 x 5 + 3 x 5) = 94
R = 0,5

D’où : FLJ = 4,05 x 0,675 x 90 / (94 x (1 – 0,5 x 0,5)) = 3,5, ce qui est correct en matière de qualité d’éclairage naturel. Mais à noter que si un bâtiment voisin s’établit en face et que l’angle de vision du ciel se réduit à 60° le FLJ tombe à 2,6…

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Plans de coupe d’un luminaire

Pour décrire les caractéristiques photométriques d’un luminaire, les fabricants définissent différents plans « C » et angles « ϒ » suivant lesquels on peut observer un luminaire.

Plan longitudinal	Plan transversal	Plans diagonaux
C90, C270	C0, C180	C30, C45, C60

Luminaire intérieur, coupe transversale et longitudinale.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Tubes fluorescents

T5 : 16 mm – T8 : 26 mm – T9 : 29 mm – T12 : 38 mm.

Comment fonctionne un tube fluorescent ?

Les lampes fluorescentes font partie des lampes à décharge. Elles fonctionnent par décharge d’un courant électrique dans une atmosphère gazeuse.

Les lampes fluorescentes utilisent de la vapeur de mercure sous basse pression.

Lorsqu’on met le tube sous tension, des électrons sont émis par les deux électrodes de tungstène. Lors de leur trajet au travers du tube, ils entrent en collision avec les atomes de mercure. Il en résulte une libération d’énergie sous forme de rayonnement ultraviolet invisible. Ce rayonnement est absorbé par la couche fluorescente présente sur la face interne du tube et converti en rayonnement visible.

La composition chimique de la couche fluorescente placée à l’intérieur du tube influence la couleur de la lumière émise et l’indice de rendu des couleurs de la lampe.

Comme toutes les lampes à décharge, le tube fluorescent a besoin pour fonctionner d’un starter, d’un ballast et d’un condensateur pour compenser le mauvais cos φ.

L’ensemble de ces 3 éléments peut être remplacé par un ballast électronique.

Pour en savoir plus sur le principe d’allumage d’un tube fluorescent !

Types et caractéristiques générales

Les différents diamètres

Il existe 3 grands types de tubes fluorescents sur le marché :

T12 ou T38 : de diamètre 38 mm,
efficacité lumineuse = 40 à 70 lm/W;
T8 ou T26 : de diamètre 26 mm,
efficacité lumineuse = 65 à 95 lm/W (à 25°C de température ambiante);
T5 ou T16 : de diamètre 16 mm,
efficacité lumineuse = 85 à 105 lm/W (à 35°C de température ambiante).

Les tubes de diamètre de 38 mm (T12) n’existent pratiquement plus. Les tubes T5 offrent, quant à eux, des possibilités de design plus important des luminaires de par la concentration de la lumière dans une source de dimension réduite.

La température de fonctionnement des lampes

Températures faibles

Le flux lumineux et l’efficacité lumineuse chutent très fort avec la température ambiante, à tel point que certaines lampes ne s’allument plus en dessous de 0°C.

Températures ambiantes

Beaucoup d’encre a coulé concernant la révolution énergétique qu’a apportée le développement du tube fluorescent T5 par rapport au T8. À notre avis, le besoin d’une autre esthétique de la part des architectes a été primordial dans le développement du T5.

Reste un point nébuleux !

À savoir la comparaison de l’efficacité énergétique des tubes T5 par rapport aux T8 est tributaire de la température de régime du tube dans son environnement (soit la température ambiante). Le graphique suivant montre clairement que la lampe T5 donne son flux maximum à une température de 35 °C tandis que la lampe T8 l’atteint à 25 °C.

Et donc même si le flux lumineux des T5 présentée par les fabricants est supérieure (d’environ 90%) à celui des T8 (à puissance équivalente), dans un même local (soit à même température ambiante), les T5 et T8 présenteront sensiblement le même flux lumineux !

Puissances et dimensions

Type de lampe	Puissances courantes	Flux lumineux	Longueurs
T12	20	de 1 050 à 4 800 lm	59
	40		120
	65		150
T8	18	de 1 350 à 5 200 lm	59
	36		120
	58		150
T5	14	de 1 350 à 4 900 lm	55
	21		85
	24		55
	28		115
	35		145
	49		145
	54		145
	80		145

Pour les T8, les lampes de puissances différentes sont de longueurs différentes et ne sont donc pas interchangeables.

En ce qui concerne les T5, certaines lampes de puissances différentes sont de même longueur comme par exemple les 14 et 24 W ou les 35, 49, 54 et 80 W.

Attention : même si les dimensions des lampes sont identiques, le remplacement d’une lampe de 49 W, par exemple, par une lampe de 54 W ne pourra s’effectuer vu que les ballasts sont spécifiques à leur lampe.

L’indice de rendu des couleurs et température de couleur

La lumière des tubes fluorescents est souvent considérée comme froide et peu agréable. Cette remarque, valable pour les tubes d’ancienne génération (IRC = 65), n’est plus d’application avec les tubes actuels (IRC > 85). Ceux-ci présentent, en effet, une grande gamme de températures de couleur et d’IRC. Il est donc possible de choisir un tube ayant des caractéristiques presque semblables aux lampes à incandescence.

La dénomination à trois chiffres (930 … 865) semble devenir un standard pour tous les types de lampes fluorescentes. Le premier chiffre indique la classe de rendu de couleur (9 = Ra > 90, 8 = 90 > Ra > 80, …). Les deux derniers chiffres représentent la température de couleur (30 = 3 000 K, …).

Les tubes fluorescents de la gamme IRC = 2 sont aussi appelés tubes fluorescents « standards », les autres tubes fluorescents « nouvelle génération » ou encore « triphosphores ».

L’efficacité lumineuse d’un tube fluorescent dépend également de son indice de rendu de couleur. Ci-dessous, une gamme de lampes fluorescentes présente sur le marché. On constate que l’efficacité lumineuse est maximale pour un IRC de 85 (classe 1B).

IRC	lm/W
62 (classe 2)	79
80 (classe 1B)	85
80 (classe 1B)	94
85 (classe 1B)	90
85 (classe 1B)	95
91 (classe 1A)	80
95 (classe 1A)	61
98 (classe 1A)	65
98 (classe 1A)	61

La durée de vie

La durée de vie des tubes fluorescents dépend du type de ballast qui leur est associé. Avec un ballast électronique avec préchauffage des électrodes, la durée de vie utile des tubes de 16 ou 26 mm de diamètre et de classe 1B, atteint environ 16 000 h. Dans les autres cas (ballast électromagnétique ou électronique sans préchauffage), elle est voisine de 10 000 h (8 000 h pour un montage inductif et 12 000 h pour un montage capacitif).

Dans les derniers cas ci-dessus, le nombre d’allumages aura également une influence importante sur la durée de vie des lampes. Le graphique suivant montre qu’une lampe allumée et éteinte toutes les 15 minutes a une durée de vie 3 fois plus courte qu’une lampe fonctionnant par plages de 10 h. Dans le cas des lampes à ballast électronique avec préchauffage, l’augmentation de la fréquence d’allumage diminue nettement moins la durée de vie (perte de 0,02 h par allumage).

Notons également qu’il existe une gamme de tubes de 16 et 26 mm de diamètre dite de longue durée dont la durée de vie utile atteint 30 000 voire 40 000 h.

Gradation du flux lumineux

Pour pouvoir moduler le flux lumineux des tubes fluorescents, on doit les équiper de ballasts électroniques graduables (appelés aussi dimmables).

Données	pour connaitre les caractéristiques des tubes fluorescents !
Données	pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Connaître les paramètres pour le dimensionnement de l’éclairage

La zone de calcul

Selon la norme NBN EN 12464-1, trois zones sont définies :

la zone de travail où la tâche visuelle est réalisée (le bureau : zone à 500 lux dans l’exemple),

la zone environnante immédiate à la zone de travail (zone à 300 lux dans l’exemple).

la zone de fond qui représente le reste de la surface du local.

Attention : pour le calcul de la puissance spécifique en W/m²/100 lux il faut considérer toute la surface du local (aussi bien pour le calcul de la puissance totale de tous les luminaires que pour le niveau d’éclairement moyen à hauteur du plan de travail.)

La zone de travail

Dans la zone de travail, l’éclairement moyen recommandé est à maintenir sur la surface de référence ou plan utile pendant toute la durée de vie de l’installation d’éclairage. Cette surface est celle où la tâche visuelle s’exécute comme par exemple :

la table à dessin,
le bureau,
le desk de réception,
le banc d’écolier,
le tableau,
l’établi,
…

On définit dans la zone de travail un niveau d’éclairement en fonction de la tâche effectuée.

Ces différentes valeurs sont données dans les normes.

Pour connaitre les valeurs d’éclairement recommandé en fonction de l’usage, cliquez ici.

Où 20 lux représentent le seuil de perception; les autres valeurs étant séparées par un facteur approximatif de 1.5 et représentant la plus petite différence significative entre deux niveaux d’éclairement.

100

150

200

300

500

750

1 000

1 500

2 000

3 000

5 000

La zone environnante immédiate

Dans la zone environnante immédiate (bande de 0.5 m autour de la zone de travail), l’éclairement recommandé et l’uniformité doivent être en relation avec ceux de la zone de travail selon le tableau ci-dessous :

Éclairement de la tâche en lux	Éclairement des zones environnantes immédiates en lux
>= 750 500 300 200 150 100 <= 50	500 300 200 150 E tâche E tâche E tâche
Uniformité : > = 0.4 à 0.6	Uniformité : > = 0.4

On retiendra donc que dans cette zone, les niveaux d’éclairement peuvent être diminués d’un facteur de l’ordre de 1.5 à 1,666 avec une uniformité de 0.4.

La zone de fond

On pourrait définir la zone de fond comme l’espace couvrant le local, diminué des zones de travail et environnantes immédiate. Dans cette zone, le niveau d’éclairement doit être au moins égal au tiers de celui de la zone environnante immédiate avec une uniformité moyenne de 0.1.

Quelques exemples selon l’usage

Une caisse de grande surface

Un couloir

Une chambre d’hospitalisation

Le plan de référence

La surface de référence est constituée par le plan sur lequel s’effectue normalement le travail.

La hauteur du plan de référence est donc à définir en fonction de l’ergonomie et de l’activité menée de manière courante au niveau de la zone de travail considérée :

Surface de référence par rapport au sol	Tâche effectuée
Surface de référence par rapport au sol		Debout	Assis	Couché
Horizontale	Lecture, écriture sur un guéridon dans un couloir d’hospitalisation (h = 1 m). Marche dans un couloir (h = 0,10 m).	Écriture, lecture sur un bureau (h = 0.7 m sur un bureau standard et h = 0.85 m sur un plan de travail de laboratoire).	Examen médical sur une table d’examen (h = 0.85 m).
Verticale	Écriture au tableau.	Lecture au tableau.
Inclinée			Lecture d’un livre par un patient dans un hôpital en position couchée (h = 1 m avec une inclinaison de 75°).

Quelques exemples selon l’usage

Bureau

Il peut être à une hauteur de 0.75 m pour un plan de travail normal.

Schéma éclairage exemples selon l’usage, bureau.

Caisse de grande surface

Le plan sera horizontal et situé à la même hauteur que la caisse.

Schéma éclairage exemples selon l’usage, caisse de grande surface.

Chambre d’hospitalisation

Schéma éclairage exemples selon l’usage, chambre d’hospitalisation.

L’éclairement moyen minimum

On trouve dans les normes des valeurs de niveaux d’éclairement en fonction de la tâche exécutée.

Pour connaitre les valeurs d’éclairements moyens recommandés suivant l’activité du local : cliquez ici !

Les valeurs Em calculées dans les zones de travail, environnantes immédiates et de fond seront fournies par l’auteur du projet et, dans la mesure du possible, se rapprocheront de la valeur d’éclairement recommandé.
En début d’installation (dépréciation nulle), on limitera le surdimensionnement de l’installation (les cahiers des charges énergétiques préconisent de ne pas dépasser 20 % de surdimensionnement) afin de préserver l’efficacité énergétique de l’installation d’éclairage.

Exemple d’éclairement recommandé : 500 lux

–

500 lux

600 lux (+ 20 %)

> 600 lux

L’uniformité

Zone de travail

L’uniformité de l’éclairement recommandée dans la zone est précisée dans les normes.

Pour connaitre les valeurs d’uniformité recommandées, cliquez-ici.

Zone environnante immédiate et de fond

Dans ces zones, l’uniformité est respectivement de 0,4 et 0,1.

Le coefficient de réflexion des parois

Si les couleurs des parois sont définies une fois pour toutes, et particulièrement si les parois sont de couleur foncée, les coefficients de réflexion choisis pour le dimensionnement devront correspondre à ces couleurs. Mais en général les couleurs ne sont pas fixes, et pour autant que les couleurs soient relativement claires, il vaut mieux faire les calculs avec des valeurs par défaut.

Données	Pour connaître les coefficients de réflexion par défaut ou correspondants à la couleur et à la matière de vos parois, cliquez ici !
Concevoir	Pour savoir comment choisir la couleur des parois

Le facteur de maintenance

L’installation doit fournir les niveaux d’éclairement requis durant toute sa durée de vie. Pour tenir compte de la diminution du flux lumineux avec l’âge (diminution du flux des lampes, encrassement des lampes et luminaires), le dimensionnement de l’installation doit intégrer la notion de facteur de maintenance « FM » (facteur de maintenance = 1 – facteur de dépréciation) qui surdimensionne l’installation d’origine.

On remarque cependant que ces facteurs ne couvrent pas la perte de flux en fin de vie utile. Or les lampes sont censées être remplacées après cette période. En pratique, l’éclairement, en fin de vie, sera donc inférieur aux valeurs recommandées.

Ces facteurs permettent néanmoins d’éviter un surdimensionnement trop important de l’installation neuve (et donc une surconsommation, voire parfois un inconfort).

La grille de calcul

Dans la zone de travail, les niveaux d’éclairement moyen sont calculés suivant un quadrillage au moins aussi fin que les recommandations des normes.

Exemple pour les halls omnisports

Les mesures doivent se faire selon un maillage spécifique généralement rectangulaire et recouvrant toute l’aire de référence au niveau du sol. Les éclairements sont calculés et mesurés au centre des mailles. Le pas maximum est déterminé en pratique par la formule suivante :

p = 0,2 . 5 EXP (log d)

où :

EXP = exposant,
d est la plus grande dimension de l’aire de référence,
p est le pas maximum du maillage.
Dans le cas de l’exemple (d = 28 m), on trouve p = 2 m.

Le nombre de points sur la longueur est donné par le nombre entier impair le plus proche du rapport d/p; soit 28/2 = 14. On peut choisir 13 ou 15; la norme donnera 13. Dans l’exemple, on a choisi 15 pour tenir compte d’une zone de sécurité débordante de 1 m.

Dans la mesure du possible, on essaye de prendre une maille carrée.

Dans la pratique, pour éviter un maillage excessif, on définit un maillage réduit de commun accord entre l’auteur de projet et le maître d’ouvrage. Cela peut être, par exemple, un maillage de « un point sur deux ». On peut s’aider aussi des valeurs reprises dans les tableaux de la norme EN 12193.

En pratique ?

De nombreux outils sont disponibles. Après avoir déterminé le type de type de lampe, de ballast et de luminaire à utiliser, les outils suivants permettent par exemple de dimensionner l’installation (nombre et position des appareils) :

DIALux et RELUX

Ces logiciels de calcul sont gratuits. Ils sont neutres et indépendants vis-à-vis des fabricants et permettent de simuler un système d’éclairage en tenant compte des caractéristiques réelles de la plupart des produits disponibles sur le marché.

Ces logiciels permettent de vérifier que le système d’éclairage répondra bien aux exigences de confort visuel. Il permet ainsi de calculer les niveaux d’éclairement, l’uniformité et l’UGR.

Pour accéder au site de DIALux, cliquez ici !

Pour accéder au site de RELUX, cliquez ici !

Les outils proposés par les fabricants de luminaires

L’étape intermédiaire entre l’utilisation des fichiers Excel et celui des logiciels DIALux et RELUX, est le recours aux logiciels proposés sur le site des constructeurs de luminaires. Ceux-ci permettent d’utiliser les caractéristiques réelles des appareils. Les résultats se limitent souvent à la valeur de l’éclairement moyen réalisé.

Le recours à un professionnel de l’éclairage

L’utilisation des logiciels plus poussés (Dialux et RELUX) nécessite une certaine expérience. Les professionnels de l’éclairage seront sûrement d’une aide utile lors de cette phase de dimensionnement.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Eclairage artificiel

S’il fallait en quelques lignes préciser une installation performante d’aujourd’hui, on pourrait la décrire comme suit :

photo bureau éclairé.

Il s’agit une installation qui ne dépasse pas une puissance installée de 1,3 W/m²/100 lux, soit pour une situation classique de bureaux (où 500 lux sont requis sur la table de travail) 6,5 W/m².

Pour ce faire, l’éclairage direct est privilégié (avec éventuellement une petite composante indirect) tout comme l’usage de luminaires à bon rendement.

L’installation visera à apporter un niveau d’éclairement suffisant mais pas plus important que nécessaire.

Pour en savoir plus sur la conception d’une installation d’éclairage efficace.

L’éclairage de décoration est limité aux halls d’accueil et salles d’exposition. La lampe à vapeur d’halogénure métallique de faible puissance (35 à 150 W) est choisie. Sa lumière se laisse facilement focaliser. Si un flux lumineux élevé par unité est requis, elle permet une économie d’énergie de 70 % par rapport aux lampes halogènes.

Les tubes fluorescents sont équipés de ballasts électroniques dimmables, afin de pouvoir moduler l’intensité lumineuse des lampes en fonction des besoins. Une des techniques consiste à intégrer une petite cellule sensible sur le luminaire, cellule qui vérifie que les 500 lux ne sont pas dépassés en dessous de lui. Si le soleil brille, la lampe réduit son intensité lumineuse et donc sa consommation !

Une gestion d’ensemble est prévue, de telle sorte que les lampes ne s’allument qu’en cas de besoin : détecteur de présence dans un couloir ou dans une salle de réunion, sonde de luminosité en façade qui éteint tous les luminaires en façade si l’intensité dépasse un certain seuil, minuteur dans les sanitaires, etc …

Choix d’un mode de gestion de l’éclairage.

Découvrez cet exemple de limitation de la consommation d’éclairage réalisée à l’université de Montfort.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Gestion en fonction de la présence : généralités

La gestion de l’occupation des locaux est primordiale pour réduire les consommations d’électricité. La lampe la plus économique ? C’est la lampe éteinte !

Principe

Figure 1: une ampoule intelligente

Figure 1: une ampoule intelligente.

Le principe est simple :

Dans un local inoccupé, l’éclairage de confort visuel des utilisateurs est éteint.
En période d’occupation, ce même éclairage peut être allumé en fonction d’un scénario bien précis lié principalement à l’accès du local à la lumière naturelle.

La gestion de présence en fonction de l’occupation se retrouve sous différentes formes dans les bâtiments tertiaires :

De la plus simple, comme l’interrupteur ON/OFF à l’entrée du local.

Schéma gestion de présence en fonction de l’occupation-01.

À la plus sophistiquée comme la gestion centralisée par adressage d’un ou de plusieurs groupes de luminaires en fonction d’une détection de présence.

Schéma gestion de présence en fonction de l’occupation-02..

Cas d’un store fermé avec détecteur de présence :

Stores fermés, la lumière naturelle est insuffisante, en cas de détection de présence, le luminaire s’active

Les interrupteurs

Dans les bâtiments tertiaires, on voit tout de suite leur limite si les occupants sont peu ou pas responsables.

On retrouve différents types d’interrupteur suivant la configuration du local : les interrupteurs simples et 2 directions existent toujours sur le marché.

Les boutons poussoirs

Cette caractéristique leur permet aussi de pouvoir être couplés avec une détection d’occupation automatique.

L’idée est de combiner :

un allumage volontaire de l’éclairage à l’entrée de l’occupant dans son local ;
et une extinction automatique du même éclairage par détection d’absence lorsque l’occupant quitte son local (possibilité de temporisation).

Schéma principe boutons poussoirs.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Gestion centralisée de l’éclairage

Principe de gestion centralisée

La sensibilité par rapport à l’utilisation rationnelle de l’énergie (URE) est très variable d’un occupant à l’autre. Force est de constater que la priorité de l’occupant est légitimement d’assurer son confort visuel ! Néanmoins, un gros effort reste à accomplir dans sa conscientisation à autogérer son éclairage en vue de réduire la consommation d’électricité. En effet :

En période d’occupation, pour les locaux qui ont un accès à la lumière naturelle, il n’est pas toujours nécessaire d’y associer un éclairage artificiel.

En période d’inoccupation, l’éclairage de confort visuel doit être éteint.

A la décharge de l’occupant, en période d’occupation diurne, une gestion simple dans notre chère Belgique s’apparente souvent à un parcours du combattant. En effet, la gestion de l’occupation est très souvent liée à :

La gestion du flux lumineux en fonction de la lumière naturelle. Chez nous, la variabilité du niveau d’éclairement de la lumière naturelle est très importante à l’est, l’ouest et au sud. Elle est plus stable au nord. Le contrôle du flux lumineux dans un local occupé avec fenêtre est la plupart du temps en manuel (interrupteur ON/OFF ou avec gradateur ou « dimmer »). Lorsque la luminosité au niveau de la baie vitrée varie beaucoup dans le temps, sans changer quoi que ce soit au niveau de l’éclairage, l’inconfort visuel devient vite important : l’occupant ne se lève pas toutes les 2 minutes pour allumer et éteindre !

La gestion d’une protection solaire.

Là où la complexité devient importante, c’est lorsqu’il faut gérer le confort lumineux en même temps que le confort thermique et le confort respiratoire comme par exemple la gestion de l’éclairage avec la gestion :

de la protection solaire en fonction du niveau d’irradiation solaire de la baie vitrée ;
de la boîte VAV (Variable Air Ventilation) de contrôle de débit de ventilation d’une salle de réunion en fonction de la présence d’occupant ou pas dans celle-ci ; la détection de présence étant assurée par le détecteur servant à l’éclairage du local ;
…

Y arriver, sans l’aide d’automatisme de complexité variable, est souvent une source de démobilisation des occupants vis-à-vis de leur responsabilisation énergétique (URE). C’est une des raisons pour laquelle les gestionnaires de bâtiments de moyenne et de grande taille investissent dans « l’immotique« . En effet, à cette échelle de bâtiment, l’investissement peut se révéler plus rentable que pour un bâtiment de petites dimensions.

Gestion globale de l’éclairage

Gestion classique

Une installation d’éclairage traditionnelle raccorde les luminaires et les commandes par un réseau de câbles défini une fois pour toutes.

Commande traditionnelle.

Gestion par bus de communication

Les récents développements ont ouvert de nouvelles possibilités : tous les équipements sont connectés en parallèle sur un même bus de communication, chaque lampe, chaque interrupteur ayant une adresse informatique propre.

Commande par bus de communication.

L’architecture de ces nouveaux systèmes se caractérise par:

un contrôle local par groupes des luminaires, librement défini par l’utilisateur (zones distinctes) ;
une gestion centralisée de l’éclairage (management).

La gestion centralisée de l’éclairage reçoit des signaux provenant de différentes sondes, par exemple de cellules photoélectriques ou de détecteurs de présence.

Ce type d’installation permet un enregistrement préalable (dans la mémoire de l’unité de gestion) de scénarios lumineux, comme par exemple la mise en service automatique de différents groupes de luminaires, à certaines heures de la journée.

De par le développement exponentiel de « l’immotique » des standards se sont développés. En commande et gradation des luminaires, les standards DALI et KNX s’imposent.

(+++) Avantages
Très grande flexibilité au niveau de la commande des luminaires. Il n’y a plus de lien entre le circuit de puissance et le circuit de commande. Les circuits verticaux dans les cloisons peuvent être réduits ou n’existent plus. Dans certaines configurations, les commandes ne se font plus par câble, mais par un signal infrarouge ou radio (technologie EnOcean par exemple). En cas de modification des locaux, d’un déplacement des parois par exemple, il suffit de recomposer les groupes de luminaires commandés par simple programmation de l’unité centrale de gestion (on modifie les adresses des luminaires commandés par l’interrupteur) ; aucune modification des câbles et des connexions électriques n’est nécessaire.

Permets d’enregistrer beaucoup d’informations utiles pour la gestion énergétique et la maintenance des sources lumineuses (heures de fonctionnement, habitudes des utilisateurs, consommation énergétique et détection des dérives, …). Ces informations, exploitées correctement, conduiront à des économies d’énergie supplémentaires, ainsi qu’à un meilleur confort visuel.

(—) Inconvénients
Systèmes exigeant un investissement initial élevé. Les circuits de puissance et de commande sont séparés, ce qui demande un grand nombre de connexions et donc un câblage sur chantier important.

Le protocole DALI

Rien à voir avec Salvador ! DALI est un protocole de communication dédié exclusivement à la gestion d’éclairage.

DALI (Digital Addressable Lighting Interface) est une interface standard développée et soutenue par différents grands constructeurs de ballasts électroniques. DALI permet de gérer, commander et réguler numériquement une installation d’éclairage par l’intermédiaire d’un bus de communication deux fils communément appelé « ligne DALI ».

Fini, en théorie, les soucis de compatibilité d’équipement !

En effet, quels que soient les composants de l’installation d’éclairage :

un détecteur de présence,
une cellule photo électrique,
un bouton poussoir,
un interrupteur gradable à mémoire,
un ballast électroniques,
…

et pour autant qu’ils possèdent l’appellation DALI, toutes marques confondues, ils sont capables de communiquer entre eux via la ligne DALI.
Mais qu’apporte exactement DALI ?
> Une gestion flexible de l’éclairage par :

un adressage individuel des ballasts électroniques, et par conséquent des luminaires,
la facilité de découper les espaces en zone indépendante,
la simplicité de programmation, de modification de programmation sans devoir intervenir physiquement sur l’installation.

> Un confort et une simplicité :

de mise à disposition de multiples scénarios de commande et de gestion pour l’utilisateur et le gestionnaire technique,
de mise en œuvre pour le maître d’œuvre.

> Une compatibilité avec les systèmes domotiques et les GTC (Gestion Technique Centralisée).

Exemple.

Soit 5 groupes de luminaires reliés entre eux par un bus de communication DALI :

Les alimentations 220 V des luminaires peuvent être indépendantes l’une de l’autre. Vu que chaque luminaire a sa propre adresse , ils peuvent être commandés séparément ou en groupe à partir du boîtier de commande DALI via le bus DALI.

Le boîtier de commande est programmable comme un automate traditionnel avec des fonctions:

de temporisation;
d’horloge;
de commande directe;
…

Les entrées sont reliés aux organes de commande tels que les boutons poussoirs, les sondes photométriques, les télécommandes, …

Les sorties se font sur le bus de communication DALI et commandent ou régulent les ballasts des luminaires.

Dans le cas de locaux avec vitrage, chaque luminaire peut être régulé séparément en fonction de sa position dans le local et suivant l’apport externe de lumière naturelle.

Cette régulation s’opère à partir :

d’une sonde photométrique unique via le bus de communication;
ou directement à partir d’une sonde placée sur le luminaire et communiquant avec le ballast DALI.

Le protocole KNX

Une proportion de plus en plus grande de constructeurs, gravitant autour de l’éclairage et de sa gestion, adhère à un protocole commun de communication ; c’est le KNX (ISO-IEC 14543-3), le successeur du bus EIB (European Installation Bus).

Il s’agit d’un protocole de communication commun à différents équipements tant au niveau de l’éclairage comme les boutons-poussoirs, les détecteurs de présence, … qu’au niveau HVAC (Heating Ventilation, Air Conditioning) comme les vannes motorisées, les moteurs de protection solaire, …

Bus caractéristique EIB/KNX.

Les différents adhérents peuvent, par ce biais, bénéficier d’un moyen de communication commun utilisant un outil de configuration commun ETS (nécessiter d’acheter la licence).

Cela permet une gestion globale de l’éclairage, due l’ HVAC et de la thermique du bâtiment.

Gestion globale de l’éclairage, du HVAC et de la thermique du bâtiment

Une gestion plus globale de l’éclairage, des équipements HVAC et de la thermique du bâtiment peut être réalisée avec des technologies issues des automates programmables industriels. Ceux-ci sont souples et adaptables à toutes sortes de problématiques, tel que l’on en rencontre en automation industrielle :

Ils sont meilleur marché à capacité d’entrées/sorties égales grâce à leur fabrication en grande série.

Leur protocole de communication a été standardisé, si bien qu’il est possible de connecter des marques différentes. Souvent, aucune interface de communication n’est nécessaire entre les équipements et l’automate.

L’évolution et le remplacement de certains composants de l’installation n’impliquent pas la remise en cause de toute l’installation existante.

Cette solution possède cependant sa propre limite : étant ouverte à de multiples applications, elle n’est pas préprogrammée pour la gestion de l’éclairage et des autres équipements. Cela suppose donc une connaissance du langage de programmation de l’automate et une recherche pour la mise au point du programme : on peut faire appel à des intégrateurs.

Études de cas

Découvrez ces exemples de gestion de l’éclairage : les moulins de Beez et l’éclairage d’une salle omnisports.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la couleur des parois

Il faut donc examiner la teinte des murs et leur état de propreté.

Exemple
Niveaux d’éclairement atteints dans un bureau de 5 x 6 x 3 m, équipé de 6 luminaires directs comprenant chacun un tube fluorescent de 58 W (rendement lumineux du luminaire = 68 %, angle de défilement = 60°).

Couleur des parois		Éclairement moyen en lux	Puissance spécifique (avec ballast électronique) en W/m²/100 lux
Murs	Plafond	Éclairement moyen en lux
Papier peint très clair ρ = 0,70	Plafonnage propreρ = 0,70	608	1,99
Papier peint très clair ρ = 0,70	Plafonnage usagéρ = 0,40	587	2,07
Papier peint foncéρ = 0,20	Plafonnage propreρ = 0,70	500	2,42

Dans ce cas, des revêtements clairs permettent donc d’augmenter le niveau d’éclairement de près de 20 %.

Dans le cas d’un éclairage indirect dirigé vers le plafond, la couleur de ce dernier aura une importance primordiale. Il doit absolument être de couleur claire.

Données	Pour connaitre les valeurs courantes et recommandées pour les différentes parois d’une pièce.
Concevoir	Choix de la couleur des parois et des plans de travail.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Espaces techniques et médico-techniques

Principe

On traite ici des locaux annexes où l’on entasse des équipements à fort dégagement calorifique et sensibles à la température ambiante et parfois à l’humidité tels que :

les armoires électroniques de commandes et de calculs pour les appareils médicaux de radiologie (scanner, RMN, angiographie, …),
les congélateurs (- 30, – 40, – 86°C) des laboratoires,
les ordinateurs des salles informatiques centrales,
…

Les particularités des locaux intérieurs techniques sont :

d’avoir une présence humaine très limitée,
de ne pas avoir de parois en contact avec l’extérieur et donc pas de déperditions en hiver, pas plus que d’apports solaires en été,
d’être en permanence en demande de refroidissement puisque les équipements internes (dont l’éclairage) génèrent une chaleur qui ne peut s’échapper naturellement : sans intervention, la température ne ferait qu’augmenter …

Vu que ce type de local est à usage exclusivement technique, l’apport d’air neuf est-il encore nécessaire ? Les sources de polluants étant réduites au minimum, on pourrait admettre l’inutilité de cet apport. Au cas par cas, le concepteur prévoira ou pas un apport d’air neuf minimum en tenant compte dans la programmation de la destination du local. Par exemple dans un local de stockage de laboratoire où l’on trouve des congélateurs, il serait mal venu de ne pas prévoir un apport d’air frais dans le cas de la congélation de produits toxiques.

Choix du conditionnement d’air

1. Les solutions rapides pour installation de faible puissance

Les solutions traditionnelles, souvent appliquées lorsqu’il s’agit d’un local isolé, consistent à placer dans le local :

Un climatiseur avec un condenseur séparé. Mais cette solution ne peut être généralisée pour un ensemble de locaux « aveugles » puisqu’il n’y a pas un accès facile vers l’extérieur pour l’évacuation de la charge thermique (difficile de placer les condenseurs en façade).

Un climatiseur à eau perdue où le condenseur est un échangeur dont le secondaire est raccordé à l’eau de ville en entrée et à l’égout en sortie. Cette solution est rapide, efficace énergétiquement mais présente l’inconvénient de gaspiller de l’eau potable.

Si malgré tout, le choix du conditionnement d’air est arrêté sur une solution locale (c’est souvent le cas en rénovation partielle) il est intéressant de comparer l’installation d’un système de climatisation à eau glacée par rapport à un système à eau perdue.

Système de climatisation à eau perdue

Les climatiseurs à eau perdue sont intéressants dans le cas des locaux intérieurs qui disposent ou ont à proximité une alimentation d’eau de ville et un égouttage d’eau usée. En rénovation, de manière générale, il y a souvent un lavabo à proximité; raison pour laquelle, faute de temps et de budget il est simple d’envisager cette solution. Il suffit :

de se raccorder à l’alimentation en eau de ville du lavabo pour l’entrée du condenseur,
d’effectuer un repiquage au niveau de sa décharge pour la sortie du condenseur,
de disposer d’une alimentation électrique.

De plus, l’eau froide de ville est une source de refroidissement très efficace en considérant que la température moyenne de l’eau au cours de l’année est d’environ 10°C.

Néanmoins, il est conseillé de bien analyser les consommations d’eau de ville qui sont loin d’être négligeables. De plus, le rejet d’eau de ville directement à l’égout est loin de respecter une certaine éthique de consommation.

Évaluer

Pour en savoir plus sur les consommations et les coûts engendrés par le placement d’une climatisation à eau perdue.

Sur base de 2600 heures par an avec un COP de 4.4 et un COPA de 2
Puissance demandée dans le local [kW]	Consommation	Coût des consommations
+ 3.5	1069 kWh/an électrique	357 €/an
	160 m³ d’eau de ville par an

Système de climatisation à eau glacée

Il est clair qu’un tel système ne peut s’envisager que lorsqu’il est possible de placer le groupe de production de froid extérieur à proximité. Il existe toutes sortes de systèmes de climatisation avec condenseur séparé extérieur dans les gammes de faible puissance. Pour mieux rentabiliser l’investissement d’un petit système de climatisation à eau glacée, on essayera de prévoir un groupe de production de froid plus puissant pouvant accueillir plusieurs unités terminales même si dans un premier temps une seule unité est branchée; en effet, plus le groupe de froid sera chargé meilleur sera son COP.

Evaluer

Pour en savoir plus sur les consommations et les coûts engendrés par le placement d’une climatisation à eau perdue.

Sur base de 2600 heures par an avec un COP de 3 et un COPA de 1.5
Puissance demandée dans le local [kW]	Consommation	Coût des consommations
+ 3.5	1 859 kWh/an	204 €/an

Comparaison entre les deux systèmes

Énergétiquement parlant on constate que le système à eau perdue consomme moins d’énergie que le système à eau glacée (de l’ordre de 57 %) de par un bon COP (4.4). Cependant, dans l’exemple pris, le groupe de froid à eau glacée n’est pas utilisé à sa valeur optimale car pour une valeur de 5.7 kW, il alimente seulement une cassette plafonnière de 3.7 kW (dû au choix limité de puissance de groupe).

Malheureusement le système à eau perdue consomme de l’eau de ville en grande quantité. Vu le prix sans cesse plus élevé de l’eau froide, le coût de la consommation est de l’ordre de 30 % plus élevé que celui du système à eau glacée.

Il existe des systèmes de climatiseur que l’on appellera pour l’occasion à « eau courante » puisqu’on récupère « l’eau perdue. Ces systèmes travaillent à des températures de condensation plus élevées et nécessairement les puissances de froid disponibles diminuent. De plus, dans certains endroits de l’hôpital, il sera exclu de récupérer l’eau dans un système de condenseur à pression atmosphérique (bac de refroidissement à l’air libre par exemple) pour une question d’hygiène et de traitement des eaux.

2. Les solutions énergétiquement intéressantes

Par rapport à ce qui a été dit ci-dessus, une solution plus centralisée est nécessaire. En effet, les plateaux de radiologie et de laboratoire entre autres sont de grands consommateurs de froid et sont souvent regroupés. De plus, les locaux de traitement tels que les salles de scanner, de radiologie classique, les espaces de regroupement des congélateurs de laboratoire et les locaux adjacents tels que les locaux techniques, de commande et de protocole sont souvent contigus.

On pense alors, relié à une production de froid centralisée, au placement :

Techniques	de ventilo-convecteurs sur une boucle d’eau glacée.
Techniques	ou de climatiseurs sur boucle de fluide réfrigérant.

Mais deux aberrations énergétiques apparaissent tout de suite car durant tout l’hiver pour des apports extérieurs limités au strict minimum :

On va refroidir artificiellement le cœur du bâtiment, sans profiter de l’air froid extérieur.
On ne va pas valoriser la chaleur produite par les équipements alors que les locaux en façade ont besoin de chauffage (les patients sont souvent déshabillés).

Deux solutions apparaissent alors

La solution « free chilling » qui se fonde principalement sur l’idée que l’air extérieur froid peut répondre aux besoins de refroidissement une grande majorité du temps. L’économie ne se rapporte pas directement au local considéré, mais à la production de froid centralisée.
La solution « fluide réfrigérant variable » qui se base sur l’idée que la chaleur extraite des locaux centraux peut être récupérée dans les locaux périphériques. En effet, cette solution est séduisante car en hiver dans les locaux adjacents tels que les salles d’examen radiologique, les salles d’analyse des laboratoires la demande de chauffage peut être nécessaire.

La solution « réseau d’eau glacée central »

La conception ou la rénovation des espaces intérieurs à apports internes importants échappent rarement à la climatisation.

Si l’option est prise, le placement d’une grosse unité de production couplée avec le placement d’un réseau de distribution d’eau glacée dans les couloirs est un bon plan. Au droit de chaque local susceptible de recevoir des équipements à dégagement calorifique important, on placera un système de connexion rapide avec vannes d’isolement permettant une modularité future importante dans le monde hospitalier.

Une grosse unité de production permet de mieux gérer la charge globale qu’une multitude de petites unités isolées.

Aussi, sur l’unité de production d’eau glacée il est intéressant d’envisager un système de « free chilling » afin de profiter des températures relativement basses de l’air extérieur tout au long de l’année.

La solution « fluide réfrigérant variable »

L’approche se construit sur les éléments suivants :

Nouvelles possibilités technologiques des compresseurs

On connaît le fabuleux « rendement » thermodynamique d’une machine frigorifique récente : pour faire 3 kWh de froid, il suffit de 1 kWh électrique au compresseur. Il en résulte alors 4 kWh de chaleur rejetés au condenseur. Si ces 4 kWh sont récupérés dans des locaux demandeurs de chaleur, le bilan s’impose de lui-même : avec 1 kWh au compresseur, on réalise 7 kWh utiles : 3 de refroidissement et 4 de chauffage !

Si dans le bâtiment, en parallèle avec la demande de refroidissement du cœur du bâtiment, il y a une demande de chauffage des locaux périphériques, la solution thermodynamique est alléchante !

Mais la difficulté, c’est qu’en été tous les locaux sont demandeurs de froid. L’échangeur du local en façade doit alors passer de condenseur à un fonctionnement en évaporateur.

On a bien essayé la solution de placer des pompes à chaleur réversibles sur une boucle d’eau commune à tous les locaux, mais sans trouver la souplesse de la solution actuelle de la climatisation à « fluide réfrigérant variable » qui supprime tout vecteur intermédiaire.

Ici, dans le cas idéal où il y aurait égalité entre la demande de froid et la demande de chaud, toute la chaleur évacuée dans les locaux à refroidir est transférée vers les locaux à chauffer :

Installation en équilibre.

Séparation des fonctions

À l’usage, dans les locaux où la ventilation hygiénique est nécessaire, la séparation des fonctions « apport d’air neuf » et « apport de chaud ou de froid » présente des avantages de facilité de régulation et de qualité hygiénique.

Pas de fluide intermédiaire

C’est le fluide frigorifique qui circule entre les échangeurs et le compresseur. En quelque sorte, c’est l’ensemble du bâtiment qui travaille « en détente directe et en condensation directe ».

Une régulation très fine en fonction de la demande

Rien n’est plus souple que du fluide frigorigène pour s’adapter aux besoins. Chaque échangeur est autonome dans la régulation de son local.

De plus, la régulation en place est étudiée pour limiter au maximum toute consommation d’énergie excessive.

Par exemple : une boucle d’eau glacée au régime 7°-12° va condenser inutilement la vapeur d’eau présente dans le local. Avec un système « fluide réfrigérant variable », l’humidité du local est mesurée en permanence et la température de l’évaporateur sera réglée « au plus haut » en fonction des besoins de froid du local, évitant ainsi toute condensation inutile.

Inconvénients

dans les locaux où la ventilation hygiénique est nécessaire l’apport d’air neuf hygiénique n’est pas résolu. De plus, il n’existe pas de production d’eau chaude par une chaudière pour alimenter les batteries de chauffe d’un éventuel groupe central de traitement de l’air hygiénique. L’apport d’air neuf va demander une installation spécifique dont on devra soigneusement étudier la régulation pour que de l’énergie ne soit pas « cassée » : il ne faudrait pas simultanément préchauffer l’air neuf à 20°C et refroidir le local !

La technique est encore relativement neuve dans nos régions (malgré une large expérience au Japon)…

Il faut franchir la petite appréhension liée à la circulation du fluide frigorigène dans les locaux, malgré l’étanchéité des installations actuelles et la non-toxicité des fluides utilisés.

La technologie est assez sophistiquée, bourrée d’électronique, et seul le fabricant peut réellement intervenir sur l’installation… Certains craindront alors le coût des contrats de maintenance, d’autres diront que nos voitures ont suivi la même évolution… sans que cela nous pose trop de problèmes. Des logiciels d’auto-diagnostic permettent la gestion automatique.

A nouveau, un bilan énergétique détaillé et annuel est nécessaire, mais il faut avouer que dans cette technique nouvelle, les bureaux d’études sont relativement dépourvus d’outils fiables d’évaluation…

Au minimum, on essayera d’établir un planning des périodes de chauffe et de refroidissement des différents locaux pour visualiser les recouvrements.

Pour aller plus loin dans la conception d’une installation DRV.

Un bilan énergétique annuel devrait départager ces solutions. Il doit être établi au cas par cas par un bureau d’études mais celui-ci va manquer de données fiables sur la performance moyenne annuelle des équipements.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer les risques d’éblouissement

Les risques d’éblouissement

Selon la tâche effectuée, certains types d’éblouissement peuvent apparaitre plus gênants que d’autres.

Dans les bureaux et les classes

Les occupants, à leur place de travail, sont peuvent être gênés par une trop grande « brillance » des luminaires. Cette sensation est caractérisée par la « luminance » des luminaires.

Éblouissement direct

Une personne assise à son poste de travail ou un élève assis à son banc ne doit pas ressentir, dans son champ de vision, un trop grand contraste éblouissant émanant du luminaire.

Les risques d’éblouissement apparaissent généralement pour les luminaires les plus éloignés du plan de travail. Les luminaires se trouvant proches de la verticale par rapport au plan de travail ( ϒ >< 45°) ne poseront pas de problème d’éblouissement. Cette dernière situation est presque toujours rencontrée dans les bureaux individuels standards.

Les problèmes d’éblouissement sont plutôt rencontrés dans les locaux de grandes tailles tels que les bureaux paysagés. Ainsi, l’éblouissement perturbe davantage les élèves du fond de la classe que ceux du premier rang. En effet, un élève du fond de la classe, lorsqu’il regarde vers le tableau, aura dans son champ de vision plusieurs rangées de luminaires.
Certains luminaires sont propices à provoquer des éblouissements (les tubes nus constituent évidemment le pire des cas).

Éblouissement indirect

La même personne assise à son même poste de travail équipé d’un écran de visualisation risque de subir des éblouissements par réflexion indirecte dans l’écran. La norme EN 12464-1 recommande pour cela de limiter la luminance des luminaires.

Dans les salles de sport

Dans une salle omnisports, les joueurs regardent vers le haut pour suivre les balles en hauteur, la gymnastique peut se faire sur le dos. Les sportifs ont alors une vue directe des lampes par le bas. Il est dès lors très difficile d’empêcher l’éblouissement par la vue des sources lumineuses. Le risque principal est donc « l’éblouissement direct invalidant ».

« L’éblouissement direct d’inconfort » est moins important dans les salles de sport que dans les classes ou les bureaux. En effet, dans ces derniers, l’éblouissement est aggravé par une position et une direction du regard relativement fixes. Sur les terrains de sport, par contre, l’axe de vision d’un sportif est constamment changeant.

Dans les ateliers

Pour ce type de tâche, le risque d’éblouissement principal réside dans :

l’éblouissement direct vu que les ateliers sont souvent des espaces ouverts et que le travailleur risque d’être ébloui par les luminaires les plus éloignés ;

l’éblouissement indirect de par la présence de pièces métalliques brillantes.

Un autre phénomène assez pernicieux est l’effet stroboscopique qui se manifeste lorsque des pièces en rotation sont soumises à un éclairage à courant alternatif. Sans rentrer dans les détails, la résultante de cet effet est que le travailleur risque de croire que la pièce tournante est à l’arrêt (comme dans les bons vieux westerns, on a l’impression que les roues des chariots des cowboys tournent à l’envers ou ne tournent pas du tout).

Dans les hôpitaux

Ni les patients, ni le corps médical ne peuvent être gênés par une trop grande « brillance » des luminaires.

Le problème de l’éblouissement qu’il soit d’origine directe ou indirecte est plus délicat à traiter dans les hôpitaux à cause des multiples directions du regard que l’on peut rencontrer :

Les patients couchés, regardant en général vers le plafond. Ce sera souvent le cas, dans les couloirs où les patients sont véhiculés dans leur lit ou encore dans les chambres.

Le corps médical examinant le patient, regardant un écran de contrôle,…

A priori, jamais une personne couchée ne devrait apercevoir directement

une lampe,
le ciel clair,
un contraste trop important entre un point lumineux et le plafond.

Les risques de gêne augmentent donc si des luminaires directs sont disposés dans l’axe d’un lit. Ceci condamne souvent l’éclairage direct dans les zones où des lits sont véhiculés ou stationnés.

Il faut aussi éviter de placer les lits face à une fenêtre.

Pour le personnel, les risques d’éblouissement direct sont plus réduits. Reprenons ici quelques principes :

Une personne à son poste de travail ne doit pas ressentir, dans son champ de vision, un trop grand contraste éblouissant émanant du luminaire.

Les risques d’éblouissement apparaissent pour les luminaires situés dans un angle vision de 45° par rapport à l’axe du regard (voir plus haut : cas des bureaux).

Les situations à éviter

Pour diminuer les risques il faudra veiller :

> À la position et l’orientation des luminaires

par rapport aux tâches à effectuer. Par exemple, pour un hall de sport, un luminaire pour lampes à décharge placé de manière inclinée aux extrémités d’un terrain dans l’axe longitudinal de celui-ci provoquera de l’éblouissement.

> Aux matériaux employés

Des luminaires sur un plafond sombre peuvent renforcer l’éblouissement. De même, un revêtement de sol trop brillant ou trop clair peut être source d’éblouissement. Par contre des couleurs trop foncées donnent une impression psychologique désagréable.

> À la position et/ou la protection des baies

L’éblouissement pourra aussi être provoqué par des baies vitrées placées dans l’axe longitudinal d’une surface d’évolution, surtout si les vitres sont claires, non occultées et orientées au soleil. Un ciel vu à travers un lanterneau peut également provoquer de l’éblouissement.

> Au type de luminaire employé

Certains types de luminaires sont plus propices à provoquer des éblouissements :

Pour les locaux « hauts »

Les luminaires avec lampes à décharge ont une luminance très élevée. Les lampes à décharge présentent une luminance au moins 15 à 20 fois plus élevée que les tubes fluorescents.

Ces luminaires sont fort éblouissants s’ils sont utilisés pour des hauteurs inférieures à 7 m.

Les lampes halogènes pour projecteurs peuvent avoir une luminance environ 7 à 90 fois plus élevée que celle des tubes fluorescents classiques. Ils risquent donc d’être très gênants pour les sportifs de jeux de balles, surtout s’ils sont inclinés dans l’axe longitudinal d’un des terrains de la salle omnisports.

Dans les locaux « bas »

Les tubes nus (vision directe de la lampe) ou les luminaires à diffuseur opalin ne contrôlent pas la diffusion de lumière. Ils sont donc éblouissants et peuvent être très gênants pour des usages de type bureaux.

Avec les luminaires équipés d’un diffuseur opalin de type lumière douce, le flux lumineux est diffusé de manière uniforme ce qui réduit le risque d’éblouissement direct. Dans la figure ci-contre, l’éblouissement indirect du plafond provient de la réflexion de la lumière naturelle au travers des baies vitrées sur le plafond.

Les luminaires équipés de ventelles (planes ou profilées) présentent, quant à eux, peu de risque d’éblouissement. On voit ici des luminaires avec ventelles paraboliques en aluminium, ce sont les luminaires dits « basse luminance ».

Les luminaires à tubes LED peuvent devenir des sources d’éblouissement non négligeables sachant qu’un tube LED est constitué d’une multitude de lampes LED ponctuelles de grande luminance.

Comment évaluer sa situation ?

Idéalement, avec un luminancemètre

La gêne causée par l’éblouissement direct ou indirect peut être mesurée à l’aide d’un luminancemètre. Ces mesures sont alors comparées aux valeurs de référence de la norme EN 12464-1. Un luminancemètre est cependant très cher et les mesures, difficiles à effectuer, ne peuvent être convenablement exécutées que par des spécialistes.

Deux valeurs de la norme sont à prendre en considération :

La luminance en fonction des angles de défilement.

La valeur du facteur UGR (taux d’éblouissement unifié) qui prend en compte l’éblouissement associé à la présence de plusieurs luminaires dans un local (valeur d’UGR comprise entre 10 et 30) n’est pas non plus facile à déterminer. On fera soit de nouveau appel à un professionnel soit il y a possibilité de calculer cette valeur dans le logiciel Dialux (standard en matière d’éclairage) mais c’est par pur sport.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes à induction

Comment fonctionne une lampe à induction ?

La lampe à induction est une lampe à mercure basse pression comme le tube fluorescent et la lampe fluocompacte.

Comme dans la lampe fluorescente, la lumière est produite par ionisation des atomes de gaz présents dans l’ampoule. Les rayonnements invisibles produits sont rendus visibles grâce à une poudre fluorescente présente sur la face interne de l’ampoule.

Dans une lampe à induction, il n’y a pas d’électrode. L’ionisation des atomes est réalisée par un champ électromagnétique créé par la circulation d’un courant à haute fréquence dans une bobine appelée « antenne ».
Cette bobine est placée au centre de l’ampoule dans la cavité prévue à cet effet. Le courant à haute fréquence est produit par un générateur extérieur. Celui-ci est directement relié à l’antenne.

Caractéristiques générales

La durée de vie de cette lampe est exceptionnelle. Après 60 000 heures, le flux lumineux est descendu à 70 % du flux initial, et 20 % des lampes sont mortes.

C’est le fait que l’antenne soit placée à l’extérieur de l’ampoule qui permet d’obtenir cette durée de vie exceptionnelle. En effet, aucune usure ne se produit sur les composants puisqu’il n’y a plus ni électrode, ni filament.

Sa caractéristique de couleur est comparable à celle d’une lampe fluorescente de classe IB.

Application : la lampe à induction est utilisée là où la maintenance est difficile ou coûteuse, et dans des situations requérant de longues périodes de fonctionnement.

Cependant, peu de fabricants la commercialisent encore.

Données	Pour connaitre les caractéristiques des lampes à induction.
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Luminaires intérieurs pour lampes à décharge de puissance élevée

Types de réflecteur

Réflecteur en aluminium
	Ce réflecteur est le plus courant, le plus polyvalent (grâce à la gamme d’accessoires qui peut y être adapté) et le moins cher. Le réflecteur en aluminium peut être émaillé blanc sur sa partie interne. Son rendement est alors légèrement moins élevé qu’un réflecteur en aluminium anodisé, par exemple.
Réflecteur interne en verre
	Le réflecteur peut également être en verre ou en acrylique sans enveloppe en aluminium. La lumière sort dans toutes les directions et la répartition photométrique de ce réflecteur est équivalente à celle d’un éclairage « direct/indirect ». De plus, il est très apprécié pour son esthétique.

Accessoires

Glace de protection.

Vasque en polycarbonate.

Grille de protection.

Grille de défilement.

Glace de protection.

Vasque en polycarbonate.

Grille de protection.

Grille de défilement.

Pour obtenir un luminaire fermé, on utilise un verre de protection ou une vasque en polycarbonate.

La grille de protection protège des chocs.

La grille de défilement protège contre l’éblouissement direct.

Particularités

Effet de cheminée.

Les ouïes de ventilation créent un courant d’air, provoquant un effet auto-nettoyant à l’intérieur du réflecteur. Le cycle de maintenance peut être prolongé et les pertes de flux entre deux nettoyages sont réduites.
De plus, le courant d’air refroidit la lampe et augmente sa durée de vie.
Ces ouïes ne doivent pas exister dans un luminaire de classe IP54 qui est toujours fermé par un verre.

Certains luminaires sont équipés d’une lampe de secours en plus de la lampe à décharge, par exemple une lampe halogène de 100 W. Le luminaire sera alors équipé d’un dispositif de commutation. La lampe halogène fonctionnera pendant la phase d’allumage de la lampe à décharge, en cas de défaillance de celle-ci ou de coupure de courant.

Des luminaires de protection électrique de classe II peuvent être placés là où il n’y a pas de conducteur de protection (« fil de terre ») et là où il n’est pas envisageable d’en tirer un.

Mode de pose

Le montage se fait soit directement au plafond (ou sur une structure fixe), soit suspendu par chaîne ou tige filetée rigide.

Suspension par chaîne.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Gestion en fonction de l’apport en éclairage naturel

Très souvent dans les zones proches des fenêtres, l’éclairage artificiel n’est nécessaire que le matin, le soir ou la nuit. En journée, l’éclairage naturel est suffisant pour assurer le confort visuel.

On tient compte de l’éclairage naturel en agissant :

soit en tout ou rien (on/off), soit par une gradation continue du flux lumineux,
soit en fonction de l’éclairement extérieur, soit en fonction de l’éclairement intérieur,
soit individuellement sur chaque luminaire, soit sur un groupe de luminaires.

Pour ces 3 modes de gestion, il existe des systèmes intégrant la gestion en fonction d’une présence et la gestion en fonction de l’apport en éclairage naturel. De plus ces systèmes permettent souvent une dérogation par bouton-poussoir ou télécommande.

Plusieurs types de réglage sont possibles :

Réglage en fonction de l’éclairement extérieur

Dans les grands bâtiments dont les locaux sont caractérisés par un éclairage naturel très important (dans lesquels l’éclairage artificiel n’est utilisé qu’en début et en fin de journée), un système de déclenchement ON/OFF automatique en fonction de l’éclairement extérieur peut être suffisant.

Une commande on/off doit être accompagnée d’une temporisation pour éviter qu’une variation brusque de luminosité extérieure (passage d’un nuage) ne modifie l’éclairage artificiel. En effet, les variations brusques de l’éclairement artificiel sont souvent mal acceptées par les occupants, alors que ce n’est pas le cas pour les variations tellement courantes de l’éclairement naturel. Bien que peu couteux, ce système n’est pas facile à régler, car il dépend de la configuration de la pièce à gérer (type et taille de la fenêtre) et doit prendre en compte l’éloignement des luminaires par rapport à la façade. Il n’intègre pas non plus la présence éventuelle de protections solaires, d’ombres portées sur la façade,…

Pour affiner le réglage, il est possible de prévoir une régulation pas à pas, soit en éteignant progressivement les rangées de luminaires à partir des fenêtres, soit en jouant avec le nombre de lampes allumées dans les luminaires multilampes.

Aujourd’hui, la gestion électronique centralisée permet de pallier à ces problèmes et de généraliser la gestion du flux sur base de l’éclairement extérieur.

Le principe est le suivant : un héliomètre, muni d’une série de cellules photoélectriques (et donc multidirectionnel), mesure les composantes directes et diffuses de la lumière ainsi que la position du soleil. L’organe de régulation détermine les conditions d’éclairement de chaque local du bâtiment. Cela lui permet alors, par un adressage individuel de chaque luminaire, de « personnaliser » le contrôle du flux lumineux luminaire par luminaire. À noter que ce système peut se coupler très aisément avec une gestion en fonction de l’occupation (détection de présence ou bouton poussoir).

Réglage en fonction de l’éclairement intérieur

Dans les locaux à plus faible niveau d’éclairage naturel, l’éclairage artificiel doit toujours assurer un appoint. Un dosage fin de cet appoint par réglage continu du flux lumineux (appelé « dimming« ) peut seul apporter une économie d’énergie. Dans ce cas, c’est le niveau d’éclairement intérieur qui sert de grandeur représentative pour le réglage.

Avantages

L’éclairage artificiel est constamment réajusté en fonction des apports naturels et cet ajustement n’est pas perçu par l’œil humain.
La majorité des paramètres influençant l’éclairement d’un plan de travail sont pris en compte grâce à la mesure dans le local.
La surconsommation inévitable de l’installation du fait de son surdimensionnement (intégration dans les calculs d’un facteur de vieillissement et de salissement de l’installation) est réduite.

Inconvénients

Le choix de la position du capteur et le réglage indépendant des différentes rangées de luminaires peut être délicat.
L’investissement est plus élevé car on a besoin d’un système par local.

Le dimming de tubes fluorescents nécessite l’usage de ballasts électroniques dimmables.

Le seuil minimal en dessous duquel on ne peut descendre dépend du type de ballast utilisé. Certains ballasts électroniques permettent de réduire le flux lumineux de manière continue jusqu’à 0 % du flux lumineux total de la lampe. Cependant, la puissance de l’ensemble formé par la lampe et le ballast restera toujours supérieure à 5 % de la puissance totale car la consommation du ballast est indépendante de la puissance de la lampe. Pour éviter cette consommation résiduelle lorsque la lampe est dimmée au maximum, il est important que le système éteigne automatiquement l’alimentation des ballasts.

Pour être totalement efficace, un simple dimming doit être complété par certaines fonctions complémentaires. Lorsque l’occupant quitte son bureau alors qu’il fait encore clair, il peut facilement oublier d’éteindre les lampes (à ce moment-là dimmées au maximum). Celles-ci se rallumeront durant la nuit.

Pour éviter cette situation, il faut que :

L’allumage soit lié à un détecteur de présence ou à une horloge,
ou seule l’extinction soit commandée par le régulateur, l’allumage restant manuel (commande on/off).

Cas concret dans la situation « stores ouverts » ou « stores fermés » :

Stores ouverts, la lumière naturelle est suffisante, en cas de détection de présence, le luminaire reste éteint. Éventuellement un interrupteur manuel pourrait-être intégré de manière à pouvoir déroger et tout de même allumer le luminaire pour certaines tâches.

Stores fermés, la lumière naturelle est insuffisante, en cas de détection de présence, le luminaire s’active.

Mesure de la luminance de la fenêtre

Un capteur mesure en permanence la luminance de la fenêtre (proportionnelle à l’apport de lumière naturelle). Au sein d’un régulateur, une correspondance est établie entre le niveau mesuré et le réglage du ballast pour maintenir le niveau d’éclairement requis.

Dans les locaux plus profonds, les besoins en éclairage artificiel peuvent être différents en fonction de l’éloignement de la façade. On peut alors, avec ce type de matériel, régler chaque rangée de luminaires suivant une loi de correspondance différente.

Notons qu’à l’arrière de ces locaux, un éclairage artificiel maximum reste parfois nécessaire, quelles que soient les conditions atmosphériques. Un dimming ne se justifie alors pas pour les rangées de luminaires les plus éloignées de la fenêtre.

Mesure de la luminance en un point du local

Sondes de luminosité locales.

Un capteur mesure la luminance en un point du local et adapte en conséquence la puissance des luminaires. Ces sondes de luminosité locales peuvent être placées :

Dans des blochets au même emplacement que les interrupteurs ;
En plafonnier ;
Encastrés dans des faux-plafonds.

Ce système a comme inconvénient de modifier le niveau d’éclairement en fonction d’une modification de couleur de la zone observée par le capteur (manteau foncé déposé sur le plan de travail, papier noir…) mais cette influence locale sera minime si la surface vue par le capteur est grande (rayon de plusieurs mètres) par rapport à la tache foncée.

Ici aussi, il existe des systèmes qui permettent un réglage différent par rangée de luminaires en fonction de l’éloignement à la fenêtre.

Dans ce cas, le capteur doit être placé au niveau de la rangée de luminaires la plus proche des fenêtres.
Le régulateur règle la puissance de cette rangée et ajoute une constante pour le réglage des autres rangées.

Le réglage est moins fin que pour le premier système (représenté par les droites pointillées dans le graphe ci-dessus) : on suréclaire toujours un peu les zones les plus éloignées de la fenêtre, par rapport aux besoins réels. En effet, pour un flux lumineux maximum de 100 % de la rangée la plus proche des fenêtres (pas d’éclairage naturel) les autres rangées doivent aussi fournir 100 % de leur flux lumineux. Lorsque l’éclairage naturel augmente, la proportion nécessaire du flux lumineux des luminaires diminue d’autant plus qu’ils sont proches des fenêtres.
La surpuissance du luminaire par rapport au besoin réel est donnée par la différence d’abscisse entre la droite pleine et la droite pointillée.

Si on place le capteur entre les rangées de luminaires, seul un réglage identique de chaque rangée est possible. Dans ce cas, pour contenter le fond du local, ce sera la première rangée qui sera en surpuissance par rapport aux besoins.

Mesure de la luminance au niveau de chaque luminaire

Ce mode de régulation consiste à équiper chaque luminaire d’un capteur qui mesure l’éclairement sous le luminaire. Le capteur agit directement sur le ballast du luminaire et régule le flux lumineux pour maintenir en permanence l’éclairement recommandé.

Contrairement aux systèmes à régulation centrale, ce système est très simple et bon marché. Il ne demande aucun câblage spécial, ni régulateur central (l’équipement de chaque luminaire est indépendant). Il s’applique donc très facilement à la rénovation. De plus, le réglage de chaque appareil s’effectue en fonction des conditions particulières de chaque poste de travail ou zone de local.

L’inconvénient de ce système est son mode de régulation purement proportionnel (à l’inverse des systèmes à régulateur central). Pour fonctionner, le système doit maintenir un écart par rapport à sa consigne. Il est donc nécessaire d’augmenter la consigne (par exemple : 650 Lux) pour obtenir l’éclairement souhaité (par exemple : 500 Lux) en absence d’éclairage naturel. Il en résulte alors toujours un suréclairement par rapport aux besoins lorsqu’apparaît la lumière naturelle. Le réglage n’est donc jamais optimum. De plus, une diminution maximum du flux de la lampe n’entraîne pas son extinction automatique, n’éliminant donc pas la consommation résiduelle du ballast.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Répartition lumineuse et uniformité

Si le niveau d’éclairement et la luminance varient dans le champ visuel, une adaptation de l’œil est nécessaire lorsque le regard se déplace. Durant ce moment, l’acuité visuelle est diminuée, entraînant des fatigues inutiles.

La répartition lumineuse ou l‘uniformité des niveaux d’éclairement caractérise les variations du niveau d’éclairement et est définie comme étant le rapport entre l’éclairement minimum et l’éclairement moyen observé dans la zone de travail.

L’uniformité d’éclairement des zones de travail et des zones environnantes immédiates est définie, dans la zone considérée, comme étant le rapport :

Éclairement minimum / Éclairement moyen

Pour connaitre les valeurs recommandées d’uniformité.

Exemple : implications pour les salles de sport

L’uniformité d’éclairement est particulièrement importante pour les jeux de ballon : celui-ci semble accélérer lorsqu’il passe d’une zone plus claire à une zone plus foncée. Pour le joueur, il est alors difficile d’évaluer la vitesse de ce dernier. Cet effet se produit, par exemple, lorsque les courbes de répartition photométrique de deux luminaires adjacents ne se recouvrent pas suffisamment.

En ce qui concerne l‘uniformité de la luminance, c’est beaucoup plus compliqué ! En effet, la distribution de la lumière dans un espace dépend de la répartition des sources lumineuses et de la réflexion des parois. Elle est d’autant meilleure que les réflexions de chaque paroi sont élevées et uniformément réparties (couleurs uniformes).

De plus, il faut une certaine uniformité de luminance d’une part entre le champ visuel en position de travail (le plan de travail) et au repos (les murs), d’autre part entre les différentes surfaces de référence (éclairement de la zone de travail et de la zone voisine).

Pour un même niveau d’éclairement au niveau du plan de travail, la première situation est nettement plus agréable que la troisième.

Pour garantir une répartition harmonieuse des luminances, il convient de ne pas dépasser certaines valeurs de contraste entre les différentes zones du champ visuel ou les surfaces de référence.

Pour connaitre les valeurs recommandées d’uniformité.

Cependant, pour structurer l’espace, il peut être intéressant de créer des ambiances lumineuses localisées. Dans ce dernier cas, un niveau d’éclairement général existe pour tout l’espace et un éclairage localisé complémentaire est prévu en fonction des besoins spécifiques de la tâche visuelle.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes au sodium haute pression

Comment fonctionne une lampe au sodium haute pression ?

La lampe à vapeur de sodium fait partie des lampes à décharge. Son principe de fonctionnement est donc identique.

Pour certaines lampes, l’ensemble amorceur, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un ballast électronique.

Schéma fonctionnement lampe au sodium haute pression.

Particularités

Le tube à décharge contient un amalgame de sodium avec du mercure et du xénon comme gaz d’allumage.

Types et caractéristiques générales

Les lampes à vapeur de sodium haute pression standards émettent une lumière jaune-orangée, au maximum de la sensibilité de l’œil. Cette lumière leur confère une grande efficacité lumineuse.

Les lampes au sodium haute pression sont reconnaissables, pour les lampes à finition claire, à leur tube à arc en céramique de couleur blanche.

Il existe deux modèles de lampes au sodium haute pression : le modèle à bulbe ellipsoïde et le modèle tubulaire. En général, le premier s’utilise dans les cloches tandis que le second s’emploie dans les projecteurs.

Modèle à bulbe ellipsoïde, finition poudrée et modèle tubulaire, finition claire.

Ces lampes fonctionnent avec ballasts et amorceurs appropriés. On conseille d’utiliser ces lampes avec des ballasts électroniques.

À l’allumage, le flux lumineux nominal n’est atteint qu’après 2 à 3 minutes. Après extinction ou coupure de courant, le réamorçage ne peut se faire qu’après les 5 à 10 minutes nécessaires à leur refroidissement.
Certains modèles particuliers permettent un réamorçage immédiat. Ces lampes couvrent toute la gamme de puissance. Néanmoins, elles doivent être utilisées avec des accessoires adéquats : l’amorceur doit procurer une tension très élevée pour permettre cet allumage instantané.

Elles ont une position de fonctionnement bien déterminée.

A l’heure actuelle, il existe des lampes à vapeur de sodium haute pression avec un meilleur rendu des couleurs (de l’ordre de Ra > 80). Cette amélioration se fait au détriment de l’efficacité lumineuse : Sodium « blanche » ou Sodium « confort » ou « DeLuxe ». Ces lampes ne sont pas disponibles chez tous les fabricants et dans toutes les gammes de puissance.

On trouve également des lampes au sodium haute pression sans mercure. Ces lampes offrent une efficacité lumineuse et une longévité au moins équivalentes aux produits standards. Ces nouvelles lampes peuvent remplacer directement les lampes existantes.
Éliminer le mercure est un avantage significatif pour l’environnement.

Certaines lampes au sodium haute pression peuvent remplacer directement les lampes au mercure haute pression sans remplacement de ballast.
Ces lampes, comme les lampes au mercure haute pression, possèdent un starter incorporé. Le flux lumineux est augmenté de 30 à 55 % selon la puissance unitaire.

Dimming

La plupart des lampes sodium haute pression sont dimmables jusqu’à 60-50 % de leur flux à l’aide d’un ballast électronique dimmable et ce sans réduction significative de la durée de vie de la lampe et de son rendu de couleur.

Données	Pour connaitre les caractéristiques des lampes au sodium haute pression.
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer le rendu des couleurs

Lumière froide et lumière chaude.

Les grandeurs recommandées

Indice de rendu des couleurs (IRC ou Ra)

La norme EN 12464-1 précise l’indice de rendu des couleurs que doivent avoir les lampes en fonction du type de local et de la tâche visuelle exécutée. L’indice de rendu des couleurs dans les bureaux est, par exemple, fixé par la norme à une valeur de 80.

Pour connaitre les spécifications complètes relatives à l’éclairage par type de bâtiment.

Température de couleur

La température de couleur définit l’apparence colorée d’un local. Son choix est une affaire de psychologie, d’esthétique et de ce qui est considéré comme naturel. Le choix dépendra du niveau d’éclairement (ou l’inverse), des couleurs du local et du mobilier, du climat environnant et de l’application. En climat chaud, une apparence de couleur de lumière plus froide est généralement préférée et vice versa. À ce niveau, la norme EN 12464-1 laisse le libre choix de la température de couleur.

En pratique, selon l’ambiance souhaitée, des valeurs sont néanmoins recommandées.

Contraste des couleurs

Dans certains cas, comme dans les salles de sport, il est important de pouvoir distinguer les différentes aires de jeu. Pour faciliter cette perception visuelle, un bon tracé des lignes de jeux ayant des facteurs de réflexion différents ou des couleurs bien contrastées est indispensable. Aucun éclairage, aussi bon soit-il, n’y suppléerait.

Comment évaluer sa situation ?

Le rendu des couleurs et la température de couleur dépend directement du type de lampe utilisé.

Généralement la température de couleur peut s’apprécier à l’œil nu.

De plus, ces grandeurs peuvent parfois être repérées sur la lampe ou dans le catalogue du fabricant.

Les lampes à vapeur de mercure haute pression

Pour connaitre les caractéristiques lumineuses des types de lampes : cliquez-ici !

Pour remédier à une situation d’inconfort :

Concevoir	Remplacer complètement les luminaires : choisir les lampes.
Améliorer	Remplacer uniquement les lampes.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des luminaires dans les bureaux

Bureau individuel

Ces bureaux ont en général 5 à 7 m de profondeur et jouissent d’un éclairage naturel qui peut être abondant. Ils peuvent se passer d’éclairage artificiel durant un grand nombre d’heures.

Afin de limiter les problèmes d’éblouissement et de reflets sur les écrans d’ordinateur, il est conseillé de placer la table de travail perpendiculairement aux fenêtres. Vu que la plupart des luminaires actuels ont des angles de défilement bien contrôlés dans toutes les directions, ils pourront être placés en deux rangées perpendiculaires ou parallèles à la baie vitrée.

Comme l’apport d’éclairage naturel est généralement important, et bien que ces bureaux ne soient pas très profonds, il est intéressant de pouvoir commander les deux rangées de luminaires séparément l’une de l’autre afin de pouvoir dimmer le luminaire côté fenêtre.

Bureau de groupe

Un bureau de groupe est occupé par 5 à 10 personnes. Les places de travail peuvent être arrangées afin que les lignes de vision des personnes soient parallèles aux fenêtres et que la lumière naturelle provienne de leur gauche pour les droites et vice versa pour les gauchers. La position des places est donc souvent figée.

La distribution classique des luminaires en rangées parallèles à la fenêtre permet de tenir compte des apports de lumière naturelle (si la modulation des faux plafonds permet une telle répartition).

Une telle disposition des personnes et des luminaires peut paraître monotone mais elle a l’avantage de fournir une même qualité d’éclairement pour chacun sans nécessiter de dispositifs spéciaux contre l’éblouissement.

Bureau paysager

En général, c’est toute la largeur d’une aile d’un bâtiment qui est réservée à un bureau paysager.

Il bénéficie donc souvent d’éclairage naturel bilatéralement ou même trilatéralement. Cependant, leur profondeur et la présence de mobilier sont telles que certaines zones ne peuvent se passer d’éclairage artificiel.

Pour éviter la monotonie d’un tel espace, on peut éclairer différemment les zones de communication et les zones de travail.

Les zones de même activité seront regroupées et disposeront d’une commande d’éclairage spécifique.

Les luminaires peuvent également être gérés en groupes différents en fonction de l’apport d’éclairage naturel et d’un zonage d’activité.

Il est également important de veiller au confort psychologique en créant une zone de travail agréable et personnelle pour chaque individu en utilisant, par exemple, des luminaires d’appoint ponctuels.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les lampes

Les lampes à rejeter !

Les lampes à incandescence et les lampes halogènes énergivores :

très mauvaise efficacité lumineuse ;
durée de vie faible.

mauvaise efficacité lumineuse ;
mauvais rendu des couleurs ;
altération de la température de couleur en cours d’exploitation.

Les lampes fluorescentes de mauvaise qualité (IRC < 70). P.ex.la teinte 640, 630 …

Notons que l’Europe a pris les choses en main et par différentes directives impose le retrait progressif du marché des lampes les moins efficaces !

Critères de choix des lampes

Le confort lumineux impose un choix de lampe associée à son luminaire qui permet de maîtriser le niveau d’éclairement, l’éblouissement, l’uniformité, … et ce de manière à se conformer aux normes NBN EN 12464-1 et NBN EN 12193. Pour respecter le confort lumineux, quelle que soit la volumétrie du local, le concepteur devra trouver un savant compromis entre le nombre de luminaires, leur puissance, leur coût, leur efficacité énergétique, … Il devra aussi tenir compte d’un indice de rendu des couleurs (IRC) à assurer, de la stratégie de maintenance, de la durée de vie des lampes, leur capacité à dimmer leur flux en fonction de l’apport de lumière naturelle et à accepter un nombre d’allumages/extinctions adapté à l’usage, …

pour connaitre les différents types de lampes : cliquez-ici !

pour visualiser un récapitulatif des caractéristiques des différentes lampes, cliquez-ici !

Choix en fonction de la hauteur du local

La hauteur du local va influencer le choix de lampe, c’est une évidence ! Mais il ne faut pas perdre de vue que la lampe est toujours associée à un luminaire. Dissocier les deux n’est pas envisageable dans un projet de conception/ rénovation.

Cependant, un premier tri de lampe s’impose en fonction de la hauteur du local. En effet, toutes les lampes ne sont pas à même de donner un niveau de flux adéquat :

Les lampes à flux lumineux important (à puissance élevée) équiperont les luminaires des locaux de hauteur importante (de l’ordre de 6 à 12 m).
À l’inverse, les lampes à flux lumineux réduit ou basse puissance équiperont les luminaires des locaux de hauteur normale (de l’ordre de 1 à 6 m).

Pour les hauteurs inférieures à 7m

La plupart des lampes à flux lumineux modéré conviennent pour les locaux à hauteur classique.

Lampes fluorescentes

Pour rappel, les lampes fluorescentes sont le plus souvent recommandées, du fait :

Photo lampes fluorescentes.

de leur grande efficacité énergétique,
de leur très bon rendu des couleurs,
de leur durée de vie importante,
de leur faible coût d’investissement.

Les systèmes d’éclairage à LEDs

Les systèmes d’éclairage à LEDs envahissent de plus en plus le secteur tertiaire sachant que leur efficacité énergétique se rapproche de celle des lampes fluorescences. On les choisira principalement pour :

leur efficacité énergétique certaine ;
leur rendu de couleur acceptable ;
leur durée de vie très importante.

La technologie LED est en constante évolution et inonde le marché de l’éclairage. On estime que les lampes LED prendront de l’ordre de 80 % du marché à moyen terme. Les seuls freins actuels dans le choix de cette source lumineuse sont naturellement :

l’absence de normalisation qui empêche les comparaisons.
Une qualité très différentes d’une référence à l’autre.

Pour les hauteurs supérieures à 7 m

Dans les locaux de grande hauteur (à partir de 7 – 12 m), on utilise généralement des lampes à décharge sodium HP ou halogénure et iodure métallique. Ce type de lampes est mis en compétition avec, devinez… , les tubes fluorescents et les LEDs !

Lampes à vapeur de sodium ou halogénure métallique ?

Lampes à vapeur de sodium Lampes à halogénure métallique.

Les lampes à vapeur de sodium haute pression ou à vapeur d’halogénure métallique fournissent un flux lumineux par lampe important (jusqu’à 200 000 lm). Elles permettent ainsi d’obtenir un éclairement suffisant avec un nombre réduit de luminaires. Néanmoins, il faut être particulièrement attentif :

à leur emplacement vu les risques d’éblouissement que représentent ces lampes,
aux ombres portées,
à l’uniformité des niveaux d’éclairement (moins de lampes sur la surface à éclairer).

On retiendra encore que vu le faible nombre de points lumineux à installer, la maintenance des lampes à décharge sera plus rapide, ce qui peut représenter un facteur non négligeable dans un local où les plafonds sont hauts et donc peu accessibles.

Lampes fluorescentes

Les progrès réalisés par certains constructeurs sur des luminaires équipés de lampes fluorescentes (de 2 à 4 lampes) pour des hauteurs supérieures à 7 m sont assez spectaculaires.
Ces types de luminaires sont équipés, par exemple, de lampes fluorescentes 4 x 80 W en tube T5 pour des hauteurs d’atelier pouvant aller jusqu’à 12 m avec une efficacité énergétique de ≤2.5 W/m².

Exemple

Pour un atelier de l’ordre de 7 m de haut, vaut-il mieux prévoir de l’équiper de luminaire à lampe aux halogénures métalliques ou à tubes fluorescents ?

Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.	Luminaire à tubes fluorescents.
Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.	Luminaire à tubes fluorescents.

Pour en savoir plus sur l’étude de cas, cliquer ici !

On voit tout de suite que :

L’installation d’éclairage équipée de lampes aux halogénures métalliques nécessite moins de luminaires pour atteindre le niveau d’éclairement moyen requis. Par contre, l’uniformité sera moins bonne (les alternances taches claires et taches sombres sont plus visibles).

Mais les lampes à décharge haute pression ne sont pas dimmables (du moins sans problème) et donc dans le cas d’un apport important de lumière naturelle, il est recommandé d’utiliser des systèmes d’éclairage dimmables (fluorescentes ou LEDs).

Éclairage ponctuel proche du plan de travail

Étant donné ses nombreux avantages, le luminaire équipé d’une lampe fluorescente doit donc souvent être préféré.

Éclairage local de bureau

Photo lampe fluocompacte.

Lorsque l’on désire un éclairage ponctuel, la lampe fluocompacte (à ballast électronique séparé) est largement préférable à la lampe à incandescence traditionnelle ou halogène. Malgré son prix plus élevé, la lampe fluocompacte permet, sur une durée de fonctionnement de 10 000 heures, d’économiser de 20 à 125 € par lampe (selon la puissance installée) par rapport au placement d’une lampe à incandescence.

Éclairage de décoration et d’accentuation

lampe à vapeur d'halogénure métallique.

La lampe à vapeur d’halogénure métallique de faible puissance (20 à 150 W) est compacte et sa lumière se laisse facilement focaliser. Si un flux lumineux élevé par unité est requis, elle est une alternative efficace à la lampe à incandescence et à la lampe halogène pour l’éclairage de décoration, par exemple dans les halls d’accueil et les salles d’exposition. Des luminaires indirects équipés de lampes à vapeur d’halogénure métallique de puissance moyenne (150 W, 250 W) réalisent une économie d’énergie de 70 % par rapport aux lampes halogènes.

Éclairage d’un tableau ou de documents affichés sur les murs

Photo éclairage tableau.

Source : Etap.

Un éclairement suffisant sur le tableau ne pourra être obtenu que par un éclairage spécifique.
Pour obtenir un éclairage uniforme sur le tableau, le tube, de par sa forme allongée, est le plus adéquat. Les lampes fluocompactes peuvent aussi convenir, mais on obtiendra plus facilement des « ronds » de lumière et l’éclairage sera donc moins uniforme.

Exemple.

Une classe est éclairée par :

éclairage général : 9 luminaires basse luminance de 2 x 36 W chacun,
éclairage du tableau : 3 luminaires asymétriques de 50 W chacun.

L’éclairement moyen mesuré dans la classe est de 420 lux pour une puissance d’éclairage général de 9 W/m². Le niveau d’éclairement du tableau, lorsque son éclairage spécifique est allumé, est de 436 lux. Lorsque l’on se contente de l’éclairage général, le niveau d’éclairement moyen du tableau est de 99 lux, ce qui est nettement insuffisant.

Choix en fonction de l’éclairage naturel

Source : Philips.

Dans les locaux qui ont accès à la lumière naturelle (présence de baie vitrée), le choix de lampe tiendra compte de la compatibilité avec le « dimming » en vue d’adopter une gestion du flux lumineux en fonction de la lumière naturelle.

Les lampes facilement dimmables

Le choix des lampes fluorescentes (type tube fluo) et les LEDs sera intéressant pour réaliser un dimming efficace en fonction du niveau d’éclairage naturel dans le local concerné.

Les lampes fluocompactes

Mis à part les lampes fluocompactes à 4 pin avec ballast électronique, ce type de lampe à 2 pin et à visser ne peuvent pas être dimmée de manière efficace.

Les iodures et halogénures métalliques

Ce type de lampe ne peut être dimmé au maximum qu’à 50 % (et souvent il y des problèmes de changement de couleur (collor shift) dans le cas de dimming. Si les baies vitrées sont de grandes tailles, le choix des lampes à iodure ou halogénure métallique ne sera pas judicieux.

Choix en fonction du temps de fonctionnement et de la fréquence d’allumage/extinction

Locaux à temps d’occupation prolongé

Comme son nom l’indique, ce type de local accueille des occupants pendant un temps suffisamment long pour envisager un choix de lampes qui ne supportent pas trop les temps courts de fonctionnement et les fréquents cycles d’allumage/extinction. En effet, elles ont besoin d’un certain temps pour chauffer et stabiliser leur flux lumineux. Enfin, les cycles fréquents d’allumage/extinction réduisent leur durée de vie.

On pointera les locaux comme les bureaux, les classes de cours, les salles de réunion, les salles de sports, …

Pour un temps de fonctionnement prolongé avec un nombre restreint de cycle d’allumage extinction, les lampes suivantes conviennent bien :

les lampes fluorescentes ;
les lampes à iodure et halogénure métallique ;
les lampes à vapeur de sodium HP ;
les LEDs.

Locaux à temps d’occupation sporadique

On retrouve des locaux comme les archives, les espaces techniques, … Pour ce type de local, pratiquement toutes les sources lumineuses énergétiquement efficaces conviennent puisque le nombre d’allumage et d’extinction est faible au cours du temps. Ce constat s’appuie aussi sur le fait que ces locaux n’ont pas d’accès à la lumière naturelle et ne nécessitent pas de sources lumineuses « dimmables ». Dans ce cas bien précis, ce sera surtout l’aspect financier qui prévaudra.

Locaux où l’allumage et l’extinction de l’éclairage sont fréquents

On regroupe ici toutes les circulations et les locaux sanitaires. Pour un nombre d’allumage et d’extinction important, les lampes fluorescentes à ballast électroniques et les LEDs conviennent parfaitement.

Choix en fonction de l’IRC et de la température de couleur

Le rendu des couleurs

Pour certaines tâches où la reconnaissance des couleurs est importante, on prendra en compte le paramètre de rendu de couleur. Dans les commerces, cette caractéristique (qualité de la lumière produite) est primordiale et peut être satisfaite avec l’emploi de produits efficaces (autre qu’incandescente) ! Dans d’autres pièces, comme les circulations, cette donnée aura moins d’importance.

La norme EN 12464-1 définit, pour chaque tâche ou local, une valeur de l’indice de rendu de couleur (IRC ou Ra).

Le prix d’achat domine souvent lors du choix du tube fluorescent, choix qui se fait alors sans trop tenir compte du rendu des couleurs.

Les tubes dits « standards » (type 29, 33, 129, 133, 20 ou 30 = anciens codes – ou encore 640,630 …selon les marques) sont nettement moins chers à l’achat que les tubes « type » 830 ou 840. Ils présentent cependant deux inconvénients :

un indice IRC ou Ra réduit, souvent incompatible psychologiquement avec le travail de bureau, mais suffisant pour des circulations (IRC de classe 3 (IRC entre 40 et 60)) ;
une efficacité lumineuse inférieure.

Les tubes standards seront donc à éviter. Dans la pratique, on peut choisir des lampes 830 – 840 dans toutes les situations standards. Cela uniformise les ambiances et facilite la maintenance.

À l’opposé, des lampes à rendu de couleur supérieur (IRC > 90) sont réservées aux magasins de mode, musées, laboratoires ou industries où la fidélité des couleurs est primordiale. Ces lampes sont nettement plus chères et ont généralement une mauvaise efficacité lumineuse.

La température de couleur

La température de couleur de la lampe influence l’impression de confort visuel de l’œil.
La norme EN 12464-1 laisse une certaine latitude quant au choix de la température de couleur des lampes.

La température de couleur d’une lampe fluorescente est indiquée sur la lampe ou dans le catalogue des fabricants.
En pratique, on choisira :

Des teintes froides (Tc = 4 000 K) dans les locaux de travail où les lampes sont utilisées en journée, en complément à la lumière naturelle.
Des teintes chaudes pour l’éclairage des habitations ou assimilées.
Des teintes froides pour des éclairements élevés ou dans des climats chauds.
Des teintes de couleur très froides (température de couleur > 5 000 K), appelées également « lumière du jour » dans les locaux aveugles. En effet, proches de la lumière naturelle, elles ont un effet favorable sur le bien-être des occupants.

Il faut éviter l’utilisation simultanée des teintes froides et des teintes chaudes, ce qui gêne l’adaptation chromatique de l’œil et crée des perturbations visuelles. Ainsi, lorsque les locaux ont un apport important de lumière naturelle, la tendance sera de choisir une température de couleur plus élevée pour éviter de trop grandes différences entre l’éclairage artificiel et naturel.

Dans les locaux où il n’y a pas d’apport de lumière naturelle, la lumière dynamique peut simuler la teinte de la lumière du jour (évolue dans le courant de la journée).

Le spectre lumineux

Les tubes fluorescents présentent une gamme très étendue en termes de température et de rendu des couleurs, ainsi qu’en termes de spectre lumineux. Les fabricants reprennent dans leur catalogue le type d’application de leurs lampes. Cela permet de vérifier si le choix réalisé correspond bien à sa situation propre. Il existe par exemple des lampes pour boucherie qui ont pour but d’accentuer la couleur rouge de la viande.

pour connaitre les caractéristiques générales des différents types de lampe : cliquez ici !

Choix en fonction de l’efficacité énergétique et du prix de revient

Toutes les lampes ne sont pas égales du point de vue de l‘efficacité énergétique et « fonctionnelle » (durée de vie moyenne, utile, …). Le choix entre les différents types dépendra aussi du prix de revient de l’installation, c’est-à-dire de l’investissement (lampes et luminaires), de la consommation des frais de maintenance, de la durée de vie et du nombre d’allumages/extinctions autorisés. En effet, il ne suffit pas de choisir une lampe efficace, mais impayable.

pour connaitre les caractéristiques générales des différents types de lampe : cliquez ici !

Remarque : l’Europe, via ses directives, a entrepris la labellisation des différentes lampes, ce qui permet de comparer plus aisément l’efficacité de différentes lampes. Pour en savoir plus, cliquez ici.

Exemple de calcul par rapport à l’exploitation.

Voici le coût des différentes lampes envisageables dans des ateliers de grande hauteur. Ces coûts sont établis au départ d’une liste de prix d’un fabricant. Ils regroupent le coût d’achat des lampes et le coût de la consommation (ici pris égal à 11 c€/kWh), pour la fourniture d’environ 200 000 lm, pendant 30 000 heures.

On ne tient pas compte ici,

du coût des luminaires,
du rendement du luminaire,
ni de la perte supplémentaire d’efficacité lumineuse due au ballast.

Remarque.

On se doute que les valeurs reprises dans le tableau sont purement théoriques. En effet, on se rend bien compte, qu’à dimensions de local égales, l’uniformité obtenue avec 4 lampes sodium HP de 400 W, par rapport à 38 lampes fluorescentes de 58 W, est nettement inférieure.

Type de lampe	Tube fluorescent 58 W	Sodium haute pression 250 W	Sodium haute pression 400 W	Sodium haute pression confort 250 W	Sodium haute pression confort 400 W	Halogénure métallique 250 W	Halogénure métallique 400 W
Efficacité énergétique (lm/W), auxiliaires compris	90	108	120	88	93	76	88
Puissance installée (W)	38 x 58	7 x 250	4 x 400	10 x 250	6 x 400	12 x 250	6 x 400
Durée de vie utile (h)	16 000	16 000	16 000	12 000	12 000	6 000	6 000
Coût d’achat unitaire (€)	6.6	53	56	55	60	57	57
Coût d’achat (€)	474 (71 lampes)	689 (13 lampes)	448 (8 lampes)	1 350 (25 lampes)	900 (15 lampes)	3 420 (60 lampes)	1 710 (30 lampes)
Coût de consommation (€)	7 273	5 775	5 280	8 250	7 920	9 900	7 920
Coût total (€)	7 747	6 464	5 728	9 600	8 880	13 320	9 630

Conclusion

On se rend compte que les lampes à vapeur de sodium HP offre des avantages pour autant qu’il ne soit pas nécessaire d’obtenir un rendu de couleur élevé; ce qui est rarement le cas en éclairage intérieur (Ra de l’ordre de 80 dans la plupart des types de tâches). Pour rester dans des prix abordables en exploitation, la solution des luminaires équipés de lampes fluorescentes est intéressante.

Calculs	Pour comparer plus précisément le prix de revient de plusieurs installations, en connaissant, le prix d’un luminaire (placement compris), le prix des lampes, le rendement du luminaire. cliquez ici !
Données	Pour connaître et comparer les caractéristiques et les performances des différentes lampes, cliquez ici !

Choix en fonction de la température ambiante du local

Le calcul du rendement d’une lampe s’effectue à température optimale. Ceci est particulièrement important dans le choix entre les lampes T8 et T5, par exemple. Sachant que les T5 atteignent leur flux lumineux maximum à 35 °C de température ambiante et les T8 à 25 °C, il est difficile, de déterminer quel type de lampe est à privilégier. En effet, selon que la valeur réelle de la température ambiante se situe plus vers 25 °C ou 35 °C le rendement lumineux chute de 10 % pour l’un ou pour l’autre des types de lampe.

En ce qui concerne les LEDs, celles-ci sont très sensibles à la température. C’est la température de jonction qui prévaut. Plus la température de la jonction est basse, meilleure est son efficacité lumineuse. Autrement dit, dans les ambiances froides comme les applications en froid alimentaire ou dans les locaux non chauffés, un système d’éclairage à LED convient bien.

Tableau récapitulatif des choix

Type de lampe	Efficacité lumineuse	IRC	Durée de vie	Dimmable	Insensibilité allumage/exctinction	Prix	Domaine d’application
Tube fluorescent	+++/–*	Bon à élevé	+++/–	Oui	++/–	+	Éclairage général des commerces et bureaux, éclairage industriel, sportif.
Fluo- compacte culot à visser	+/–	Bon	–	Oui certains produits spéciaux	+/–	++	En substitution aux incandescentes.
Fluo- compacte +culot à broche	++/-	Bon à élevé	–	Oui	++/–	++	Éclairage domestique et tertiaire.
Halogénures métalliques	+++/–	Bon à élevé	+	Non	–	+/—	Éclairage tertiaire, accentuation dans les commerces, éclairage public, sportif et industriel.
Sodium haute pression	+++/–	Moyen à bon	++/–	Oui	—	+/–	Éclairage routier, industriel, horticole, des salles et terrains de sport.
Sodium basse pression	++++	N. C.	++	Non	—	+/-	Éclairage autoroute.
LED	+/—	Bon	+++	Oui	++	–	Éclairage domestique et tertiaire (couloir et sanitaire).

* L’étendue des indicateurs illustre l’étendue des produits disponibles.