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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 :

Techniques

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.

Techniques

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.

Techniques

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 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
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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

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

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

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

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

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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.

Techniques

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 !
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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.

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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.

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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.

Les lampes à vapeur de mercure haute pression

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, …

Techniques

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Données

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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.

Données

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.

Données

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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 !
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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.

Données

Pour connaître les caractéristiques générales des différents types de lampe, cliquez ici !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes fluocompactes

Comment fonctionne une lampe fluocompacte ?

Une lampe fluocompacte fonctionne comme un tube fluorescent mais le tube est replié de manière à la rendre plus compacte. On trouve sur le marché des lampes fluocompactes à profusion.

Types et caractéristiques générales

Sur le marché, on retrouve trois grandes familles de lampes fluocompactes :

Les lampes dites « économiques » à culot à visser sont les lampes les plus répandues dans le commerce grand public. Elles ont plus une vocation de lampes de rénovation ou de remplacement de la lampe à incandescence. Ces lampes économiques « PL » ont toute leur électronique incorporée et sont de faible puissance. Certains modèles peuvent être dimmables.

Les lampes fluocompactes à culot à broches (plus professionnelles) sont souvent utilisées dans des luminaires de type « Downlight » équipés d’optiques performantes. Ces lampes PL fonctionnent avec ballast non incorporé. Le ballast peut être électronique dimmable ou pas (4 broches) ou conventionnel (2 broches).

Certains constructeurs innovent en présentant des séries de lampes fluocompactes capables d’équiper les luminaires à lampe halogène. Certains modèles sont dimmables.
Voici un récapitulatif des différents modèles efficaces.

Caractéristiques des lampes fluocompactes à broches

Les avantages des lampes à culot à broches sont

Un plus grand choix de température de couleur et d’IRC.
La possibilité de conserver le ballast (durée de vie de 30 000 h) lors du remplacement de la lampe (durée de vie de 8 000 h, ou 13 000 h avec ballast électronique).

L’utilisation d’un ballast électronique assure un allumage instantané de la lampe, sans clignotement, ni temps d’échauffement.
Certaines lampes fluocompactes encore plus proches des tubes fluorescents atteignent des durées de vie plus importantes : durée de vie moyenne de 10 000 h ou 16 000 h (avec ballast électronique) et durée de vie utile de 5 000 h ou 8 000 h (ballast électronique).
Ces lampes ont été conçues pour être placées en ligne comme les tubes fluorescents, mais pour avoir un flux lumineux plus important pour un même encombrement.
Ce sont les seules lampes fluocompactes qui existent dans la gamme de classe 1A.

Influence de la température ambiante

Le flux lumineux et l’efficacité lumineuse des lampes fluocompactes chutent très fort avec la température ambiante. À tel point que certaines lampes ne s’allument plus en dessous de 0°C ! Il est donc déconseillé de les utiliser à l’extérieur. Néanmoins les lampes enfermées dans un globe ou à 4 tubes résistent mieux au froid que les lampes à 2 tubes, car la chaleur y est mieux conservée.

Lampes dans un globe, lampes à 3 tubes, lampes à 2 tubes.

Utilisant la même technologie que les tubes fluorescents, leur durée de vie dépend du nombre d’allumages et du ballast utilisé.

Données	pour connaitre les caractéristiques des lampes fluocompactes : cliquez ici !
Données	pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe : cliquez ici !

Fin des lampes inefficaces

Petit à petit les lampes inefficaces sont retirées du marché.
Actuellement, seules les lampes fluocompactes les plus performantes (classes A) sont encore disponibles.

Réglementations

Pour en savoir plus sur les classes énergétiques des lampes : cliquez ici !

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Archives pour la catégorie Lampes

Terminologie

Puce (ou chip) LED

Lampe LED

Module LED

Luminaire LED

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Caractéristiques générales

Durée de vie des lampes et luminaires LED

Efficacité lumineuse des lampes et luminaires LED

Rendu des couleurs et température de couleurs

Aspect thermique

Cas des lampes

Cas des luminaires

Aspect optique

Comment fonctionne une LED ?

Couleur des LEDs

Les LEDs pour l’éclairage

Caractéristiques générales

Durée de vie d’un « chip » LED

Efficacité lumineuse des chip LED

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Technologies quartz et céramique

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Comment fonctionne une lampe halogène ?

Types et caractéristiques générales

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Lampe à très basse tension

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Les lampes à très basse tension avec réflecteur

Gradation du flux lumineux

Traitement de la chaleur émise par la lampe

Itinéraire d’une fin programmée

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Types et caractéristiques générales

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Températures ambiantes

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La durée de vie

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Particularités

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