Gestion et commandes manuelles
Les interrupteurs
Les interrupteurs constituent les organes de commande les plus simples dans une gestion d’occupation. Leur caractéristique principale est qu’ils restent en l’état ON ou OFF s’ils ne sont pas actionnés par l’occupant. Le changement d’état nécessite l’intervention de l’occupant.
L’occupant allume ou pas l’éclairage en fonction de sa sensibilité personnelle et des conditions d’ambiance du local dans lequel il se trouve. L’acte d’allumer ou d’éteindre est volontaire, ce qui devrait responsabiliser les occupants.
Différentes études ont montré que la responsabilisation de l’occupant est plus liée à l’allumage des luminaires quand il rentre dans un local qu’à leur extinction quand il le quitte. Leur perspective de perdurer dans une installation moderne qui tient compte de la gestion énergétique des consommations d’éclairage ne repose que sur la démarche volontaire d’éteindre les luminaires quand on quitte son boulot.
Dans les bâtiments tertiaires, on voit tout de suite la limite des interrupteurs 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 poussoir
Les boutons poussoirs, contrairement aux interrupteurs, n’ont qu’un seul état au repos : soit ON, soit OFF suivant leur type. Ils ne servent, par une simple impulsion, qu’à changer l’état d’un équipement intermédiaire de commande des luminaires comme, par exemple, les télérupteurs, les relais, les entrées digitales des automates (DI : Digital Input), …
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 manuelle ou automatique du même éclairage par détection d’absence lorsque l’occupant quitte son local (possibilité de temporisation).
Les gradateurs ou « dimmer »
L’idée du contrôle du flux lumineux est d’adapter la luminance ou, de manière plus pratique, le niveau d’éclairement du luminaire en fonction du besoin réel de « lux » dans un local. En effet, lorsque le local considéré bénéficie d’un appoint en éclairage naturel conséquent, par exemple, ou bien lorsque l’on souhaite projeter une présentation dans une salle de réunion, le maintien d’un flux lumineux à 100 %, d’une part, peut devenir une source d’inconfort visuel et, d’autre part, source de consommations énergétiques inutiles.
Grâce aux « dimmers », la tension d’alimentation peut-être réglée de 0 à 100 % en 230 V par exemple. La technique du contrôle manuel fait appel à la bonne volonté des occupants et nécessite une bonne dose de patience sachant que le climat de notre chère Belgique est très changeant, ce qui limite sérieusement son utilisation dans le contrôle du flux lumineux en fonction de la lumière naturelle de plusieurs luminaires. Il sera donc principalement utilisé dans les locaux où plusieurs tâches nécessitant des niveaux d’éclairement différents sont réalisées (salle de réunion et projection par exemple).
Variateurs de lumière (ou « dimmer »).
| Pour en savoir plus sur les possibilités de gestion en fonction de l’apport en éclairage naturel. |
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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.
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Luminaires « downlight »
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°.
|
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 :
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 ». |
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
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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 :
|
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.
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.
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. |
| Pour connaitre les valeurs caractéristiques des lampes LED. | |
| Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe. |
Luminaires extérieurs
Classification des luminaires extérieurs
| Luminaires fonctionnels | Luminaires décoratifs | Projecteurs |
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Type 1 : asymétriques (type éclairage public). |
Type 3 : asymétriques. |
Type 5 : asymétriques. |
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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
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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. |
|
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. |
– |
|
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. |
|
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. |
|
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. |
|
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. |
||
|
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
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Matériaux pour poteaux |
Avantages |
Inconvénients |
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Aluminium |
Légèreté. |
Très grande transmission des vibrations. |
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Acier |
Très grande résistance mécanique. |
Nécessite un grand soin de traitement de surface : galvanisation + nettoyage. |
|
Fonte |
Grande variété de formes. |
Poids, coût, limitation en hauteur, poteaux en plusieurs pièces. |
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 | ||
| à γ = 70° | à γ = 80° | à γ = 90° | ||
| 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. |
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.
| Pour connaitre les caractéristiques des lampes à décharge | |
| Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe. |
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 |
Écran à luminance moyenne |
|---|---|---|
|
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 |
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.
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
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).
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.
| Pour connaitre les caractéristiques des lampes au sodium basse pression. | |
| Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe. |
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.
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.
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 ?
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Lampe ovoïde de puissance élevée (250 – 400 W) équipée :
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Lampe tubulaire de puissance élevée (250 – 2 000 W) transparente équipée :
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Lampe compacte (70 – 150 W) équipée d’un brûleur céramique. |
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Lampe compact (35 -150 W) équipée d’un brûleur céramique. |
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Lampe (35 – 70 W) équipée d’un brûleur céramique à culot standard. |
Avantage et inconvénient
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Détecteurs de mouvement et de présence/absence [Eclairage]
![Détecteurs de mouvement et de présence/absence [Eclairage]](https://energieplus-lesite.be/wp-content/uploads/2015/03/mouvement-bon-800x420.jpg "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.
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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
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.
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.
| Pour connaitre les caractéristiques des lampes au mercure haute pression. | |
| Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe. |
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.
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 | 2015 | 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 | |||||
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Disponibilité |
* Classe E pour les culots 514, 515, 519 (linolites) |
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Indisponibilité |
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| Pour en savoir plus sur les classes énergétiques des lampes |
| Pour connaitre les caractéristiques des lampes à incandescence | |
| Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe |
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.
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Données |
pour connaitre les caractéristiques des lampes halogènes |
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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 :
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 | 2015 | 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 | |||||
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Disponibilité |
** Classe pour les culots G9 et R7 |
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Disponibilité réduite |
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Indisponibilité |
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Réglementation |
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Données |
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Données |
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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
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|
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).
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pour connaitre les caractéristiques des tubes fluorescents ! |
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pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe ! |
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.
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.
- 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.
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
Les interrupteurs constituent les organes de commande les plus simples dans une gestion d’occupation. Leur caractéristique principale est qu’ils restent en l’état ON ou OFF s’ils ne sont pas actionnés par l’occupant. Le changement d’état nécessite l’intervention de l’occupant.
L’occupant allume ou pas l’éclairage en fonction de sa sensibilité personnelle et des conditions d’ambiance du local dans lequel il se trouve. L’acte d’allumer ou d’éteindre est volontaire, ce qui devrait responsabiliser les occupants.
Différentes études ont montré que la responsabilisation de l’occupant est plus liée à l’allumage des luminaires quand il rentre dans un local qu’à leur extinction quand il le quitte. Leur perspective de perdurer dans une installation moderne qui tient compte de la gestion énergétique des consommations d’éclairage ne repose que sur la démarche volontaire d’éteindre les luminaires quand on quitte son boulot.
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
Les boutons poussoirs, contrairement aux interrupteurs, n’ont qu’un seul état au repos : soit ON, soit OFF suivant leur type. Ils ne servent, par une simple impulsion, qu’à changer l’état d’un équipement intermédiaire de commande des luminaires comme, par exemple, les télérupteurs, les relais, les entrées digitales des automates (DI : Digital Input), …
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).
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:
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 :
|
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.
| Découvrez ces exemples de gestion de l’éclairage : les moulins de Beez et l’éclairage d’une salle omnisports. |
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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Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe. |
Luminaires intérieurs pour lampes à décharge de puissance élevée
Types de réflecteur
| Réflecteur en aluminium | |
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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 | |
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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. |
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.
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
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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.
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.
Particularités
Le tube à décharge contient un amalgame de sodium avec du mercure et du xénon comme gaz d’allumage.
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. Cette poudre rend l’ampoule opaline.
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.
| Pour connaitre les caractéristiques des lampes au sodium haute pression. | |
| Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe. |
Composants d’un luminaire
Un luminaire sert à répartir, filtrer ou transformer la lumière des lampes. Il peut être composé de :
- L’armature :
permet l’assemblage des différents composants du luminaire (réflecteurs, ventelles, platine, diffuseur,…) et la fixation du luminaire au plafond ou au mur.
- Le réflecteur :
réfléchi la lumière émise par la lampe et la dirige selon des directions préférentielles.
- Les ventelles :
protègent l’œil des éblouissements en empêchant la vue directe de la lampe.
- Le diffuseur ou protecteur :
remplace parfois les ventelles et protège la lampe de l’ambiance. On parle aussi de « vasque ».
- La platine :
permet la fixation des auxiliaires électriques (ballasts, starters,…).
L’ensemble des dispositifs chargés de contrôler la lumière émise (réflecteurs, ventelles) est aussi appelé « optique« .
Luminaire intérieur pour tubes fluorescents
Luminaire intérieur pour lampes à décharge
Luminaire « en cloche »
Exemples de luminaire intérieur pour LED
Luminaire de type « dowmlight »
L’alimentation (ou « driver ») de ce module « downlight » LED n’est pas intégrée. On l’appelle l’alimentation déportée.
À ce niveau, on mesure toute l’ambiguïté de la différentiation du module LED et du luminaire LED. Le module ci-contre qui équipe le luminaire est aussi composé d’une multitude de LED.
Luminaire plafonnier composé d’une multitude de LED montées sur un support plat. A l’heure actuelle, ce type de luminaire est une alternative au luminaire à tube fluorescent. Il est cependant trop tôt pour mesurer l’impact de ce type de luminaire sur le marché.
Luminaire intérieur pour lampe fluocompacte
Dans ce type de luminaire, le ballast électronique n’est pas intégré. On dit qu’il est déporté ou externe.
Zonage des commandes
Principe
Le zonage consiste à répartir la distribution électrique et à regrouper les commandes en tenant compte :
- De la présence d’éclairage individuel : celui-ci retarde l’allumage de l’éclairage général.
- Des zones de même activité ou même période d’occupation : les appareils d’une même zone sont utilisés en fonction de l’occupation, indépendamment de la zone voisine.
- De l’éclairage naturel du local : les appareils « côté intérieur » (ou locaux aveugles) sont commandés séparément des appareils « côté vitrages », ces derniers étant enclenchés selon les besoins en complément de l’éclairage naturel.
- Des activités secondaires : pour les activités se déroulant en dehors des heures normales (nettoyage ou gardiennage), un éclairage réduit suffit souvent amplement.
Exemple.
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Technologie classique de zonage
La mise en œuvre de ces commandes dans une installation existante non adaptée est simple, mais nécessite cependant un recâblage de l’installation avec intégration d’interrupteurs et contacteurs complémentaires.
Une mise en œuvre plus professionnelle dans les bâtiments tertiaires de moyenne voire de grandes tailles est le système à connexion rapide qui révolutionne fortement le monde du câblage structuré en courant fort. A priori, ce type de câblage n’a pas d’influence sur l’aspect énergétique de l’éclairage, mais mérite tout de même d’être signalé.
Le zonage de l’installation d’éclairage accompagné de commandes manuelles ne portera ses fruits que si on obtient la collaboration des utilisateurs. Dans le cas contraire, on doit avoir recours à des dispositifs de commande automatique.
Zonage par adressage
Les nouvelles techniques de zonage, au travers de « l’immotique« , permettent de rendre un bâtiment de moyenne ou de grande importance plus flexible par rapport au changement de configuration des locaux.
Énergétiquement parlant, cette technologie évoluée de zonage des luminaires et des commandes ne change rien par rapport à la technique classique de zonage.
Zonage par programmation / par adressage dans le SmartBuilding
Dans les smartbuilding ou les bâtiments disposant d’immotique pour l’éclairage, la flexibilité est quasi-totale. Chaque sonde, chaque luminaire, chaque interrupteur est un objet (au sens informatique) pouvant être réassocié, reconfiguré en fonction des besoins.
L’interrupteur n’est plus un robinet qui coupe ou non mécaniquement la tension dans le réseau de courant fort sur lequel il est physiquement placé. Dans ce cas-ci, l’alimentation électrique des objets est devenue indépendante de leur contrôle : l’ensemble des objets se situe sur un réseau de communication commun de sorte que les objets puissent recevoir des ordres de n’importe quel autre appareil. L’avantage majeur étant que les interactions entre objets peuvent évoluer par simple changement de la programmation.
Par exemple, si les deux pièces dessinées ci-dessus ne venaient à faire qu’un seul plateau, alors, il suffirait de modifier la programmation pour que l’interrupteur A active et éteigne l’ensemble des 32 luminaires ou une partie en fonction de la présence d’éclairement naturel.
Si, au contraire, chaque carré devait-être scindé en 3 espaces, il suffirait de répartir les interrupteurs sans-fils dans chaque pièce et les réassocier informatiquement aux bons luminaires.
Généralement, une fois le système installé, ceci peut être réalisé via des interfaces conviviales de ce type, sans passer par du code informatique.
Leynew DL103 – Leynew.com ©
Eclairage indirect
Une surface, le plafond ou les murs sont utilisés comme réflecteur pour diffuser la lumière.
Avantages
La diffusion de la lumière par le plafond et une répartition uniforme des luminances offrent une bonne protection contre l’éblouissement. En éclairage d’ambiance, l’indirect peut donner des ambiances lumineuses intéressantes.
Inconvénients
Vu que la lumière est réfléchie avant d’atteindre la tâche à éclairer, ce mode d’éclairage a un moins bon rendement et demande, à niveau d’éclairement égal, une puissance installée supérieure à celle du système direct.
L’éclairement dépend fortement des coefficients de réflexion des parois sur lesquelles la lumière est réfléchie.
Il faut donc porter une attention toute particulière à l’entretien des surfaces du local afin que le rendement ne diminue pas au cours du temps.
Ainsi, lors d’un remplacement de luminaires, un rafraîchissement du plafond peut être nécessaire.
De plus les luminaires indirects sont, par leur disposition, fortement soumis aux poussières et autres saletés (insectes morts, …). Cet inconvénient devient délicat lorsqu’une partie translucide permet une diffusion de lumière vers le bas et que les insectes viennent s’y accumuler (cas des luminaires « lumière douce »).
Ce type d’éclairage ne produit pas d’ombre. Il peut donc être monotone et rendre difficile la perception d’objets tridimensionnels.
Enfin, il faut veiller à ne pas utiliser des sources trop lumineuses qui rendent le plafond éblouissant.
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.
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pour connaitre les caractéristiques des lampes fluocompactes : cliquez ici ! |
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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.
Actuellement, seules les lampes fluocompactes les plus performantes (classes A) sont encore disponibles.
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Pour en savoir plus sur les classes énergétiques des lampes : cliquez ici ! |
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pour connaitre les caractéristiques des lampes fluocompactes : cliquez ici ! |
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Gestion en fonction d’un horaire [éclairage]
![Gestion en fonction d'un horaire [éclairage]](https://energieplus-lesite.be/wp-content/uploads/2007/09/gestion-horaire-bon-1024x538.jpg "Gestion en fonction d'un horaire [éclairage]")
Les minuteries
L’usage de minuteries assurant l’extinction automatique de l’éclairage est utilisé depuis longtemps dans les circulations (escaliers, halls, …) où la présence des utilisateurs est momentanée.
L’éclairage, commandé par bouton poussoir, s’éteint après un temps réglable déterminé par la durée que l’utilisateur met pour parcourir la zone.
Actuellement les détecteurs de présence sont souvent préférés aux minuteries.
Contrôle de l’heure
À certaines heures, pour s’adapter aux activités variables en fonction de heures (gardiennage de nuit, hall de nuit), pour assurer le confort lumineux et/ou réaliser des économies énergétique, l’intensité de l’éclairement peut être réduite en cas d’activation du luminaire.
Il existe une grande variété d’horloges, allant du simple interrupteur électromagnétique multi positions jusqu’à l’interrupteur à cristaux liquides. Les commandes transmises aux luminaires peuvent aussi provenir de systèmes de gestion centrale.
Lorsque l’on envisage le placement d’une horloge sur l’installation d’éclairage, il faut avoir en tête que :
- Il est souvent préférable de ne commander que l’extinction des luminaires, laissant aux occupants la liberté d’allumage.
- Il est important d’inclure des commandes locales de dérogation de façon à pouvoir rétablir l’éclairage si les occupants en ont besoin.
- La possibilité de dérogation ne peut empêcher un retour au mode automatique, soit en répétant la commande d’extinction à intervalle régulier après l’arrêt normal des activités, soit en commandant un retour au mode automatique après un temps défini (ex : 1 h après la pression sur l’interrupteur).
- L’extinction automatique ne peut plonger les occupants dans l’obscurité complète. Un éclairage minimum doit être maintenu pour leur permettre de retrouver leur chemin et le bouton poussoir de dérogation. Par exemple, la commande d’extinction peut comporter deux paliers : une extinction de la moitié des luminaires pour avertir de l’extinction complète future et après un certain temps réglable, l’extinction complète.
- Les horaires d’extinction peuvent également comprendre la période de midi si elle est significative d’un arrêt général des activités.
Eclairage mixte
Ce mode d’éclairage combine l’éclairage direct et l’éclairage indirect. La partie indirecte reste toutefois dominante.
Avantages
Les avantages de ce mode d’éclairage sont identiques à ceux de l’éclairage indirect : répartition uniforme et absence d’éblouissement. De plus, la partie directe crée des ombres avantageuses et permet de réduire la luminance du plafond.
Les différences de luminance dans la pièce sont nettement moins marquées que dans le cas d’un éclairage direct.
Il est avantageux dans des pièces à plafond haut et évite la perception d’une zone sombre au plafond.
Dans le cas de parois très claires, ce système présente de bons rendements.
Inconvénients
L’inconvénient principal est identique à celui du système d’éclairage indirect : rendement très sensible aux coefficients de réflexion des parois. il est cependant moins marqué puisqu’une partie de l’éclairage est dirigé directement vers le plan de travail.
Il existe des luminaires dont une même source produit l’éclairage indirect et direct. D’autres ont deux sources distinctes avec commandes séparées.
Ballasts
A quoi servent les ballasts, les starters et les condensateurs ?
Le fonctionnement des lampes fluorescentes et des lampes à décharge nécessite l’utilisation de ballasts et de starters (pour les lampes fluo) ou d’amorceurs (pour les lampes à décharge).
L’exemple repris ici décrit le mode d’allumage d’un tube fluorescent. Le fonctionnement est identique pour les lampes fluocompactes et pour les lampes à décharge. Pour ces dernières, le brûleur remplace le tube et l’amorceur remplace le starter.
Fig. 1, 2 et 3.
Le starter est composé d’un petit tube rempli de gaz et pourvu d’un bilame.
À l’allumage, la mise sous tension provoque un arc électrique au sein du gaz. Celui-ci échauffe le bilame, jusqu’alors ouvert (fig. 1).
Pendant ce temps, un courant circule dans les électrodes du tube. Elles s’échauffent et ionisent le gaz qui les environne, ce qui facilitera l’allumage.
Sous l’effet de la chaleur, le bilame se ferme, l’arc électrique dans le starter disparaît. (fig. 2).
Le bilame se refroidit alors et s’ouvre. Il provoque ainsi une interruption brusque du courant dans le ballast raccordé en série.
Le ballast, composé d’un bobinage de cuivre entourant un noyau de fer (ballast dit inductif ou électromagnétique), va tenter de rétablir ce courant en libérant toute son énergie. Cela provoque une impulsion de tension très élevée entre les électrodes de la lampe (jusqu’à 1 500 V) capable d’allumer le tube fluorescent (fig. 3).
Souvent, cet allumage ne réussit pas en une seule tentative. Si la lampe ne s’est pas allumée, le cycle recommence.
En fonctionnement, la tension aux bornes de la lampe est trop faible pour générer un nouveau cycle d’allumage (40 à 110 V). Le starter se maintient donc en position ouverte et le courant traverse la lampe qui reste allumée.
À partir de cet instant, le ballast joue le rôle de limiteur de courant et empêche la destruction de la lampe.
Lorsque le ballast est électromagnétique, il faudra ajouter un condensateur dans le circuit pour compenser le mauvais cos φ.
Ballast électromagnétique
Starters. |
Ballasts électromagnétiques. |
Condensateur. |
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Le ballast électromagnétique (appelé aussi « inductif » ou « conventionnel ») est essentiellement constitué d’un bobinage. Il doit être associé à un starter pour provoquer l’allumage des lampes fluorescentes. Certains ballasts dits « à faibles pertes », ont une consommation nettement plus faible que celle des ballasts conventionnels. Il existe aussi des ballasts « à très faibles pertes » mais ils sont beaucoup plus volumineux.
L’utilisation de ballasts électromagnétiques induit un facteur de puissance relativement bas (cos = 0,5), ce qui peut être pénalisé par le distributeur électrique. Il n’est donc pas rare de devoir ajouter des condensateurs soit en tête d’installation, soit au niveau des luminaires afin de compenser l’effet inductif. On peut aussi insérer des condensateurs (d’une capacité double) dans 50 % des circuits de lampes pour compenser l’effet inductif total. Ceci permet d’économiser un condensateur sur deux.
| Exemples de raccordement interne d’un luminaire avec ballast électromagnétique. C = condensateur, S = starter, TL = tube fluorescent |
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Circuit inductif à un tube Cos φ= 0,5 (inductif). |
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Circuit compensé Cos φ = 0,9. |
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Circuit de deux lampes (une capacitive et une inductive). Raccordement en parallèle Cos φ = 0,95. |
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Circuit de deux lampes (circuit « duo »). Raccordement en série avec un seul ballast Cos φ = 0,5. |
Ballast électronique haute fréquence pour lampes fluorescentes
L’ensemble starter, ballast conventionnel et condensateur de compensation du cos φ peut être remplacé par un ballast électronique avec ou sans préchauffage des cathodes.
Celui-ci alimente les lampes sous haute fréquence (entre 25 et 60 kHz). Il est appelé également ballast HF (haute fréquence).
Son facteur de puissance est proche de 1 et il n’y a donc pas de nécessité de compenser celui-ci par l’utilisation de condensateurs.
Ce système, ne nécessitant pas de starter, présente nettement moins de pertes.
Celui-ci alimente les lampes sous haute fréquence (entre 25 et 60 kHz). Il est appelé également ballast HF (haute fréquence).
Son facteur de puissance est proche de 1 et il n’y a donc pas de nécessité de compenser celui-ci par l’utilisation de condensateurs.
Ce système, ne nécessitant pas de starter, présente nettement moins de pertes.
Ballast électronique pour tube fluorescent.
Ballast électronique avec préchauffage (ou cathode chaude)
Le ballast électronique avec préchauffage des cathodes présentent bon nombre d’avantages :
- Il a une consommation plus faible qu’un ballast conventionnel.
- Il augmente l’efficacité lumineuse et la durée de vie des lampes fluorescentes (jusqu’à 16 000 h).
- Il diminue le papillotement des lampes à décharge en alimentant les lampes sous haute fréquence et prolonge ainsi leur durée de vie. La diminution de papillotement diminue aussi la fatigue visuelle provoquée par les tubes fluorescents.
- Il coupe automatiquement l’alimentation d’une lampe défectueuse et évite son clignotement en fin de vie.
- Son facteur de puissance est proche de 1.
- Il diminue le niveau de bruit.
- Il a une consommation constante pour une large plage de tension.
Exemple de diminution de la consommation énergétique en fonction de la présence d’un ballast électronique.
Ballast électronique sans préchauffage
Le seul avantage d’un ballast électronique sans préchauffage des cathodes est qu’il consomme moins qu’un ballast conventionnel. Par contre, il n’évite pas, lors de l’allumage du tube, une surtension au travers des cathodes. Cela entraîne un déclin du tube suite à son noircissement au droit des cathodes.
Ballast électronique dimmable
Les ballasts électroniques dimmables permettent de contrôler le flux lumineux des lampes dans une certaine proportion. La plupart ont une plage de dimming de 3-10 % à 100 %. Ce type de ballast permet donc de générer une économie d’énergie vu que la consommation électrique est quasi proportionnelle au flux lumineux sur toute la plage de dimming.
Exemple de ballast électronique dimmable pour lampe fluocompacte à broche.
Le ballast électronique dimmable, raccordé à un simple dimmer, permet d’ajuster le niveau d’éclairement à la demande. On corrige ainsi le surdimensionnement inévitable des nouvelles installations.
Le plus courant des ballasts électroniques dimmables est commandé/géré en 0-10V. On les appelle aussi les ballasts électroniques dimmables analogiques. À l’inverse les ballasts électroniques de type DALI sont numériques et adressables.
Ce ballast sera aussi utilisé lorsque le flux lumineux doit s’adapter à l’apport en éclairage naturel.
Ballast électronique pour lampes au sodium basse pression
Ballast électronique pour lampe sodium basse pression.
L’ensemble starter, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un ballast électronique, appelé également ballast HF (haute fréquence). À l’opposé des ballasts électroniques pour lampes fluorescentes, il n’existe qu’un seul type de ballast électronique pour lampes au sodium basse pression.
Les avantages de ce ballast par rapport au ballast conventionnel sont :
- Une consommation propre plus faible qu’un ballast conventionnel (75 % en moins).
- Il diminue le papillotement des lampes à décharge en alimentant les lampes sous haute fréquence.
- Il réduit l’influence de la fluctuation de la tension.
- Contrairement au ballast conventionnel, la puissance consommée reste pratiquement constante pendant toute la durée de vie de la lampe.
- Il est moins encombrant et se monte plus facilement.
Ballast électronique pour lampes à décharge haute pression
Ballast électronique pour lampe HID.
Il existe un ballast électronique dimmable pour lampe au sodium haute pression et lampe aux iodures métalliques.
Il présente certains avantages par rapport au ballast électromagnétique :
- Il réduit l’influence de la fluctuation de la tension et augmente la durée de vie des lampes (15 à 20 %).
- Il diminue le clignotement des lampes à décharge, ce qui atténue la fatigue visuelle provoquée par la lampe.
- Il est moins encombrant et se monte plus facilement.
- Le temps de mise en service est réduit.
Pour certaines marques, ces ballasts électroniques permettent un réamorçage à chaud instantané.
Néanmoins, l’usage de ces ballasts est limité à certaines lampes (certaines puissances et certains types de culots).
Ballast électronique multilampes
Ballast électronique « intelligent ».
Ce type de ballast, grâce à son « intelligence embarquée », est en mesure de reconnaître les différentes lampes fluorescentes T5 uniquement de manière autonome et de les amorcer de façon optimale.
Lors du premier amorçage de la lampe, le microprocesseur du ballast électronique effectue plusieurs mesures des paramètres de la lampe fluorescente et compare celles-ci avec les valeurs de références normalisées enregistrées dans sa mémoire telles que :
- le courant de préchauffage,
- la tension d’électrode,
- l’impédance de l’électrode,
- le courant normal de régime,
- la tension de service de la lampe.
L’identification terminée, les paramètres de fonctionnement du ballast sont fixés en fonction du type et de la puissance de la lampe fluorescente détectée et enregistrés dans sa mémoire (EPROM).
Lors des amorçages suivants, seul un très court test de vérification est effectué si les paramètres de la lampe n’ont pas changé.
Le ballast multilampes s’adapte en général à différentes gammes de puissances reprises dans le tableau suivant :
| Longueur de tube | Puissance des lampes |
| 550 mm | 14 et 24 W |
| 850 mm | 21 et 39 W |
| 1 150 mm | 28 et 54 W |
| 1 450 mm | 35, 49 et 80 W |
Ballast électronique à commande numérique DALI
Ballast électronique de type DALI.
En mettant à profit les possibilités de l’électroniques, les ballasts électroniques permettent de réaliser (en fonction du modèle) la gradation des lampes fluorescentes ou d’être intégrés dans des systèmes de gestion numérique de l’éclairage tel que, par exemple, le standard d’interface numérique DALI (Digital Addressable Lighting Interface). À partir de cet instant, on peut parler de « réseau adressable d’éclairage » offrant beaucoup d’avantages au niveau de :
- la flexibilité et la modularité de l’installation d’éclairage en fonction du zonage des grands espaces,
- l’amélioration du confort des utilisateurs et de l’efficacité énergétique.
A contrario, un tel type de réseau engendre des coûts d’installation et d’équipement non négligeables.
Les ballasts à régulation adressable électronique DALI ressemblent aux ballasts électroniques gradables classiques et ne se différentient que par le sigle suivant :
Les ballasts DALI ont les caractéristiques suivantes :
- placé en réseau, chaque ballast est adressable séparément en donnant beaucoup de flexibilité à l’installation (moins de problème dans le câblage en conception et en rénovation),
- le flux lumineux de la lampe peut être régulé entre 3 et 100 % en assurant une bonne gestion énergétique par rapport à l’occupation des locaux et l’apport de lumière naturelle,
- les constructeurs annoncent jusqu’à 60 % d’économie d’énergie (à vérifier !).
- les états des ballasts sont analysés en permanence (défaut de lampes, durée de vie, .
Comparaison des ballasts électroniques dimmables analogiques et numériques
Les ballasts électroniques dimmables de type numérique DALI se positionnent entre les systèmes analogiques 1-10 V et les systèmes bus de type EIB (KNX) par exemple.
Les ballasts de type DALI peuvent tout aussi bien gérer des luminaires dans une configuration des plus simples qu’intégrer un sous-système de gestion par bus. Comme le montre le schéma ci-dessus, les ballasts électroniques DALI sont un bon compromis entre la fonctionnalité embarquée et les coûts.
Classification énergétique des ballasts
La directive européenne 2000/55/CE et l’Arrêté Royal du 05 mars 2002 établit des exigences de rendement énergétique des ballasts pour lampes fluorescentes.
Il ressort de la Directive et de l’Arrêté que les classe C et D (ballast électromagnétique à moyennes et fortes pertes) sont dorénavant interdites.
Le CELMA (Fédération des Associations Nationales de Fabricants de Luminaires et de composants Electrotechniques pour Luminaires de l’Union Européenne), quant à lui, va plus loin en proposant une classification énergétique de l’ensemble ballast + lampe; ce qui est plus logique au sens énergétique du terme. Pour en savoir plus : La puissance absorbée par les lampes fluorescentes et leurs auxiliaires (ballast) !