Taux d’éblouissement d’inconfort – UGR
L’éblouissement d’inconfort provenant directement des luminaires doit être quantifié par l’auteur du projet en utilisant la méthode tabulaire d’évaluation du taux d’éblouissement unifié UGR de la CIE.
Sans rentrer dans les détails, le facteur UGR donne une idée de l’éblouissement d’inconfort dans le champ visuel de l’observateur par rapport à la luminance de fond (éblouissement provoqué par l’association de plusieurs luminaires dans un environnement considéré). Ce facteur UGR varie de 10 à 30. Plus la valeur du facteur est élevée, plus la probabilité d’éblouissement d’inconfort est importante.
Des valeurs de référence définissent des classes de qualité :
| 28 | Zone de circulation |
| 25 | Salle d’archives, escaliers, ascenseur |
| 22 | Espace d’accueil |
| 19 | Activités normales de bureau |
| 16 | Dessins techniques, postes de travail CAD |
Les facteurs suivants jouent un rôle important dans la détermination de la valeur UGR :
- la forme et les dimensions du local,
- la clarté de la surface (luminance) des parois, des plafonds, des sols et des autres surfaces étendues,
- le type de luminaire et de protection,
- la luminance de la lampe,
- la répartition des luminaires dans le local,
- la ou les positions de l’observateur.
Les valeurs de l’UGR données dans la norme EN 12464-1 sont des valeurs maximales à ne pas dépasser.
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Exemple.
On voit tout de suite que l’exigence de confort est moindre (UGR élevé = plus éblouissant) dans des locaux peu fréquentés ou pour des tâches nécessitant moins de concentration visuelle. |
Certains fabricants proposent des tableaux simplifiés de détermination des valeurs UGR mais limités à des locaux simples pour une seule famille de luminaires donnée.
Par exemple, le logiciel « Dialux » est capable de calculer l’UGR en un point du plan donné, mais ce calcul prend, néanmoins, beaucoup de temps.
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À titre indicatif, la formule de calcul de l’UGR est donnée : UGR = 8 log (0.25/Lb x Σ L² ω/p²) où :
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Rendement d’un luminaire intérieur
Le rendement total ηt d’un luminaire est le rapport entre le flux lumineux émis par le luminaire et le flux lumineux des lampes.
Il est d’autant plus bas qu’il y a des éléments (ventelles, globe opalin ou prismatique) devant les lampes afin d’éviter l’éblouissement ou pour favoriser l’esthétique.
| Pour voir des exemples de rendement d’un luminaire. |
Attention, le rendement total d’un luminaire ne focalisant pas la lumière vers le bas, c’est-à-dire vers le plan de travail (luminaire à diffuseur opalin, lumière douce, …), n’est pas exactement représentatif du rendement utile du luminaire. En effet une partie de la lumière est diffusée vers les murs ou les plafonds. Il en résulte une perte supplémentaire (qui dépend du facteur de réflexion des parois) non considérée dans la notion de rendement total. Pour comparer ce type de luminaire avec les luminaires purement directs, la notion de rendement inférieur η i (quantifiant le flux lumineux dirigé vers le bas) peut donc également être une indication de l’efficacité du luminaire.
La norme Française UTE C71-121 impose aux fabricants de notifier le rendement inférieur ηi et le rendement supérieur ηs sous la forme :
ηi [A à J] + ηs T
Les lettres A à J permettent d’indiquer le type de répartition du flux inférieur. On utilise les lettres A à E pour les distributions intensives et les lettres F à J pour les distributions extensives. La lettre T désigne toujours la composante indirecte.
Le rendement total ηt du luminaire vaut simplement :
ηt = ηi + ηs
Par exemple, un luminaire caractérisé par un rendement UTE de :
0.75 D + 0.10 T
émettra vers le bas avec un rendement lumineux de 75 % et selon un flux assez intensif, et vers le haut avec un rendement lumineux de 10 %. Le rendement lumineux total du luminaire vaut ici 85 %.
Rendement de 100 % ou plus ?
On voit des rendements de luminaires équipés de lampe T5 supérieurs à 100% et des rendements de luminaires à LED de 100 %.
Explication T5 :
La lampe T5 a son flux maximal à 35 °C. La norme impose une température de 25 °C pour les tests en labo. Les fabricants utilisent un facteur de correction pour compenser cette différence de t° (car ils disent qu’à la lampe, il y aura bien les 35 °C.)
Exemple courbe photométrique d’un luminaire pour T5 à rendement > 100%
Explication LED :
Le module LED fait partie du luminaire, il n’y a plus moyen de mesurer la source sans le luminaire donc on met le rendement à 100 %. Si un diffuseur est placé dans un luminaire à LED, la diminution du rendement du luminaire à LED peut être mesurée et le rendement sera alors inférieur à 100 %.
Exemple courbe photométrique d’un luminaire à LED à rendement 100 %
Luminance moyenne d’un luminaire
La luminance moyenne (en cd/m²) d’un luminaire représente sa brillance et quantifie les risques d’éblouissement. Elle est définie en fonction de l’angle de vision du luminaire par rapport à la verticale (angle d’élévation).
Luminaire intérieur, coupe transversale et longitudinale.
Les fournisseurs reprennent ces grandeurs sous forme de tableau ou sous forme d’abaque (dans le plan C90 en trait continu et dans le plan C0 en pointillés). Elles sont données soit pour la totalité du flux lumineux émis par les lampes (en lm), soit ramenés à 1 000 lm. Dans ce dernier cas, il faudra multiplier les valeurs par le flux lumineux des lampes /1 000 pour obtenir les valeurs réelles.
Exemple de fiche technique d’un luminaire :
Angle de défilement d’un luminaire
L’angle de défilement d’un luminaire est l’angle sous lequel la source nue ne peut être vue par l’observateur. Il s’exprime en degrés.
On parle d’angle de défilement dans la direction transversale et dans la direction longitudinale.
Attention ! à ne pas confondre avec l’angle d’élévation utilisé dans la norme EN 12464-1 définit comme étant l’angle compris entre la normale verticale à l’axe de la lampe et une direction donnée pour laquelle on mesure une certaine luminance.
Durée de vie d’une lampe
Définitions
La durée de vie moyenne d’un lot de lampes est le nombre d’heures pendant lesquelles ces lampes ont fonctionné jusqu’au moment où 50 % d’entre elles ne fonctionnent plus.
La durée de vie utile d’un lot de lampes est le nombre d’heures après lequel elles n’émettent plus que 80 % du flux lumineux d’origine.
La perte de 20 % du flux lumineux provient d’une part de la diminution progressive du flux des lampes et d’autre part de l’arrêt de fonctionnement d’un certain nombre de lampes.
Elle correspond également à la durée de service, c’est-à-dire la durée après laquelle les lampes doivent être remplacées.
Courbes de durée de vie
1. Chute du flux lumineux
Le flux lumineux d’une lampe diminue progressivement.
Le schéma ci-dessous montre la chute du flux lumineux de différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.
2. Durée de vie moyenne
Après un certain temps, une lampe s’arrête de fonctionner.
Dans un lot de lampes, celles-ci ne s’arrêtent pas toutes en même temps. Au début, quelques lampes s’arrêtent de fonctionner. Ensuite, les lampes restantes s’arrêtent les une après les autres.
Le schéma ci-dessous indique l’évolution du pourcentage de lampes survivantes pour différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.
La durée de vie moyenne est l’abscisse correspondant à 50 % de lampes « survivantes ».
La durée de vie moyenne de la lampe associée au graphe ci-dessus est de 15 000 heures.
3. Durée de vie utile
Si l’on multiplie, pour chaque heure de fonctionnement, le « pourcentage du flux lumineux d’une lampe » par le « pourcentage de lampes survivantes », on obtient le « flux lumineux restant de l’ensemble de l’installation ».
Le schéma ci-dessous indique l’évolution du flux lumineux de l’ensemble des lampes aux iodures métalliques de différents lots d’un fabricant donné.
La durée de vie utile est l’abscisse correspondant à un flux lumineux utile restant de 80 %.
La durée de vie utile de la lampe associée au graphe ci-dessus est de 5 000 heures.
Si l’on regarde sur le graphe donnant la durée de vie moyenne, on voit que cela correspond à un arrêt de fonctionnement d’environ 5 % des lampes du lot. Cette correspondance permet de savoir, en pratique, quand la fin de la durée de vie utile (la durée de service) est atteinte : lorsque 5 % des lampes ne fonctionnent plus il est temps de procéder au remplacement de toutes les lampes.
Ces courbes sont données par les fabricants pour chaque type de lampes.
Remarque.
Les durées de vie des lampes présentées ici sont les durées de vie utiles. Dans leur catalogue, les fabricants utilisent soit les durées de vie moyennes, soit les durées de vie utiles (inférieures aux durées de vie moyenne). Quelle que soit la définition utilisée, il faut être conscient que ces données sont déterminées dans des conditions particulières souvent différentes des conditions réelles de fonctionnement (par exemple : cycles d’allumage/extinction différents). Elles sont donc indicatives et ne peuvent être considérées comme absolues.
Attention : certains fabricants (principalement américains) utilisent une autre définition de la durée de vie d’une lampe : c’est la durée mesurée jusqu’à la mise hors service de la lampe. Ainsi, les lampes américaines sembleront avoir une durée de vie 2 à 3 fois plus élevée que celle des lampes européennes. Ce n’est évidemment pas le cas en réalité.
Production de radio interférence [éclairage]
Les ballasts ou encore les transformateurs pour lampes halogènes basse tension produisent des signaux haute fréquence qui peuvent affecter les autres consommateurs électriques.
Les luminaires choisis doivent donc être protégés pour éviter ce genre de désagrément. Tel est le cas des luminaires portant les marquages :
- Pour les luminaires à ballast électromagnétique.
- Pour les luminaires à ballast électronique.
- Pour tout luminaire.
En principe, les luminaires marqués « CE » respectent toutes les exigences de qualité et de sécurité prescrites par les normes. Cependant, vu le caractère obligatoire de ce marquage depuis le 1er janvier 1997, les luminaires sont maintenant tous marqués « CE » par leur fabricant, qui ne sont pas tenu de faire vérifier leurs appareils par un organisme de contrôle. Seul un marquage européen « ENEC » garantit le contrôle des produits par un organisme tiers.
Efficacité lumineuse des lampes
On évalue la qualité énergétique d’une lampe par son efficacité lumineuse (en lm/W) définie comme le rapport du flux lumineux (en lumen) par la puissance électrique absorbée (en watt).
À partir des catalogues de fournisseurs, il est possible de connaître exactement l’efficacité lumineuse d’une lampe.
Attention : l’efficacité lumineuse est fonction de la température ambiante autour de la lampe en situation stable. Une lampe fluorescente T8 (26 mm de diamètre) a une efficacité lumineuse maximale à 25°C de température ambiante tandis que la lampe fluorescente T5 (16 mm de diamètre) atteint, quant à elle, sa valeur optimale à 35°C. La performance énergétique des LED dépend fortement de la température. Les LED aiment le froid. Une bonne évacuation de la chaleur produite par la diode est donc très importante pour le rendement lumineux de la source. Pour autant que l’on s’écarte des températures idéales, les valeurs des flux lumineux chutent très vite.
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Exemple : voici un extrait d’un catalogue existant. On y repère pour la première lampe, un flux lumineux de 1 000 lm pour une puissance de 15 W, ce qui équivaut à une efficacité lumineuse de 1 000 lm / 15 W = 67 lm/W.
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Facteur de maintenance d’un luminaire
Pour un luminaire intérieur
L’éclairement moyen fournit par un luminaire ou un groupe de luminaires diminue au cours du temps depuis sa valeur initiale jusqu’à la valeur requise.
La valeur requise de l’éclairement moyen Em est définie dans la zone de travail par la norme EN 12464-1. C’est la valeur minimum de l’éclairement moyen à maintenir pendant toute la durée de vie de l’installation.
La valeur initiale de l’éclairement moyen est calculée par l’auteur du projet en tenant compte du Facteur de Maintenance FM :
| Emoyen initial = Emoyen requis / FM |
Plusieurs phénomènes interviennent dans la réduction du niveau d’éclairement moyen de l’installation :
- réduction de la quantité de lumière diffusée par les lampes au cours de leur durée de vie (valeur de la durée économique),
- panne de lampe, sans changement immédiat,
- encrassement des luminaires au cours de leur durée de vie,
- encrassement du local réduisant la réflexion lumineuse.
A chacun de ces phénomènes on associe un facteur qui entrera dans le calcul du facteur de maintenance :
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Ces facteurs peuvent être évalués et lorsqu’ils sont multipliés entre eux, ils donnent la valeur du Facteur de Maintenance.
FM = LLMF x LSF x LMF x RSMF
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Un petit exemple aide à comprendre cette notion : Soit un bureau équipé de luminaires montés avec des lampes T5. Selon la norme EN 12464-1, le niveau d’éclairement Em minimum est de 500 lux. Les valeurs des différents facteurs sont consignés dans le tableau suivant :
Ceci signifie donc que l’auteur de projet devra surdimensionner son installation de 20 %; soit 500 lux / 0.8 = 625 lux. |
Dans la pratique, Le Facteur de maintenance varie de 0.5 pour des éclairages indirects dans des locaux encrassés jusqu’à 0.9 pour des éclairages directs utilisant des luminaires de qualité optique élevée, des lampes de haut rendement, et des ballasts électroniques dans des locaux propres.
Les valeurs de référence prises couramment sont 0.8 pour les luminaires équipés de ballasts électromagnétiques et de 0.9 pour ceux équipés de ballasts électroniques.
Pour un luminaire extérieur
FM = Emoy en exploitation / Emoy initial
avec,
- FM = facteur de maintenance (1 – FM = facteur de dépréciation).
- Emoy en exploitation = l’éclairement moyen en exploitation réelle.
- Emoy initial = l’éclairement moyen dimensionné.
Le facteur de maintenance est essentiellement fonction de l’étanchéité des luminaires et du degré de pollution du site:
| Catégorie de pollution | Degré de protection du luminaire | ||
| IP23 à 44 | IP54 à 55 | IP65 à 66 | |
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I : lieu moyennement pollué, site essentiellement rural et résidentiel. |
0,75 | 0,85 | 0,95 |
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II : lieu fortement pollué, soit site industriel ou urbain. |
0,5 | 0,7 | 0,85 |
Spectre lumineux d’une lampe
La lumière d’une source est constituée généralement d’une infinité de radiations à longueurs d’onde différentes. C’est de cette distribution de longueurs d’onde, représenté par un spectre lumineux, que dépendent la température de couleur et l’indice de rendu des couleurs.
Exemple.
- Tube fluorescent rayonnant une lumière très proche de la lumière naturelle (IRC = 98).
- Tube fluorescent ayant un bon IRC (IRC = 75) mais pour laquelle les teintes rouges sont accentuées. Ce type de lampe est par exemple recommandée dans les boucheries car elle donne un aspect plus agréable aux marchandises.
- Tube fluorescent avec un mauvais IRC (IRC = 50).
- Lampe à vapeur de sodium avec un très mauvais IRC (IRC = 20). Elle est principalement utilisée pour les éclairages routiers.
Spectre lumière naturelle.
Lampe à incandescence.