[PDF] SDeuxième cours ENPC Ballon fluorescent à vapeur de mercure.

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1

ENPC-GCC Ambiances lumineuses

Module 2

Céline Villa

IFSTTAR ² LEPSIS

2

Au sommaire du cours

I.Les sources de lumière

II.Le confort visuel

III.Dimensionnement éclairage artificiel

IV.Lumière et rythmes biologiques

3

I. Les sources de lumière

1.Lampes à incandescence

2.Lampes à décharge

3.Diodes électroluminescentes

4.Grandeurs caractéristiques

4

I.1 Lampes à incandescence - 1881

‡Filament conducteur parcouru par un courant

‡Fer-1400K (Edison-1878)

‡Tungstène-2700K (Coolidge-1906)

‡5M\RQQHPHQP G·XQ ŃRUSV QRLU

‡Echauffement par effet Joule

‡Ampoule de verre

‡8Q JM] LQHUPH OH .U\SPRQ pYLPH O·R[\GMPLRQ

GH O·MLU HP UMOHQPLP OM VXNOLPMPLRQ GX ILOMPHQP

400 500 600 700 Ȝ(nm)

Energie Relative

3.0 2.0 1.0 5

Incandescence aux halogènes

YI·MÓRXP G·XQ OMORJqQH NURPXUH GH PpPO\OH crée un cycle régénérateur du tungstène

YDurée de vie plus longue et température du

filament plus élevée (env. 3000K) (1) Sublimation (2) Association des atomes de tungstène et du gaz halogène

2700 K

6

Incandescence aux halogènes

12V avec réflecteur:

angle du faisceau (10° à 60°)

12V sans réflecteur 220V

YAmpoule remplie de gaz ou vapeur métallique

YDécharge électrique entre 2 électrodes

! GpSOMŃHPHQP G·pOHŃPURQV

YCollision avec les atomes de gaz ou vapeur

YProduction par électro-rayonnance

²Énergie sous forme de rayonnement lumineux

²Ou UV invisible + couche fluorescente

=> Rayonnement visible

YTemps de chauffe

7

I.2 Lampes à décharge

8

Appareillage électrique

YLe Starter déclenche la décharge

YLe Ballast la maintient:

²Ballast ferromagnétique

YConsommation énergétique

15 à 20% de la puissance du tube

²Ballast électronique

YConsommation divisée par 2

YFlux plus élevé et durée de vie + longue YPossibilité de gradation de 1% à 100% du flux

Emission en majorité visible

Lumière couleur jaune vert orange

Tunnels

Eclairage public

IRC Inexistant

400 500 600 700 Ȝ(nm)

W/5nm/lm

800
600
400
200

Sodium Basse Pression - 1932

Lumière blanche à reflets jaunes orangés

Halls industriels, complexes

sportifs, éclairage public, tunnels, zones portuaires > 12000h, Faible maintenance,

IRC 80

400 500 600 700 Ȝ(nm)

W/5nm/lm

400
300
200
100

Sodium Haute Pression ² 1969

Ballon fluorescent à vapeur de mercure

Lumière couleur blanche à reflets bleutés

UV + phosphore => Autres spectres visibles

Eclairage public

50 à 1000 W

8000 à 12000 h

400 500 600 700 Ȝ(nm)

W/5nm/lm

400
300
200
100

Vapeur de mercure ² 1932

Lumière couleur blanche, reflets bleutés ou orangés (Iodiures métalliques/Metal Halid lamp) +MOOV G·H[SRVLPLRQV 6PRŃNMJH %kPLPHQPV PHUPLMLUHV

Stades, Eclairage public, Jardins

Façades

95 lm/W, IRC 80-85, 10 000 h

400 500 600 700 Ȝ(nm)

W/5nm/lm

250
200
150
100
50

Halogénures métalliques ² 1961

13

Tubes Fluorescents - 1936

YLampe à décharge BP

YArgon + vapeur de mercure BP

YEmission UV

YPoudres fluorescentes

Y([ŃLPpHV SMU O·89 pPHPPHQP GMQV OH YLVLNOH

YDiamètres

²38 mm (T12)

²26 mm (T8)

²16 mm (T5)

YLongueurs

²0m60 (18W)

²1m20 (36 W)

²1m50 (58 W)

Tubes Fluorescents

W/5nm/lm

400
300
200
100

400 500 600 700 Ȝ(nm)

W/5nm/lm

400
300
200
100

3000 K

4000 K

400 500 600 700 Ȝ(nm)

15

Lampes fluorescentes compactes ² 1980

YAlimentation incorporée

YAlimentation séparée

16

Variations du flux lumineux dans le temps

YLumière produite par ionisation des atomes de

gaz présents dans l'ampoule.

Y60000 h, HF 60lm/W, BF 80 lm/W

Atome de vapeur

métallique Lumière visible

Luminophore

Lampe à induction

18

3. Diodes électroluminescentes - 1962

Coupelle réflectrice

(permet de rediriger les rayons lumineux)

Cathode Anode

Puce (émet de la

lumière)

Lentille

YComposants électroniques semi-conducteur

(Indium, Gallium, Nitride, Phosphide, Aluminum)

YEmet de la lumière quand il est parcouru

par un courant électrique

YEffet électroluminescent (Jonction PN)

19

3. Diodes électroluminescentes - 1962

Électrons

Trous

Vers Anode

20

YSources monochromatiques

²Rouge

²Ambre

²Vert

²%OHX"

Diodes électroluminescentes

21

YLumière blanche

²Combinaison Leds RVB + autres

²Led Royal Bleue +

Poudres fluorescentes

Diodes électroluminescentes

Luminophore

Luminophore

(phosphore) 22

FRPSRVMQPV G·XQ V\VPqPH j I(G

Radiateurs

Optique

I(GV Ą pOHŃPURQLTXH G·MOLPHQPMPLRQ

23

YRemplacement progressif des autres sources

Diodes électroluminescentes

Incandescentes à bulbe Spots Tubes fluorescents

YAvantages:

Forte luminance, Bonnes couleurs saturées, Petites dimensions et faible SRLGV 5RNXVPHVVH IRQJXH GXUpH GH YLH )MLNOH PHQVLRQ G·MOLPHQPMPLRQ

40-80 lm/W pour une lampe à LEDs (chaleur)

YLimites

-GMYMQPMJH MGMSPp j O·pŃOMLUMJH LQPpULHXU 6XUŃOMXIIH -Qualité et efficacité inégales entre les fabricants de Leds -Flux lumineux limité (en 2010 ADEME Incandescence de 40W) et concentré -Manque de méthode (performances énergétiques et visuelles) -Forte luminance => Eblouissement -Impact sanitaire des LEDs (spectre bleu de forte intensité, danger pour la rétine)

Qualité et performances à améliorer

Connaissances à améliorer

Diodes électroluminescentes

YOrganique = contient du carbone

YElectroluminescence avec Structure organique

²Superposition de plusieurs couches semi-

conductrices organiques entre deux électrodes dont l'une est transparente.

YFlexible, pliable

YFaible poids & dimensions

YDurée de vie limitée

(14000 h)

Y6HQVLNOH j O·OXPLGLPp

Diodes organiques OLEDs

26

I.4 Grandeurs caractéristiques des lampes

YPuissance (W)

YEfficacité lumineuse (lm/W)

Flux lumineux divisé par la puissance consommée

YDurée de vie (x1000 heures)

YTempérature de couleur (K)

Température à laquelle un corps noir devrait être porté pour produire une " lumière blanche » de même couleur

YIndice de rendu de couleurs (0-100)

Capacité d'une source de lumière à restituer les différentes couleurs du spectre visible comparée à une source de référence

YTemps de chauffe ou de mise en régime

27

Comparaison des températures de couleur

Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K

Fluo. 5000 K Fluo. 6300 K Fluo. Industrie

28

Comparaison indice de rendu des couleurs

Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K

Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte

29

Temps de chauffe des lampes à décharge

Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K

Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte

t = 0 mn 30

Temps de chauffe des lampes à décharge

Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K

Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte

t = 0 mn 30 s 31

Temps de chauffe des lampes à décharge

Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K

Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte

t = 1 mn 32

Temps de chauffe des lampes à décharge

Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K

Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte

t = 1 mn 30 s 33

Temps de chauffe des lampes à décharge

Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K

Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte

t = 2 mn 34

Temps de chauffe des lampes à décharge

Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K

Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte

t = 2 mn 30 s 35

Temps de chauffe des lampes à décharge

Inc. 2500 K Fluo. 3000 K Fluo. 3800 K

Vapeur Mercure Vapeur Sodium BP Lampe mixte

t = 3 mn 36
Grandeurs caractéristiques des lampes Type de sourcePuissance (W)

Efficacité

lumineuse (lm/W)

Durée

de vie (heures)

Température

de couleur (Kelvins) Rendu des couleurs

Temps de

mise en régime (mn)

Rallumage

immédiat après extinction

Résistance

aux chocs et intempéries

Incandescence

ordinaire

15 à 50010 à 2010002700Très bon

100
0oui

Incandescence

aux Halogènes

40 à 200012 à 2520002800 à 3000Très bon

100
0oui Tubes fluorescents

14 à 8060 à 1055000 à

19000

2700 à 6500De 60 à

98

0 à 1oui

Lampes

Fluorescentes

Compactes

5 à 5540 à 908000 à

15000

2700 à 650080 à 900 à 1oui

Vapeur de

Sodium BP

35 à 180130 à 18012000 à

18000

1800Inexistant10non

Vapeur de

Sodium HP

70 à 400

(35 à 100 blanc)

85à 140

(35 à 50 blanc)

13000 à

16000

2000 à 2500Moyen65

(83 blanc)

5nonBonne

Vapeur de

Mercure HP

50à 100011 à 368000 à

12000

3500 à 4300Mauvais

50

3 à 5nonBonne

Halogénures

Métalliques

35 à 200080 à 1056000 à

12000

3000 à 460080à 852 à 5nonBonne

Lampe à

induction

55 à16560à 80

lm/W

600002700 à 4000800 à 1ouiBonne

LED<1 à 14.560(marché)

à 220 (labo)

50000 à

100000

2700à 300080-900ouiBonne2700 à 6500

37

Evolution des efficacités lumineuses

Pas de lampes sans luminaires !

YAlimentation électrique des lampes

²Douilles

²Ballast et starter si nécessaire

YProtection des lampes

²FRQPUH OHV ŃORŃV O·OXPLGLPp O·HMX"

YGLVPULNXPLRQ GX IOX[ GMQV O·HVSMŃH

²Concentration ou dispersion

Y5pGXŃPLRQ GH O·pNORXLVVHPHQP

38
39

Liens Fabricants Lampes/Luminaires

Ywww.philips.fr

Ywww.thornlighting.fr

Ywww.sylvania-lamps.com

Ywww.osram.fr

Ywww.erco.fr

Ywww.disano.fr

Ywww.zumtobel.fr

Ywww.artemide.com

Ywww.deltalight.com

40
(PLTXHPPH pQHUJLH G·XQH OMPSH

YLampes > 4 W et < 6500 lm

YTubes fluorescents : A ou B

YLampes fluocompactes : A ou B

YLampes à LED : A ou B

YLampes aux halogènes : C ou D

YLampes classiques : E ou F

41

Informations données par les fabricants

1.Classe énergie

2.Durée de vie

3.Equivalence avec

O·LQŃMQGHVŃHQŃH

4.Flux lumineux

5.Dimensions

6.Nb. de cycles

allumage/extinction

7.Température de couleur

8.GXUpH G·MOOXPMJH

9.Gradation possible ?

10.Contenu en mercure

42

Informations données par les fabricants

43

Informations données par les fabricants

YCode couleur des tubes fluorescents: XYZ

YX premier chiffre rendu des couleurs : 8 (85)

YYZ deux premiers chiffres T couleur : 30 (3000)

44

Disparition des lampes énergivores

YVote européen du 8 Décembre 2008

Y1er Sep 2009

²Incandescentes non claires

²Fluocompactes classe B

²Lampes classes F et G

²HQŃMQGHVŃHQPHV • 100 J

²+MORJqQHV • 7D J HP GH ŃOMVVHV G HP (

Y1er Sep 2010

²Incandescentes de 75 W

²Halogènes de 60 W et de classes D et E

45

Disparition des lampes énergivores

Y1er Sep 2011

²Incandescentes de 60 W

²Halogènes de 40 W et de classes D et E

Y1er Sep 2012

²Incandescentes de 25 et 40 W

²Halogènes de 25 W et de classes D et E

Y1er Sep 2013

²Incandescentes dites " linolites »

Y1er Sep 2016

²Lampes de classe énergétique C (dont Halogènes) 46

Recyclage des lampes

YCollecte et recycle les lampes des

particuliers et des professionnels

YCréé en 2005 par plusieurs

IMNULŃMQPV MJUpp SMU O·pPMP

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