Eclairage d'une table dans une salle de classe

Le confort visuel est multifactoriel. Il dépend de l'éclairement, de l'éblouissement, de l'uniformité, du rendu de couleur et de la température de couleur.

L'objectif de cette activité est d'étudier le confort visuel apporté par l'éclairage du table dans une salle de classe à l'aide du lampe de bureau.

La table est éclairée par une lampe de bureau équipée d'une ampoule Philips CorePro LED.

Partie 1. Activité préparatoire : étude de l'ampoule

Une recherche sur le site du fabricant nous permet de trouver la fiche produit de l'ampoule que nous étudions :

Question 1. A partir des données techniques de l'ampoule, déterminer son flux lumineux.

Question 2. Déterminer son efficacité lumineuse enlm/Wlm/Wlm/W.

Tableau 1. Efficacité lumineuse de différents types de lampes (source : Wikipédia "Efficacité lumineuse d'une source"))

Question 3. Depuis septembre 2018, les lampes halogènes sont interdites à la vente et à la fabrication dans l'ensemble de l'union européenne. A partir des données du tableau 1, expliquer la décision de la commission européenne.

Tableau 2. Paramètres à respecter vis-à-vis du confort visuel selon la norme EN 12464-1 en fonction du type de tâche dans un bâtiment scolaire.

Question 4. A partir de l'extrait de la norme EN 12464-1 (ci-dessus) et de la documentation technique de l'ampoule étudiée, déterminer si celle-ci respecte le critère d'indice de rendu des couleurs.

Partie 2. Estimation de l'éclairement par le calcul

Pour des cas simples (une à deux sources lumineuses), il plus rapide de procéder à des calculs que recourir à un logiciel de simulation.

Le calcul se déroule en deux étapes :

1. Détermination de l'intensité lumineuseIIIencdcdcd (candela) en fonction de la direction du flux lumineux,

2. Calcul de l'éclairementEEEenluxluxluxreçu par la surface à partir de la formule suivante :

E=I⋅cos3(α)h2E = \frac{I \cdot cos^3(\alpha)}{h^2}E=h2I⋅cos3(α)​

Avec,I(cd)I \text{(cd)}I(cd)l'intensité lumineuse,α(rad ou °)\alpha \text{(rad ou °)}α(rad ou °)l'angle entre la direction du flux et la perpendiculaire à la surface,h(m)h \text{(m)}h(m)la distance entre la source lumineuse et la surface.

Les différents paramètres peuvent être représentés sur un schéma :

Figure 1. Calcul de l'éclairement en un point d'une surface

Éclairement d'un point à la verticale de l'ampoule

Diagramme photométrique de l'ampoule Philips CorePro LED

Question 5. A partir du diagramme photométrique ci-dessus, déterminer l'intensité lumineuseI0°I_{0°}I0°​encd/klmcd/klmcd/klmpour un angle de 0°.

Question 5. A partir du diagramme photométrique ci-dessus, déterminer l'intensité lumineuseI0°I_{0°}I0°​encd/klmcd/klmcd/klmpour un angle de 0°.

Question 6. A partir du résultat précédent et du flux lumineux de l'ampoule, déterminer l'intensitéI0°I_{0°}I0°​encdcdcd​

On souhaite maintenant déterminer l'éclairement reçu par un point qui n'est directement sous l'ampoule.

Dans le cas où le point de calcul de l'éclairement est à la verticale de la source, la formule se simplifie et devient :

E=I0h2E = \frac{I_0}{h^2}E=h2I0​​

Question 7. A partir de la formule de l'éclairement ci-dessus, calculer l'éclairementE0°E_{0°}E0°​ (lux) à la verticale de l'ampoule.

Éclairement d'un point décalé par rapport à la verticale

On souhaite maintenant déterminer l'éclairement reçu par un point qui n'est pas directement sous l'ampoule.

On souhaite maintenant déterminer l'éclairement reçu par un point qui n'est pas directement sous l'ampoule.

On prendra une distance de décalageAB=20 cmAB=20 \text{ cm}AB=20 cmet une hauteurh=30 cmh=30 \text{ cm}h=30 cm(cf. Figure 1).

Question 8. Vérifier que l'angleα\alphaαentre la direction du flux lumineux et la verticale est d'environ 34°.

Question 9. A partir du diagramme photométrique et de l'angle, déterminer (environ) l'intensité lumineuse encd/klmcd/klmcd/klm. En déduire l'intensitéI34°I_{34°}I34°​encdcdcdpuis calculer l'éclairementE34°E_{34°}E34°​à l'aide de la formule générale.

Question 10. A partir de l'intensité et de la formule générale de l'éclairement, calculer l'éclairementE34°E_{34°}E34°​.

Partie 3. Estimation de l'éclairement par la simulation

Dans un premier temps, suivre les tutoriels vidéo ci-dessous pour modéliser l'éclairement sous Dialux Evo.

Prendre en main Dialux Evo

Créer une pièce avec une géométrie simple

Ajouter du mobilier et des luminaires

Calculer un éclairement sur un point précis

Pensez à noter les résultats de simulation (E0°E_{0°}E0°​etE34°E_{34°}E34°​)

Calculer l'uniformité sur un plan

Comparaison des résultats

Question 10. Proposer un protocole expérimental simple (2 à 3 phrases) afin de mesurerE0°E_{0°}E0°​etE34°E_{34°}E34°​.

Question 11. Proposer un protocole expérimental simple (2 à 3 phrases) afin de mesurer les éclairementsE0°E_{0°}E0°​ etE34°E_{34°}E34°​.

Question 12. A l'aide d'un tableur (ex: Excel), représenter les différences de résultats des éclairements mesurés, calculés et simulés pourE0°E_{0°}E0°​etE34°E_{34°}E34°​​

Respect de la norme EN 12464-1

Question 13. A partir du Tableau 2, et pour les critères d'éclairement et d'uniformité, dire si la solution "lampe de bureau" satisfait les exigences de la norme.

Question 14. On constate que le critère d'uniformité n'est pas respecté. En modifiant la simulation, trouver une solution permettant d'atteindre le niveau de performance exigé par la norme EN 12464-1 pour une salle de classe.

Une solution acceptable en terme d'uniformité et d'éclairement pourrait être de doubler le nombre de luminaires et de les positionner à 1,70 m du sol. Toutefois on constate qu'un calcul de l'UGR (indice d'éblouissement) dépasse le seuil fixé par la norme :UGR=20,1>19UGR=20,1 > 19UGR=20,1>19(image ci-dessous).

Comme la solution précédente n'est pas satisfaisante en terme d'éblouissement, on décide de mettre en place un autre luminaire : un THORN OMEGA Pro 32 W (documentation technique ci-dessous).

Les résultats de simulation sont les suivants :

Résultats de simulation pour le luminaire THORN

Question 14. A partir des résultats de simulation ci-dessus et de la documentation constructeur, conclure sur le respect des différents critères de la norme présents dans le Tableau 2.

Confort visuel et température de couleur

En plus des critère normatifs, il est important de considérer la température de couleur. Elle joue un rôle important dans le confort visuel.

Le diagramme ci-dessous représente la zone de confort en fonction de la température de couleur de la source et de l'éclairement.

Diagramme de Kruithof

Question 15. A partir du diagramme ci-dessus, des résultats de simulation pour le luminaire THORN et de la documentation technique, conclure sur ce dernier critère de confort. Quelle amélioration faudrait-il apporter ?