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Eclairage et Photométrie 🔅

Bonte M. (2019) Cours d'éclairage et photométrie en STI2D option Architecture et Construction.

Cours

Diaporama du cours

Activités

Eclairage d'un cabinet d'architecture

Vue 3D du projet (fichier Sketchup disponible ici)

Après la fin de leurs études d’architecte, 4 amis décident de rénover des locaux à Bordeaux pour créer leur propre cabinet d’architecture.

Ils aimeraient que leur lieu de travail soit le plus confortable possible et notamment d'un point de vue du confort visuel.

Le travail s'effectue par groupe de 4 personnes.

Chaque personne aura à sa charge l'étude d'une pièce du cabinet d'architecture (de son choix).

Un compte rendu par groupe devra être rendu (sur le serveur) à la fin de la séance.

Vous pouvez vous aider de ce fichier excel pour vous aider à synthétiser vos résultats (pour télécharger : Fichier > Télécharger).

Présentation du projet

Le projet est en rez-de-chaussée. Il est constitué de 4 pièces. Les cotes principales sont données dans le plan ci-dessous.

Plan du cabinet

Vue aérienne du cabinet d'architecture

Cahier des charges

Les exigences du cahier des charges sont les suivantes :

Le FLJ doit être supérieur à 2,5% dans 80 des pièces du bâtiment (référentiel HQE),
L'éclairement moyen sur le plan utile doit être supérieur à 500 lux pour les bureaux et 300 lux pour le hall d'accueil (EN 12464-1),
L'indice de rendu des couleur doit être supérieur ou égal à 0,8 (EN 12464-1)
La température de couleur des luminaires doit respecter le diagramme de Kruithof (INRS)

Diagramme de Kruithof

Partie 1. Modélisation de la pièce

A l'ouverture de Dialux, choisir Planification de la pièce. Entrer les dimensions de la pièce que vous étudiez. On prendra une hauteur sous plafond de 2,80 m. L'épaisseur des murs est de 20 cm.

Vous devriez arriver à un aperçu similaire :

Meublez librement la pièce grâce à l'outil "Meubles et objets" dans l'onglet "Construction". Pensez à utiliser le catalogue de Dialux.

Vous devriez arriver à un aperçu similaire :

Grâce à l'outil Matériau dans l'onglet construction, vous pouvez modifier les matériaux dans la pièce. Pour cela, il faut sélectionner un matériaux dans le catalogue puis le glisser déposer sur une paroi. Par exemple, un parquet en chêne au sol et un crépi blanc sur les murs :

La pièce est modélisée mais elle ne dispose encore d'aucune fenêtre !

Partie 2. Etude de l'éclairage naturel (45 minutes)

A partir du tutoriel FLJ , dimensionner (en équipe) les ouvertures de chaque pièce pour que l'exigence du cahier des charges soit satisfaite.

Pour les questions qui suivent, vous pouvez vous aider du tableur mis à disposition avec le sujet.

Question 1. Indiquer le FLJ de chaque pièce dans le tableau 4.

Question 2. Remplir le tableau 1 avec l'ensemble des baies que vous avez créées.

Exemple d'une simulation de FLJ une fois les calculs effectués

Partie 3. Etude de l'éclairage artificiel (60 minutes)

Attention : Avant d'entamer cette partie, penser à désactiver la lumière du jour. Cela permet de ne prendre en compte que l'éclairement dû aux luminaires. Dans l'onglet Lumière et l'outil Scène d'éclairage, modifier la lumière du jour en "Pas de lumière du jour" (cf. image ci-dessous)

A partir du tutoriel sur l'ajout de luminaires, sélectionner et positionner des luminaires pour satisfaire les exigences du cahier des charges.

Question 3. Dans le tableur, compléter le tableau 2 avec les différents modèles de luminaires que vous avez sélectionnés. Leur prix est consultable dans le document suivant : tarifs THORN. Penser à utiliser une recherche Ctrl + F.

Question 4. Pour chaque pièce, calculer le coût moyen à partir de l'outil de consommation d'énergie (onglet lumière). Reporter ces coûts dans le tableau 3.

Coût moyen = (116+185)/2 = 150,20€/an

Question 5. Créer une copie de la feuille de calcul et réaliser une variante en modifiant les uniquement les luminaires. Reporter tous nouveaux résultats dans la feuille variante.

Question 6. A partir de la feuille de calcul Comparaison, dire si la variante est meilleure que le projet de base d'un point de vue économique.

Partie 4. Compte rendu (45 minutes)

A partir de questions précédentes et de vos résultats, rédiger un compte rendu (2 pages max.) indiquant vos conclusions sur l'aspect normatif (respect du cahier des charges) et économique du projet. Vous pouvez également reprendre des impressions d'écran Dialux ainsi que des résultats ou courbes issus du tableur.

Tutoriel FLJ dans Dialux Evo

1. Créer une pièce

Si la pièce n'est pas encore créer, créez-en une.

Onglet Construction
Outil Ouverture d'édifice
Modifier les dimensions de la menuiserie
Glisser déposer la menuiserie sur une paroi

3. Modifier le facteur de transmission lumineuse (TLw)

Une menuiserie ne laisse pas passer 100% du flux lumineux incident. Le rapport entre la quantité de lumière transmise et incidente est appelé facteur de transmission lumineuse et est notéTLWTL_WTLW. Il s'agit d'un nombre compris entre 0 et 1 et est parfois exprimé en %.

Le TLw dépend de la menuiserie mise en place (épaisseur du cadre, type de verre) et est donné par le fabricant (cf l'extrait de catalogue K-line ci-dessous).

Pour modifier le facteur de transmission lumineuse dans Dialux :

Onglet Construction,
Outil Matériaux,
Clic sur la menuiserie,
Modification du Facteur de transmission,
Glisser-déposer le matériau sur la menuiserie.

4. Lumière du jour

Pour calculer un facteur de lumière du jour, il faut qu'il "fasse jour" dans notre simulation.

Pour que Dialux simule cette lumière du jour et calcule le FLJ :

Onglet Lumière,
Outil Scène d'éclairage,
Modèle de ciel : Ciel couvert,
Lancer le calcul.

5. Résultats

Les résultats s'affichent maintenant sur la partie droite de l'écran.

Pour masquer une surface de calcul, cliquer sur l'icône visibilité (repère 1)
La facteur de lumière du jour moyen est disponible dans le tableau de résultats (repère 2) !

Tutoriel Ajout de luminaires dans Dialux Evo

L'objectif de ce tutoriel est d'importer un luminaire puis d'en positionner plusieurs de manière régulière (ex. image ci-dessous).

Positionnement de luminaires de manière régulière.

1. Importer un luminaire

Se rendre sur le site de THORN, dans la section produits.
Naviguer jusqu'à trouver le produit qui vous convient, par exemple celui-ci.
Cliquer sur le modèle de produit qui vous intéresse (image ci-dessous)

Une fois sur la page du modèle, cliquer sur "Transfert vers DIAlux" (image ci-dessous).

Une fois le téléchargement terminé, importer le fichier dans Dialux :
- 1. Onglet Lumière,
- 2. Outil Luminaires,
- 3. Importer fichier luminaires,
- 4. Sélectionner le fichier que vous venez de télécharger.

2. Positionner géométriquement des luminaires

Onglet luminaire,
Outil Luminaires,
Passer en mode plan,
Sélectionner le luminaire à positionner géométriquement,
Dessiner disposition rectangulaire,
Dessiner le rectangle sur le plan.

En repassant en vue 3D, on obtient cela :

Ne reste plus qu'à lancer le calcul !

Last updated 3 months ago

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 :

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

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"))

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.

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 :

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

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 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 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 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.

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

Eclairage d'un cabinet d'architecture

Vue 3D du projet (fichier Sketchup disponible ici)

Après la fin de leurs études d’architecte, 4 amis décident de rénover des locaux à Bordeaux pour créer leur propre cabinet d’architecture.

Ils aimeraient que leur lieu de travail soit le plus confortable possible et notamment d'un point de vue du confort visuel.

Le travail s'effectue par groupe de 4 personnes.

Chaque personne aura à sa charge l'étude d'une pièce du cabinet d'architecture (de son choix).

Un compte rendu par groupe devra être rendu (sur le serveur) à la fin de la séance.

Vous pouvez vous aider de ce fichier excel pour vous aider à synthétiser vos résultats (pour télécharger : Fichier > Télécharger).

Présentation du projet

Le projet est en rez-de-chaussée. Il est constitué de 4 pièces. Les cotes principales sont données dans le plan ci-dessous.

Plan du cabinet

Vue aérienne du cabinet d'architecture

Cahier des charges

Les exigences du cahier des charges sont les suivantes :

Le FLJ doit être supérieur à 2,5% dans 80 des pièces du bâtiment (référentiel HQE),
L'éclairement moyen sur le plan utile doit être supérieur à 500 lux pour les bureaux et 300 lux pour le hall d'accueil (EN 12464-1),
L'indice de rendu des couleur doit être supérieur ou égal à 0,8 (EN 12464-1)
La température de couleur des luminaires doit respecter le diagramme de Kruithof (INRS)

Diagramme de Kruithof

Partie 1. Modélisation de la pièce

A l'ouverture de Dialux, choisir Planification de la pièce. Entrer les dimensions de la pièce que vous étudiez. On prendra une hauteur sous plafond de 2,80 m. L'épaisseur des murs est de 20 cm.

Vous devriez arriver à un aperçu similaire :

Meublez librement la pièce grâce à l'outil "Meubles et objets" dans l'onglet "Construction". Pensez à utiliser le catalogue de Dialux.

Vous devriez arriver à un aperçu similaire :

La pièce est modélisée mais elle ne dispose encore d'aucune fenêtre !

Partie 2. Etude de l'éclairage naturel (45 minutes)

A partir du tutoriel FLJ , dimensionner (en équipe) les ouvertures de chaque pièce pour que l'exigence du cahier des charges soit satisfaite.

Pour les questions qui suivent, vous pouvez vous aider du tableur mis à disposition avec le sujet.

Question 1. Indiquer le FLJ de chaque pièce dans le tableau 4.

Question 2. Remplir le tableau 1 avec l'ensemble des baies que vous avez créées.

Exemple d'une simulation de FLJ une fois les calculs effectués

Partie 3. Etude de l'éclairage artificiel (60 minutes)

A partir du tutoriel sur l'ajout de luminaires, sélectionner et positionner des luminaires pour satisfaire les exigences du cahier des charges.

Question 4. Pour chaque pièce, calculer le coût moyen à partir de l'outil de consommation d'énergie (onglet lumière). Reporter ces coûts dans le tableau 3.

Coût moyen = (116+185)/2 = 150,20€/an

Question 5. Créer une copie de la feuille de calcul et réaliser une variante en modifiant les uniquement les luminaires. Reporter tous nouveaux résultats dans la feuille variante.

Question 6. A partir de la feuille de calcul Comparaison, dire si la variante est meilleure que le projet de base d'un point de vue économique.