LAMPE ELECTRIQUE

-lampe électrique

Une lampe électrique est un appareil destiné à l'éclairage, constitué d'une

ampoule (partie en verre, où est émis le flux lumineux) et d'accessoires de

structure (support, douille....)

Bien que sa fonction soit l'éclairage, un pourcentage important de son énergie est

perdu en chaleur (effet Joule)

Une lampe électrique a comme paramètres utilitaires :

 

LA PUISSANCE CONSOMMÉE Pc(mesurée en Watts)

C'est la puissance fournie par le circuit électrique d'alimentation pour que la lampe

fonctionne (puissance que l'on paye au fournisseur d'électricité)

La puissance d'une lampe(sur courant alternatif) est   P = U.i.cosφ

donc par exemple pour une lampe LED, si la tension d'utilisation est  U= 237 Volts, si

l'intensité qui la traverse est  i = 0,025 Ampères et si le coeff de puissance  de

l'installation est cosφ = 0,56 >>> la puissance de la lampe sera 3,3 Watts

 

LA PUISSANCE FOURNIE par la LAMPE est  Pf(exprimée en lumens)

C'est la puissance (ou flux) exprimée par la lampe sous forme de lumière.

Cette Pf va en pratique de 200 à 10.000 lumens

On la nomme usuellement flux lumineux, mais parfois elle est dite luminosité (terme

qui est pourtant habituellement réservé aux flux issus des astres)

 

 LE RENDEMENT REEL

Si une lampe consomme P Watts (au compteur) et restitue Pf (puissance fournie en

lumière, et exprimée en Watts mais pas en lumens)

le rendement (vrai) de la lampe est Pf / P

 

LE RENDEMENT COMMERCIAL

est le rapport entre la lumière produite pour s'éclairer et la consommation mesurée à la

source MAIS comme on exprime alors cette puissance lumineuse produite en lumen par

Watt, le rendement commercial (exprimé en lumen par Watt) n'est plus un rendement

au sens littéral (qui est toujours un rapport entre 2 notions exprimées en mêmes unités

et donc inférieur à 1) mais c’est une efficacité lumineuse 

Cette efficacité symbolisée Ye (en lumens/Watts) est exceptionnelle pour les lampes à

vapeurs (> 100),très bonne pour les lampes fluolinéaires ainsi que la plupart des LED /

OLED(80 à 100), elle est bonne pour les incandescentes halogénées et les

fluocompactes (60 à 70) et elle est faible pour les anciennes lampes à incandescence (10 à 25),

On trouve (en France) une labellisation de ce rendement commercial Ye sous la forme

d'une échelle allant de la lettre A (ces lampes sont dites économiques, car Ye> # 80)

puis par des lettres B, C, D, E, F, correspondant pour chaque nouvelle lettre à une

diminution de 10 du coefficient Ye et enfin la lettre G , pour Ye < 20, correspondant à

des lampes dites énergivores

 

LE RENDU DE COULEURS (OU I.R.C)

est le pourcentage de qualité des couleurs entre celles rendues par la lampe,

comparées aux couleurs perçues en lumière solaire

l'IRC est excellent quand il dépasse 90 (cas des lampes incandescentes, fluorescentes

et quelques LED), il est bon pour des valeurs entre 50 et 80 (lampes fluocompactes et

halogénées) et il est faible au-dessous de 30 (lampes à vapeurs de Na ou Hg)

 

LE COLORIS DE LUMIÈRE (c'est à dire la couleur générale qu'on perçoit dans

l'émission de la lampe, par exemple rosâtre, bleuâtre, etc)

En fait cela provient de la longueur d'onde moyenne d'émission de la lampe, mais les

constructeurs ne parlent pas de longueur d'onde, ils utilisent le paramètre dit

"température" exprimé en degrés Kelvin (°K), sachant que d'après la

loi de Planck la longueur d'onde émise par un corps est proportionnelle à sa température

Une température de 2500 à 2800 K correspond à des lumières chaudes, c'est à dire des

longueurs d'onde tirant sur l'orangé

Une température de 3200 à 4000 K correspond à des lumières neutres, c'est à dire des

longueurs d'onde jaune-vert-blanchâtre

Une température de + de 5000 K correspond à des lumières froides, c'est à dire des

longueurs d'onde bleu-violacé

 

LA LONGÉVITÉ (mesurée en heures)

 

L'EFFICACITÉ ÉLECTRONIQUE (pour les lampes électroniques)

C'est le rapport (sans dimension) entre la tension de grille et la tension anodique

 

Les LAMPES à INCANDESCENCE ont un filament métallique qui, par échauffement

intense, produit beaucoup de chaleur et peu de lumière (5%)

Type incandescence XX° siècle (périmées)

(filament de Tu dans le vide ou le Kr ou l'Ar)

Puissance (usuelle 25 à 100 W et exceptionnellement 120 à 200 W)

Rendement commercial (14 à 25 lm/W)

I.R.C (Indice rendu de couleurs) # 100

Longévité (1000 à 5000 heures)

Type incandescence à halogène, pour habitat

(filament Tungstène dans 1 gaz Brome ou Iode)

Puissance (usuelle 40 à 200 W et plus si usage en éclairage indirect >> 300 à 700 W)

Rendement commercial (60 à 95 lm/W)

Indice rendu de couleurs (70 à 80)

Coloris jaune-vert

Longévité (2000 à 4.000 heures)

Type incandescence à halogène, pour véhicules

(filament Tungstène dans 1 gaz Brome ou Iode)

Puissance (50 à 75 W)

Rendement commercial (60 à 95 lm/W)

Indice rendu de couleurs (70 à 80)

Longévité (2000 à 5.000 heures)

Usage en T.B.Tension (< 50 V)

 

LAMPES A DECHARGE de GAZ  PREMIER TYPE (dites fluorescentes)

Fluorescente à tube droit

(décharge en gaz Ar ou Ne, tube poudré à aluminate)

Puissance (16 à 60 W)

Rendement commercial (80 à 105 lm/W)

Indice rendu de couleurs (70 à 85 mais pour les tubes blancs = 60)

Longévité (2000 à 5.000 heures)

Diverses couleurs (températures depuis  2700K, dites chaudes jusqu'à 6500K dites

froides)

Fluorescente à tube droit

(décharge en gaz Argon  ou Néon, tube poudré d'halophosphate)

Puissance (16 à 60 W)

Efficacité lumineuse -dite rendement- (60 à 75 lm/W)

Indice de rendu de couleurs (80 à 95)

Fluocompacte LFC

(tube enroulé à décharge en gaz + vapeur de Hg et Sn à raison de 3 à 5 mg)

Puissance (10 à 80 W)

Rendement commercial (60 à 75 et exceptionnellement 115 lm/W

Indice de rendu de couleurs (85)

Intensité progressive

Consommation = 25% des incandescentes

Durée de 6.000 à 15.000 heures

 

LAMPES à DECHARGE de GAZ , SECOND TYPE (dites à vapeur)

A halogénures métalliques

(décharge en gaz Argon haute pression, avec vapeur de Hg et sels métalliques)

Indice rendu de couleurs (40 à 60)

A vapeur de sodium en Basse Pression

(tube en U, décharge en Ne et % Ar avec traces de Na et borates)

Puissance (40 à 200W)

Rendement commercial (15 lm/W)

Indice de rendu de couleurs (15)

Longévité (6000 à 15.000 heures)

A vapeur de Na en Haute Pression

(tube en forme de U, décharge en Ne et % Ar avec Na et borates) Le Na (sodium)

vaporise à 270°

Puissance (35 à 400 W et exceptionnellement >>> 1000 W)

Rendement commercial (100 à 200 lm/W)

Indice rendu de couleurs  (15)

Longévité 6000 à 15.000 heures)

Lampe à Arc

(décharge dans Xénon) Usage en cinéma, ou pour des phares en mer-

Durée faible (< 1000 h.)

Lampe à vapeur de mercure

(décharge dans Ar à Haute Pression.+ vapeur de Hg)

Puissance (usuelle = 50 à 200 W et exceptionnellement 400 à 1000W)

Rendement commercial (90 à 140)

Indice de rendu de couleurs (15 à 50)

Usage en éclairage public

 

LAMPES DIODES

Diode électroluminescente (DEL en français, ou LED en anglais)

C'est une diode à rayonnement monochromatique et la lumière est créée par

l'électroluminescence d'un semi-conducteur. Fonctionnement en courant continu (d'où

présence nécessaire d'un convertisseur)

Puissance (1 à 20 W) Cette puissance est environ 12 à 15 % de celle des lampes à

incandescence produisant un même éclairement

Rendement commercial des LED (20 à 100 lm/W)

Cosinus phi >>> allant de 0,30 à 0,60

Indice de rendu de couleurs (80 à 85)

Les couleurs sont un mélange de bleu, émis par le semi-conducteur à longueur d'onde λ

# de 450 nm et de jaune, émis par le phosphore épandu sur la surface, sous une

longueur d'onde λ # de 600 nm-- Longévité (20.000 à 70.000 heures)

Usages (pour les petites puissances) les voyants (de veille), les appareils de poche et

lampes à manivelle

Usages (pour les puissances plus importantes) en éclairage d'habitats

 

Une L.E.D peut avoir une fonction "flash" (c'est à dire une grosse puissance en 1 instant

très court  de quelques microsecondes)

On lui affecte alors une caractéristique d'énergie (par ex. de 10 à 20.000 Joules) et sa

puissance est usuellement dans une gamme de 50 à 1000 Watts

 

Diode électroluminescente organique (OLED)

Constituée de matériaux organiques en couches minces (200 μm.) plaqués entre 2

électrodes

Rendement commercial 30 à 100 lm/W

Exitance 1000 nits

Usage en éclairage design et intégration dans documents papier

Durée 2000 h.

 

LAMPES à INDUCTION

Fonctionnement sans fil ni électrode

Puissance 15 à 400 W

Rendement commercial (60 à 80 lm/W)

Indice de rendu de couleurs (80 à 83)

Deux versions de fréquences : 230 kHz et 2.650 kHz

 

CARACTERISTIQUES d'une LAMPE

Comme les unités de lumière sont vraiment très spéciales, il est bon de rappeler les

terminologies concernant une lampe, à travers un exemple :

--supposons une lampe dont la puissance nominale est  Pt= 60 Watts

Si toute son énergie était transformée en lumière dans une zone où le coefficient

d'efficacité lumineuse ye est maximal- la lampe émettrait une puissance lumineuse de

(60 x 683)= 41.000 lumens

--sa luminance (qui est sa puissance surfacique spatiale émise, c'est à dire sa puissance

dans une section d'angle solide)  est donc D= Pt / (4.S) = 41.000 / 12,56.10-5 3.108 nits

--et l'éclairement qu'elle fournit (la puissance surfacique reçue) est p*= 835 lux

(correspondant à une puissance lumineuse reçue P = p*.l² où l = distance à la source)

soit donc, si l’on considère qu’on est à la distance l = 1 mètre, P = p* x 1² (d’où P= 835

lx-m², ce qui serait équivalent à une puissance émise de 835 lm, s'il n'y avait pas de

déperditions en chemin)

--mais son rendement (r) est le pourcentage entre la puissance réelle reçue et la

puissance lumineuse théorique émise (toutes longueurs d’ondes confondues) C'est donc

835 lm /41.000 lm soit # 2%, ce qui est très peu-

--alors on invente son rendement commercial qui est exprimé en mélangeant les unités

(unités d’usage pour la lumière et unités S.I.+ pour la puissance électrique disponible

totale)  Donc cela devient >> un rendement commercial, égal au rapport 835 lm / 60 W soit

ici # 14 lumens par Watt

Il faut bien remarquer que ce rendement commercial est une vulgaire astuce mercantile

, permettant de balancer le nombre 14, qui est bien plus valorisant que 0,02 -le minable

rendement technique évoqué ci-dessus-

--l'éclairement spatial reçu (dit illuminance, c'est à dire une puissance surfacique spatiale)

provenant de cette ampoule (qui est l’équivalent de la luminance diffusée, car on suppose

qu’il n’y a pas de déperditions) est Di = p*/4   donc numériquement Di = 835 /4= 66 lx/sr

--l'intensité lumineuse reçue (qui est la puissance spatiale) est P’ = D.l²  où l est la

distance de la source à laquelle on mesure cette intensité.

Donc, si on se trouve à une distance l = 10 mètres, P’= 66 x 10 = 660 lx-m²/sr

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