LAMPES ELECTRIQUES

-lampes électriques

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)

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.cosj

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 cosj = 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, et dont les valeurs

pratiques vont de 200 à 10.000 lumens

On la nomme usuellement flux lumineux, mais certains disent luminosité (terme qui est pourtant habituellement réservé au flux issu 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

Ce rendement est très faible, alors les fabricants ont bricolé une astuce pour le gonfler: c’est le rendement commercial

 

LE RENDEMENT COMMERCIAL

exprime la lumière utile en lumens, alors que la consommation mesurée à la source reste exprimée en Watt, donc le rendement commercial (exprimé en lumen par Watt)est un nombre “gonflé” qui donne l’impression d’une plus forte efficacité (c’est d’ailleurs tout simplement une sensibilité lumineuse)

Cette sensibilité symbolisée F'4 (en lumens/Watts) est exceptionnelle pour les lampes à vapeurs (elle est > 100),elle est très bonne pour les lampes fluolinéaires ainsi que pour 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 F'sous la forme d'une échelle allant de la lettre A (ces lampes sont dites économiques, car F'4> ~ 80) puis par des lettres B, C, D, E, F, correspondant pour chaque nouvelle lettre à une diminution de 10 du coefficient F'4   Et quand on atteint enfin la lettre G (pour F'4< 20on a affaire à des lampes dites énergivores

 

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

est le pourcentage de qualité des couleurs entre celles rendues à partir de la lampe, comparées aux couleurs perçues depuis la 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 un coloris tirant sur le rosâtre, le bleuâtre, etc)

En fait ce coloris provient de la longueur d'onde moyenne d'émission de la lampe, mais les constructeurs ne parlent pas de longueur d'onde, ils utilisent un paramètre dit "température" exprimé en degrés Kelvin (°K) On sait que, d'après la loi de Planck, la longueur d'onde émise par un corps est proportionnelle à sa température, d’où >>

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  est mesurée en heures (de marche)

 

L'EFFICACITÉ ÉLECTRONIQUE (pour les lampes électroniques)

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 un peu de lumière (5%)--

Type incandescence XX° siècle (quasiment 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 véhicule

(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 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 les tubes blancs = 60)

Longévité (2000 à 5.000 heures)

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

Fluorescente 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)

A 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

Lampe à Arc

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

Durée faible (< 1000 h.)

 

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 % 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) destinés aux voyants, appareils de poche et lampes à manivelle

Usage (pour 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 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 lla sensibilité spectrale F'4est maximale(c’est à dire en zone d’excellente perception oculaire) 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 / (4p.S) = 41.000 / 12,56.10-5 ~   3.108 nits(S est la surface d’émission, supposée de 10 mm²)

--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

--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 consommée totale)  Donc cela devient >> un rendement commercial = 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 est l’équivalent de la luminance diffusée (car on suppose qu’il n’y a pas de déperditions) soit Di = p*/4p   donc numériquement Di = 835 /4p= 66 lx/sr

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