Archive for the ‘Éclairage urbain’ Category

Une petite lampe très zen : la lampe au sodium basse pression

31 janvier 2016

Philips SOX-E 18 W - animation

Philips SOX-E 18 W – séquence de préchauffage.

Voici une lampe au sodium basse pression (ou LPS pour low pressure sodium), une espèce en voie de disparition qu’on reconnaît à sa teinte «orange pur».
La couleur rose est due au néon (avec un peu d’argon) qui permet l’amorçage. La séquence complète dure environ 10 minutes.

Jusque dans les années 60, l’éclairage public c’était ça : de l’orange bien orange. Et ailleurs, des lampes à mercure bleuâtres – pas d’entre-deux!

La lampe de 18W, illustrée ici, est un petit format (22cm de long quand même) destiné à éclairer une porte extérieure par exemple; les lampes d’éclairage public étaient bien plus longues et avaient des puissances en conséquence de 90 ou 180W.

L’inconvénient principal de ces lampes est qu’elles éclairent dans une teinte très précise du jaune (le mot qui fait savant : monochromatique). On voit «en noir et blanc» avec une teinte jaune : les blancs et les jaunes sont jaunes; rouges ressortent jaune foncé (gris) et les vrais gris aussi; les bleus comme les verts sont noirs; etc.

Donc même si elles ont un bon rendement, on voit mal.
Autre inconvénient : le temps de chauffe de plusieurs minutes.

C’était dans le top dans les années30, en même temps que les lampes à mercure moins efficaces mais qui éclairaient blanc-bleuté (certaines installation industrielles mixaient sodium basse pression et mercure : en résultait une lumière laiteuse, d’aspect très artificiel).

Toutefois dans les années 60 sont apparues les lampes au sodium haute pression, les lampadaires orangés qu’on voit absolument partout aujourd’hui et qui permettent de voir «en couleurs».

Les lampes à basse pression gardent quelques avantages, comme une bonne durée de vie, une absence de pollution lumineuse (appréciable pour les observatoires proches des villes) et un impact négatif sur les rythmes circadiens.

Aujourd’hui les leds (et quelques autres technologies) offrent une solution durable et très efficace qui font que cette sources lumineuse devient de plus en plus marginale.

Philips SOX-E 18 W - électrodes lors de l'allumage

Philips SOX-E 18 W – détail des électrodes lors des toutes premières secondes de préchauffage.

 

Philips SOX-E 18 W - séquence de préchauffage

Séquence complète de préchauffage (environ 10 minutes).

Ça clignote dans la rue!

21 novembre 2010

Rue Saint-Alexandre à Montréal, novembre 2010. On se croirait déjà à Noël : tous les lampadaires clignotent en même temps, comme une gigantesque guirlande électrique!
Merci à la défaillance du système d’allumage central!

Musique : introduction du film Bessie Smith, St. Louis Blues

Lumens, candelas et lux expliqués sous ma douche

29 avril 2010

Ampoule dans une ruelle à Montréal

J’y comprends rien!

— Dis papa, c’est quoi les lumens et c’est quoi la différence avec les candelas?

— Comme le dit si bien Wikipédia : « Par définition, 1 lumen correspond au flux lumineux émis dans un angle solide de 1 stéradian par une source ponctuelle uniforme située au sommet de l’angle solide et dont l’intensité vaut 1 candela ». Et « la candela est l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540 ×1012 hertz (correspondant à une longueur d’onde dans le vide de 555 nm) et dont l’intensité énergétique dans cette direction est précisément 1⁄683 watt par stéradian. »

— PFFF, J’AI RIEN COMPRIS!

Alors on va tâcher d’être moins savant mais plus clair. Pour faire bref :

  • flux lumineux : les lumens indiquent la quantité totale de lumière émise par une source lumineuse, dans toutes les directions à la fois;
  • intensité lumineuse : les candelas désignent la quantité de lumière émise dans une direction donnée;
  • luminance : les candelas/m² permettent de rendre compte de la luminosité de la surface (par exemple, le filament d’une lampe à incandescence est très brillant, tandis que si l’ampoule est dépolie, on sera moins ébloui);
  • éclairement : les lux représentent la quantité de lumière reçue sur une surface, sans aucune indication de la source lumière elle-même (qui peut être aussi bien faiblarde mais proche que très puissante mais lointaine).
Voici l’astuce mnémotechnique d’un lecteur, Pascal Paoli :
  • Candela : C’est   dans cette direction.
  • Lumen : Dans toutes les directions parce que lu mène à tout.
  • Lux : Le luxe, c’est d’être bien éclairé.

Pour commencer…

Imaginons que tu es dans ta douche. Quand tu tournes le robinet, le pommeau diffuse des gouttelettes d’eau.

Imaginons que la lumière, c’est cette eau. L’obscurité, c’est quand ta douche ne crache pas une goutte; la lumière, c’est quand tu t’en reçois plein la face.

Lumens = quantité totale

Tu es d’accord qu’il peut sortir plus ou moins d’eau de ce pommeau de douche. Par exemple quelques gouttes qui vont à peine te mouiller, ou des litres et des litres et tu seras trempé(e) en deux secondes.

Appelons cette mesure les lumens.

Les lumens représentent donc la quantité d’eau qui sort du robinet. Si j’ouvre le robinet à moitié j’aurai 10 lumens, si je l’ouvre à fond j’aurai 20 lumens.

Candelas = quantité, mais pas pareil

Ce que les lumens ne nous disent pas, c’est quelle quantité d’eau tu auras sur la tête (et pas ailleurs).

Si tu as déjà pris une douche dans ta vie, tu as remarqué que certains pommeaux te balancent un jet super fin qui fait bien mal, et que chez d’autres gens tu as de l’eau qui part dans tous les sens et que c’est à peine si tu peux te laver les cheveux.

Et tu as peut-être toi-même un pommeau de douche avec plusieurs positions qui te permet de passer de l’une à l’autre de ces extrêmes. Et pourtant, tu as toujours la même quantité d’eau qui sort : dans un cas, tout va dans la même direction en un jet puissant; dans l’autre cas, tu as un nuage de gouttelettes sans direction précise.

Et c’est là qu’on va parler de candelas. La candela sera notre unité de mesure de l’eau envoyée dans une direction déterminée.

La candela ne va pas te dire si ta douche débite beaucoup ou pas au total : elle va te dire quelle quantité sort dans une direction donnée.

Tu es sous ta douche sous un jet fin : si tu ouvres la bouche dans la direction du jet, tu peux boire; mais tu n’es même pas mouillé si tu te mets à côté.
Maintenant sors dehors et mets-toi devant le gros arroseur automatique du jardin public à côté de chez toi. Tu sais, le gros truc qui arrose une large surface de gazon. Même si tu ouvres la bouche, tu vas seulement avoir un peu d’eau sur la langue, pas assez pour boire. Et ça quel que soit l’endroit où tu es autour de la buse qui crache l’eau, car l’eau est diffusée tout autour.

Et tu es d’accord qu’au total le gros arroseur débite plus que ta petite douche, mais au niveau de ta bouche ce n’est pas pour autant que tu reçois beaucoup d’eau. Par contre si on mettait toute cette eau en un seul jet, ça ferait un sacré Karcher!

On répète donc :
Lumens = quantité d’eau totale qui sort de la douche.
Candelas = quantité d’eau dans une certaine direction.

Lux = quantité reçue

Mais il y a un autre aspect qu’on n’a pas abordé. Si tu approches ta bouche du pommeau de douche, tu peux absorber toute l’eau. Si en revanche tu t’en éloignes, il y a seulement un peu d’eau qui va dans ta bouche, la majeure partie du jet coule autour de toi.

Eh bien on va appeler « lux » cette quantité d’eau reçue, qui dépend en fait des autres facteurs : combien d’eau ta douche débite, quelle est la forme du jet et à quelle distance tu en es. Si tu as une douche qui coule peu mais avec un jet précis et que tu mets ta bouche juste en dessous, tu recevras au final autant d’eau que si tu es sous le gros jet de l’arroseur automatique.

Donc si tu me dis « j’ai reçu 10 lux dans la bouche », ça ne me donne aucune idée de quelle source tu les as eus : un petit jet fin ou un gros jet diffus dont tu n’as absorbé qu’une infime partie. Mais je sais quelle quantité tu as bue.

Indice de rendu des couleurs, température de couleur, c’est quoi ça?

Ça, on en parlera une autre fois! Considère que c’est un peu comme  le « goût » de l’eau, ça rien à voir avec la quantité. Ce qui ne m’empêche pas de mettre une photo pour faire joli :

Lampe de bureau à tubes fluorescents

Retour à la lumière

Relis ce que j’ai écrit mais en l’appliquant à la lumière, en imaginant une lampe et des « grains » de lumière à la place de l’eau.

Les lumens (lm) indiquent le flux lumineux, c’est-à-dire la quantité de lumière totale émise par une lampe, mais sans préciser comment cette lumière est répartie. Une ampoule classique de 40 W offre environ 500 lumens, une ampoule de 100 W dépasse les 1600 lumens.
Cette mesure est toutefois bien pratique pour déterminer la luminosité réelle d’une source de lumière « nue ». Tu sais par exemple qu’une led de 200 lumens éclaire comme deux leds de 100 lumens (oui, les lumens s’ajoutent, même si notre œil perçoit l’écart entre 100 et 200 lumens comme assez minime et non comme « deux fois plus fort »).

Le flux lumineux en lumens permet également d’évaluer l’efficacité (ou le rendement) de cette source : une ampoule à incandescence produit environ 20 lumens par watt (20 lm/w) tandis que les dernières générations de leds dépassent allègrement les 100 lumens par watt (100 lm/w). Pour une même quantité de lumière, la led consomme donc cinq fois moins d’électricité que l’ampoule classique.

Les candelas (cd) correspondent à l’intensité lumineuse, la quantité de lumière émise dans une direction donnée. C’est pour cela qu’on trouve des lampes qui vantent le million de candelas : c’est comme un jet très puissant, mais au final il n’y a pas tellement de lumière qui est émise par l’ampoule; c’est juste que cette lumière est très canalisée.
Pour mes phares de voiture par exemple, peu m’importe la mesure en lumens : ce sont les candelas qui m’intéressent car je veux savoir quelle quantité de lumière j’aurai sur la route, devant moi.

Les deux graphiques ci-dessous montrent la répartition lumineuse de deux lampes différentes :

  • à gauche, toute la lumière est dirigée vers le bas dans un angle de 30°;
  • à droite, la lumière est diffusée autour de la lampe et surtout sur les côtés.

Graphiques d'intensité lumineuse (Thorn Lighting)

Plafonnier Invincible II avec diffuseur prismatique de Thorn
© Thorn (www.thornlighting.fr)
Applique Garbo de Thorn

Autrefois on exprimait la quantité de lumière émise en « bougies » (dont est dérivée la candela) qui est en fait une unité d’intensité et non de flux, ce qui avait du sens parce que toutes les sources émettaient la lumière de la même façon, c’est-à-dire tout autour d’elles sauf à la base (mèche pour les lampes à flamme, culot pour les ampoules électriques) et qu’on pouvait donc comparer les flux en comparant les intensités. Mais maintenant qu’on a des « jets » de lumière de formes différentes, on préfère distinguer les deux mesures.

Parlons maintenant de la luminance. Regarde une ampoule de 60 W claire (verre transparent) : tu es ébloui, le filament est très brillant. Prends maintenant une ampoule qui éclaire autant mais dont le verre est dépoli : le flux est le même (par exemple 800 lumens) et l’intensité lumineuse est la même (les deux ampoules éclairent toutes deux de manière uniforme autour du filament, avec une ombre portée au niveau du culot). Qu’est-ce qui change alors? Réponse : tu seras moins ébloui par l’ampoule dépolie car sa luminosité est répartie sur une plus grande surface. C’est alors qu’on va parler de luminance, qu’on exprime généralement en candelas par mètre carré, ou cd/m² (on aurait tout aussi bien les exprimer par centimètre ou millimètre carré). Plus il y a de candelas émis pour une surface donnée, plus celle-ci est éblouissante.

Et les lux? Les lux (lx) sont l’unité de l’éclairement et me permettent de savoir si ma table de travail est bien éclairée. Tu peux me dire que ma lampe fait 4000 lumens, mais si j’en suis à 1 mètre j’aurai bien plus de lumière que si j’en suis à 10 mètres. Ce qui m’intéresse c’est la lumière que je reçois sur ma table, peu m’importe la quantité totale de lumière émise par la lampe.

L’exemple ci-dessous montre une carte de la répartition des mesures d’éclairement dans un bureau. On voit que l’espace de travail est plus éclairé que le reste de la pièce.

Flux lumineux

Par ailleurs, certains marchands de lampes expriment la puissance lumineuse de leurs produits en lux. Il est évidemment nécessaire dans ce cas de spécifier la distance entre la source et le point de mesure (sinon ça n’a aucun sens) et idéalement de préciser l’étendue de cette surface.

Pour indiquer la puissance d’une lampe, pourquoi alors utiliser les lux plutôt que les candelas, plus appropriés? Plusieurs raisons à cela :

  • un luxmètre ne coûte pas grand chose et la mesure est très facile à prendre (on s’éloigne à la distance voulue et on dirige la cellule du luxmètre vers la source lumineuse, puis on lit la valeur à l’écran — c’est tout!);
  • une valeur en lux est plus parlante pour beaucoup de monde (200 lux sur une table de cuisine, 400 lux sur un plan de travail, etc. : les repères abondent dans la vie courante); des fabricants de lampes de mine citent par exemple 2500 lux à 4 pieds, distance habituelle de travail qui parle aux professionnels concernés (un ami mineur au Québec me racontait justement que « dans les mines c’est comme cela que ça fonctionne, on met la lampe dans un cylindre et au bout il y a un capteur qui nous donne le résultat en lux; chaque mine a un luxmètre, mais personne ne l’utilise vraiment. »);
  • attention marketing douteux! si on prend la mesure d’une lampe torche à 1 cm de la tête, on peut vendre des chiffres impressionnants comme « 100 000 lux » — même si la lampe est miteuse!

Des leds pour éclairer les rues

16 mars 2010

Lampadaire à vapeur de mercure

Une étude américaine initiée par la ville de Pittsburgh a montré que les leds et les lampes à induction étaient une solution économique et écologique pour l’éclairage urbain. Les leds, vous les connaissez : ce sont ces toutes petites « ampoules » qu’on commence à voir partout (en fait un semi-conducteur, c’est-à-dire un composant électronique, capable d’émettre de la lumière); les ampoules à induction utilisent la fluorescence sur le même principe que les tubes fluorescents (« tubes néon »)  ou les fluocompactes, à ceci près que la source d’énergie est un champ magnétique et non un arc électrique.

Ces sources sont plus coûteuses à fabriquer et leur impact sur l’environnement est plus grand — surtout s’il s’agit de refaire toute l’installation —, toutefois l’étude montre que la stratégie est payante à long terme puisqu’on économise sur la consommation électrique et le taux de remplacement des lampes.

C’est évidemment une bonne nouvelle pour les citoyens et la planète. Mais on oublie ceci : la lumière des leds et des lampes à induction est aussi bien plus belle que celle des lampadaires qu’elle remplace. Le rendu des couleurs est très bon voire excellent, la lumière apparaît neutre ou chaude (notamment avec l’induction). La teinte orange artificielle des lampes au sodium qu’on voit partout disparaîtra en même temps que celle, cadavérique, des lampes à mercure (image ci-dessus).

Le dehors sera donc aussi joliment éclairé que le dedans, augmentant ainsi la convivialité et l’impression de sécurité. Pittsburgh se targue d’être la ville la plus agréable à vivre des États-Unis : chouette!

Pour en savoir plus :
» Des Led dans la ville, le meilleur choix pour l’éclairage urbain (sur Futura-Sciences)
» A Bright, Green Idea for Pittsburgh (PDF, communiqué de la ville de Pittsburgh)