CH18 : Photométrie. Enjeu : Rapport au programme :

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Ghislaine Doucet
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1 BTS ELT 2 ème année - Sciences physiques appliquées CH18 : Photométrie Dimensionnement de l éclairage d une salle. Enjeu : Problématique : Une salle rectangulaire de dimensions 9mx7m doit être équipée d un système d éclairage. Le cahier des charges impose un éclairement moyen de 600 lux. Il vous revient la charge d étudier 2 solutions techniques pour vous prononcer sur la plus économique du point vue consommation d énergie. A1.5. Ondes : Rapport au programme : Description des principes physiques mis en jeu dans quelques sources lumineuses : sources à incandescence et sources à décharge Grandeurs photométriques d émission : flux énergétique, flux lumineux et éclairement Objectifs : A l issue de la leçon, l étudiant doit : 18.1 Savoir différencier flux énergétique et flux lumineux et citer leurs unités 18.2 Savoir définir l éclairement et citer son unité 18.3 Savoir calculer l éclairement connaissant le flux lumineux et la surface éclairée 18.4 Connaître le principe de fonctionnement des lampes à incandescence 18.5 Connaître le principe de fonctionnement des lampes à décharge Travail à effectuer : Lire attentivement l annexe (en essayant de le comprendre). Répondre à la problématique au travers des questions suivantes (au brouillon) : On dispose de deux types de lampes : Lampes à incandescences (150W 2000 lm) Tubes fluorescents (65W 3200 lm) On appelle par rendement lumineux (en lm/w), le rapport entre le flux lumineux émis par la source et la puissance reçue par celle-ci : η = Φ L P 1. Calculer le flux lumineux qui doit être reçu par la surface. 2. Sachant que le flux reçu ne représente que 80 % du flux total émis par les sources de lumière, calculer le flux lumineux total qui doit être émis par l ensemble des lampes.

2 3. Quel est le nombre de lampes nécessaires pour répondre au cahier des charges? 4. Quel est le nombre de tubes nécessaires pour répondre au cahier des charges? 5. Quelle est la solution la plus économique du point de vue de la consommation en énergie électrique facturée? En utilisant l annexe, réaliser la fiche résumée du chapitre. Pour cela, réécrire les différents objectifs et indiquer pour chacun la relation, la définition ou la méthode permettant de l atteindre.

3 BTS ELT 2 ème année - Sciences physiques appliquées Annexe du CH18 : cours de photométrie 1. Qu est-ce que la photométrie? La photométrie est la science qui étudie le rayonnement lumineux du point de vue de la perception par l'œil humain. Elle se distingue de la radiométrie qui mesure les rayonnements électromagnétiques sur l'ensemble des ondes électromagnétiques (lumières du visible, UV, IR, ). 2. Qu est-ce que le flux énergétique? Soit une source émettant une énergie rayonnante. Le flux énergétique de cette source correspond à la quantité d énergie émise au travers d une surface par unité de temps (pour faire un parallèle avec la mécanique des fluides, cela correspondrait un débit d énergie). Le flux énergétique est généralement noté : Φ Son unité, équivalente à des Joules par seconde, est donc le Watt (W). 3. Qu est-ce que le flux lumineux? Le flux énergétique est utilisé en radiométrie. En photométrie, on ne tiendra compte que de l énergie correspondant à la lumière du visible. Le flux lumineux d une source est la quantité de lumière visible rayonnée par unité de temps par cette source dans tout l espace. Le flux lumineux est généralement noté : Φ L Son unité est le lumen (lm). 4. Qu est-ce que l éclairement? L'éclairement est la grandeur définie par la photométrie correspondant à la sensation humaine de l'éclairement lumineux d un objet. L éclairement, noté E, correspond au flux lumineux reçu par unité de surface : L unité de l éclairement est le lux (lx). Il peut être mesuré au luxmètre. [lx] E = Φ L S [lm] [m 2 ] 5. Quel est le principe des lampes à incandescence? Le passage d'un courant (continu ou alternatif) crée par effet Joule l'échauffement d'un fil de tungstène. Afin de protéger ce filament du milieu environnant et surtout pour éviter qu'il ne brûle instantanément en présence du dioxygène de l'air, on construit une ampoule en verre étanche, le milieu intérieur étant rempli par un gaz inerte (néon, krypton) ou du vide pour les 1 ères ampoules.

Support Filament Ampoule de verre Gaz inerte Bornes électriques Culot Le filament porté à très haute température, rougit et émet ainsi de la lumière.

Durée de vie moyenne : 1000 h pour les lampes classiques, jusque 7000 h pour des lampes spéciales. Avantages et inconvénients : Prix de revient très bas à la construction.

Abandon total des lampes à incandescence en 2012 pour l'europe.

Principe : Sous l effet du courant électrique, un mélange gazeux d argon et de vapeur de mercure émet des rayons ultraviolets.

4 Support Filament Ampoule de verre Gaz inerte Bornes électriques Culot Le filament porté à très haute température, rougit et émet ainsi de la lumière. Inévitablement, le métal surchauffé perd de sa matière qui se condense sur l'intérieur de l'ampoule. Le filament s'amincit, devient fragile et l'ampoule de plus en plus opaque. Durée de vie moyenne : 1000 h pour les lampes classiques, jusque 7000 h pour des lampes spéciales. Avantages et inconvénients : Prix de revient très bas à la construction. Le rendement lumineux de ce type de lampe est très faible, de l'ordre de quelques %, ce type de lampe devient donc de moins en moins en vue. Abandon total des lampes à incandescence en 2012 pour l'europe. Les lampes halogènes à incandescence permettent de développer de plus grandes puissances lumineuses et possède un rendement légèrement supérieur. 6. Quel est le principe des lampes à décharge? Principe : Sous l effet du courant électrique, un mélange gazeux d argon et de vapeur de mercure émet des rayons ultraviolets. Déposée sur le tube, une poudre fluorescente émet de la lumière blanche lorsqu elle est atteinte par ce rayonnement ultraviolet. Ces lampes comportent un ballast magnétique : c est une bobine qui permet d obtenir une surtension au démarrage pour amorcer l ionisation du gaz. Les tubes fluorescents en sont l application la plus répandue (éclairage des bureaux, salles de classes, ).Ils sont plus communément appelé «tubes néons», alors qu ils ne contiennent pas de néon. Ce nom fait référence aux premiers tubes inventées mais qui n émettaient que de la lumière de couleur (utilisation à l époque dans les enseignes publicitaires) Avantages et inconvénients : Leur efficacité lumineuse est de l'ordre de 5 fois plus grande que celle des lampes à incandescence mais la sensation de luminosité n est pas aussi agréable. Elles sont plus économiques, mais la présence du

5 ballast magnétique peut nécessiter un redressement du facteur de puissance si le nombre de tubes est important. Les lampes fluorescentes compactes (LFC), également appelée lampes fluo-compactes, sont une adaptation de ces tubes. Ce sont les lampes à économie d énergie à usage domestique. Le principe de ces ampoules est le pliage d'un tube fluorescent en 2, 3 voire 4. Le culot de l'ampoule est par ailleurs doté d'un ballast électronique (composant à semi- conducteur).

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