Définition du mot éclairage.

Définition du mot éclairage.

Eclairage n. m. Ensemble des techniques et des appareils ayant pour but de produire une lumière artificielle.

Le résultat de l'éclairage est dit éclairement. La technique de l'éclairage a imposé la définition d'un certain nombre de grandeurs caractéristiques des phénomènes mis en jeu, ainsi que des unités correspondantes.

Caractéristiques physiques

L'intensité lumineuse
d'une source mesure, en fait, l'énergie rayonnée dans une direction donnée par cette source, à l'intérieur du spectre visible ; son unité est la candela (cd), qui équivaut à l'énergie lumineuse de 1/683 watt par stéradian, émise dans la direction retenue à une fréquence de 540 · 1012 hertz. Le stéradian (sr) est l'angle solide centré sur une sphère de rayon R, qui découpe sur elle une surface égale à R2.

Le flux lumineux
correspond à l'énergie lumineuse rayonnée dans un angle solide, par une source ponctuelle située à son sommet et d'intensité constante dans toutes les directions de l'angle solide. Son unité est le lumen (lm) correspondant à une intensité constante de 1 cd dans toutes les directions se situant à l'intérieur d'un angle solide de 1 sr.

La luminance
d'une source non ponctuelle, dans une direction déterminée, est le quotient de son intensité dans cette direction par sa surface apparente. Son unité est le candela par mètre carré (cd/m2).

L'exitance
d'une telle source correspond au flux global émis par l'ensemble de ses points, rapporté à sa surface réelle. Son unité est le lumen par mètre carré (lm/m2).

L'éclairement
d'un objet correspond à l'ensemble des flux lumineux qu'il intercepte, rapporté à la surface réelle qui est éclairée. Son unité est le lux (lx) qui est égal à 1 lm/m2, mais à laquelle on a donné un nom particulier pour différencier l'éclairement de l'exitance. L'efficacité lumineuse d'une source est le quotient du flux lumineux global qu'elle émet en tous ses points par la puissance qu'elle absorbe. Son unité est le lumen/watt (lm/W).

Les techniques d'éclairage
De la flamme à l'halogène.
Elles furent tout d'abord assurées par l'emploi de flammes : foyer de bois proprement dit, torches, lampes à huile, bougies, lampes à pétrole puis à essence, et enfin éclairage au gaz à partir du début du XXe siècle. Les lampes à essence et à gaz équipées de manchons tissés en fibres réfractaires chauffés par la flamme atteignirent pour la première fois, en 1885, des qualités lumineuses (exitance, blancheur de la lumière) en ligne avec celle des appareils d'éclairage moderne. L'apparition de l'électricité conduisit le Britannique Humphrey Davy à construire la première lampe à arc en 1810. Mais c'est l'invention de la lampe à incandescence, en 1879, qui permit d'amorcer un développement significatif de l'éclairage électrique, lequel finit par supplanter, entre les deux guerres mondiales, toutes les autres formes d'éclairage. La lampe de Thomas Edison possédait une ampoule de verre sous vide, dans laquelle se trouvait un filament de carbone comportant une boucle unique obtenue par pyrolyse d'une fibre de bambou. Ce filament était mis sous tension par des conducteurs métalliques traversant la paroi de l'ampoule ; porté à 1 800 o C, il produisait une lumière à légère dominante rouge, avec une efficacité médiocre de 3 lm/W. Aujourd'hui, on utilise exclusivement des filaments de tungstène, le plus réfractaire de tous les métaux, enroulé en hélice ou en double hélice pour augmenter sa surface rayonnante et diminuer les pertes de chaleur dans le gaz de remplissage. On obtient ainsi des températures de 2 400 à 2 600 oC. Les ampoules classiques sont emplies d'un mélange d'argon et d'azote sous une pression de 0,5 bar à froid. Leur efficacité lumineuse est de 12 à 20 lm/W et leur durée de vie moyenne de 1 000 heures environ. La dominante rouge est atténuée, mais n'a pas disparu. Le remplissage de l'ampoule au krypton permet d'améliorer encore un peu la qualité de la lumière sans modifier sensiblement les autres caractéristiques. Le remplissage initial de l'ampoule par un mélange de gaz rare et de vapeur d'halogène (brome, iode), sous quelques bars à froid, permet d'augmenter sensiblement la température du filament, donne une lumière proche de la lumière solaire, porte l'efficacité à 25 lm/W, tout en doublant ou triplant la durée de vie par limitation de la vitesse de sublimation du tungstène. La haute pression de fonctionnement à chaud impose que le filament soit contenu dans un tube de faible diamètre, en verre épais. Bien que l'ampoule halogène chauffe globalement moins qu'une ampoule électrique, l'exiguïté de la surface du tube conduit à une température de peau très élevée. Il faut donc empêcher tout contact direct avec le tube en service. Ce dernier peut avoir la forme d'un crayon, avec une borne à chacune de ses extrémités : on la monte dans des luminaires fermés par une glace amovible. Il peut aussi être scellé à l'intérieur d'une seconde ampoule de verre, de taille normale, dans les lampes halogènes à culots.

Les techniques récentes.
Le dernier stade d'évolution des appareils d'éclairage est celui des lampes à décharge. Lorsqu'un gaz raréfié est soumis à une différence de potentiel, il s'ionise spontanément et devient ainsi conducteur. Le passage du courant électrique excite les électrons des couches périphériques des atomes du gaz raréfié qui, lorsqu'ils retombent à leur position d'équilibre, émettent de la lumière. À l'inverse de la lumière engendrée par le rayonnement des corps chauds, qui comporte un spectre de fréquence continu, cette lumière froide est composée de quelques raies d'émissions monochromatiques, caractéristiques du gaz utilisé, bandes qui se trouvent aussi bien dans le spectre visible que dans ses domaines latéraux, infrarouge et ultraviolet. C'est ainsi que certains tubes à décharge émettent sur une seule raie visible, rouge dans le cas du néon, jaune dans le cas de la vapeur de sodium. Les tubes au néon ne sont pas utilisés pour l'éclairage, mais pour la réalisation d'enseignes lumineuses. L'utilisation d'autres gaz rares peut conduire à des couleurs différentes. Les lampes à vapeur de sodium sont, en revanche, utilisées dans les éclairages publics, en raison de leur durée de vie considérable (supérieure à 13 000 heures), de leur efficacité proche de 130 lm/W et aussi du fait que leur longueur d'ondes d'émission correspond à la fréquence de sensibilité maximale de l'oeil. Leur monochromatisme rigoureux présente toutefois l'inconvénient de donner, dans les nuits profondes, un aspect cadavérique aux personnes éclairées dont la figure ne présente que des nuances d'intensité variable de la seule couleur jaune. On tend donc actuellement à les associer à d'autres sources de lumière. Le spectre d'émission de la vapeur de mercure, quant à lui, se compose de quelques raies peu énergétiques dans le domaine visible (produisant une faible lumière blanc bleutée), mais surtout d'une raie intense dans l'ultraviolet, invisible et ne traversant pas les tubes de verre. Mais il est possible de revêtir la paroi interne de ces tubes de sels métalliques luminescents. Les électrons périphériques de leurs constituants, excités par la lumière ultraviolette, émettent à leur tour lorsqu'ils reviennent à leur orbite d'équilibre. Il est possible de les choisir pour que cette émission se fasse dans le spectre visible et de moduler à volonté le spectre de cette lumière en fonction des conditions d'utilisation, par l'utilisation d'un cocktail d'éléments fluorescents différents. La durée de vie des tubes luminescents standard est d'environ 10 000 heures, leur efficacité de 93 lm/W. Ils n'émettent pas de rayons infrarouges caloporteurs. Il existe également, pour l'emploi industriel, de grosses ampoules utilisant cette même technique.

La réalisation des éclairements
L'oeil humain s'habitue à des éclairements très variables. En plein soleil tropical, sur un terrain nu, l'éclairement peut atteindre 100 000 lx. Il peut tomber, dans les régions tempérées par temps légèrement nuageux, et dans une rue même large, à 10 000 lx. Les niveaux d'éclairement artificiel sont très inférieurs, par exemple 2 000 lx sur une table d'opération, 800 sur une table à dessiner, 400 pour la lecture, la dactylographie et les ouvrages de dames minutieux, 200 comme niveau général dans les cuisines et les salles de bains, avec un renfort à 400 sur les plans de travail ou devant les miroirs, 150 dans les salons, salles à manger, chambres à coucher, avec renfort à 400 dans les coins travail ou les coins lecture, sur les tables et à la tête des lits, 50 lx sur les autoroutes à l'approche des villes, 30 lx dans les rues, avec un minimum absolu de 15.

Dans l'éclairage des locaux, il faut éviter les effets d'éblouissement et de zone sombre. On y parvient, dans les locaux professionnels comme les bureaux de dessin, en créant des plafonds translucides lumineux, ou en multipliant les tubes fluorescents sur un plafond classique. Dans les locaux d'habitation, on multiplie également les sources lumineuses, en privilégiant les éclairages indirects ou les vastes diffuseurs qui diminuent la luminance de la source, sans pénaliser sensiblement son pouvoir éclairant. Certains architectes contemporains ont éclairé de vastes locaux collectifs en appliquant la technique des centrales de lumière, qui utilisent des fibres optiques amenant la lumière en de multiples points, à partir d'une source lumineuse intense et unique.

Une sensation particulière de confort peut être associée à la façon dont l'éclairage rend les couleurs. Les lampes à incandescence délivrent un spectre continu, fonction de la température d'émission. Cette notion permet d'analyser les spectres discontinus d'émissions au niveau du rendu des couleurs, par la notion de température de couleurs qui est celle d'un filament chaud fictif dont le spectre continu donnerait un rendu équivalent. Le choix du cocktail de sels luminescents, dans les tubes à vapeur de mercure, permet d'obtenir des températures de couleurs allant de 2 700 oK environ (équivalent d'une lampe à incandescence standard) à environ 6 500 oK (lumière blanc bleuté des salles d'opération). (source webencyclo)