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Encastrés fluorescents : lumière contrôlée et gestion maîtrisée

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Encastrés fluorescents : lumière contrôlée et gestion maîtrisée

Les encastrés fluorescents, équipés de grille ou de miroir en acier laqué ou en aluminium, présentent un très grand choix de répartitions lumineuses. De même, des systèmes paralumes très diversifiés permettent de contrôler au maximum les risques d’éblouissement. (Doc. Etap.)

Optiques très basse luminance, lampes à économie d’énergie, ballasts électroniques, luminaires de petites dimensions à faible hauteur d’encastrement… autant de caractéristiques performantes qui rendent incontournables les encastrés fluorescents dans l’éclairage tertiaire.

Les encastrés fluorescents, plus connus dans le métier sous le nom de ­« 600 x 600 » (leurs dimensions les plus courantes) offrent des éclairages très performants pour qui veut y mettre le prix. Un critère non négligeable qui explique pourquoi il existe encore tant d’appareils basiques, les tubes 26 mm « blanc industrie » équipés de ballasts conventionnels qui n’assurent ni la détection de présence ni la variation.

Le tube fluorescent, longtemps appelé « néon » (1) a connu bien des transformations depuis le 20 novembre 1936, jour où André Claude (2) a présenté au public la première lampe fluorescente, à l’occasion des Journées internationales de la lumière à Bruxelles. Cette lampe réalisait la synthèse de recherches effectuées dans différents domaines : production de rayonnement ultraviolet par la décharge électrique, cathodes à oxydes, photoluminescence des substances minérales.

Les premières lampes fluorescentes étaient allumées à l’aide d’un starter à élément chauffant mais ce dernier fut rapidement supplanté par le starter à lueur. En 1977, Pierre Lemaigre-Voreaux (3) écrivait « depuis les débuts de la lampe fluorescente, les constantes améliorations des équipements de fabrication ont contribué, d’une part, à accroître sa durée de vie et, d’autre part, à améliorer son efficacité lumineuse et son indice de rendu des couleurs (IRC) ». La durée de vie des lampes fluorescentes était passée de 1 000 à 9 000 heures à la fin des années 70 pour atteindre aujourd’hui 16 000 heures et même davantage pour les lampes équipées de ballasts électroniques (20 000 h). Depuis 1950, les chercheurs se sont attachés à développer l’efficacité lumineuse de la lampe. Elle était de 35 lm.W-1 (lumens par watt) en 1937, de 65 lm.W-1 en 1973 pour atteindre plus de 100 lm.W-1 avec l’apparition du tube T5 en 1995 et l’IRC est passé de 68 à plus de 95.

L’évolution des luminaires suit celle des tubes

Jean-Mathieu Grob, chef de produit international SLI, explique comment, en parallèle, ont évolué les optiques : « Il y a une dizaine d’années, les luminaires comportaient une simple grille de défilement qu’on appelait dans notre jargon la maille 30/30. Elle finissait le produit mais ne jouait aucun rôle pour le contrôle du rendement ou la luminance. Puis, les paralumes sont venus cacher les accessoires et ballasts, tout en focalisant le flux des lampes. Ensuite, la recherche a permis d’améliorer la qualité de réflexion de l’aluminium (utilisé pour les réflecteurs) et a donné de nouvelles formes aux optiques pour mieux contrôler le flux de la lampe c’est-à-dire réduire les risques d’éblouissement et les pertes de lumière. » Le tube T5 a notamment donné naissance à des luminaires équipés de cadres optiques micro-perforés munis d’un miroir de fond qui augmente esthétiquement les performances du luminaire.

C’est à partir du rendement et des valeurs photométriques d’un luminaire qu’il sera possible d’évaluer son aptitude à produire la lumière souhaitée dans un environnement donné. « Le rendement en service d’un luminaire précise le rapport entre le flux lumineux total qu’il restitue, mesuré à une température ambiante donnée, et la somme des flux lumineux des lampes fonctionnant hors du luminaire, dans les mêmes conditions », précise-t-on chez Osram. Ce rendement normalisé est plus faible que le rendement optique qui ne tient pas compte des propriétés optiques et thermiques du luminaire. Les rendements en service sont mentionnés dans les renseignements photométriques des luminaires. Exemple : « 0,55 » désigne un luminaire ayant un rendement de 55 %.

Quels critères prendre en compte

Outre le rendement, il faudra tenir compte de la classe photométrique, de la répartition des luminances, de la classe électrique et des caractéristiques électriques du luminaire.

Les intensités émises par le luminaire sont mesurées dans plusieurs directions spatiales. On obtient ainsi des courbes photométriques qui servent à calculer les éclairements directs en tout point d’une surface éclairée par ce luminaire. La classe photométrique caractérise la répartition plus ou moins large ou concentrée des intensités lumineuses. Les luminaires émettant uniquement dans l’hémisphère inférieur, c’est-à-dire en éclairage direct, sont répartis en 10 classes photométriques symbolisées par les lettres majuscules A (plus intensif) à J (plus extensif) (4).

Avec l’arrivée sur le marché des appareils munis de grilles de défilement, de miroirs et d’optiques, on a vu apparaître dans les catalogues des fabricants de nombreux qualificatifs pour caractériser la distribution des luminances. Les termes, différents d’un constructeur à l’autre, ne permettaient pas de comparer ou de désigner précisément un type de luminaire. Ces qualificatifs étaient repris dans les cahiers des charges des études d’éclairage et utilisés par les prescripteurs, installateurs, utilisateurs sans qu’il existe une quelconque homogénéité, d’où une situation préjudiciable au développement qualitatif du marché. Les professionnels ont donc établi des règles permettant de donner une définition précise des notions de « basse luminance » (BL) et « très basse luminance » (TBL) des luminaires pour lampes fluorescentes.

Le ballast, un auxiliaire d’alimentation indispensable

Enfin, le degré de protection du luminaire contre la pénétration des corps solides, des poussières et de l’eau est indiqué par les deux chiffres de l’indice de protection (IP), généralement inscrit sur le luminaire ou sur sa notice. Le premier chiffre désigne le degré de protection des personnes généré par l’enveloppe contre les contacts ou l’approche de parties sous tension, le deuxième est relatif à l’étanchéité.

Le ballast est un auxiliaire d’alimentation, indispensable, généralement placé dans le luminaire, qui permet aux lampes fluorescentes de fonctionner. Il en existe deux sortes : le ballast ferromagnétique (50 Hz) ou « conventionnel » et le ballast électronique ou HF (haute fréquence, c’est-à-dire entre 20 et 70 kHz).

Le ballast ferromagnétique est constitué d’éléments inductifs (bobines de réactance, transformateurs). Il stabilise et limite l’intensité de la lampe à sa valeur nominale, grâce à un enroulement de cuivre dont la longueur détermine l’intensité à stabiliser. Le ballast HF assure la même intensité et stabilisation du courant, à partir de composants électroniques.

Par rapport à un luminaire équipé d’un ballast ferromagnétique, un luminaire équipé d’un ballast électronique présente les avantages suivants :

- le starter et le condensateur deviennent inutiles (intégration dans le ballast électronique des fonctions d’amorçage, de stabilisation et de correction du facteur de puissance) ;

- plus grande légèreté et moindre dissipation thermique ;

- réduction d’au moins 25 % de la consommation totale de la lampe et du ballast à flux équivalent ;

- paramètres électriques de fonctionnement des lampes mieux respectés ;

- variation lumineuse et détection de présence possibles pour certains ballasts électroniques.

En terme d’économie d’énergie, les avantages du ballast électronique sont tels que l’Union européenne a adopté une directive spécifique sur ces produits (directive 2000/55 du 1er novembre 2000 transposée par le décret 2001-31 du 28 novembre 2001) qui va exclure progressivement du marché les ballasts (donc les luminaires qui en sont équipés) pour lampes fluorescentes dépassant des valeurs limites de consommation. « Avec cette directive, souligne Dominique Ouvrard, délégué général adjoint du Syndicat de l’éclairage, l’Union européenne a annoncé comme objectif que 50 % des luminaires soient équipés de ballasts électroniques au 31 décembre 2005, contre environ 25 % aujourd’hui et autour de 10 % seulement pour la France. À terme, cela permettrait d’économiser 12 milliards de kWh d’économies d’énergie, soit l’équivalent de 6 millions de tonnes d’émission de CO2 en moins ! »

Quels ballasts pour demain ?

Les fabricants européens avaient anticipé cette réglementation en créant un marquage des ballasts en 7 niveaux à partir d’un index d’efficacité énergétique de l’ensemble lampe ballast de A à D, en allant du plus économique au plus énergivore. Les D (ferromagnétiques) sont maintenant bannis du marché et interdits du marquage CE depuis mai 2002. Les C représentent les ballasts ferromagnétiques qui équipent la plupart des luminaires actuellement vendus en France, et ne pourront plus porter le marquage CE à partir du 21 novembre 2005. Les catégories B2 et B1 désignent les ballasts ferromagnétiques dits « à faibles pertes » et sont peu présents sur le marché. Enfin les ballasts électroniques sont identifiés par les marquages A3, A2, A1. Les A3 et A2 concernent les ballasts sans possibilité de variation de lumière. L’intérêt du A3 réside uniquement dans l’économie d’énergie par rapport au ferromagnétique, il ne tolère pas d’ allumages/extinctions fréquents car il est prévu pour un rallumage ou démarrage à froid ; il équipe plutôt les luminaires destinés aux locaux éclairés en permanence. En revanche, le ballast marqué A2 supporte des allumages et extinctions fréquents car il est conçu pour démarrage à chaud et peut donc être commandé automatiquement par un détecteur de présence (couloirs, bureaux, etc.). Les ballasts A1 permettent l’utilisation de cellules photosensibles qui contrôlent et font varier les niveaux d’éclairement et les flux lumineux. « Associés au protocole de communication DALI qui permet un adressage individuel de chaque luminaire, souligne Dominique Ouvrard, ces ballasts offrent de larges possibilités de contrôles et commandes automatiques de l’éclairage, des scénarios lumineux préprogrammés jusqu’à la télégestion des installations ».

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