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Lampes : comment éclairer mieux en dépensant moins

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Lampes : comment éclairer mieux en dépensant moins

Les lampes fluorescentes compactes constituent deux grandes familles : les lampes de substitution qui peuvent remplacer directement les lampes incandescentes et les lampes d’intégration.

© (Doc. SLI.)

Les fabricants de lampes développent depuis quelques années des lampes dites « basse consommation ». Tubes fluorescents, fluocompactes, iodures métalliques répondent chacune à des besoins particuliers.

En 1802, le physicien anglais Humphrey Davy constate qu’en faisant passer un courant électrique à travers un fil de platine ou un crayon de charbon, on peut porter ces matériaux à l’incandescence. De plus, ils brillent jusqu’à ce qu’ils soient détruits par l’oxydation. La même année, il découvre la possibilité de maintenir un arc électrique continu entre les deux électrodes de charbon de bois de son « œuf électrique ». En quelques mois, les deux grandes technologies des lampes électriques – l’incandescence et la décharge – sont ainsi découvertes. D’autres types de luminescence ont été ensuite développées telles que la photoluminescence (rayonnement provoqué par une réaction chimique) pour la fluorescence ou l’électroluminescence pour les LED.

Les sources basse consommation (lampes fluorescentes et iodures métalliques) dérivent des lampes à décharge. L’ampoule tubulaire renferme un mélange de vapeur de mercure et d’halogénures (iodures) métalliques, offrant un spectre plus riche dans le domaine visible.

Le grand nombre de métaux utilisables et de leurs combinaisons dans diverses proportions ont diversifié les lampes, tant pour l’efficacité lumineuse que pour la qualité de la lumière émise.

Lampes fluorescentes : plus de 70% du tertiaire

La lumière des lampes à décharge est produite par le passage d’une décharge électrique dans une ampoule renfermant une ou plusieurs vapeurs métalliques (mercure, sodium), un ou plusieurs gaz rares et parfois des composés chimiques de natures variées. Sous l’effet d’impulsion de 2,8 à 3,5 kV, les électrodes revêtues d’une pâte émettrice démarrent la décharge. Progressivement, la pression augmente dans le brûleur. Le métal commence à se vaporiser et les atomes libèrent une cascade d’électrons. C’est cette excitation des atomes dans la vapeur métallique qui produit l’arc électrique et donc la lumière.

Les lampes à décharge ne peuvent être directement raccordées sur le réseau sans le secours d’accessoires d’alimentation : ballast, amorceur, condensateur. Alors que le temps d’allumage et de réamorçage varie de 2 à 6 min, l’électronique parvient à rendre possible le réamorçage à chaud comme l’allumage instantané de certaines lampes. Dans une lampe fluorescente, la décharge électrique s’effectue dans la vapeur de mercure additionnée d’un gaz rare à basse pression. Le phénomène produit un rayonnement ultraviolet qui est transformé en lumière visible par une couche de poudres fluorescentes, disposée sur la paroi interne du verre. C’est la composition de cette substance photoluminescente (poudres fluorescentes) qui détermine la quantité et la qualité de lumière. En constante évolution technologique depuis le premier tube fluorescent d’André Claude (en 1936), ces lampes représentent plus de 70 % des applications de l’éclairage tertiaire, mais ne consomment que 50 % de l’énergie nécessaire à la lumière artificielle.

Des ballasts performants

Toutes les lampes fluorescentes ont la particularité de consommer, à flux lumineux égal, au minimum cinq fois moins d’énergie que les lampes à incandescence standard, pour une durée de vie au moins dix fois supérieure (en moyenne 10 000 h). D’où leur intérêt dans le tertiaire en termes de consommation et de maintenance. Parmi, les tubes fluorescents, on ne retiendra que les tubes de diamètre 26 mm haut rendement et les tubes 16 mm électroniques, appelés aussi T5. Associés ou non à une alimentation électronique, les tubes 26 mm haut rendement sont les lampes les mieux adaptées à l’éclairage des bureaux. Appelés aussi « à trois bandes » ou trichromatiques (émission dans les bleus, jaunes et rouges), ils possèdent une efficacité lumineuse pouvant atteintre 90 lm/W (Lumilux T8 chez Osram), et un très bon rendu des couleurs : IRC de 85 (voire proche de 100 pour les tubes à 5 bandes destinés aux musées par exemple). Conjugués à une alimentation électronique de 35 kHz (plutôt que de 50 kHz), ils améliorent encore leur productivité lumineuse car les poudres sont beaucoup plus sollicitées. Quant à leur durée de vie, en général d’environ 12 000 h, elle peut atteindre 21 000 h voire 36 000 h (Xtra et Xtreme de Philips). De plus, ils présentent une meilleure efficacité lumineuse que les tubes « standard ». Le tube fluorescent T5 a un diamètre réduit à 16 mm, un flux lumineux optimum à 35° C, un revêtement 3 bandes à flux maintenu, mais ne peut se passer d’un ballast électronique (voir encadré).

Dans le courant des années 70, Philips eut l’idée de plier le tube fluorescent pour en faire une lampe adaptable sur des luminaires moins volumineux. La lampe fluocompacte de substitution était née. En parallèle, il développa une solution avec alimentation séparée de l’ampoule et la création d’un culot spécifique : la lampe fluocompacte d’intégration.

Les fluocompactes ont une durée de vie d’environ 15 000 h, leur efficacité lumineuse varie de 44 à 65 lm/W pour les lampes de substitution et de 50 à 88 lm/W pour les lampes d’intégration. Ces lampes offrent toutes les teintes désirées (leur température de couleur varie de 2 700 à 6 000 K), un allumage quasi instantané, pas de clignotement ni de papillotement.

Ces sources – comme la Micro Lynx F de chez Sylvania – ont permis de développer des luminaires moins encombrants, aux formes variées. La tendance actuelle est de créer des lampes encore plus compactes et/ou avec des puissances, donc des flux lumineux, plus importants, comme les 70 W ou 80 W.

La faible consommation n’est plus l’apanage de la fluorescence depuis l’apparition des iodures métalliques à brûleur céramique. Dans toutes les installations où l’aspect chromatique joue un rôle important, elles peuvent remplacer avantageusement les halogènes, comme la Mastercolour CDM-R 111 de Philips qui peut se substituer aux halogènes à réflecteur diamètre 111, grâce à leur très bon IRC qui peut aller jusqu’à 90 et un grand choix dans les températures de couleur, de 3 000 à 6 000 K.

LED : un fonctionnement différent

Leur durée de vie varie suivant le type de lampes. Pour les petites puissances, la durée de vie moyenne est de l’ordre de 10 000 h. On les trouve dans les installations sportives, les commerces et dans les musées grâce au filtrage des émissions d’ultraviolets. Quant aux diodes électroluminescentes, ou LED (Light Emitting Diodes), leur fonctionnement est différent : il s’agit de l’émission par la matière, d’un rayonnement électromagnétique visible d’intensité plus forte que celle du rayonnement thermique de cette matière à la même température. Les diodes consomment très peu d’énergie (de l’ordre de 10 à plusieurs centaines de mW), leur luminance peut atteindre plusieurs milliers de candelas/m2. Minuscules, leur durée de vie atteint les 100 000 h mais leur efficacité lumineuse reste faible.

C’est grâce à l’introduction d’un semi-conducteur de synthèse (le nitrure de gallium-indium) que les LED peuvent aujourd’hui afficher 50 lm/W en laboratoire, c’est-à-dire dans des conditions optimales d’utilisation, pour Steve Denni, « il faudra sans doute attendre 2 ou 3 ans avant de pouvoir les utiliser réellement comme éclairage général, même s’il existe déjà quelques applications. »

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