Principaux paramètres concernés par la technologie d’éclairage

Efficacité lumineuse

L’efficacité de la source lumineuse à convertir l’énergie électrique en lumière visible, c’est-à-dire le flux lumineux émis par la source lumineuse pour chaque watt d’énergie électrique consommé par la source lumineuse. Il est donc exprimé en lumens/watt ou lm/W. Un nombre plus élevé indique une source lumineuse plus efficace. Par exemple, une lampe au sodium haute pression consomme 100 watts d’énergie électrique et produit un flux lumineux de 7 000 lumens, alors efficacité lumineuse = flux lumineux/puissance = 7 000 lm÷100 W = 70 lm/w. L’efficacité lumineuse est un paramètre important pour évaluer la performance économique d’une source lumineuse. Elle produit également un flux lumineux de 7 000 lm, et les lampes LED n’ont besoin de consommer que 50 W. Cela signifie que les LED peuvent économiser 50 % de la consommation d’énergie pour obtenir le même résultat d’éclairage, ce qui contribue à réduire la consommation d’énergie et les émissions de carbone. Cela est très significatif aujourd’hui lorsque la consommation d’énergie et la protection de l’environnement sont de plus en plus concernées.

Température de couleur corrélée

Elle est exprimée en température absolue K (Kelvin). Lorsqu’un corps noir standard est chauffé et que la température monte jusqu’à une certaine température, la couleur de la source lumineuse commence à changer progressivement du rouge/rouge clair/orange/blanc/bleu au blanc/bleu. En utilisant les caractéristiques de ce changement de couleur de lumière, la couleur de la lumière d’une certaine source lumineuse est cohérente avec celle d’un corps noir. Lorsque les couleurs de lumière présentées à une certaine température sont les mêmes, nous appelons la température absolue du corps noir à ce moment-là la température de couleur corrélée de la source lumineuse. La couleur de la lumière à basse température de couleur est chaude (faible proportion de bleu, la couleur de la lumière est jaunâtre) et la couleur de la lumière à haute température de couleur est froide (forte proportion de lumière bleue, la couleur de la lumière est blanche). Les sources lumineuses traditionnelles ont des températures de couleur plus basses, telles que 2800K pour les lampes à incandescence et 2000K pour les lampes au sodium haute pression. Bien sûr, la température de couleur différente de certaines lampes est disponible, comme les lampes aux halogénures métalliques et les lampes LED, mais leur plage se situe généralement entre 1800 et 6500K.

Indice de rendu des couleurs

L’indice de rendu des couleurs (IRC ou Ra en abrégé) est un indicateur important qui décrit le rendu des couleurs d’une source lumineuse. C’est un paramètre qui mesure la capacité d’une source lumineuse à afficher la vraie couleur d’un objet éclairé, l’indice de rendu des couleurs Ra (0-100). L’IRC indique le degré auquel la couleur d’un objet sous une source lumineuse correspond à la couleur d’un objet sous une source lumineuse de référence (généralement la lumière du soleil ou une lampe à incandescence). Plus l’indice de rendu des couleurs est élevé, plus la couleur de l’objet éclairé est proche de la couleur sous la lumière naturelle. Normalement, nous pensons que l’indice d’affichage des lampes à incandescence est proche de 100. En effet, son principe d’émission de lumière consiste à chauffer le filament jusqu’à l’état incandescent par le courant, émettant ainsi un spectre continu de lumière, c’est-à-dire que cette lumière contient différents types de lumière dans la gamme visible afin de mieux restituer la couleur des objets. En laboratoire, nous utilisons une gamme d’échantillons de couleurs standard (8-16) qui représentent différentes teintes et saturations. Les performances de couleur de ces échantillons sous Différentes sources de lumière de test (c’est-à-dire la source lumineuse à évaluer) et la source lumineuse standard (comme la lumière du jour ou une lampe à incandescence) seront observées et comparées, et l’évaluation sera effectuée conformément à la norme ANSI/IES TM-30-18.

Durée de vie

La durée de vie d’une lampe fait généralement référence au temps pendant lequel elle peut fonctionner normalement dans des conditions d’utilisation spécifiées. Cette définition couvre le temps écoulé entre le moment où un luminaire est allumé et le moment où son flux lumineux diminue jusqu’à une proportion spécifique du flux lumineux initial (par exemple 70 % ou 50 %). Par exemple, le lampadaire de la série ZGSM Rifle L70>100000h @Ta 25℃, c’est-à-dire que lorsque la température ambiante est de 25℃, le flux lumineux du lampadaire peut toujours être supérieur à 70 % du flux lumineux initial après que la lampe a été allumée pendant 100000 heures. Cependant, il s’agit de données calculées théoriquement et la durée de vie dépend de nombreux facteurs, notamment la conception du produit, la qualité des perles de lampe et d’autres facteurs influant sur l’environnement d’utilisation. Le calcul théorique est basé sur la méthode de test LM-80, qui teste les puces LED pendant une longue période (généralement 6 000 à 17 000 heures) pour mesurer leur atténuation du flux lumineux et les changements de température de couleur, puis combine certaines formules mathématiques pour déduire et évaluer leur durée de vie.

Répartition de la lumière

La distribution lumineuse d’une lampe fait référence à la distribution du flux lumineux (intensité lumineuse) rayonné par la lampe dans différentes directions dans l’espace environnant, également connue sous le nom de distribution d’intensité lumineuse. La distribution lumineuse est spécifiée en termes d’intensité lumineuse dans toutes les directions dans lesquelles un luminaire rayonne sa lumière, généralement décrite dans le système de coordonnées C-gamma ou C-γ. Les lampadaires de ZGSM utilisent généralement le système de coordonnées C-γ pour tester la distribution lumineuse des lampes. Dans le système de coordonnées C-γ, l’axe de rotation du plan C est vertical et passe par le centre du luminaire (0-360 degrés). γ représente la direction sur le plan vertical et va de 0 (vers le bas) à 90 (horizontal) à 180 (vers le haut). Un intensomètre photométrique est une représentation numérique de la distribution lumineuse d’une lampe. Ce qui suit est un tableau de candela (intensité lumineuse). Avec la distribution lumineuse (IES), nous pouvons l’importer dans un logiciel de calcul d’éclairage pour effectuer une simulation d’éclairage. La distribution lumineuse peut également être classée en fonction de ses caractéristiques. Un exemple typique est la méthode de classification de la distribution lumineuse IESNA. Bien sûr, vous connaissez peut-être mieux les types IS, IIM, IIIL et VS.

Différentes sources de lumière et leurs caractéristiques

Lampe à incandescence

Une lampe à incandescence est une source lumineuse à rayonnement thermique qui utilise un filament de tungstène pour être dans un état incandescent lorsque le courant la traverse. Elle présente les avantages d’une structure simple, d’un faible coût, d’un bon rendu des couleurs et d’une utilisation facile, mais son efficacité lumineuse est très faible et sa durée de vie est courte. Dans des circonstances normales, l’éclairage intérieur et extérieur n’utilise plus de lampes à incandescence pour l’éclairage général, mais se tourne plutôt vers d’autres sources lumineuses plus économes en énergie et plus durables. Lorsqu’elle est utilisée dans des circonstances particulières, sa puissance nominale ne doit pas dépasser 100 W. De plus, afin d’améliorer leurs performances, des composés halogènes tels que l’iode ou le brome sont utilisés dans le remplissage gazeux des lampes à incandescence et la paroi interne de l’ampoule. Ces composés halogènes redéposent le tungstène volatil sur le filament, prolongeant la durée de vie du filament et rendant l’ampoule plus lumineuse et plus efficace. Par rapport aux lampes à incandescence, les lampes halogènes au tungstène présentent les caractéristiques d’une petite taille, d’une longue durée de vie, d’une efficacité lumineuse élevée, d’une bonne couleur de lumière et d’un rendement lumineux stable, ce qui les rend plus largement utilisées.

Lampe fluorescente

La lampe fluorescente est la source lumineuse à décharge de gaz la plus utilisée et la plus consommée. Elle présente les avantages d’une structure simple, d’une efficacité lumineuse élevée, d’une émission de lumière douce et d’une longue durée de vie. L’efficacité lumineuse des lampes fluorescentes est 4 à 5 fois supérieure à celle des lampes à incandescence et leur durée de vie est 10 à 15 fois supérieure à celle des lampes à incandescence. C’est une source lumineuse efficace et économe en énergie. Les lampes fluorescentes peuvent être divisées en deux catégories : cathode chaude et cathode froide selon leur mode de fonctionnement cathodique. La grande majorité des lampes fluorescentes pour l’éclairage général sont de type cathode chaude. Lorsqu’elles sont sous tension, elles chauffent la cathode par collision d’électrons, ce qui entraîne la libération d’électrons, produisant ainsi une fluorescence. Les lampes fluorescentes peuvent être divisées en lampes fluorescentes à double culot et lampes fluorescentes à culot unique selon leur apparence. La plupart des lampes fluorescentes à double culot sont des tubes droits avec un culot de lampe à chaque extrémité (comme T12, T8 et T5). Les lampes fluorescentes à culot unique ont de nombreuses formes, telles que la forme en H, en U, en double U, en forme d’anneau, sphérique, en spirale, etc., avec le culot de la lampe à une extrémité. Les lampes fluorescentes avec un ballast et un support de lampe standard intégrés dans une seule lampe sont appelées lampes fluorescentes à ballast automatique. Ce type de lampe ne peut pas être démonté sans endommager sa structure. Selon le diamètre du tube de la lampe, les lampes fluorescentes comprennent Φ38 mm (T12), Φ26 mm (T8) et Φ16 mm (T5).

Lampe à sodium haute pression

Une lampe au sodium haute pression est une ampoule à décharge de vapeur de sodium haute pression qui utilise un tube à décharge en céramique d’alumine polycristalline translucide qui résiste à la corrosion du sodium. Elle émet une lumière blanche dorée lorsqu’elle fonctionne et présente les avantages d’une efficacité lumineuse élevée (efficacité lumineuse jusqu’à 120~140lm/w), d’une longue durée de vie et d’une bonne performance de pénétration du brouillard. Elle est largement utilisée dans l’éclairage des routes, des aéroports, des quais, des gares, des parkings, des places et des entreprises industrielles et minières. Bien entendu, elle présente également des inconvénients, tels qu’un faible indice de rendu des couleurs. Bien entendu, il existe des moyens de l’améliorer, tels que les lampes au sodium haute pression de couleur moyenne et les lampes au sodium haute pression de couleur élevée. Les lampes au sodium haute pression de couleur moyenne et les lampes au sodium haute pression de couleur élevée sont basées sur des lampes au sodium haute pression ordinaires, augmentant de manière appropriée la pression de vapeur de sodium dans le tube à arc, améliorant ainsi la température de couleur des lampes au sodium haute pression ainsi que le rendu des couleurs des lampes. La température de couleur corrélée des lampes au sodium haute pression de couleur moyenne est de 2 200 K et l’indice de rendu des couleurs moyen peut être augmenté jusqu’à 60, tandis que la température de couleur corrélée des lampes au sodium haute pression de couleur élevée est de 2 500 K et l’indice de rendu des couleurs moyen peut être augmenté jusqu’à 85.

Lampe aux halogénures métalliques (lampe halogène)

La lampe aux halogénures métalliques est une lampe à décharge gazeuse qui génère une décharge en arc et émet de la lumière dans la vapeur mixte de mercure et d’halogénure de métal rare. Il s’agit d’une source lumineuse fabriquée en ajoutant divers halogénures métalliques à la lampe à mercure haute pression. Le principe de base est d’ajouter une variété de métaux dans le tube à arc d’une lampe à mercure haute pression sous forme d’halogénures, de sorte que ces atomes métalliques s’ionisent et émettent de la lumière comme le mercure. La décharge en arc de mercure détermine ses propriétés électriques et sa perte de chaleur, tandis que l’halogénure métallique basse pression remplissant la lampe détermine les performances lumineuses de la lampe. Les lampes aux halogénures métalliques présentent les avantages des lampes fluorescentes, des lampes à mercure haute pression et des lampes à sodium haute pression, et surmontent les défauts de ces lampes. Elles ont une efficacité lumineuse élevée (65~140lm/W), une longue durée de vie (5000~20000h) et un bon rendu des couleurs (Ra est de 65~95), une structure compacte, des performances stables et d’autres caractéristiques. En remplissant différents halogénures métalliques, des sources lumineuses aux caractéristiques différentes peuvent être fabriquées. Les lampes aux halogénures métalliques peuvent être divisées en quatre catégories selon les différents matériaux de remplissage : type sodium thallium indium, type scandium sodium, type dysprosium holmium et type halogénure d’étain.

LEDs

Les diodes électroluminescentes (LED) utilisent des puces semi-conductrices solides comme matériaux luminescents. Lorsqu’une tension directe est appliquée aux deux extrémités, les électrons se déplacent de la région semi-conductrice de type N (chargée négativement) vers la région semi-conductrice de type P (chargée positivement mais dépourvue d’électrons). À la jonction P-N, ces électrons se rencontrent et se recombinent avec des trous (emplacements chargés positivement dans les semi-conducteurs de type P). Au cours de ce processus, les électrons passent d’un niveau d’énergie élevé à un niveau d’énergie faible, libérant de l’énergie sous forme de photons, produisant de la lumière visible. Les diodes électroluminescentes ont été inventées dans les années 1960. Au début, elles n’avaient que de la lumière rouge, puis la lumière verte et jaune sont apparues. Leur utilisation de base est comme voyant lumineux. Ce n’est que dans les années 1990 que les LED à lumière bleue ont été développées, et les LED à lumière blanche ont rapidement été synthétisées et sont entrées dans d’autres domaines de l’éclairage. Après plusieurs années de développement, la LED est devenue très avantageuse en termes d’efficacité lumineuse, de durée de vie, de température de couleur, d’indice de rendu des couleurs et de distribution de la lumière.

Comparaison des différentes sources de lumière et avantages de la LED

Différentes sources de lumière jouent un rôle important dans l’éclairage moderne, chacune avec ses propres caractéristiques et scénarios d’application uniques. Les lampes à incandescence sont populaires en raison de leur structure simple, de leur faible coût et de leur bon rendu des couleurs (100). Cependant, elles présentent également des défauts tels qu’une faible efficacité lumineuse (10 lm/W) et une courte durée de vie (1 000 heures) qui limitent considérablement leur application, ce qui conduit également à leur remplacement progressif par d’autres sources lumineuses. En tant que source lumineuse à décharge de gaz hautement efficace et économe en énergie, les lampes fluorescentes ont les caractéristiques d’une efficacité lumineuse relativement élevée et d’une longue durée de vie. Son efficacité lumineuse peut atteindre 50 à 80 lm/w et sa durée de vie peut atteindre 15 000 heures. Elle est largement utilisée dans divers lieux d’éclairage. Les lampes au sodium haute pression présentent plus d’avantages en termes d’efficacité et de durée de vie que les lampes fluorescentes, elles sont donc largement utilisées dans l’éclairage extérieur comme les lampadaires. Cependant, leur faible plage de sélection de température de couleur limite également leur application dans d’autres domaines. Les lampes aux halogénures métalliques combinent les avantages des lampes fluorescentes, des lampes au mercure haute pression et des lampes au sodium haute pression. Elles ont une efficacité lumineuse relativement élevée (60-100 lm/w), une longue durée de vie (10 000-30 000 heures) et un bon rendu des couleurs (jusqu’à 95), ce qui les rend très adaptées aux applications d’éclairage qui nécessitent une température de couleur et un indice de rendu des couleurs relativement élevés, comme les stades, les parkings (autres éclairages à grande échelle – quais) et les zones d’éclairage commercial (comme les phares automobiles). La LED présente davantage d’avantages en termes de température de couleur, d’indice de rendu des couleurs, de flexibilité de gradation, d’efficacité énergétique, de durée de vie et de temps de préchauffage, ce qui en fait le meilleur choix pour l’éclairage moderne.

Le tableau suivant compare l’efficacité lumineuse, la température de couleur, l’indice de rendu des couleurs, la durée de vie et la distribution lumineuse de différentes sources lumineuses.

Source lumineuse	Efficacité lumineuse	CCT	CRI	Durée de vie	Distribution lumineuse
Incandescente	<10lm/w	2800K	100	1000hrs	N/A
Fluorescente	50-80lm/w	différentes CCT sont disponibles	80-85	15000hrs	N/A
Sodium haute pression	70-120lm/w	2000-2500K	20-25	30000hrs	N/A
Halogène	60-110lm/w	différentes CCT sont disponibles	60-95	10000-30000hrs	N/A
LED	130-190lm/w	différentes CCT sont disponibles	70-90	100000hrs	Asymétrique et symétrique

FrançaisEn comparant les deux, nous pouvons tirer les conclusions suivantes : Incandescent vs LED : La couleur est plus naturelle et la lumière est douce, mais l'inconvénient est également évident, c'est-à-dire que la durée de vie et l'efficacité lumineuse ne peuvent plus répondre aux besoins de l'éclairage moderne.

Fluorescent vs LED : Les lampes fluorescentes sont largement utilisées au début, et il est relativement facile de remplacer et d'entretenir les lampes fluorescentes sans avoir besoin de modifications à grande échelle. Le coût initial est faible et elles sont actuellement utilisées dans l'éclairage domestique et commercial. Elles sont inférieures aux LED en termes d'efficacité lumineuse, de durée de vie et de distribution lumineuse.

Sodium vs LED : Le sodium présentait de nombreux avantages dans les lieux extérieurs tels que les lampadaires et l'éclairage des places depuis les années 1970. Cependant, il présente des inconvénients évidents en termes d'indice de rendu des couleurs, d'efficacité lumineuse (plus d'efficacité comme les LED), de durée de vie, de distribution lumineuse, etc., et ne convient plus à l'éclairage des lampadaires, des places, des parcs et d'autres lieux. Que la lampe soit remplacée par une LED ou que la source lumineuse soit remplacée par une LED de remplacement, par rapport au coût initial et aux avantages ultérieurs, il est très approprié d'utiliser des lampes LED pour remplacer les lampes au sodium.

Halogène vs LED : L'efficacité lumineuse des lampes halogènes n'est pas supérieure à celle des lampes au sodium, mais ses avantages en termes de température de couleur et d'indice de rendu des couleurs en font un produit largement utilisé dans d'autres éclairages de scène, éclairages sportifs et éclairages de voiture (lampes chauffantes). Avec l'émergence de la technologie LED, ses avantages en termes d'efficacité lumineuse, de température de couleur corrélée, d'indice d'affichage (presque), de durée de vie et de distribution lumineuse ont considérablement limité l'application des lampes halogènes dans les domaines ci-dessus.