Introduction

Actuellement, la distribution lumineuse des lampadaires LED est généralement classée en types IM, IIM, IIIM, VS, etc. Cependant, certains appels d’offres (voir les exigences relatives à l’éclairage public) spécifient encore des critères basés sur l’angle du faisceau. Pourquoi ? Cela s’explique par l’utilisation de deux systèmes de classification : le système de classification des luminaires IES (LCS) et la classification NEMA, également présente dans le manuel de l’IESNA. Ces deux systèmes décrivent la distribution spatiale de la lumière émise par les luminaires, mais chacun possède ses propres caractéristiques. Cet article se concentrera sur le système de classification des luminaires IES (LCS) et la classification NEMA, ainsi que sur leurs applications à la classification de la distribution lumineuse des lampadaires. Il abordera notamment les différentes distributions lumineuses et l’angle de faisceau pour l’éclairage public.

Qu’est-ce que le système de classification des luminaires IES (LCS) ?

Le système de classification des luminaires proposé par l’IES constitue la pierre angulaire de la conception de l’éclairage routier. Il définit les types de luminaires en fonction de la distribution latérale et longitudinale de la lumière sur la chaussée. La distribution latérale, également appelée distribution transversale, détermine le type de distribution lumineuse selon le rapport entre la hauteur d’installation du luminaire et la largeur de la chaussée. Cette distribution est déterminée par l’analyse de la courbe d’intensité lumineuse à mi-hauteur (MH). Le type I convient aux trottoirs étroits, où la lumière est principalement distribuée dans un rayon égal à une fois la hauteur d’installation de part et d’autre du luminaire (c’est-à-dire que la courbe MH se situe entre 1 MH côté habitation et 1 MH côté rue). Les types II et III conviennent aux routes de largeur moyenne, le point d’intensité lumineuse à mi-hauteur (MH) du type III se situant entre 1,75 et 2,75 fois la hauteur d’installation devant le luminaire. Le type IV est adapté à l’éclairage de grandes surfaces et se caractérise par une projection latérale extrêmement puissante, la courbe d’éclairement à mi-hauteur dépassant 2,75 fois la hauteur d’installation.

Il introduit également la distribution longitudinale de la lumière, déterminée par l’analyse de la courbe d’éclairement maximal afin de classer le type de distribution lumineuse​ (courte, moyenne ou longue). Généralement, lorsque le point d’intensité lumineuse maximale du luminaire se situe entre 1,0 et 2,25 MH de part et d’autre de sa position, on parle de distribution courte. Pour les luminaires à distribution moyenne, ce point se situe entre 2,25 et 3,75 MH. Enfin, pour les distribution lumineuse​ longue, il se situe entre 3,75 et 6,0 MH. Ces trois types de distribution sont adaptés respectivement aux espacements de poteaux faibles, moyens et importants. La distribution lumineuse​ est généralement conçue pour une gamme de conditions typiques, notamment la hauteur d’installation du luminaire, la position latérale (en surplomb), l’espacement longitudinal, la largeur de la route nécessitant un éclairage efficace et la disposition des luminaires (Qu’est-ce que la disposition des luminaires dans l’éclairage public ?).

Une même distribution lumineuse LCS signifie-t-elle un même résultat d’éclairage ?

La classification des distribution lumineuse​ LCS repose sur la courbe de demi-éclairement et la courbe d’éclairement maximal. Les distribution lumineuse​ appartenant à la même plage étant considérées comme identiques, les résultats d’éclairage pour une même distribution LCS différeront inévitablement, et ces différences peuvent parfois être significatives. Dans les simulations d’éclairage routier, nous utilisons également des distribution lumineuse​ latérales de type II pour observer si les différentes voies sont éclairées ; les résultats montrent clairement que les premières offrent des performances d’éclairage nettement supérieures aux secondes. Il en va de même pour une même distribution lumineuse verticale de type xxM. ZGSM recommande donc à ses clients, si leur projet comporte des informations précises concernant la hauteur des poteaux (Quels facteurs déterminent la hauteur des éclairage public ?), l’espacement des poteaux, le porte-à-faux et le retrait des poteaux, ainsi que l’angle d’inclinaison, de sélectionner une distribution lumineuse​ adaptée à leurs besoins d’éclairage pour la simulation, plutôt que de simplement choisir une distribution lumineuse​ en fonction de la hauteur des poteaux par rapport à la largeur de la route ou à l’espacement des poteaux, car les résultats pourraient ne pas répondre aux exigences de leur projet.

Qu’est-ce que la classification NEMA ?

La National Electrical Manufacturers Association (NEMA, plus connue sous le nom de douille NEMA) a établi un système de classification des luminaires basé sur la distribution du flux lumineux au sein du faisceau qu’ils produisent. Ce système s’applique principalement à l’éclairage sportif et aux luminaires d’intérieur. Il définit sept types de distribution (de 1 à 7), la largeur du faisceau augmentant progressivement. Ce système de classification, ainsi que d’autres méthodes apparentées, utilise l’« angle de faisceau » et l’« angle de champ » pour définir les caractéristiques de distribution lumineuse des luminaires. L’angle de faisceau est défini comme l’angle maximal auquel l’intensité lumineuse chute à 0,50 fois sa valeur maximale, mesuré à partir du centre de la distribution lumineuse. Comme illustré dans le diagramme de classification NEMA ci-dessous, si l’intensité lumineuse maximale du luminaire est de 100 000 cd, l’angle de faisceau est l’angle formé par les deux lignes reliant les points situés à 50 000 cd de part et d’autre de l’origine (0 cd). Prenons comme exemple le projecteur de la série ZGSM Zoom : en consultant son rapport de test photométrique, nous savons que l’intensité maximale du luminaire est de 5 542 cd, la moitié de l’intensité maximale est de 2 771 cd et son angle de faisceau à C0/180 est de 25,1°, ce qui correspond à l’angle de faisceau revendiqué de 25° tel qu’indiqué dans la fiche technique.

Un même angle de faisceau signifie-t-il un même résultat d’éclairage ?

Pas toujours. D’après notre définition de l’angle de faisceau, même si les angles sont similaires, la distribution lumineuse des luminaires peut varier considérablement. Comme illustré ci-dessus (à gauche et à droite), bien que les angles de ces projecteurs sur mât (solutions d’éclairage sur mât ZGSM) entre les points d’intensité à 50 % et l’origine soient tous deux d’environ 15 degrés, la lumière du premier est nettement plus concentrée, tandis qu’une partie de celle du second dépasse cet angle. Les rapports de tests photométriques montrent également qu’à hauteur égale, l’éclairement au point central est significativement différent : le premier mesure 890 lux à 30 m, soit bien plus que les 924 lux à 30 m du second. Les simulations d’éclairage confirment ces différences. Comme illustré ci-dessous, sur un terrain de football standard, nous avons comparé deux projecteurs de terrain avec un angle de faisceau annoncé de 15° ; l’éclairement moyen du premier est nettement inférieur à celui du second. Concernant l’angle de faisceau pour l’éclairage public, la situation est identique. L’analyse révèle que la principale raison est le manque de concentration de la lumière, ce qui entraîne la diffusion d’une partie de celle-ci hors du terrain ou vers le ciel, réduisant ainsi la quantité de lumière atteignant le terrain. De plus, la lumière dirigée vers la périphérie provoque non seulement une diffusion de la lumière, mais aussi des éblouissements ; deux phénomènes indésirables pour un éclairage optimal des terrains de sport. Consultez notre blog pour en savoir plus sur la réduction de la pollution lumineuse dans l’éclairage sportif.

Distribution lumineuse des lampadaires LED

La distribution lumineuse des lampadaires LED est actuellement classée principalement selon le système IESNA LCS, généralement désigné par les types IS, IIM, IVS, etc. Lorsqu’un projet d’éclairage public spécifie des exigences relatives à l’angle de faisceau pour l’éclairage public, la distribution lumineuse doit être classée selon les normes de classification NEMA. Comme on le sait, les lampadaires sont généralement installés d’un seul côté de la chaussée ; même équipés de supports en porte-à-faux, ils sont généralement positionnés plus près d’un côté que directement au centre de la chaussée. Par conséquent, les lampadaires LED utilisent souvent des distributions lumineuses asymétriques (Distribution lumineuse asymétrique et ses avantages) afin de répondre aux exigences d’éclairage routier. Comment le système de classification NEMA est-il appliqué ?

Différents types de distribution lumineuse​ selon la classification des luminaires extérieurs IES

Comme mentionné précédemment, il existe des descriptions des différents types de distribution lumineuse pour l’éclairage public. ZGSM a déjà publié des articles similaires, je ne m’étendrai donc pas davantage ici. Si cela vous intéresse, vous pouvez consulter l’article du blog de ZGSM intitulé « Types de distribution d’éclairage IESNA et leurs applications ».

Angle de faisceau d’un lampadaire LED – angle de faisceau pour l’éclairage public

L’angle de faisceau d’un lampadaire LED correspond à l’angle de dispersion de la lumière émise. Plus précisément, il s’agit de l’angle formé lorsque la lumière se propage depuis le point le plus lumineux au centre jusqu’à ce que son intensité atteigne 50 % de son intensité maximale au centre (soit la moitié de l’intensité maximale). Or, comme on le sait, les lampadaires utilisent une distribution lumineuse asymétrique, ce qui signifie que la lumière émise diffère selon différentes directions, telles que C0/180, C30/210, C60/240 et C90/270. On trouve souvent dans les spécifications des lampadaires la mention « 70° × 150° », indiquant deux angle de faisceau pour l’éclairage public : C0/180 et C90/270. Ces deux angles représentent les angles de faisceau dans les plans caractéristiques C0-180 et C90-270. Le premier décrit la distribution lumineuse​ dans le sens de la largeur de la chaussée, tandis que le second décrit sa distribution dans le sens de la longueur.

Prenons l’exemple du éclairage public ZGSM Alca (éclairage public Alca) pour expliquer comment l’angle de faisceau pour l’éclairage public est déterminé. Dans le plan C0-180, l’intensité lumineuse maximale est d’environ 4 500 cd, donc l’intensité à mi-hauteur est de 2 250 cd. Comme illustré sur le schéma, deux lignes rouges relient l’origine au point d’intensité à mi-hauteur. On obtient ainsi un angle de 69,6°. Par conséquent, l’angle de faisceau pour l’éclairage public dans le plan C0-180 est de 69,6°. Pour le plan C90-270, cet angle diffère légèrement. On constate que l’intensité maximale est d’environ 10 500 cd. L’angle entre les deux lignes reliant l’origine au point d’intensité à mi-hauteur est alors inférieur à 160°, puisque ce point se situe en dessous de la ligne à 80°. Quel est donc le problème ? En réalité, pour l’angle de faisceau pour l’éclairage public @C90-270, nous utilisons l’intensité lumineuse centrale du luminaire LED, soit environ 3 000 cd. Cela nous donne un angle de faisceau pour l’éclairage public @C90-270 d’environ 160°, ce qui est très proche du résultat présenté sur le schéma.

Pour l’éclairage public, l’angle de faisceau détermine si la lumière projetée au sol est « concentrée » ou « dispersée ». Par exemple, un angle de faisceau de 70° pour une distribution latérale (C0-180) concentre la lumière dans cette zone ; à l’inverse, un angle de faisceau pour l’éclairage public de 150° pour une distribution verticale (C90-270) la rend moins concentrée. Le choix de l’angle de faisceau pour l’éclairage public est crucial : un angle C0-180 trop large peut entraîner un débordement de lumière sur les bas-côtés, créant ainsi de la pollution lumineuse, tandis qu’un angle trop étroit peut laisser certaines portions de la chaussée dans l’obscurité. Un angle C90-270 plus étroit convient aux routes où l’espacement des poteaux est faible et offre une meilleure maîtrise de l’éblouissement, tandis qu’un angle plus large est adapté aux routes où l’espacement des poteaux est plus important, mais tend à générer un éblouissement plus élevé (voir Éblouissement et comment le réduire). De plus, la combinaison d’un angle de faisceau étroit et d’une faible hauteur de poteau peut créer des zones sombres entre les poteaux, entraînant une luminosité inégale de la chaussée.

Solution d’éclairage LED ZGSM

Résumé

Lors de la sélection et de l’appel d’offres pour l’éclairage public à LED, les systèmes de classification des luminaires IES (LCS) et NEMA sont souvent utilisés conjointement. Le système IES catégorise les luminaires en types I à IV et en trois catégories de distribution (courte, moyenne et longue) selon la répartition horizontale et verticale de la lumière sur la chaussée, servant ainsi de base commune à la conception de l’éclairage routier. Le système NEMA, quant à lui, utilise l’angle de faisceau et l’angle de champ comme critères de classification, divisant la distribution lumineuse en sept types et étant principalement utilisé pour l’éclairage sportif et intérieur. Malgré des définitions et des cas d’application différents, certains lampadaires utilisent encore la terminologie de l’« angle de faisceau » employée pour l’éclairage sportif et intérieur – un sujet central de cet article – pour décrire leur distribution lumineuse.

En prenant pour exemple la gamme de éclairage public ZGSM Alca (cliquez ici pour voir plus de éclairage public ZGSM), cet article exploite les caractéristiques de distribution lumineuse asymétrique des lampadaires LED pour expliquer en détail comment calculer les angle de faisceau pour l’éclairage public dans les deux plans caractéristiques (C0-180 et C90-270). Il analyse également l’impact de ces angles sur la zone d’éclairage de la chaussée, l’uniformité de l’éclairement (qu’est-ce que l’uniformité de la lumière et comment l’améliorer ?), l’éblouissement et la formation de zones d’ombre. L’article souligne que le choix des angles de faisceau doit reposer sur des simulations d’éclairage réalisées avec les paramètres réels du projet ; les classifications existantes ou les valeurs d’angle fixes ne sont pas directement applicables. Il précise également que des luminaires appartenant à la même classification LCS peuvent ne pas produire des résultats d’éclairage homogènes. Cette classification étant basée uniquement sur les courbes d’intensité lumineuse à mi-hauteur et maximale, les résultats simulés après installation des luminaires peuvent varier considérablement. De même, des luminaires présentant des angles de faisceau identiques peuvent afficher des performances d’éclairage différentes. Les variations de concentration de l’intensité lumineuse peuvent entraîner des écarts importants au niveau de l’éclairement central, de l’éclairement moyen et de l’uniformité de l’éclairement. Pour plus d’informations sur la distribution lumineuse​ des luminaires LED et la conception d’éclairage (solutions d’éclairage ZGSM), veuillez contacter ZGSM.

Questions fréquemment posées

Présentation de l’auteur