Détermination d'une efficacité lumineuse

[360no2]

Bonjour déterminer l'efficacité lumineuse de lampes fluocompactes ainsi que de lampes à incandescence classiques (en lm/W), soit le rapport entre le nombre de lumens émis et la puissance consommée.
Pour ce faire je dispose d'un luxmètre, d'un ampèremètre et d'un voltmètre.

Le branchement de ces derniers et l'utilisation de P=UI pour la puissance consommée c'est pas ça qui me pose problème, mais ensuite, dans l'hypothèse d'un éclairement uniforme, je pense utiliser la définition du lux (1lux = 1 lm / 1 m²) et placer le luxmètre à 28.2 cm de la source lumineuse (ce qui donne une sphère d'un mètre d'aire et donc valeur mesurée en lux = valeur en lumens, pas folle la guêpe).

Déjà je voudrais savoir ce que vous pensez de l'approximation "éclairement uniforme" pour les deux types de lampes suscités.

Ensuite, pour ne mesurer que la valeur de l'éclairement (en lux) de ma lampe, je pensais la placer à l'intérieur d'une boîte opaque (pour éviter de mesurer l'éclairement dû à la lumière du jour( vu que je ne crois pas qu'on me laisse présenter de nuit ) et peindre l'intérieur de cette boîte en noir afin de limiter au maximum le phénomène de réflexion, qu'en pensez vous ?

Question subsidiaire : quelqu'un aurait-t-il un lien entre rendement (en W/W) et efficacité lumineuse (lm/W) à me proposer ?
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[deep_turtle]

Déjà je voudrais savoir ce que vous pensez de l'approximation "éclairement uniforme" pour les deux types de lampes suscités.

Ca ne parait pas délirant... Tu n'as qu'à le vérifier, puisque tu as les instruments de mesure !

[invitea0046ad4]

Pour mesurer le flux total d'une lampe, il faut disposer d'une sphère intégrante, ce qui est un instrument assez cher.

Si on dispose seulement d'un luxmètre, on ne peut pas se contenter de mesurer un éclairement à une certaine distance car l'émission n'est pas du tout isotrope.
On peut quand même faire quelque chose, de la façon suivante, pour le tube fluo : en première approximation, l'émission du tube est lambertienne en chaque point. Sa luminance est donc constante.
Le flux contenu dans le faisceau défini par la surface apparente de la source et la surface du récepteur est égal au produit de la luminance de la source par l'étendue géométrique du faisceau.
L'éclairement produit est donc égal au produit de la luminance par l'angle solide apparent de la source (surface de réception orthogonale, on néglige un cos).
En se plaçant à une distance suffisante :
E = L.O, O=angle solide sous lequel est vu le tube.
En se plaçant dans le plan perpendiculaire passant par le centre, O=Sapp/d² (si d>>l, sinon faire le calcul d'intégrale, mais en se plaçant à d>2l, c'est inutile).
d=distance d'observation, l=longueur du tube
Sapp=surface apparente du tube=l.D, D=diamètre du tube
D'autre part, la luminance est reliée simplement à l'émittance, donc à la puissance totale en lumen (émission lambertienne).
Flux F = PI.L.S
S=surface latérale du tube=PI.D²/4
La démarche est donc :
- Mesurer E à une distance d
- Calculer L = E/O
- Calculer F = PI.L.S

Donc, rien de plus qu'une mesure et quelques multiplications si on comprend ce qu'on fait (notions d'étendue géométrique, de luminance...).

Pour soustraire la lumière du jour, il suffit de faire 2 mesures: une avec le tube allumé, l'autre avec le tube éteint, et de soustraire (si le fond n'est quand même pas trop important et si on néglige les réflexion sur les murs).
Il est quand même recommandé de faire une autre mesure en masquant le flux direct pour avoir la contribution des murs et la soustraire.

Pour la lampe à filament, il faut raisonner différemment. Ca dépend de la forme du filament. Assez souvent, on n'est pas si loin d'une mission isotrope globalement (sauf vers l'arrière de la lampe évidemment) si le filament à la forme d'un arc.
Il est facile de vérifier cette hypothèse en promenant le luxmètre autour de la lampe à distance constante (prendre plusieurs mesures et faire une moyenne).
Et on déduit facilement l'intensité et le flux total à partir d'une mesure d'éclairement.

On doit pouvoir ainsi avoir des résultats à 20% près (même mieux pour le tube fluo).
Pour être plus précis, il faut la sphère intégrante.

[360no2]

Alors là lambda0 merci ! tu me retires une grosse épine du pied.
Bon pour ce qui de la sphère intégrante, je peux toujours essayer de demander au bahut, après tout c'est bientôt noël mais j'ai un doute...


Euh sinon, une petite chose quand même : "emission lambertienne" ça correspond à quoi exactement ?
Ensuite, pour la longueur du tube, vu que dans les lampes fluocompactes, le tube est coudé un certain nombre de fois, je prend la longueur du tube s'il n'atait pas coudé ou la longueur d'une portion droite ?

Enfin, il reste la question subsidiaire à 300 points, si quelqu'un a des suggestions...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef7177163]

Question subsidiaire : quelqu'un aurait-t-il un lien entre rendement (en W/W) et efficacité lumineuse (lm/W) à me proposer ?

Le lien entre lm/W et W/W passe par la courbe de sensibilite de l'oeil humain moyen vs. longueur d'onde. Cette courbe standard s'etendant de 380nm a 780nm a ete definie par la CIE en 1931, et a une forme grossiere de gaussienne avec en vision photopique un maximum a 555nm pour une efficacite de 680lm/W (voir lien ci dessous).

http://www.amastro.org/at/ot/othcs.gif

Donc le lien entre W/W et lm/W depend en premier ordre de ton spectre lumineux. Pour une lumiere monochromatique a 555nm, lm/W=680*W/W. Dans le cas de spectre polychromatique, il te faut faire une moyenne ponderee sur la courbe de sensibilite de l'oeil.


A+

Max

[invitea0046ad4]

Compléments:

- Emission lambertienne = luminance indépendante de la direction (par rapport à la normale en chaque point de la surface !)
Voir un cours de photométrie pour bien comprendre la méthode et les approximations faites.
C'est assez bien vérifié pour les tubes (j'ai fais les mesures il y a quelques années).
Si le tube est coudé, ça marche aussi, pour peu qu'il n'y ait pas trop de réflexions entre les différentes parties du tube.
Il faut considérer la surface apparente pour le calcul de la luminance, et ensuite la surface totale émissive pour le calcul du flux à partir de l'émittance, donc la surface latérale.
Petits pièges :
- il ne faut pas de réflecteur derrière la lampe, sinon penser à soustraire aussi cette contribution, avec une mesure supplémentaire
- puissance électrique : la lampe à filament est purement résistive, pour le tube fluo, j'en suis moins sûr. Se renseigner là dessus.

- pour ce qui est de l'efficacité lm/W optique, encore faut-il connaitre le spectre. A moins d'avoir un spectro, il n'y a plus qu'à se reporter à la doc (spectre de lampe à filament = corps noir, en gros).
Une fois qu'on a ça, calculer une intégrale de recouvrement le spectre et la courbe de sensibilité de l'oeil (voir ref de Max).

A+

[360no2]

D'accord, avec tt ça je pense que j'ai de quoi m'amuser un petit peu avec mon TIPE...
Merci à vous deux !!