Soutenance mémoire
Etude de l’éclairage de l’usine
Chapitre II : Etude de l’éclairage de l’usine
Introduction
Quel que soit le type de bâtiment, l’objectif recherché lors de la conception de l’éclairage artificiel sera de minimiser la consommation électrique qui y est liée.
Pour assurer le confort visuel des occupants, un éclairage adéquat et approprié doit être assuré. Ces particularités impactent les normes d’éclairement à appliquer, le choix du matériel et les solutions techniques et pratiques à mettre en place.
Notions sur l’éclairage intérieur
Grandeurs photométriques
Flux lumineux ɸv en lumen (lm)
Quantité de lumière émise par une source lumineuse dans toutes les directions, par unité de temps.
Instrument de mesure : sphère intégratrice.
Intensité lumineuse I en candela (cd)
C’est la quantité de flux lumineux émise dans une irectiond particulière, exprimée en candelas (cd).
: Flux lumineux émis par la lampe.
dω : L’angle solide contenant la direction donnée.
Instrument de mesure : luxmètre + mètre / Goniophotomètre (luminaires)
Eclairement E en lux (lx) ou lumen/m²
C’est la quantité de flux lumineux éclairant une surface par seconde.
: Flux lumineux émis par la lampe (lm), S : l’aire de la surface éclairée (m)
Instrument de mesure : luxmètre.
Efficacité lumineuse
L’efficacité lumineuse (lm/w) est un facteur prépondérant dans le choix d’une lampe en éclairage intérieur; on distingue :
– L’efficacité lumineuse : quotient du flux lumineux émis, par la puissance consommée (par la lampe seule).
– L’efficacité lumineuse globale : quotient du flux lumineux émis par la lampe, par P la somme des puissances consommées par la lampe et sonappareillage
L’utilisation d’une lampe d’efficacité lumineuse élevée diminue à la fois le coût d’installation (puissance, mise en œuvre) et les dépenses de fonctionnement (énergie consommée).
Luminance L en candela par m² (cd/m²)
C’est la « brillance » d’une surface éclairée ou d’une source lumineuse telle que perçue par l’œil humain.
: Facteur de réflexion de la paroi.
Instrument de mesure : Luminancemètre.
Contraste
Différence des luminances entre un objet et son entourage immédiat
Instrument de mesure : Luminancemètre
Facteur d’uniformité
C’est le rapport entre éclairement minimumEmin et éclairement moyenEmoy. Il est important d’équilibrer correctement les niveaux d’éclairement dans les zones de travail et les zones environnantes immédiates afin d’obtenir une uniformité de luminance (ce que l’œil perçoit de la lumière) dans le champ visuel. D’importantes variations de luminance peuvent entraîner une fatigue ou un stress et donc un champ visuel inconfortable.
Instrument de mesure : luxmètre.
Les courbes photométriques
La photométrie d’un luminaire définit la manière dont le flux lumineux (de la source qu’il contient) est émis dans les différentes directions de l’espace.
Certains luminaires sont décrits par deux courbes, une courbe pour chacun des plans de symétrie. Par convention :
-la courbe en trait plein représente la répartition des intensités lumineuses dans le plan transversal.
-la courbe en trait pointillé celle des intensités dans le plan longitudinal.
Figure 2 : courbes photométriques
Les diagrammes polaires et cartésiens de répartition des intensités (donné pour 1000 lm) permettent de visualiser spatialement la répartition des intensités lumineuses pour différents demi-plans c et angles. La représentation peut être soit polaire soit cartésienne.
Indice de rendu de couleur IRC ou Ra
C’est la capacité d’une source à restituer les différentes nuances colorées de l’objet qu’elle éclaire. L’indice de rendu de couleur (IRC) est une moyenne de 13 valeurs calées chacune sur une couleur particulière, sa valeur varie de 1 à 100 (100 étant le rendu de la couleur naturelle).
Tableau 1 : indice de rendu de couleur
Pour un bon confort visuel, il est recommandé d’utiliser des lampes qui ont un IRC élevé. La norme en 12464-2 définit un RA>20 comme nu seuil minimal de sécurité pour le rendu de couleur.
Instrument de mesure : spectromètre
Température de couleur
C’est la couleur apparente de la lumière d’une lampe. Elle est mesurée en degré kelvin (k). Tableau 2 : température de couleur de lumière
La température de couleur a une équivalence physique dans le cas de la lampe à incandescence (température du filament).La température de couleur est extrapolée dans le cas de la lampe à luminescence : température couleur proximale.Plus la température de couleur est élevée, plus lalumière est « froide » plus elle se rapproche de la lumière du jour. Au contraire, plus la température de couleur est basse, plus la lumière est « chaude».Instrument de mesure : colorimètre
Facteur de maintenance
On pourra se baser sur la CIE971[1] qui donne des valeurs de ce facteur en fonction de tous les paramètres ayant une incidence sur celui-ci. Les facteurs les plus couramment utilisés seront m= 0,7 (conditions “standards” de la CIE97) ou 0,8 (préconisation du syndicat de l’éclairage pour un éclairage de bureau avec des luminaires directs).En règle générale, un facteur de maintenance de 0,72 est utilisé pour les sources aux halogénures métalliques et de 0,8 pour celles au sodium haute pression.
Le niveau d’éclairement recommandé
Pour les professionnels, on parlera plutôt de luminance (en cd/m²) en matière d’éclairage routier. Au niveau des espaces extérieurs à proximité des bâtiments tertiaires (parking, voie piétons,…, les niveaux recommandés seront exprimés en lux.Exemples : parking à densité de circulation élevée25 lux, ..) Par calcul :Emoy: Niveau d’éclairement moyen sur la surface considérée.n: Nombre de luminaires éclairant la surface considérée Fm: Facteur de maintenance Kneuf : Coefficient d’utilisation des luminaires Φ: Flux initial de la lampe (renseigné dans le catalogue des fournisseurs)..S: Surface considérée pour le calcul
Les sources utilisées en éclairage
Les lampes incandescentes
Les entreprises qui œuvrent dans le domaine de l’éc lairage public écartent les lampes à incandescence parce que :
• Elles ont une efficacité lumineuse médiocre.
• Elles ont une courte durée de vie.
• Elles sont très vulnérables aux vibrations et auxchocs mécaniques.
1 CEI : commission international de l’éclairage
Les lampes à décharges
L’application d’une tension électrique provoque l’ionisation d’un milieu gazeux comportant des vapeurs métalliques. L’émission de al lumière résulte de l’excitation des atomes par chocs électriques.Ces lampes sont toujours associées à un ballast pour limiter le courant de décharge. En plus, il faut prévoir un autre appareil destiné à faciliterl’amorçage. La famille des lampes à décharge comporte :Les lampes à vapeur de mercure : Les lampes à vapeur de mercure sont des lampes d’éclairage extérieur. Elles sont constituées d’uneampoule en verre à l’intérieur de laquelle est logé un tube contenant du mercure. Leur rayonnement présente une couleur bleu-vert. A la mise sous tension une décharge électrique se produit dans l’atmosphère du tube intérieur entre l’électrode principale et l’électrode auxiliaire.La pression de la vapeur de mercure augmente alors avec la température de l’ampoule et le régime n’est atteint que 6 à 8 minutes après. Ce type est très sensible aux chutes de tension.Les lampes à vapeur de sodium : Ce sont les lampes à décharge qui donnent le maximum d’efficacité lumineuse. Elles sont en deux types selon la valeur de la pression de vapeur de sodium qui règne dans le tube à décharge: basse pression ou haute pression.Ces lampes fonctionnent avec un ballast magnétique, l’amorceur pouvant être incorporé ou externe.La lampe de sodium à haute pression : La lampe de sodium à haute pression émet une lumière jaune. Ce qui lui confère une grande efficacité lumineuse.La lampe de sodium à basse pression : La lampe au sodium basse pression émet une lumière monochromatique orange. Elle a la plus haute efficacité lumineuse de toutes les lampes. Mais elle a un très mauvais indice de rendu des couleurs (IRC).La lampe aux iodures métalliques :La lumière blanche qu’elle génère contribue àla diminution de son efficacité lumineuse. Le tube à décharge en quartz contient des vapeurs de mercures sous forme d’halogénures (iodure en général).L’introduction de ces vapeurs métalliques permet d’augmenter l’efficacité lumineuse et d’améliorer nettement le rendu des couleurs.Les lampes à induction : L’ionisation des atomes est réalisée par un champ électromagnétique créé par la circulation d’un courant à haute fréquence dans une bobine appelée « antenne ».Cette bobine est placée au centrede l’ampoule dans la cavité prévue à cet effet. Le courant à haute fréquence est produit par un générateur extérieur. Celui-ci est directement relié à l’antenne.
C’est le fait que l’antenne soit placée à l’extérieur de l’ampoule qui permet d’obtenir une durée de vie exceptionnelle.
Remarque
Les sources de lumière dites « jaunes » (vapeur de sodium) ont les meilleures efficacités lumineuses. En revanche les sources lumineuses « blanches » ont les meilleurs indices de couleurs. Pour qu’une source lumineuse apparaisse blanche, elle doit contenir toutes les couleurs du spectre lumineux. L’œil huma in est beaucoup plus sensible aux longueurs d’ondes associées au jaune qu’à celles associées au bleu. Puisque l’œil est moins sensible au bleu, la source lumineuse doit donc en produire une plus grande quantité pour obtenir cette blancheur tant convoitée. Ainsi, pour la même quantité de lumière, plusieurs sources lumineuses blanches sont moins efficaces énergétiquement que celles qui émettent principalement des lumières jaunes.
Les luminaires
Définition
Un luminaire est un appareil servant à repartir, fi ltrer ou transformer la lumière des lampes. Il comprend toutes les pièces nécessaires pour les fixer, les protéger et les relier au circuit d’alimentation.
Rôles
• Distribuer le flux lumineux de la lampe de façon à obtenir la répartition désirée,contrôler le flux lumineux pour éviter toute gêne visuelle des divers observateurs potentiels;
• Protéger la lampe et son appareillage.
• Maximiser les performances photométriques de l’installation.
Classification de luminaire
Dans notre étude, on ne s’intéresse qu’aux luminaires d’intérieur. Il y a plusieurs catégories de luminaires en éclairage intérieur :
• Luminaires à suspension
• Luminaires encastrés
• Appliques
• Luminaires en saillie
• Les spots etc…
Critères de choix d’un luminaire
Pour choisir un luminaire, il faut tenir compte de plusieurs critères essentiels:
Les objectifs à atteindre en éclairage sont :
• Rendement
• Distribution Lumineuse
• Facilité d’entretien
• Facteur d’utilisation
• Matériaux de luminaire
• Coût…
Conception de l’éclairage de la nouvelle usine
Introduction
Trop souvent, l’industriel considère que l’éclairage de ses sites de production relève de l’installation électrique globale et qu’il n’est pas nécessaire d’apporter une attention particulière à cet équipement inévitable.C’est ignorer combien une installation d’éclairage bien pensée peut apporter à la rentabilité de toute activité :
• Gains financiers, car être attentif à la qualité de l’éclairage doit mener à une réflexion sur les coûts d’exploitation et de maintenance de l’installation.
• Gains de productivité, parce que bien éclairer,
c’est améliorer les conditions de production et le contrôle qualité des produits fabriqués.
• Gains sociaux, par la réduction des inconforts, de la fatigue visuelle et des risques d’accidents.
• Gains environnementaux enfin, car un bon éclairage, c’est moins d’énergie consommée et, souvent, moins de lampes à faire collecter et traiter.
Donc le choix doit se porter sur des produits ayant une longue durée de vie, des caractéristiques photométriques performantes et neprovoquant qu’une nuisance lumineuse réduite au minimum, tout en respectant la norme NFEN-12464-2 (juillet 2007) [2].
Choix judicieux du nombre et de l’emplacement des luminaires : garantir une bonne répartition de la lumière touten tenant compte des contraintes lié à l’exploitation (…)
• Optimisation de la consommation : le but est de réduire la consommation en diminuant la puissance installée tout en garantissant un éclairement suffisant. Pour cela, nous nous tournerons vers des lampes à haut rendement et des luminaires dont les performances photométriques sont optimales.
• Optimisation du coût d’entretien : les performances des lampes et des luminaires doivent rester valables le plus longtemps possible. Pour cela, le choix de lampes à longue durée de vie ne suffit pas, il faut que la constitution du luminaire garantisse les performances dans le temps.
Etude d’éclairement de l’usine
Normes et règles
Les règles de l’art en éclairagisme sont définies ansd les recommandations ou guidess’appuyant sur les normes européennes ou de l’association française de l’éclairage.
Normes relatives aux luminaires :
Les luminaires doivent répondre aux normes européenes harmonisées de la série NF EN 60-598-2-1[3]. Ces normes visent essentiellement la sécurité des luminaires.
Normes relatives à l’éclairagisme :
NF EN 12464-1 (07/11) [2] : éclairage des lieux detravail – intérieurs.
Conception de l’éclairage
Lors de la conception de l’éclairage de la nouvelle unité industrielle, il y a lieu de procéder successivement :
Au découpage de l’unité en zones fonctionnelles ;
• A l’évaluation du niveau d’éclairement de chaque zone fonctionnelle en fonction de l’activité exercée ;
• A la prise en compte des contraintes liées à l’exploitation (température, propreté et pollution de la zone, cycle d’entretien…)
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : présentation générale
I. Introduction
II. Présentation de l’organisme d’accueil
1. Fiche signalétique
2. Organigramme
3. Principales activités
III. Présentation des partenaires
1. Le groupe LEGRAND
2. BYMARO
IV. Projet de développement
1. Contexte du projet
2. Etat d’avancement
3. Conclusion
Chapitre II : Etude de l’éclairage de l’usine
I. Notions sur l’éclairage intérieur
1. Grandeurs photométriques
2. Les sources utilisées en éclairage
3. Les luminaires
II. Conception de l’éclairage de la nouvelle usine
1. Introduction
2. Etude d’éclairement de l’usine
3. Conclusion
CHAPITRE III : Etude technique de l’installation électrique de l’usine
I. Conception de l’installation électrique
1. Choix de l’architecture
2. Bilan de puissance
3. Schéma synoptique
4. Tracé des chemins de câbles
II. Etude technique
1. Régime du neutre
2. Choix du transformateur BT
3. Dimensionnement des jeux des barres BT
4. Calcul manuel des sections des câbles BT
5. Estimation des courts-circuits BT et exemple de calcul
6. Dimensionnement des protections BT
7. Dimensionnement par logiciel CANECO BT
8. Conclusion
CHAPITRE IV : Compensation de l’énergie réactive, chiffrage et planification des taches
I. Compensation de l’énergie réactive
1. Introduction
2. Principe de la compensation
3. Compensation de l’énergie réactive des transformateurs
4. Installations des batteries de condensateurs
5. Conclusion
II. ETUDE ECONOMIQUE
1. Introduction
2. Evaluation du prix matériel
3. Chiffrage du projet
III. Planning prévisionnel des travaux
Conclusion
Bibliographie
Annexes
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