Principes de base de technique d'éclairage

La technique d'éclairage joue un rôle très important dans le véhicule en lien avec la sécurité des passagers et celle des autres usagers de la circulation. Sur cette page, nous vous expliquons les principes de base de la technique d'éclairage automobile et vous montrons la structure et le fonctionnement des sources lumineuses les plus courantes. Enfin, vous trouverez plus bas les raisons pour la défaillance de sources lumineuses et des conseils pratiques pour leur remplacement.

Les informations techniques, les conseils et astuces pratiques compilés ci-après ont été rédigés par HELLA afin de fournir une aide professionnelle aux ateliers de réparation automobile dans le cadre de leurs activités. Toutes les informations mises à disposition sur ce site sont destinées à être exploitées uniquement par des professionnels dûment qualifiés.

Caractéristiques de mesure en technique d'éclairage

Vous trouverez ci-dessous un aperçu des concepts de base les plus importants en technique d'éclairage et les unités de mesure correspondantes pour évaluer les caractéristiques de lampes et de feux :

Flux lumineux Φ

Unité : Lumen [lm]

Par flux lumineux F, on désigne l'ensemble de la puissance lumineuse émise par une source lumineuse.

Caractéristiques de mesure en technique d'éclairage : intensité lumineuse

Intensité lumineuse I

Unité : Candela [cd]

L'intensité lumineuse est la partie du flux lumineux qui éclaire dans une direction donnée.

Éclairement lumineux E

Unité : Lux [lx]

L'éclairement E indique le rapport entre le flux lumineux et la surface éclairée.

L'éclairement lumineux correspond à 1 lx, lorsqu'un flux lumineux de 1 lm reçu uniformément par une surface de 1 m².

Caractéristiques de mesure en technique d'éclairage : luminance

Luminance L

Unité : Candela par mètre carré [cd/m2]

La luminance L est l'impression de luminosité que l'œil reçoit d'une surface éclairante ou éclairée.

Efficacité lumineuse ŋ

Unité : Lumen par Watt [lm/W]

L'efficacité lumineuse ŋ indique avec quelle efficacité la puissance électrique consommée est transformée en lumière.

Température de couleur K

Unité : Kelvin [K]

Kelvin est l'unité pour la température de couleur. Plus la température d'une source lumineuse est élevée, plus la proportion de lumière bleue dans le spectre de couleur est grande et plus la proportion de lumière rouge diminue.

Une lampe avec une lumière blanche chaude a une température de couleur d'env. 2 700 K. Une lampe à décharge (D2S) avec 4 250 K a cependant une lumière blanche froide qui est par contre plus proche de la lumière du jour (env. 5 600 K).

Sources lumineuses

Les sources lumineuses sont des corps thermo rayonnants qui génèrent de la lumière due à l'énergie thermique. Cela signifie que plus une source lumineuse est chauffée, plus l'intensité lumineuse est importante.

Le faible rendement des corps thermorayonnants (8 % de rayonnement lumineux) ne permet qu'une efficacité lumineuse relativement faible par rapport aux lampes à décharge (28 % de rayonnement lumineux). Ces derniers temps, ce sont de plus en plus des LED qui sont utilisées dans les véhicules en tant que source lumineuse.

Principes de base de technique d'éclairage : lampe

Lampe à incandescence

Les lampes à incandescence (lampes à vide) font partie des corps thermorayonnants, car l'arrivée d'énergie électrique permet de porter à incandescence le filament en tungstène.

Comme déjà mentionnée, la puissance lumineuse d'une lampe standard est relativement faible. De plus, l'évaporation des particules de tungstène visible sous forme de noircissements sur l'ampoule fait baisser toutes les valeurs relatives à la technique d'éclairage et la durée de vie de telles lampes est relativement courte.

Lampe halogène

La lampe halogène offre des avantages certains par rapport à la lampe classique. L'ajout de petites quantités d'atomes d'halogène, comme par exemple l'iode, permet de réduire le noircissement de la lampe.

Grâce au processus cyclique, les lampes halogènes peuvent être utilisées, à durée de vie identique, avec des températures plus élevées et offrent donc un rendement plus élevé.

Processus cyclique dans une lampe halogène

L'arrivée d'énergie électrique permet de porter à incandescence le filament en tungstène. Dès lors, des particules métalliques s'évaporent. Grâce à un remplissage d'halogène (iode ou brome) dans la lampe, les températures du filament atteignent pratiquement la température de fusion du tungstène (env. 3 400 °C).

On obtient ainsi une grande puissance d'éclairage. Le tungstène évaporé se combine au gaz de remplissage à proximité directe de l'ampoule chaude pour former un gaz transparent : l'halogénure de tungstène. Mais si le gaz se rapproche à nouveau du filament, il se décompose en raison de la température élevée du filament et forme une couche de tungstène régulière.

Pour que le cycle puisse continuer, la température extérieure de l'ampoule doit être de 300°C . L'ampoule en verre de quartz doit pour cela entourer le filament de très près.
Un autre avantage réside dans le fait qu'il est possible de travailler avec une pression de remplissage plus élevée et de limiter ainsi l'évaporation du tungstène.

La décomposition du gaz dans l'ampoule a également une grande influence sur l'efficacité lumineuse. L'apport de petites quantités de gaz rares comme par exemple le xénon, permet de réduire la dissipation de chaleur du filament.

Il existe deux types de lampes halogènes différents. Les lampes H1, H3, H7, H9, H11, HB3 n'ont qu'un seul filament. Elles sont utilisées pour les feux de croisement et les feux de route. La lampe H4 présente deux filaments, un pour l'éclairage route et un pour l'éclairage code.

Le filament pour l'éclairage code est doté d'un capot de protection. Celui-ci a pour objet de recouvrir la part de lumière éblouissante et de produire la coupure clair-obscur.

Les H1+30/50/90 et H4+30/50/90 sont des évolutions des lampes H1 et H4 classiques, avec un remplissage de gaz de protection.

Avantages/différences de la lampe halogène par rapport à la lampe standard

Filament plus fin
Possibilité de fonctionnement à des températures plus élevées
Luminance plus élevée, jusqu'à 30/50/90 % de plus entre 50 et 100 m devant la voiture et un éclairage de plus de 20 m de plus de la chaussée
Sécurité de conduite accrue de nuit et par mauvais temps

Les lampes H7 ont une luminance plus élevée, une puissance absorbée plus faible et une meilleure qualité de lumière par rapport aux lampes H1. Celles-ci sont également disponibles en tant que H7+30/50/90.

Lampes halogènes à apparence bleue

Depuis quelque temps, des lampes halogènes à apparence bleue sont également disponibles. Contrairement aux lampes halogènes classiques, ces lampes ont une lumière blanche bleutée (jusqu'à 4 000 K) et sont donc plus proches de la lumière du jour. La lumière paraît plus claire et plus contrastée à l'œil. Cela permet de conduire plus longtemps sans signes de fatigue. Cette impression est néanmoins subjective.

À ceux qui souhaitent obtenir un maximum de puissance lumineuse, il est conseillé d'utiliser les lampes +30/50/90.

Feux clignotants

Jusqu'à présent, des lampes à ampoule orange étaient utilisées pour les feux clignotants. Pour les conducteurs « tendance », il existe également les lampes de clignotants Magic Star. Lorsqu'elles sont éteintes, elles ne se distinguent pratiquement pas du réflecteur argenté. Mais une fois activées, elles génèrent cette lumière orange caractéristique d'une clarté constante.

L'application de plusieurs couches intermédiaires sur l'ampoule permet d'effacer certaines composantes du spectre de lumière qui sont émises par le filament. Seule la composante orange traverse les couches et est visible.

Lampes à décharge

Les lampes à décharge génèrent de la lumière d'après le principe physique de la décharge électrique. Grâce à l'établissement d'une tension d'amorçage par un ballast (jusqu'à 23 KV pour la 3ème génération des ballasts HELLA), le gaz est ionisé entre les électrodes de la lampe (remplissage avec un gaz rare, le xénon, et un mélange de métaux et d'halogénures métalliques) et excité à l'aide d'un arc électrique pour produire la lumière.

Durant l'alimentation contrôlée en courant alternatif (environ 400 Hz), les substances liquides et solides s'évaporent en raison des températures élevées. La lampe atteint son niveau de luminosité total après quelques secondes seulement, lorsque tous les composants sont ionisés.

Afin d'éviter la détérioration de la lampe par l'augmentation incontrôlée du courant, celui-ci est limité à l'aide d'un ballast. Une fois la puissance lumineuse maximale atteinte, il ne faut plus qu'une tension de service (pas la tension d'amorçage) de 85 V pour maintenir l'éclairage. Le flux lumineux, l'efficacité lumineuse, la luminance et la durée de vie sont nettement meilleurs que pour les lampes halogènes.

Les lampes à décharge sont classifiées d'après leur version de développement : D1, D2, D3 et D4. Le « D » désigne ici « Discharge », le mot anglais pour décharge. Les générations diffèrent parfois considérablement. Les lampes D1 - la première génération d'ampoules au xénon - disposent ainsi d'un élément d'amorçage intégré. Les lampes D2, en revanche, sont uniquement constituées de la lampe montée sur culot et, contrairement à tous les autres stades de développement des lampes à décharge de l'automobile, elles ne possèdent aucune ampoule en verre extérieure autour du tube à décharge. Tous les perfectionnements présentent une ampoule UV et une forme de construction sensiblement plus solide.

L'ancienne lampe D1 est souvent confondue avec la lampe D1-S/R d'aujourd'hui avec module d'allumage intégré. Les perfectionnements des lampes D1 et D2, les lampes D3 et D4, veillent à une meilleure compatibilité environnementale sans mercure. En raison des différents paramètres électriques (42 V à la place de 85 V de tension de décharge à puissance identique), les lampes D3 et D4 ne peuvent pas être utilisées avec les calculateurs pour lampes D1 ou D2.

Comparaison filament (halogène)/arc lampe à décharge (xénon)

Comparaison filament halogène et arc xénon

	Lampe halogène (H7)	Lampe à décharge
Source lumineuse	Filament	Arc électrique
Luminance	1450 cd/m2	3000 cd/m2
Puissance	55 W	35 W
Bilan énergétique	8% de rayonnement lumineux 92 % de rayonnement thermique	28% de rayonnement lumineux 58 % de rayonnement thermique 14 % de rayonnement UV
Durée de vie	env. 500 h	2500 h
Résistants aux chocs	Limité	Oui
Tension d'amorçage	Non	Oui 23 000 V (3e génération)
Électronique de réglage	Non	Oui

Lampe de véhicule — Les lampes de véhicules doivent obligatoirement avoir l'agrément CEE-R37 et R99. Ce qui rend le remplacement des lampes possible et évite ainsi toute confusion avec d'autres lampes.

Les inscriptions suivantes figurent sur les lampes :

Nom du fabricant.
6 ou 6 V, 12 ou 12 V, 24 ou 24 V correspond à la tension nominale conformément à la réglementation CEE 37.
H1, H4, H7, P21 W correspond à la désignation de catégorie internationale des lampes normalisées CEE, par exemple 55 W.
E1 indique dans quel pays la source lumineuse a été testée et homologuée. Le chiffre 1 correspond à l'Allemagne.
« DOT » signifie que la lampe est également homologuée pour le marché américain.
« U » correspond aux lampes à rayonnement ultraviolet réduit, selon la CEE. Ces lampes sont p. ex. utilisées dans les projecteurs à lentille en plastique.
La marque d'homologation attribuée par l'organisme de réglementation, p. ex. E1 (Service central allemand d'immatriculation des véhicules automobiles à Flensburg), est également indiqué sur la lampe et est soit 37 R (E1) + un numéro à cinq chiffres ou uniquement (E1) + un numéro à trois chiffres (également des caractères alphanumériques, voir ill.).
La plupart des lampes ont une codification du fabricant. Ceci permet une traçabilité jusqu'au fabricant.
Comme les lampes n'ont pas toutes suffisamment de place pour l'identification, le législateur requiert seulement les informations suivantes : fabricant, puissance, marque de contrôle et marque d'homologation.

Facteurs d'influence sur une source lumineuse

Malgré la régénération à l'intérieur d'une lampe, le filament de tungstène se consomme peu à peu et limite ainsi la durée de vie de la lampe.

Facteurs d'influence négatifs

Sollicitations mécaniques dues aux chocs et aux vibrations
Températures élevées
Effet électrique transitoire
Pics de tension
Tension de bord plus élevée
Haute luminance grâce à des filaments extrêmement denses

Facteurs d'influence positifs

Pression de remplissage
Gaz de remplissage

La durée de vie et l'efficacité lumineuse dépendent entre autres fortement de la tension d'alimentation présente.

Règle de base à retenir : si la tension d'alimentation d'une lampe est augmentée de 5%, le flux lumineux augmente de 20%, mais la durée de vie est en même temps divisée par deux.

Facteurs d'influence : diagramme durée de vie par rapport à l'augmentation de la tension

C'est la raison pour laquelle des résistances série étaient utilisées sur certains véhicules, de manière à ce que la tension d'alimentation de 13,2 V ne soit pas dépassée. Sur les véhicules modernes, la modulation de largeur d'impulsion permet d'adapter la tension.

En cas de sous-tension, due par exemple à un alternateur défectueux, le cas est inversé. La lumière présente alors une composante rouge beaucoup plus élevée et l'efficacité lumineuse est en conséquence plus faible.

Conseils de technique d'éclairage - Sources lumineuses

Conseils de technique d'éclairage pour sources lumineuses

Pour l'allumage, les projecteurs xénon nécessitent une haute tension. C'est la raison pour laquelle il est impératif de débrancher la prise de l'alimentation du ballast avant de commencer des travaux sur les projecteurs.
Lors de la mise en place d'une nouvelle lampe , ne pas toucher l'ampoule, car les empreintes se gravent sur le verre par la chaleur et occasionnent des opacités.
Si une lampe au xénon devait se briser dans un espace fermé (un atelier), l'aérer afin d'éviter tout risque pour la santé que pourraient générer les gaz toxiques. Les lampes au xénon D3 et D4 sont écologiques car elle ne contiennent plus de mercure.
Les lampes à incandescence et halogènes standard ne contiennent aucune substance dangereuse pour l'environnement et peuvent donc être jetées aux ordures ménagères normales.
Les lampes au xénon font partie des déchets spéciaux. Si la lampe est défectueuse, mais l'ampoule est encore intacte, elle doit être éliminée avec les déchets spéciaux, car le mélange de gaz et de vapeurs métalliques contient du mercure et est donc très toxique en cas d'inhalation. Si l'ampoule est cassée, par exemple suite à un accident, la lampe au xénon peut être jetée aux ordures normales car le mercure s'est volatilisé.
Sur les lampes au xénon D3 et D4, le mercure a été remplacé par de l'iodure de zinc non toxique. Ces lampes peuvent être jetées aux ordures ménagères normales.
Le code déchets pour l'élimination est le suivant : 060404.
Il n'existe aucun conseil particulier concernant les LED étant donné qu'elles n'ont généralement pas à être remplacées.

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