Éclairage et photométrie : calcul d’éclairement, LED et DALI, le cours

« Mettez-moi assez de lumière dans l'open space. » Voilà à peu près tout ce que le client dit. À l'électricien de traduire : combien de luminaires, lesquels, où, et commandés comment. Poser des dalles LED « au jugé » donne presque toujours un mauvais résultat, soit un plateau sombre où l'on plisse les yeux, soit une installation surdimensionnée qui éblouit et consomme pour rien. L'éclairage se calcule, comme une section de câble.

Ce chapitre de niveau bac pro MELEC donne les grandeurs de la photométrie, les critères de choix d'une source LED, la méthode du flux pour déterminer le nombre de luminaires, puis la commande et la gradation, avec le principe du bus DALI. Les montages de base (télérupteur, minuterie) sont traités dans le cours sur les commandes d'éclairage, et l'éclairage de sécurité dans le cours sur les BAES en ERP : on ne les reprend pas ici.

Photométrie : flux, intensité, éclairement, luminance

La photométrie mesure la lumière telle que l'œil humain la perçoit. Quatre grandeurs suffisent, à condition de ne jamais les confondre.

Le flux lumineux Φ, en lumens (lm), est la quantité totale de lumière émise par une source, toutes directions confondues. C'est le chiffre imprimé sur l'emballage d'une lampe ou sur la fiche d'un luminaire : une dalle LED de 600 × 600 mm fournit par exemple 3 600 lm. Le flux lumineux ne dit rien de la façon dont cette lumière est répartie.

L'intensité lumineuse I, en candelas (cd), décrit le flux envoyé dans une direction donnée : I = Φ / Ω, où Ω est l'angle solide en stéradians (sr). Un spot à faisceau serré et une ampoule nue peuvent avoir le même flux ; le spot a une intensité bien plus forte dans son axe, parce qu'il concentre ses lumens dans un petit cône. Les fabricants donnent la répartition des intensités sous forme d'une courbe photométrique, graduée en candelas ou en candelas pour 1 000 lm.

L'éclairement E, en lux (lx), est le flux reçu par mètre carré de surface : E = Φ / S, et 1 lx = 1 lm/m². C'est la grandeur que fixent les textes et que l'on contrôle sur chantier avec un luxmètre, posé sur le plan de travail. Si 6 000 lm arrivent sur un bureau paysager de 20 m², l'éclairement moyen vaut 6 000 / 20 = 300 lx.

La luminance L, en cd/m², est l'intensité émise par unité de surface apparente de la source, dans la direction de l'observateur : L = I / S apparente. C'est la seule grandeur que l'œil perçoit vraiment, celle qui fait qu'une surface paraît brillante ou terne, et qu'un luminaire éblouit ou non. Un filament nu et un plafonnier opalin peuvent émettre le même flux ; le premier a une luminance énorme parce que sa surface est minuscule.

La cinquième ligne du tableau relie la lumière à l'électricité. L'efficacité lumineuse η = Φ / P compare le flux émis à la puissance absorbée. La dalle de 3 600 lm qui absorbe 30 W a une efficacité de 3 600 / 30 = 120 lm/W. Pour fixer les idées, en ordre de grandeur, une lampe à incandescence tournait autour d'une douzaine de lumens par watt, un tube fluorescent approchait la centaine, et les luminaires LED professionnels actuels font nettement mieux, comme la dalle de notre exemple. C'est cette valeur, pas la puissance en watts, qui permet de comparer deux produits.

Choisir une source LED : efficacité, température de couleur, IRC

Une fiche technique de luminaire LED se lit en quatre lignes. La première est le couple flux et puissance, donc l'efficacité lumineuse vue plus haut. Attention à comparer des choses comparables : le flux utile est celui qui sort du luminaire, optique et diffuseur compris, pas celui des puces LED nues.

La deuxième est la température de couleur, en kelvins (K), qui décrit la teinte de la lumière blanche. En dessous de 3 300 K, la lumière est dite chaude, tirant sur le jaune : c'est le 2 700 K ou le 3 000 K des logements, des hôtels et des restaurants. Entre 3 300 K et 5 300 K, elle est neutre : le 4 000 K est la valeur habituelle des bureaux, des salles de classe et des ateliers. Au-delà de 5 300 K, elle est froide, bleutée. Rien n'interdit le 3 000 K dans un bureau, mais on ne mélange jamais deux températures de couleur dans une même pièce : l'œil repère immédiatement la différence.

La troisième est l'indice de rendu des couleurs, noté IRC ou Ra, sur une échelle qui va jusqu'à 100. Il indique si les couleurs des objets éclairés paraissent naturelles. La NF EN 12464-1 demande un Ra d'au moins 80 pour le travail de bureau, et 90 pour les tâches où la couleur compte, comme le contrôle des couleurs en imprimerie. Notre article bien choisir ses ampoules : IRC et température de couleur illustre ces deux notions côté logement.

La quatrième concerne la tenue dans le temps. Une LED ne « claque » pas comme un filament : son flux baisse lentement. La durée de vie s'exprime donc par un couple du type « L80 à 50 000 h », qui signifie qu'après 50 000 heures le luminaire fournit encore 80 % de son flux initial. On verra que le calcul d'éclairage tient compte de cette baisse.

Reste l'alimentation. Une LED fonctionne en courant continu, sous quelques volts : entre le réseau 230 V et les puces, il y a toujours un driver LED. Les luminaires professionnels utilisent des drivers à courant constant (350 mA, 700 mA…), les rubans des alimentations à tension constante (12 V ou 24 V). C'est le driver qui décide si le luminaire est gradable, et par quel moyen. C'est lui aussi qui provoque, à la mise sous tension, une pointe de courant brève mais élevée : sur un grand plateau, le nombre de luminaires par disjoncteur se détermine avec les tableaux du fabricant, pas seulement avec la somme des puissances.

Niveaux d'éclairement : Code du travail et NF EN 12464-1

Deux textes donnent des valeurs, et ils n'ont pas le même statut. Le Code du travail (article R. 4223-4) fixe des minimums réglementaires, mesurés sur le plan de travail ou, à défaut, au sol.

Ces valeurs sont des planchers de sécurité, très en dessous de ce qu'il faut pour travailler confortablement. Pour dimensionner, on utilise la norme NF EN 12464-1 (éclairage des lieux de travail intérieurs), dont la version en vigueur date de 2021. D'application volontaire, elle est la référence de tous les cahiers des charges. Pour chaque type de tâche, elle donne un éclairement moyen à maintenir Em, c'est-à-dire la valeur en dessous de laquelle l'installation ne doit jamais descendre, quel que soit son âge, et plusieurs critères de qualité.

Trois colonnes méritent une explication. L'uniformité U₀ est le rapport entre l'éclairement le plus faible et l'éclairement moyen de la zone : à 0,60 avec 500 lx de moyenne, aucun point du poste ne doit recevoir moins de 300 lx. L'UGR est un indice d'éblouissement d'inconfort : plus il est bas, moins les luminaires gênent ; 19 est la limite pour un bureau. La valeur « exigée » est un minimum : la version 2021 de la norme ajoute une valeur « modifiée » plus élevée (1 000 lx pour l'écriture et la lecture), à retenir quand la tâche est difficile ou que les occupants ont une vue affaiblie. La norme raisonne enfin par zones : autour d'une zone d'activité à 500 lx, la zone environnante immédiate peut descendre à 300 lx.

Méthode du flux : calculer le nombre de luminaires

La méthode du flux, qu'on appelle aussi méthode de l'utilance, répond à une question simple : combien de lumens faut-il installer au plafond pour que le plan de travail en reçoive assez ? Tous les lumens émis n'arrivent pas sur les bureaux : une partie est absorbée par les murs et le plafond, et l'installation perd du flux en vieillissant. Deux coefficients traduisent ces pertes.

N = (E × S) / (Φ × U × FM)

N est le nombre de luminaires, E l'éclairement moyen à maintenir en lux, S la surface du local en m², Φ le flux sortant d'un luminaire en lumens, U l'utilance et FM le facteur de maintenance. On la déroule en cinq étapes, sur un exemple : un bureau paysager de 12 m sur 8 m, plafond à 2,80 m, équipé de dalles LED encastrées de 3 600 lm et 30 W.

Étape 1 : l'éclairement à maintenir. Travail de bureau, lecture et écran : E = 500 lx, mesuré sur le plan utile, le plan horizontal des tables. On le prend ici à 0,80 m du sol.

Étape 2 : l'indice du local K. Il résume la forme de la pièce : K = (a × b) / (h × (a + b)), où a et b sont la longueur et la largeur, et h la hauteur des luminaires au-dessus du plan utile, pas la hauteur sous plafond. Ici h = 2,80 − 0,80 = 2,00 m, et K = (12 × 8) / (2 × (12 + 8)) = 96 / 40 = 2,4. Un local large et bas a un K élevé : la lumière atteint les tables directement. Un local étroit et haut a un K faible : les murs en absorbent davantage.

Étape 3 : l'utilance U. C'est la part du flux sortant des luminaires qui atteint réellement le plan utile. Elle se lit dans un tableau fourni par le fabricant, en croisant l'indice K avec les facteurs de réflexion du plafond, des murs et du plan utile. Ces facteurs s'écrivent en trois chiffres : « 753 » signifie plafond à 70 %, murs à 50 %, plan utile à 30 %, ce qui correspond à un plafond blanc et des murs clairs. Le tableau dépend aussi du mode de pose, par le rapport de suspension J = h' / (h + h'), h' étant la distance entre le plafond et le luminaire : J = 0 pour un luminaire encastré ou plaqué au plafond. Pour notre exemple, le tableau donne U = 0,95.

Étape 4 : le facteur de maintenance FM. Compris entre 0 et 1, il anticipe la baisse de flux des LED, l'encrassement des luminaires et le vieillissement des parois. Plus le local est poussiéreux et l'entretien rare, plus il est faible. Pour un bureau propre équipé de LED, on retient couramment 0,8. Les anciens documents utilisent son inverse, le facteur de dépréciation d = 1 / FM, soit 1,25.

Étape 5 : le calcul. N = (500 × 96) / (3 600 × 0,95 × 0,8) = 48 000 / 2 736 = 17,5. On arrondit toujours à l'entier supérieur, et de préférence à un nombre qui donne une trame régulière : 18 luminaires, en 6 rangées de 3.

L'implantation. Les luminaires se répartissent en trame régulière : 12 / 6 = 2 m d'entraxe dans la longueur, 8 / 3 = 2,67 m dans la largeur, avec un demi-entraxe entre la dernière rangée et le mur (1 m et 1,33 m). C'est cette régularité qui assure l'uniformité. Le fabricant indique l'entraxe maximal admissible pour son optique, en fonction de la hauteur h : on le vérifie.

Les vérifications. L'éclairement obtenu vaut E = (18 × 3 600 × 0,95 × 0,8) / 96 = 513 lx, donc plus que les 500 lx demandés. La puissance installée vaut 18 × 30 = 540 W, soit 540 / 96 = 5,6 W/m². Sur un vrai projet, le bureau d'études confirme le résultat avec un logiciel de simulation, qui calcule aussi l'uniformité et l'UGR ; la méthode du flux reste l'outil de l'avant-projet et de l'examen. À la réception, on mesure au luxmètre selon un quadrillage de points, comme pour toute mesure décrite dans le cours sur les mesures en électricité. Ne soyez pas surpris de relever plus de 600 lx le premier jour : une installation neuve fournit E / FM = 513 / 0,8 = 641 lx, puisque le facteur de maintenance n'a pas encore joué.

Commande et gradation : du variateur au bus DALI

Un éclairage bien calculé mais allumé à 100 % toute la journée, y compris devant une baie vitrée en plein soleil, gaspille de l'énergie. La gestion repose sur trois fonctions : la détection de présence, qui éteint ou abaisse l'éclairage d'un local vide ; la gradation selon la lumière du jour, où une cellule mesure l'éclairement et complète seulement ce qui manque ; et les scénarios, par exemple « projection » dans une salle de réunion. Les deux dernières supposent des luminaires gradables.

Trois techniques de gradation se rencontrent sur chantier. La coupure de phase est celle du variateur mural des logements : il hache la sinusoïde du 230 V ; elle convient à quelques lampes dites « dimmables », avec un variateur compatible LED. Le 1-10 V est une commande analogique : une paire polarisée transporte une tension continue, 1 V pour le minimum et 10 V pour le maximum ; tous les luminaires de la paire reçoivent le même ordre, et il faut un contact séparé pour couper l'alimentation. Le DALI (Digital Addressable Lighting Interface, normes de la série NF EN IEC 62386) est une commande numérique, devenue la solution courante en tertiaire.

Le principe du DALI tient en quelques idées. Chaque luminaire reste alimenté en permanence en 230 V ; son driver reçoit en plus deux fils de bus, repérés DA et DA, sans polarité. Une alimentation de bus maintient environ 16 V sur cette paire, avec un courant limité à 250 mA. Les ordres y circulent sous forme de trames numériques. À la mise en service, chaque driver reçoit une adresse : une ligne DALI en accepte 64. On les range ensuite dans 16 groupes au plus (la rangée côté fenêtres, la rangée côté couloir…) et l'on mémorise jusqu'à 16 scènes. Avec DALI-2, la même ligne accueille aussi les détecteurs et les boutons-poussoirs.

Pour l'électricien, la conséquence est pratique : le câblage ne décide plus du fonctionnement. On tire le bus de luminaire en luminaire dans l'ordre qui arrange, en ligne, en étoile ou en arbre, mais jamais en boucle fermée. Qui commande quoi se règle ensuite par programmation, et se modifie sans toucher aux fils le jour où l'on déplace une cloison. La longueur est limitée par la chute de tension, de 2 V au plus : 300 m avec du 1,5 mm². Malgré ses 16 V, le bus n'est pas une très basse tension de sécurité (il n'a qu'une isolation simple par rapport au secteur) : on le câble avec des conducteurs isolés comme ceux du 230 V, souvent dans un même câble 5G1,5 (phase, neutre, terre et les deux fils DA). Autre avantage sur le 1-10 V, la communication va dans les deux sens : un driver peut signaler une source en défaut.

Au-dessus de plusieurs lignes DALI, une passerelle fait le lien avec la gestion technique du bâtiment : voir le cours sur la domotique, le KNX et le bâtiment communicant.

Pour aller plus loin (BTS)

Éclairement en un point. La méthode du flux donne une moyenne. Pour connaître l'éclairement en un point précis, on part de l'intensité : une source d'intensité I, à une distance d, produit E = I × cos α / d², α étant l'angle entre le rayon et la verticale du plan éclairé. Pour un luminaire placé à la hauteur h au-dessus du plan, d = h / cos α, d'où E = I × cos³ α / h². À la verticale (α = 0), on retrouve E = I / h². C'est le calcul que les logiciels répètent pour chaque luminaire et chaque point d'une grille.

Luminance et éblouissement. Pour une surface qui diffuse de la même façon dans toutes les directions, la luminance se déduit du flux émis par mètre carré : L = Φ / (π × S). Une dalle de 0,6 × 0,6 m, soit 0,36 m², qui émet 3 600 lm a une luminance d'environ 3 600 / (π × 0,36) ≈ 3 180 cd/m². Le même flux sorti d'un spot de 5 cm de diamètre donnerait une luminance près de deux cents fois plus forte (la surface émettrice passe de 0,36 m² à environ 0,002 m²) : c'est ce qui explique que l'UGR pénalise les sources petites et intenses placées dans le champ de vision.

Composition du facteur de maintenance. Le FM est le produit de plusieurs facteurs : maintien du flux des sources (le L80 ou L90 de la fiche), taux de survie, encrassement des luminaires, encrassement des parois du local. Le choisir trop bas conduit à surdimensionner. Certains drivers compensent la baisse : ils démarrent à puissance réduite et l'augmentent au fil des années pour garder un flux constant.

Critère énergétique en rénovation. Lorsqu'on remplace l'éclairage d'un bâtiment tertiaire existant, l'arrêté du 3 mai 2007 modifié limite la puissance installée pour l'éclairage général à 1,6 W par m² de surface utile et par tranche de 100 lx d'éclairement moyen à maintenir (article 44) et impose, selon les locaux, une extinction ou un abaissement automatique en cas d'inoccupation et une gradation automatique en fonction de la lumière naturelle. Notre bureau paysager consomme 5,6 W/m² pour 500 lx exigés, soit 5,6 / 5 = 1,1 W/m² par 100 lx : il respecte le seuil. L'éclairage est l'un des gisements étudiés dans le cours sur l'efficacité énergétique et le plan de comptage.

Les erreurs qui reviennent

Confondre lumens et lux. Le lumen caractérise la source, le lux la surface éclairée. Un luminaire « de 3 600 lux » n'existe pas : l'éclairement dépend de la surface du local et de la hauteur de pose.

Prendre la hauteur sous plafond pour h. Dans l'indice K, h est la hauteur des luminaires au-dessus du plan utile. Avec un plafond à 2,80 m et des tables à 0,80 m, h vaut 2,00 m. Si les luminaires sont suspendus, on retire aussi la longueur de suspension.

Oublier le facteur de maintenance, ou diviser au lieu de multiplier. Sans lui, l'installation est conforme le jour de la réception et trop faible trois ans plus tard. Le FM est inférieur à 1 et se place au dénominateur avec l'utilance : il augmente le nombre de luminaires.

Arrondir en dessous. 17,5 luminaires, c'est 18, pas 17. Et si 18 ne permet pas une trame régulière, on monte au nombre suivant qui le permet.

Choisir sur les watts. « Remplacer des 4 × 18 W par des dalles de 40 W » ne veut rien dire tant qu'on n'a pas comparé les flux. Deux dalles de même puissance peuvent différer de 30 % en lumens.

Fermer le bus DALI en boucle, ou dépasser 64 adresses. Au-delà de 64 drivers, on crée une deuxième ligne avec sa propre alimentation de bus. Et l'on ne raccorde jamais le 230 V sur les bornes DA.

Exercices corrigés

Les cinq premiers exercices sont de niveau bac pro, les deux derniers de niveau BTS. Cherchez avant d'ouvrir le corrigé.

Exercice 1. Un ancien luminaire à tubes fluorescents absorbe 85 W et émet 3 400 lm. On le remplace par une dalle LED de 30 W et 3 600 lm. Calculez les deux efficacités lumineuses, puis l'énergie économisée en un an pour 18 luminaires allumés 2 500 heures.

Exercice 2. Dans une salle de 40 m², 16 000 lm atteignent le plan utile. Quel est l'éclairement moyen ? Est-il suffisant pour une salle de réunion au sens de la NF EN 12464-1 ?

Exercice 3. Un atelier mesure 20 m sur 10 m. Les luminaires sont suspendus à 4,85 m du sol et le plan utile est à 0,85 m. Calculez l'indice du local K.

Exercice 4. Une salle de réunion de 7 m sur 5 m doit recevoir 500 lx. On pose des luminaires de 4 000 lm ; le tableau du fabricant donne U = 0,80 et l'on prend FM = 0,8. Combien de luminaires faut-il ? Proposez une trame et vérifiez l'éclairement.

Exercice 5. Un plateau de bureaux comporte 150 luminaires DALI et 21 détecteurs DALI-2. Chaque driver consomme 2 mA sur le bus et chaque détecteur 10 mA (données du fabricant). Les alimentations de bus délivrent 250 mA. Combien de lignes DALI faut-il prévoir, et le courant de bus est-il suffisant ?

Exercice 6 (BTS). Un projecteur LED fixé à 2,5 m au-dessus d'un établi a une intensité de 2 000 cd, supposée constante dans le cône utile. Calculez l'éclairement à la verticale du projecteur, puis en un point de l'établi vu sous un angle de 30° par rapport à la verticale. À quelle distance horizontale se trouve ce point ?

Exercice 7 (BTS). Un atelier de 20 m sur 10 m doit recevoir 300 lx à maintenir selon son cahier des charges. On dispose de luminaires industriels de 21 000 lm et 150 W ; U = 0,75 et FM = 0,7. Déterminez le nombre de luminaires, l'éclairement à maintenir obtenu, l'éclairement à la mise en service, puis la puissance installée en W/m² par tranche de 100 lx exigés.

Sources

• Code du travail numérique, article R. 4223-4 : valeurs minimales d'éclairement des locaux affectés au travail.
• INRS, revue Hygiène et sécurité du travail n° 281 (décembre 2025), dossier sur l'éclairage des lieux de travail : les documents de référence (extrait du tableau 34 de la NF EN 12464-1 pour les bureaux) et la conception d'un éclairage artificiel (zones, uniformité, démarche de projet).
• Légifrance, arrêté du 3 mai 2007 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des bâtiments existants, chapitre sur l'éclairage des locaux.
• Light ZOOM Lumière, « DALI, une technologie de pilotage dédiée à l'éclairage » : caractéristiques du bus selon la NF EN IEC 62386.

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