Fluorescence

Les lampes et les tubes fluorescents constituent une vaste famille très utilisée dans l’éclairage intérieur. De nombreuses formes existent, avec un ou deux culots, avec ou sans ballast incorporé. D’un point de vue pratique ces sources seront présentées suivant deux grandes familles : les tubes (deux culots) et les lampes (monoculot).

Généralités

Grâce à ses bonnes performances en durée de vie et efficacité lumineuse, à son bon rendu des couleurs et à un prix raisonnable, la fluorescence est la source privilégiée depuis des décennies en éclairage intérieur. Ses performances sont maintenant dépassées par les LED mais elle reste encore très utilisée car moins chère, → voir la comparaison entre les deux types de source. Le gaz ionisé est un mélange d’argon et de vapeur de mercure qui produit des ondes électromagnétiques dans l’ultraviolet. Des poudres fluorescentes déposées sur les parois de verre (d’où l’apparence opale de cette famille) permettent de convertir ces ondes électromagnétiques dans le visible.

Les sources fluorescentes proposent des puissances qui varient de 5W à 120W, sont alimentées en ballast magnétique ou électronique suivant les cas. La gradation électronique est possible avec ce type de lampe et largement utilisée, → voir le tableau synthétique des caractéristiques des différentes lampes.

Règle importante

Plus le volume est grand et uniforme, plus l’efficacité sera grande (ce qui se comprend aisément par la diminution des effets de bords).

Influence de la température

Les sources fluorescentes ont une efficacité qui dépend très sensiblement de la température : ceci peut être à l’origine d’un manque de flux lumineux dans des situations spécifiques (température ambiante spécialement froide ou chaude) si cela n’a pas été anticipé.

fluo-efficacite

Il est à noter que des tubes T5 dits « à amalgame » (lien avec le mercure) ont été développés pour avoir une moindre dépendance vis-à-vis des basses et hautes températures.

ECO

Les fabricants ont développé récemment pour les tubes T5 et T8 des nouvelles familles ECO permettant de réduire d’environ 10% la consommation énergétique : ces efficacités améliorées ne permettent pas de rivaliser avec les LED, → voir comparaison entre ces deux sources.

Les tubes (T8 et T5)

Les tubes fluorescents (très souvent improprement appelés « néon ») sont utilisés depuis les années 1930/40 de manière courante. Les anciens tubes sont des tubes appelés T12 de 38mm de diamètre mais ceux-ci ont disparu et ne sont disponibles qu’en « relamping« . Les tubes encore très utilisés de nos jours sont les tubes T8 (26mm) et surtout les tubes T5 (16mm). Des tubes appelés T2 (diamètre 7mm) existent également pour des petites puissances (6 à 13W) mais sont en voie de disparition.

Attention

Il est capital de bien prendre en compte l’efficacité du couple lampe/ballast pour pouvoir faire des comparaisons entre les tubes, → voir synthèse ci-dessous la page dédiée à la performance énergétique. De plus, les maxima d’efficacité étant différents suivant les sources, il est important de les comparer à température ambiant équivalente. Les efficacités des tubes T8 n’étant pas disponibles à 35°C (efficacité maximale des tubes T5), les comparaisons ne sont pas aisées et ne sont possibles qu’une fois les sources installées dans un luminaire.

Les tubes T8

A la suite des tubes T12, les tubes T8 sont arrivés et sont encore utilisés. Ils ont été conçus pour un fonctionnement avec un ballast magnétique et sont adaptés également pour les ballasts électroniques. La gradation électronique est possible et largement utilisée.

A noter

Les tubes T8 ont un maximum d’efficacité à 25°C, ce qui ne correspond pas forcément à leur température d’utilisation à l’intérieur d’un luminaire (surtout à l’intérieur de luminaires étanches).

Les tubes T5

Les tubes T5 sont d’une génération plus récente et ont une conception d’une part plus fine – donc permettant la conception de luminaire plus design – et d’autre part prenant en compte la température élevée à l’intérieur des luminaires : le pic d’efficacité est non plus à 25°C comme les tubes T8 mais à 35°C car le point « froid » des tubes n’est pas situé au centre du tube mais à l’extrémité, au niveau du cachet du fabricant.

A noter

Les tubes T5 ont un maximum d’efficacité à 35°C, ce qui correspond mieux à la réalité (mais attention aux cas particuliers où la température peut monter sensiblement comme à l’intérieur de luminaires étanches).

Ces tubes ont été conçus pour des ballasts électroniques uniquement (pas de ballast magnétique possible pour les puissances supérieures ou égales à 14W) et reprennent à peu près les dimensions des tubes T8.

pourquoi les tubes T5 ont 40mm de moins que les tubes T8 ?

Exemple du « 600mm » : le tube T8 18W et ses 590mm  ne permettent pas d’insérer un luminaire dans un plafond modulaire 600x600mm sans réaliser une « boite » en tôlerie (590mm+2 douilles > 600mm), ce qui a conduit à réaliser un tube 14W de 549mm pour faciliter le travail de tôlerie. Idem pour les autres longueurs.

zoom-fluo-t8_t5

Ces tubes T5 ont très bonne réputation mais nécessitent une analyse fine de l’efficacité – en lm/W au niveau du luminaire, → voir la page dédiée à la performance énergétique – car les différences entre les tubes peuvent être très importantes (plus de 25% par exemple entre tube 35W et un tube 120W) et certains tubes T5 se retrouvent avec des efficacités moyennes. En effet, cette famille a été conçue suivant deux approches différentes :
– Maximiser l’efficacité énergétique, il s’agit des tubes HE (High Efficiency) qui ont été complétés récemment par des tubes T5 HE ECO
– Maximiser le flux sortant du tube, il s’agit des tubes HO (High Output) qui ont également été complétés récemment par des tubes T5 HO ECO.
Optimiser l’efficacité conduit à une puissance linéaire très faible (moins de 25W/m), et les besoins en éclairage sont souvent loin d’être suffisants. Le flux au mètre de cette famille (entre 40 et 55W/m) correspond d’ailleurs à peu près aux valeurs des tubes T8.

A noter pour les tubes de type ECO

Une réduction de la consommation d’énergie est uniquement possible avec un ballast spécifique dit à régulation de courant. Les lampes fonctionnent également avec un ballast classique dit à régulation de puissance, et elles produisent un flux lumineux pouvant être jusqu’à 10 % plus élevé.

Tableau synthétique

Voilà ci-dessous les principales caractéristiques des tubes T5 et T8 (se référer aux données des fabricants pour avoir plus de précisions et d’exhaustivité, les données variant notamment suivant la température et les ballasts utilisés) :

  Type Culot Puiss. lampe
Magn./
Elec (W)
Longueur
(mm)
Flux lampe*
(lm)
Flux/mètre
(lm/m)
Puissance lampe+
ballast**(W)
Efficacité***
(lm/W)
Version
ECO
15W  T8 G13 15/14  437 1000/1080  2471  16 67  
18W  T8 G13 18/16  590 1350/1300  2203  19 68 16W
30W  T8 G13 30/24  895 2400/2700  3017  31 87  
36W T8 G13 36/32  1200 3350/3200  2667  36 88 32W
58W T8 G13 58/50  1500 5200/5000 3333  55 90 51W
4W  T5 mini G5 4/3,4 142 140 1000 6 23
6W  T5 mini G5  6/5,1 217 260 1198 8 32
8W  T5 mini G5  8/6,7 293 470 1787 11 42
13W  T5 mini G5  13/11,8 520 1000 1923 15 66
14W T5 HE G5 Ø/14 549 1200/1350 2185 17 79 13W
21W T5 HE G5 Ø/21 849 1900/2100 2237 24 87 19W
24W T5 HO G5 Ø/24 549 1750/2000 3187 26 77 20W
28W T5 HE G5 Ø/38 1149 2600/2900 2262 32 90 25W
35W T5 HE G5 Ø/35 1449 3300/3500 2277 39 90 32W
39W T5 HO G5 Ø/39 849 3100/3500  3651 43 81 34W
49W T5 HO G5 Ø/49 1449 4300/4900  2967 55 89 45W
54W T5 HO G5 Ø/54 1149 4400/5000  3829 60 83 50W
80W T5 HO G5 Ø/80 1449 6150/7000 4244 88 79 73W
120W T5 VHO**** G5 Ø/120 1449  8850/9350 6108   133 70

*Pour les tubes T8 : valeur à 25°C, Magnétique/électronique. Pour les tubes T5 : ballast électronique, 25°C/35°C.

**Cette puissance est donnée pour des ballasts électronique de classe A2 suivant la classification du CELMA concernant les consommations des ballasts.

*** Efficacité donnée à 25°C pour les T8 et 35°C pour les T5 pour un ballast électronique de classe A2 suivant la classification du CELMA concernant les consommations des ballasts.

**** VHO : Very High Output.

Forme tube Culot Forme culot
T5 forme_ampoule-T5 G5  culot-G5
T8 forme_ampoule-T8 G13 culot-G13

Les lampes

Les lampes fluorescentes ne sont en fait que des tubes « recourbés ». Le besoin d’avoir des sources de petits formats a conduit les fabricants à développer des tubes en modèle réduit, ce qui a été réalisé un « courbant » le tube, en rapprochant les électrodes et en ne gardant qu’un seul culot. Ces lampes – d’après le principe énoncé en haut de page : plus le volume est grand et homogène, plus l’efficacité est grande – ont une efficacité bien moins grande que les tubes vus ci-dessus mais sont largement utilisées dans les luminaires de petites dimensions comme les hublots, les appliques ou les lampadaires.

Dans ces lampes, deux familles sont bien distinctes :
– les lampes qui ne peuvent se brancher directement sur le 230V et qui nécessitent donc un appareillage séparé : ces lampes sont donc réservées à un usage professionnel, ce sont des lampes sans ballast intégré qui ont un culot bien spécifique.
– les lampes qui peuvent se brancher directement sur le 230V car un ballast est intégré dans le culot de la lampe (qui a du coup un volume important) : ces lampes sont utilisées très largement par le particulier et sont connues par lui sous le nom de « fluo compacte ».

Efficacité énergétique

Les lampes fluorescentes ont l’avantage par rapport aux tubes d’avoir un encombrement faible mais leur efficacité énergétique est sensiblement moins bonne.

Les lampes sans ballast intégré

Dans ces lampes, le ballast est séparé et le culot bien spécifique permet de la distinguer sans doute aucun possible d’une lampe avec ballast intégré.

Ballast magnétique et électronique

Suivant les lampes, des ballasts magnétiques et ou électroniques sont utilisables. Une règle cependant : il est nécessaire d’avoir 4 broches pour pouvoir mettre un ballast électronique tandis que deux proches peuvent suffire pour le ballast magnétique, → voir tableau synthétique ci-dessous.

Ces lampes peuvent avoir différentes formes et des tailles différentes et sont disponibles en version magnétique et/ou électronique suivant les années de conception :
– Simple : appelées communément TC ou TC-S. Ces lampes sont disponibles pour un ballast magnétique (TC-S) ou électronique (TC-EL) : attention les culots sont différents.
– Double : appelées communément TC-D. Ces lampes sont disponibles pour un ballast magnétique (TC-D) ou électronique (TC-DEL) : attention les culots sont différents.
– Triple : appelées communément TC-T. Ces lampes sont disponibles pour un ballast magnétique (TC-T) ou électronique (TC-TEL) : attention les culots sont différents.
– Longue : appelées communément TC-L. Ces lampes sont disponibles suivant les puissances pour un ballast magnétique ou électronique. Le culot est par contre le même.
– Ronde : appelées communément TC-R ou TC-C, elles existent en deux diamètres de tube : 26 ou 32mm .
– Mixte : appelées TC-DD, ce sont celles qui permettent d’éclairer une surface le plus uniformément possible.

Un résumé est disponible ci-dessous :

Flux (lm) Forme
lampe
Longueur
(mm)
Magnétique Electronique
Type  Culot Forme culot Type  Culot Forme culot
5W 250  forme_ampoule-TC 83 TC G23  culot-G23    TC-EL 2G7    culot-2G7
7W 400 113
9W 600 145
11W 900 214
10W 600  forme_ampoule-TC_D 94 TC-D G24d1  culot-G24d_1 TC-DEL G24q1 culot-G24q_1
13W 900 116
18W 1200 128 G24d2 culot-G24d_2 G24q2  culot-G24q_2
26W 1800 149 G24d3  culot-G24d_3 G24q3  culot-G24q_3
13W 900  forme_ampoule-TC_TEL 91 TC-T  GX24d-1  culot-GX24d_1
18W 1200 96  GX24d-2  culot-GX24d_2 TC-TEL GX24q2 culot-GX24q_2
26W 1800 111  GX24d-3  culot-GX24d_3 GX24q3  culot-GX24q_3
32W 2400 123  –  – GX24q3 culot-GX24q_3
42W  3200 145  –  – GX24q4 culot-GX24q_4
57W  4300 182  –  – GX24q5 culot-GX24q_5
60W  4000 167  –  – 2G8 culot-2G8_1
70W 5200 208  –  – GX24q6 culot-GX24q_6
120W 9000 285  –  – 2G8 culot-2G8_1
18W 1200 forme_ampoule-TC_L 220  TC-L 2G11  culot-2G11 TC-L 2G11 culot-2G11
24W 1800 315
36W 2900 410
40W 3500 535
55W 4800 535
80W 6000 565
22W 1350  forme_ampoule-C_T9 29/216   T9-C G10Q  culot-G10q T9-C G10Q culot-G10q
32W 2050 32/307 
40W  2900 32/409 
22W 1800  forme_ampoule-C_T5 16/192 T5-CT 2GX13
culot-2GX13
40W 3200 16/266 
55W 4000 16/266
60W 5000 16/344
10W 600  forme_ampoule-TC_DD 89  –  TC-DD  GR10q culot-GR10q
16W 1050 141 TC-DD  GR8  culot-GR8
21W 1350 141
28W 1900 207 TC-DD  GR8  culot-GR8
38W 2850 207

Les lampes avec ballast intégré

Les lampes « fluo compactes » bien connues du particulier doivent pouvoir être fixées directement sur un culot à vis (type E27) ou à baïonnette (type B22) et donc fonctionner directement sur le courant du réseau, c’est-à-dire en 230V/50Hz.

Comme expliqué dans la théorie des lampes, l’ionisation du gaz s’effectue d’une part en générant une grande différence de potentiel par l’intermédiaire des électrodes et d’autre part en limitant l’intensité du courant par un composant électrique type ballast. Ceci implique la présence d’un appareillage spécifique intermédiaire entre le courant et la lampe, et, dans le cas du particulier, le nécessaire positionnement de ce composant dans le culot.

Ceci explique pourquoi – même si la technique de la fluorescence existe depuis près d’un siècle – il a fallu attendre le développement de l’électronique pour voir apparaître ce type de lampe bien plus performantes (efficacité lumineuse et durée de vie) pour les particuliers que les lampes incandescentes ou halogènes.

Ces lampes possèdent néanmoins des caractéristiques bien inférieures (toujours en efficacité lumineuse et durée de vie) aux lampes fluo compactes avec ballast déporté étudiées plus haut et sont donc très peu utilisées dans l’éclairage professionnel.

Les lampes avec ballast intégré ne seront donc pas développées ici mais il faut noter les problèmes optiques (d’éblouissement entre autres) rencontrés avec ce type de lampe lorsque la forme de la lampe est bien différente de celle pour laquelle le luminaire ou l’abat-jour a été conçus.

Quelques illustrations
Illustration lampe Culot Forme culot
forme_ampoule-spirale.E14 E14 culot-E14
 forme_ampoule-stick.E27 E27 culot-E27
 forme_ampoule-A65.B22 B22  culot-B22

 

Marquage

Un marquage utilisé très couramment dans la profession permet de préciser deux caractéristiques importantes des sources :
– le rendu des couleurs (IRC : Indice de Rendu des Couleurs), noté sur 100.
– la température de couleur proximale.

Ce marquage consiste entre 3 chiffres dont la centaine correspond à l’IRC et la dizaine et l’unité à la température de couleur proximale. Quelques exemples :
– 730 : IRC>70 et température de couleur de 3000°K
– 940 : IRC>90 et température de couleur de 4000°K
– 827 : IRC>80 et température de couleur de 2700°K.

Les lampes spéciales

Lampes à induction

Les électrodes constituent le maillon faible des lampes à décharge : pour augmenter la durée de vie des lampes dans les cas de maintenance difficile (luminaires situés au dessus d’escalator, de trains, de trémies….), il peut être intéressant de supprimer cet élément et de faire appel au principe d’induction. Ce dernier consiste à utiliser un champ électromagnétique pour créer la différence de potentiel et amorcer l’ionisation du gaz par la génération d’un courant à haute fréquence.

La pertinence de cette technologie chère a été remise en cause ces dernières années car deux technologies – supérieures en efficacité lumineuse et plutôt moins chères – rivalisent maintenant en terme de durée de vie (environ 50 000 h) :
– d’une part les ballasts et lampes fluorescentes longue durée de vie
– d’autre part les LED qui présentent également une durée de vie comparable.

Divers

De nombreuses sources spécifiques ont été développées par les fabricants (se référer à leurs catalogues) et en voici quelques exemples :
– lampe à bande d’amorçage pour les tubes T12 avec un allumage franc et fiable à basses températures
– lampe noire pour créer des atmosphères spécifiques
– lampe de couleur : les poudres fluorescentes n’émettent que dans certaines plages du spectre électromagnétique ce qui permet de réaliser quelques couleurs courantes (bleu, vert, rouge et jaune)
– lampe inactinique : les poudres fluorescentes n’émettent que dans certaines plages du spectre électromagnétique qui ont la propriété de générer une couleur à laquelle le papier photo sensible noir et blanc est insensible (ce qui n’est pas le cas pour le tirage en couleur)
– lampe « graphique » ayant une représentation des couleurs très réaliste
– lampe pour la boucherie et la volaille
– lampe pour les basses températures
– lampe pour les hautes températures
– lampe renforcée contre les bris de verre pour les applications dans l’alimentaire par exemple
– lampe « dynamisante » renforcée en lumière bleue pour rendre les gens plus réactifs et dynamiques
– …

Conclusion

Les lampes fluorescentes forment une vaste famille que les caractéristiques techniques (efficacité lumineuse, durée de vie, IRC, température de couleur proximale…) et le prix rendent particulièrement intéressantes. L’électronique a permis depuis les années 1980 le développement de nouveaux produits innovants (lampe fluo compacte avec ballast intégré) et plus performants (tubes T5).

Cette famille est en perte de vitesse au profit de la LED, → voir la comparaison entre ces deux sources.

Les produits très variés peuvent s’adapter à nombre de situations suivant les besoins et le choix est toujours un compromis entre :
– l’efficacité lumineuse (choix HE/HO)
– le coût
– l’encombrement (→ voir diamètre et dimensions)
– l’utilisation professionnelle (ballast déporté) ou pour les particuliers (ballast incorporé)
– le besoin de gradation
– la durée de vie
– l’IRC
– la température de couleur proximale.

Voici un résumé des principales utilisations et caractéristiques :

Type de sources Type de bâtiment Luminaires Type de besoin
Tube T5/T8 Tertiaire et industriel professionnel (voire architectural) Type linéaire ou surfacique : encastré, plafonnier, suspension, réglette, étanche Grande efficacité, flux important, dimensions importantes
Lampe fluocompacte avec ballast déporté Tertiaire et architectural professionnel Hublot, downlight, applique, lampadaire Petites dimensions
Lampe fluo compacte avec ballast intégré Logement particulier Suspension, lampe de table, lampe de bureau Adaptable sur courant 230V/50Hz

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