Je me posais quelques questions sur la lumière, l'éclairage et les différentes ampoules disponibles et je me suis plongé dans la wikipédia. J'ai commencé à compiler des infos. Vu que ce sujet revient assez souvent, nous pourrions partir de ce texte pour élaborer une fiche utile à tous.
Les références sont indiquées lorsqu'il ne s'agit pas de la wikipédia.
1) Définitions :
Lumière : La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 0,38 à 0,78 micron soit 380 nm (violet) à 780 nm (rouge). Le symbole nm désigne le nanomètre)
violet 380–450 nm
bleu 450–495 nm
vert 495–570 nm
jaune 570–590 nm
Orange 590–620 nm
rouge 620–750 nm
l'unité de flux lumineux, ou puissance lumineuse : c'est le lumen = candela.stéradian (unité d'angle solide).bleu 450–495 nm
vert 495–570 nm
jaune 570–590 nm
Orange 590–620 nm
rouge 620–750 nm
Un stéradian est l'angle sous-tendu par une surface de 1 m² sur une sphère de 1 m de rayon.
Une ampoule électrique courante (15 watts basse consommation ou 75 watts à incandescence classique) produit environ 1500 lumens. L'unité internationale d'intensité lumineuse est la candela.
Intensité lumineuse :
L'intensité (ou éclairement lumineux ou irradiance) de la lumière ou d'autres ondes linéaires se propageant à partir d'une source ponctuelle (énergie par unité de surface perpendiculaire à la source) est inversement proportionnelle au carré de la distance à la source, ce qui fait qu'un objet (de même taille) placé deux fois plus loin recevra seulement un quart de l'énergie émise (pour la même période).
Plus généralement, l'irradiance, i.e. l'intensité (ou puissance par unité de surface dans la direction de propagation, d'un front d'onde sphérique varie en raison inverse de la distance à la source (en postulant qu'il n'y ait pas de pertes dues à l'optique ou à la diffusion).
La température de couleur permet de déterminer la couleur d'une source de lumière. Elle se mesure en kelvins. La couleur d'une source lumineuse est comparée à celle d'un corps noir théorique chauffé entre 2 000 et 10 000 K, qui aurait dans le domaine de la lumière visible un spectre d'émission similaire à la couleur considérée.
[/center]Indice de rendu des couleurs (IRC) :
Pour une même température de couleur, l'IRC peut varier. Cette différence n'est pas perceptible en regardant le tube directement, ou lorsque sa lumière atteint une surface blanche, car le cerveau compense automatiquement un éclairage uniforme, mais devient flagrante lorsque l'on éclaire des objets colorés, qui apparaissent alors avec une dominante : fruits, vêtements, photographies (différences très visibles), nuanciers dentaires, etc.
IRC 55 à 70% : rendu de couleur médiocre, utilisation en atelier, industrie, lieux publics de circulation. En photographie, ils produisent une dominante verte caractéristique. Efficacité lumineuse moyenne.
IRC 85% : rendu de couleur correct, utilisation en bureau, école, hôtellerie, domestique (hélas). Les teintes chair sont déformées, le jaune tire vers le vert, les bleus tirent vers le violet, et généralement toutes les teintes semblent plus saturées, un peu artificielles. Il est, par exemple, très difficile d'apprécier la couleur d'un vêtement dans une boutique éclairée avec cet IRC. En photographie, ils produisent également une dominante verte. Efficacité lumineuse très bonne.
IRC > à 90%. : rendu des couleurs supérieur, utilisation en arts graphiques, musées, dentisterie, photographie, caissons lumineux, utilisation très souhaitable en éclairage domestique. Utilisés en photographie, ils ne présentent pas la dominante verte si caractéristique. Efficacité lumineuse bonne.
Marquage standardisé de tubes fluorescents :
Le code, à 3 chiffres, regroupe à la fois l'indice de rendu de couleur et de la température de couleur. Le premier chiffre indique l'IRC, en dizaines de %, les deux chiffres suivants désignent la température de couleur, en centaines de K. On peut noter que ce marquage est aussi utilisé pour certaines lampes à décharge, notamment celles à halogénures métalliques.
Par exemple : le code 640 désigne un tube d'un IRC de 60 et d'une température de couleur de 4000 K (blanc industrie), éclairage d'atelier, cave, etc.
Efficacité lumineuse :
C'est le rapport du flux lumineux émis par la puissance électrique consommée. Il s'exprime en lumens par Watt (lm/W). Ce paramètre permet de comparer l'efficacité de la conversion de l'énergie en lumière visible des diverses sources de lumière.
Remarque : L'efficacité lumineuse est une notion très fréquemment utilisée abusivement par certains milieux professionnels (constructeurs de lampes par exemple) pour désigner le rapport entre le flux lumineux émis par un appareil et sa puissance consommée. On parle alors d'efficacité lumineuse d'un système pour désigner ce que l'on doit normalement appeler rendement lumineux d'une lampe.
La limite théorique d'une source qui transformerait intégralement toute l'énergie électrique en lumière visible est de 683 lm/W. Pour cela, il faudrait qu'elle possède un spectre monochromatique de longueur d'onde 555 nm. L'efficacité lumineuse théorique d'une DEL blanche est de l'ordre de 300 lm/W. Ce chiffre est inférieur à 683 lm/W du fait que l'œil discrimine toutes les longueurs d'ondes hormis à 555 nm.
2) Les différents type d'ampoule :
Lampe à incandescence classique :
Autre gros défaut : seule 5 % de l'énergie électrique sert à l'éclairage... et 95 % à chauffer (le verre d'une lampe à incandescence 230 volts sous tension se situe aux alentours de 300 °C
Lampes fluorescentes
Le principe de fonctionnement est le suivant :
- Une décharge électrique à travers un gaz constitué d'un mélange de vapeur de mercure et d'un gaz noble, produit un rayonnement ultraviolet.
- Cette lumière, non exploitable directement dans un but d'éclairage, est absorbée par une poudre fluorescente recouvrant la paroi interne de l'ampoule de verre
- Cette poudre restitue l'énergie lumineuse sous forme de lumière visible.
- La température de couleur de la lumière émise peut être contrôlée sur une très large plage en apportant des modifications dans la composition de la poudre fluorescente.
La valeur de rendement peut atteindre jusqu'à 115 lumens par watt pour les tubes fluorescents à très haut rendement.
Ces lampes se présentes sous différentes formes:
- Tubulaire-linéaire: avec des électrodes à émission thermo-électroniques à chaque extrémité
- Tubulaire-compacte: dont le tube à décharge est plié plusieurs fois
En plus d'une efficacité lumineuse pouvant dépasser les 80 lm/W avec une qualité de lumière grandement accrue, la résistance de ce type de matériaux à la décharge électrique permit la réduction du diamètre des tubes de 38 mm à 26 mm (T8) puis à 16 mm (T5) et même moins. Cette réduction des dimensions des lampes permit la conception de luminaires plus compacts avec un meilleur contrôle optique de la lumière émise.
Ces lampes ont une pression interne de l'ordre du bar à la dizaine de bars. Il en résulte que le gaz ionisé responsable de l'émission lumineuse est beaucoup plus brillant et chaud. Ainsi, de plus fortes puissances peuvent être dissipées dans un espace de quelques centimètres. Ce groupe est composé principalement :
- des lampes à vapeur de mercure,
- Les lampes aux halogénures métalliques (croissance des plantes),
- Les lampes à vapeur de sodium haute pression (floraison des plantes).
Efficacité lumineuse de 90 lm/W jusqu'à 140 lm/W.
Source électroluminescente à semi-conducteur (LED) :
Des DEL dites super lumineuses ont des rendements aux alentours de 130 lumens par watt (mais ça coûte encore très cher).
Selon les types de DEL, l'efficacité lumineuse est variable. Généralement comprise entre 20 et 80 lm/W, elle dépasse parfois les 100 lm/W. Une grande disparité dans les performances est présente selon la couleur (température de couleur pour le blanc), la puissance ou encore la marque de la DEL. Les bleues n'excèdent pas les 30 lm/W.
Inconvénients :
- Les DEL dites blanches sont généralement des DEL bleues recouvertes de phosphore, généralement du YAG:Ce (Yttrium Aluminium Garnet dopé au Cérium). Ce blanc est généralement froid et possède un mauvais indice de rendu de couleur (IRC).
- Désavantages propres aux DEL de forte puissance :
Le rendement lumineux est plus faible.
La durée de vie est plus faible.
Les DEL bleues ainsi que les DEL blanches contiennent un spectre bleu de forte intensité dangereux pour la rétine
En 2006, le prix à l'achat des DEL reste de deux à quatre fois plus élevé que celui des lampes classiques, à luminosité égale mais devrait baisser rapidement compte-tenu du développement rapide des ventes.
Évolution prévisible des performances des diodes électroluminescentes
Rendement maximum (lm/W) : 50 (2010), 100 à 150 (2020), 150 à 200 (2030)
Ce qu'il faut retenir :
Efficacité lumineuse :
- Incandescence 10 à 15 lm/W
- Halogène 15 à 25 lm/W
- Diode électroluminescente 15 à plus de 100 lm/W
- Mercure haute pression 35 à 60 lm/W
- Lampe fluocompacte 50 à 90 lm/W
- Lampe fluorescente 60 à 95 lm/W
- Halogénures métalliques 65 à 120 lm/W
- Sodium haute pression 80 à 150 lm/W
- Sodium basse pression 100 à 200 lm/W
Une précision utile :
Le rendement est différent pour chaque type de source lumineuse. Ex: incandescence 4 %, fluorescence 12 %, diode 85 %.
Efficacité maximum théorique : 683 lm/W
Mais attention à l'IRC
Lampe à incandescence classique : bof
Lampes fluorescentes : bon voir très bon
Lampe à décharge luminescente sous haute pression : bof
LED : bof
Des ampoules aux spectres très différents :
Tube classique (non agro) : Envirolite "croissance" 865
photo kohleric
Spectre de raie d'une LED rouge
L'association de plusieurs LED de couleur différente (bleues et rouges) permet d'approcher le spectre utile pour la photosynthèse:
3) Et les plantes dans tout ça ? :
La chlorophylle :
La chlorophylle a été isolée en 1817 par Joseph Bienaimé Caventou, ce pigment, situé dans les chloroplastes des cellules végétales, intervient dans la photosynthèse pour intercepter l'énergie lumineuse, première étape dans la conversion de cette énergie en énergie chimique. La chlorophylle (mot composé en 1817 à partir des racines grecques χλωρός chlorós : vert et φύλλον phýllon : feuille) est le principal pigment assimilateur des végétaux supérieurs. Son spectre d'absorption du rayonnement lumineux est responsable de la couleur verte des végétaux : la longueur d'onde la moins absorbée est le vert, c'est donc cette couleur qui est perçue. Il existe plusieurs formes de chlorophylle différentiables selon leur structure chimique. La chlorophylle a existe chez tout les végétaux (≈ 2 g/kg de feuilles fraîches) et la chlorophylle b se trouve chez les Cormophytes (végétaux supérieurs) et les Chlorophycées (algues vertes) à des teneurs moindres (≈ 0.75 g/kg MF). Deux autres variantes existent chez les Phéophycées (algues brunes) et certaines Cyanobactéries, respectivement les chlorophylles c et d.
La chlorophylle absorbe la majeure partie du spectre visible sauf la lumière verte :
En vert le spectre d'absorption de la chlorophylle a et en rouge le spectre d'absorption de la chlorophylle b.
Une autre source :
La chlorophylle contient quatre pigments de base : chlorophylle a, b, des xanthophylles et des carotènes dont les spectres d'absorption sont différents.
source
En haut, le soleil, puis les couleurs absorbées par la chlorophylle (absorption maximale dans le bleu et le rouge).
de 400 à 500 et de 600 à 700 nm.
La lumière du soleil :
Les spectres sont différents lorsque le soleil est haut dans le ciel et quand il se couche :
La "couleur" de la lumière reçue par la plante varie selon l'inclinaison du soleil. Il y a donc une modification journalière et annuelle (soleil plus bas en hiver). Le signal de la floraison est-il activé par un spectre devenant plus jour ? Intérêt des HPS dans ce cas
Les pigments photosynthétiques absorbent la lumière visible, c'est à dire un ensemble de radiations électromagnétiques qui ont des longueurs d'onde comprises entre 400 et 700 nm.
Le domaine visible ne constitue qu'une faible partie de l'ensemble des radiations reçues à la surface terrestre.
Si on se limite à la lumière visible et à l'infrarouge (gamme de longueurs d'onde comprises entre 400 et 1400 nm), le spectre du rayonnement solaire direct est constant et présente un maximum se situant alentour de 600 nm (couleur jaune) tandis que le spectre du rayonnement diffus résultant de la diffusion du rayonnement direct sur les particules et certains gaz (ozone, etc.) de l'atmosphère, présente un maximum se situant dans le bleu.
source
Distribution spectrale de l'énergie lumineuse (d'après Eckart et al. 1977). Le domaine spectral couvre le domaine du visible (400-700) et de l'infrarouge. Les spectres sont continus.
- Le spectre du rayonnement diffus (courbe bleue, présente un maximum dans le bleu.
- Le spectre d'absorption des pigments bruts d'une plante est représenté en vert.
- Absorption (courbe rouge) en % de l’absorption totale de la lumière incidente par des chlorelles.
- Action (courbe bleue) : activité photosynthétique en unité arbitraire.
4) Bien choisir une ampoule :
A trouver : Relations spectre d'absorption des chlorophylles et spectre des différentes ampoules
A faire :
Bilan chaleur/rendement/conso
Calcul coût du remplacement des ampoules
IRC et croissance de plantes
Merci de réagir si vous le voulez en ajoutant/corrigeant/précisant et je ferais le nécessaire dans le début du topic.Jean-Philippe ROSELLO a écrit :Jusqu'à la preuve du contraire ces histoires de spectres proches de celui du soleil est complètement bidon pour les plantes vertes et donc à plus forte raison l'IRC aussi puisque c'est un rendu qui concerne les humains.
Le seul vrai capteur de l'énergie solaire est la chlorophylle (enfin, plutôt LES) qui ont un spectre d'absorption assez large et connu : on peut parfaitement éclairer avec une lumière monochromatique, les photons à une fréquence donnée seront captés et l'énergie transférée avec un pourcentage connu : certaines fréquences sont proches d'un résultat de 100 %, autant les privilégier. Les lampes au sodium utilisent d'ailleurs justement la raie jaune du sodium... Si on cherche à avoir un spectre large proche de celui du soleil on aura surtout des photons de fréquences variés dont certains sont mal utilisées par la chlorophylle, comme celles de la gamme du vert - ce n'est pas pour rien que la chlorophylle renvoie cette couleurs. Donc le rendement final diminuera.
A Bordeaux je suis pratiquement au niveau de la mer et je peux obtenir des plantes extrêmement rouge : il n'est pas prouvé que la coloration des plantes carnivores est globalement dépendante de la quantité ou de la qualité de la lumière. J'ai écrit un article à ce sujet à http://www.carnibase.com/dossiers/dione ... dionee.htm
Bref, cette question concerne surtout le rendu des couleurs pour l'œil humain, pas la croissance de la plante.
Concernant certains déclenchement de floraison sensible à certaines fréquences, c'est un autre problème et, de toute façon, cela concerne deux fréquences très précises. Les lampes dont le spectre est décalé vers le rouge produisent plus d'infra-rouges calorifiques et moins efficaces mais cela n'a rien à voir avec un prétendu besoin de se rapprocher du spectre solaire... Puisque le sujet est la culture in vitro, je ferai remarquer que ce mode de culture nécessite très peu de lumière, voire pas du tout...
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