Facteurs d'efficacité et facteurs de correction pour un éclairage à effet biologique

Pour pouvoir planifier un éclairage à effet biologique, il faut connaître les facteurs d'efficacité et les facteurs de correction à appliquer. Le tableau ci-dessous indique en chiffres la pondération des fonctions  v λ et Smel λ.

Visuelle Empfindlichkeitskurve v (grün) und Melatonin-Suppressionskurve Smel λ (blau).
Visuelle Empfindlichkeitskurve v (grün) und Melatonin-Suppressionskurve Smel λ (blau).

Info-bulle

  • MR est l'abréviation de Melanopic Ratio.
    Le facteur d'efficacité mélanopique MR décrit la proportion de l'intensité du spectre évalué avec v λ qui se retrouve également dans le spectre évalué avec Smel λ.
  • MDER est l'abréviation de Melanopic Daylight Equivalent Ratio.
    Le facteur d'efficacité mélanopique équivalent lumière du jour tient compte - en plus de l'effet mélanopique - de la quantité de l'intensité évaluée v λ présente dans la lumière du jour normalisée D65.
  • Pour passer de MR à MDER, il faut multiplier MR par le facteur constant de correction de la lumière du jour 0,906 : MR x 0,906 = MDER

La lumière de longueur d'onde de 555 nm semble la plus claire. La lumière la plus efficace au plan biologique est celle dont la longueur d'onde est de 490 nm.

Pour évaluer la lumière d'une source lumineuse, on mesure le spectre lumineux émis. L'appareil de mesure détermine une valeur d'intensité pour chaque longueur d'onde comprise entre 380 et 780 nm. Les 400 valeurs combinées donnent la valeur de mesure du rayonnement en mW/m². Cette valeur radiométrique tient compte de l'ensemble du rayonnement. L'œil humain ne perçoit cependant pas toutes les longueurs d'onde avec la même sensibilité. La grandeur radiométrique est convertie en grandeur photométrique au moyen de la fonction de sensibilité visuelle relative spectrale de l'œil humain v λ. Autrement dit, on obtient une valeur subjective, humaine à partir d'une valeur technique. Dans cette conversion, l'intensité à 555 nm reste la même. Les valeurs de toutes les autres longueurs d'onde sont dépréciées conformément à la courbe v λ.

Ex. 1 : Pour une LED de 2700 K Ra ≥ 80, la valeur typique du facteur d'efficacité mélanopique MR est de 0,45
Ex. 1 : Pour une LED de 2700 K Ra ≥ 80, la valeur typique du facteur d'efficacité mélanopique MR est de 0,45

Avec le flux lumineux ainsi évalué en lumens, un logiciel de calcul d'éclairage permet de calculer l'éclairement sur les surfaces dans la pièce. Cette évaluation du spectre mesuré sert également à déterminer l'effet biologique de la lumière. De la courbe d'efficacité visuelle à la courbe d'efficacité biologique, le maximum se déplace de 555 nm à 490 nm.

Les logiciels de calcul d'éclairage courants ne calculent que l'éclairement visuel. L'éclairement mélanopique est calculé à partir de l'éclairement visuel pondéré avec le facteur d'efficacité mélanopique de la source lumineuse. Le facteur d'efficacité mélanopique est indiqué dans la fiche technique des luminaires et est abrégé en MR (melanopic ratio).

Ex. 2 : Pour une LED de 4000 K Ra ≥ 80, la valeur typique du facteur d'efficacité mélanopique MR est de 0,45
Ex. 2 : Pour une LED de 4000 K Ra ≥ 80, la valeur typique du facteur d'efficacité mélanopique MR est de 0,45

Pour l'effet biologique, seule l'intensité lumineuse atteignant l'œil joue un rôle. Celle-ci est indiquée en tant qu'éclairement cylindrique (Ez). La norme DIN/TS 67600 exige comme limite inférieure biologiquement efficace un éclairement cylindrique Ez > 250 MEDI Lux (évalué comme équivalent mélanopique et lumière du jour). MEDI = Melanopic equivalent daylight illuminance = éclairement mélanopique équivalent à la lumière du jour.

Comment calculer l'éclairement visuel nécessaire pour garantir les 250 MEDI requis ?
Conversion de l'éclairement équivalent à la lumière du jour (Ev,mel,D65) en éclairement visuel (Ev) : Les 250 MEDI sont divisés par le produit du facteur d'efficacité mélanique et du facteur d'efficacité de la lumière du jour 0,906.

 

Pour les 250 MEDI biologiquement efficaces, il faut beaucoup plus de flux lumineux à la température de couleur de 2700 K qu'à celle de 4000 K. L'effet biologique dépend fortement de la couleur de la lumière. La lumière blanche chaude est peu appropriée pour obtenir un effet biologique, voir exemple 1. La dévalorisation due au facteur d'action mélanopique est trop importante. Une couleur de lumière blanc neutre < 5300 K, qui prédomine naturellement dans les heures matinales, importantes pour l'activation, est bien adaptée.

Si l'installation d'éclairage est équipée d'une commande et de lampes Tunable White, il est possible de réaliser un effet biologique en économisant de l'énergie avec des LED à spectre complet. La couleur de lumière blanc neutre ne devrait être utilisée que dans la matinée, la couleur de lumière devrait devenir de plus en plus chaude à partir de midi jusqu'au soir.

L'éclairement biologiquement efficace de 250 MEDI se réfère à un observateur standard moyen de 32 ans. L'effet biologique de la lumière concerne aussi les personnes âgées. Pour obtenir le même effet chez ces dernières, il y a lieu de tenir compte de deux facteurs de correction supplémentaires (voir DIN/TS 5031-100) :

1. Facteur de correction en fonction de l'âge pour la translucidité spectrale de l'œil humain

Avec l'âge, la translucidité de l'œil humain diminue en raison du jaunissement du cristallin. C'est pourquoi, chez les personnes âgées, moins de lumière biologiquement efficace parvient sur la rétine.

2. Facteur de correction en fonction de l'âge pour le diamètre de la pupille de l'œil humain

Chez les personnes âgées, le diamètre de la pupille est plus petit que chez les jeunes. Par conséquent, moins de lumière parvient sur la rétine.

Comme les deux facteurs ci-dessus peuvent être multipliés, cet effet peut également être représenté par un seul facteur.


3. Facteur de correction en fonction de l'âge pour la translucidité spectrale et le diamètre de la pupille.

Ces exigences varient considérablement en fonction de l'âge. Dans la planification de l'éclairage des bureaux ou des salles de séjour dans les établissements médicosociaux, il convient de tenir compte des facteurs d'efficacité et de correction ci-dessus.

Pour l'exemple 2) Facteur d'efficacité mél. 0,75 :
Un homme de 32 ans a besoin de 368 lx.
Pour un jeune de 25 ans 368 lx / 1,145 = 321 lx
Pour un homme de 50 ans 368 lx / 0,664 = 554 lx
Pour une personne de 90 ans 368 lx / 0,193 = 1907 lx

Les luminaires à composante directe élevée conviennent en première ligne à l'éclairage de surfaces horizontales. Ils sont donc moins adaptés aux projets d'éclairage Human Centric Lighting. Les éclairements cylindriques élevés exigés dans les concepts d'éclairage HCL nécessitent un autre choix de luminaires.

Quelles courbes de répartition photométrique permettent d'obtenir ces éclairements cylindriques élevés ?

On peut utiliser à cet effet des lèche-murs, des projecteurs de plafond et/ou des luminaires directs/indirects ronds et linéaires avec une répartition extensive de la lumière indirecte, voir croquis.