FR2726349A1 - Lanterne d'eclairage public a reflecteur ameliore, destinee notamment a l'eclairage d'une voie de circulation - Google Patents

Abstract

La lanterne comprend un réflecteur (16) présentant une surface optique (16a) concave ayant un sommet (16') et un bord périphérique (16"). La portion du réflecteur au niveau du sommet dirige le flux lumineux principalement vers une zone proche de la lanterne et la portion du réflecteur au niveau du bord périphérique le dirige principalement vers une zone éloignée de la lanterne. La surface optique (16a) du réflecteur est divisée en au moins une première zone (40) uniformément diffusante et une au moins une deuxième zone (42) uniformément spéculaire vis-à-vis de la lumière, Les première et deuxième zones (40, 42) sont configurées et réparties de manière que, sur des contours parallèles au bord (16") du réflecteur, l'on passe progressivement d'une prédominance de la première zone (40) à une prédominance de la deuxième zone (42) en partant du sommet (16') du réflecteur vers son bord périphérique (16").

Description

La présente invention concerne une lanteme d'éclairage public, destinée notamment à l'éclairage d'une voie de circulation, telle qu'un axe routier.

Pour ltéclairage d'une voie de circulation, on utilise une série de lanternes maintenues à une position surélevée par des candélabres ou des socles muraux de façon à créer une zone d'éclairement continue le long de la voie.

La figure 1 représente les éléments optiques essentiels d'une lanterne d'éclairage public classique 10 monté sur un candélabre 12. La lanteme 10 comprend un carter de protection 14 qui intègre également l'équipement électrique de la lanteme (non-représenté). Un réflecteur 16 présentant une surface optique concave 16a est logé dans le carter et recouvre une source lumineuse 18. La partie inférieure du carter de protection 14 retient une vasque transparente 19 en regard de la source lumineuse 18 et du réflecteur 16.

Le réflecteur a une forme allongée dans un axe A qui est perpendiculaire à l'axe B de voie de circulation. ll présente des courbures prononcées vers son sommet qui, dans l'exemple illustré comprend deux crêtes 16' de part et d'autre de son plan médian P. La partie inférieure du réflecteur est délimitée par un bord périphérique 16"
La figure 2 est une coupe transversale simplifiée du réflecteur et de la source lumineuse de la figure 1 selon le plan P, montrant les tracés de quelques rayons lumineux renvoyés depuis la source par le réflecteur.

Comme le montre la figure, les rayons I réfléchis par le sommet du réflecteur comprenant les crêtes 16' sont dirigés vers une partie centrale de la zone éclairée. En revanche, les rayons 1" renvoyés par la portion du réflecteur proche de son bord périphérique 16" sont dirigés vers les limites de la zone éclairée dans le sens de l'axe B de la voie de circulation. Les portions intermédiaires du réflecteur renvoient les rayons 1' sur des parties intermédiaires correspondantes de la zone éclairée.

Les lantemes d'éclairage public modemes sont soigneusement étudiées, surtout au niveau du réflecteur, pour offrir une distribution bien contrôlée du flux lumineux. En particulier, le réflecteur doit confiner le flux lumineux essentiellement à l'intérieur de la zone d'éclairement souhaitée, dans l'intérêt de I'économie d'énergie et aussi pour éviter les effets d'éblouissement et autres nuisances provoquées par une pollution lumineuse.

Dans ce cadre, il est surtout important de maîtriser le défilement de la lanterne, c'est-à-dire sa capacité à éviter des éclats lumineux hors de sa zone utile d'éclairage. Le défilement d'une lanterne utilisée pour l'éclairage public est déterminé par le taux de décroissement de son flux lumineux dès que l'on atteint la limite de la zone éclairée dans de l'axe B de la voie de circulation. Dans un cas idéal, le flux lumineux atteignant la voie doit être uniforme et élevé entre ces deux limites, et nul au-delà de celles-ci. Ainsi, I'espacement entre les lanternes successives est choisi de sorte que les limites de leur zones d'éclairement soient contigus.

Par ailleurs, la lanterne doit présenter un rendement énergétique élevé. Si le rendement énergétique est recherché à l'exclusion de toutes autres considérations, il serait nécessaire de rendre l'intégralité de la surface optique du réflecteur spéculaire, c'est-à-dire totalement réfléchissante comme un miroir.

Avec une telle surface, chaque point du réflecteur renvoie intégralement le flux lumineux qu'il reçoit dans un angle solide bien délimité. Cet angle est fonction de la courbure du réflecteur, de la position de la source lumineuse par rapport au réflecteur, et aussi de l'étendue de cette source. Ainsi, une surface spéculaire permet de prévoir avec exactitude les caractéristiques de distribution de flux du réflecteur en fonction de la forme de ce dernier.

Grâce à des calculs numériques par ordinateur, il est possible de déterminer avec grande précision la forme, très complexe, du réflecteur qui donnera les caractéristiques désirées quant à la forme de la zone éclairée et à la distribution de l'intensité lumineuse sur celle-ci.

Cependant, la technologie de fabrication des réflecteurs ne permet pas de réaliser les surfaces spéculaires suivant ces courbures complexes avec une fidélité absolue. En effet, on ne peut empêcher l'existence d'imperfections dans la forme du réflecteur et surtout dans l'uniformité du traitement pour obtenir la surface spéculaire. Or, de telles imperfections, mêmes minimes, engendrent des artefacts, c'est-à-dire des faux reflets nuisibles qui se manifestent par des effet de stries ou autres motifs contrastés sur le sol.

Pour pallier cet inconvénient, il est d'usage de rendre la surface active du réflecteur satinée, c'est-à-dire légèrement diffusante. En effet, à l'inverse d'une surface spéculaire, une surface diffusante renvoie le flux qu'elle reçoit de façon isotropique, ou du moins sur un angle solide très étendu. En résultat, on obtient, moyennant une légère perte de précision et de rendement énergétique, un étalement du flux lumineux qui efface les artefacts.

Diverses techniques existent pour rendre la surface optique du réflecteur légèrement diffusante.

Lorsque le corps du réflecteur est métallique, on peut soit dépolir la surface optique, soit encore lui imprimer un gaufrage.

Lorsque le corps du réflecteur est en verre ou, ce qui est plus fréquent de nos jours, en matière plastique moulée, la surface optique est obtenue par dépôt d'une fine couche métallisée. Dans ce cas, on peut éventuellement obtenir une surface légèrement diffusante en créant des aspérités à la surface du moule qui conforme la surface optique du réflecteur. Ces aspérités sont alors transmises à la pièce moulée et subsistent après la métallisation. Les aspérités sur la surface du moule peuvent être obtenues par électroérosion. Ce procédé est relativement facile à contrôler pour obtenir le degré de rugosité voulu. Cependant il ne se prête pas à une variation continue dans le degré de rugosité sur une même surface et convient plutôt pour les réflecteurs moulés ayant des surfaces optiques uniformément diffusantes.

La perte de rendement lumineux occasionnée par l'utilisation d'une surface légèrement diffusante n'est pas rédhibitoire pour l'éclairement de la partie centrale de la zone éclairée, proche de la source lumineuse. En revanche, le diffusé de lumière qui en résulte cause problème pour l'éclairement des parties éloignées de la zone éclairée, où il existe déjà naturellement un affaiblissement de l'éclairement causé par la distance de la source lumineuse.

Qui plus est, lorsque l'on rend diffusante la portion de surface du réflecteur adjacente au bord périphérique du réflecteur, I'accroissement de l'angle solide de diffusion qui en résulte a pour effet d'élargir l'angle de défilement de la lanteme. De la sorte, il est nécessaire de rechercher un compromis entre un effacement correct des artefacts est un bon contrôle du défilement.

Aussi, il a été proposé des réflecteurs qui sont diffusants sur une partie seulement de la surface optique. De tels réflecteurs sont pour la plupart réalisés en plusieurs éléments montés sur le châssis de la lanteme. Le ou les éléments situés vers le sommet sont généralement gaufrés, alors que ceux qui forment les portions périphériques sont soit moins diffusants, par exemple en n'étant que légèrement dépolis, soit spéculaires.

L'inconvénient majeur de ces réflecteurs composites vient du fait qu'ils ne permettent pas de réaliser les formes continues et complexes déterminées par modélisation numérique, et ne peuvent donc pas bénéficier des récents progrès en rendement énergétique et en contrôle de flux. n est également à noter que les transitions brutales entre les éléments de ces réflecteurs sont elles mêmes des sources d'artefacts.

Ainsi, un objet de la présente invention est de réaliser une lanterne d'éclairage public, notamment pour l'éclairage de voies de circulation, qui soit de fabrication aisée et qui ne présente pas les faiblesses des lanternes de l'art antérieur. L'invention vise notamment à obtenir un éclairement bien contrôlé au niveau des artefacts tout en procurant un bon défilement.

La lanterne selon la présente invention comprend un réflecteur ayant une surface optique concave ayant un sommet et un bord périphérique, la portion du réflecteur au niveau du sommet dirigeant le flux lumineux principalement vers une zone proche de la lanterne et la portion du réflecteur au niveau du bord périphérique dirigeant le flux lumineux principalement vers une zone éloignée de la lanterne,
caractérisée en ce que la surface optique du réflecteur est divisée en au moins une première zone uniformément diffusante et au moins une deuxième zone uniformément spéculaire vis-à-vis de la lumière, les première et deuxième zones étant configurées et réparties de manière que, sur des contours parallèles au bord du réflecteur, I'on passe progressivement d'une prédominance de la première zone à une prédominance de la deuxième zone en partant du sommet du réflecteur vers son bord périphérique.

Avantageusement, la première zone occupe intégralement la portion du réflecteur au niveau de son sommet et la deuxième zone occupe intégralement la portion du réflecteur au niveau de son bord périphérique.

De préférence, les première et deuxième zones ont des formes complémentaires définissant respectivement des dents de scie à leurs interfaces.

L'invention se prête particulièrement bien à la fabrication de réflecteurs par moulage de résine de synthèse, ces derniers pouvant être chacun réalisés à partir d'un corps moulé en matière plastique et métallisé sur sa surface concave, par exemple.

La résine de synthèse peut être un polyester avec ou sans une charge de verre sous forme de fibres ou de particules.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, ainsi que des dessins annexés, dans lesquels:
- la figure 1 montre les éléments principaux d'une lanterne classique;
- la figure 2 est un diagramme schématique montant comment un réflecteur d'une lanterne selon la figure 1 reçoit et retransmet les rayons de la source lumineuse de la lanterne;
- la figure 3 est une vue en perspective représentant un réflecteur pour une lanterne conforme à la présente invention;
- la figure 4a est une coupe longitudinale du réflecteur de la figure3;
- la figure 4b est une coupe longitudinale du réflecteur de la figure 3 modifié selon une première variante de l'invention;
- la figure 4c est une coupe longitudinale du réflecteur de la figure 3 modifié selon une deuxième variante de l'invention;;
- la figure Sa est un graphe montrant la variation du flux lumineux en fonction de son angle de sortie dans le cas d'une lanterne conforme à la présente invention et équipée du réflecteur de la figure 3 ; et
- la figure Sb est un graphe montrant la variation du flux lumineux en fonction de son angle de sortie dans le cas d'une lanterne classique.

La lanterne conforme à la présente invention sera maintenant décrite en référence à la figure 3, qui représente sa partie formant réflecteur. Dans sa forme générale, la lanterne, y compris sa partie formant réflecteur, est la même que celle représentée à la figure 1 et ne sera donc pas décrite à nouveau par souci de concision. Aussi, les éléments analogues entre les figures 1 et 3 portent les mêmes références.

Le réflecteur 16 est réalisée une seule pièce moulée en polyester avec une charge de fibres de verre. La forme complexe de sa surface optique 16a est déterminée, grâce à des méthodes de calcul connues, en fonction de ses conditions d'utilisation.

Conformément à l'invention, la surface optique 16a est partagée en première et deuxième zones 40 et 42. La première zone (dont la surface est hachurée sur la figure 4a) est généralement située au niveau des crêtes 16' du réflecteur et constitue une surface uniformément diffusante. La deuxième zone 42 est généralement située au niveau du bord périphérique 16" et constitue une surface spéculaire. Les première et deuxième zones 40, 42 sont mutuellement complémentaires, recouvrant à elles deux l'intégralité de la surface optique 16a du réflecteur 16.

La première zone 40 est terminée par des dents de scie 40a dirigées vers le bord périphérique 16" du réflecteur 16. De même, la deuxième zone 42 est terminée par des dents de scie 42a dirigés vers les crêtes 16' du réflecteur. Les dents de scie respectives 40a et 42a des première et deuxième zones 40 et 42 sont imbriquées mutuellement. Dans l'exemple, les dents de scie 40a et 42a sont contenues entre un contour supérieur 44a, qui est le plus rapproché des crêtes 16', et un contour inférieur 44b, qui est le plus rapproché du bord périphérique 16" du réflecteur. Ces deux contours 44a, 44b suivent des plans parallèles au plan général contenant le bord périphérique 16" du réflecteur. Les dents de scie s'étendent tout autour de la surface contenue par ces deux contours 44a et 44b.

Les nombre n de dents de scie 40a, 42a pour chaque zone est typiquement entre 8 et 24, mais peut aussi être supérieur.

On notera que le contour supérieur 44a se situe en dessous des crêtes 16' du réflecteur. De la sorte, la partie de surface optique entre ces crêtes et le contour supérieur 44a est intégralement recouverte par la première zone diffusante 40.

De même, le contour inférieur 44b se situe à une distance non nulle du bord périphérique 16" du réflecteur. De la sorte, la partie de la surface optique 16a entre ce bord périphérique et le contour inférieur 44b est intégralement recouverte par la deuxième zone spéculaire 42.

La partie de la surface optique 16a entre les contours supérieurs et inférieurs 44a, 44b définie une aire de transition entre les première et deuxième zones 40 et 42, en allant d'une prédominance de l'effet diffusant à une prédominance de l'effet spéculaire depuis le contour supérieur 44a jusqu'au contour inférieur 44b.

Ainsi, le même effet est obtenu qu'avec un réflecteur hypothétique ayant recru un traitement de surface visant à rendre une gradation continue entre une surface diffusante et une surface spéculaire. Cependant, dans le cas de l'invention, cet effet de progressivité est obtenue uniquement en formant des aires uniformément diffusantes (premières zones) et des aires uniformément spéculaires (deuxièmes zones). Les techniques permettant de réaliser de telles aires uniformes sont bien connues. Elles sont considérablement plus simples que les traitements de surface visant une gradation, ce qui permet de réaliser d'importantes économies dans la fabrication.

Dans l'exemple, les première et deuxième zones 40 et 42 sont définies au niveau du moule mâle servant à former la surface concave du réflecteur 16.

Durant sa fabrication, le moule mâle est initialement usiné selon la forme requise et sa surface est rendue parfaitement lisse. Ensuite, la portion de surface du moule correspondant la zone diffusante du réflecteur est identifiée et traitée par un procédé d'électroérosion afin de former des fines aspérités.

Le corps de réflecteur est moulé par injection, à partir d'un matériau à base de résine de synthèse, telle qu'un polyester armée de fibres de verre. La face concave de la pièce issue de ce moule sera alors rugueuse sur la partie correspondant à la zone diffusante et lisse sur celle correspondant à la zone spéculaire du réflecteur.

La surface optique 16a de réflecteur est formée sur la face concave par métallisation au moyen d'une pulvérisation cathodique ou tout autre procédé équivalent. La rugosité de la première zone est reproduite sur cette métallisation et la rend légèrement diffusante. En revanche, la métallisation sur la surface lisse de la deuxième zone permet d'obtenir une surface spéculaire.

On notera que l'invention permet d'utiliser le procédé d'électroérosion pour la préparation du moule mâle car elle n'exige pas de créer une gradation dans la rugosité du moule. ll n'en aurait pas été le cas si on avait envisagé une variation continue entre une surface diffusante et une surface spéculaire en jouant sur le traitement physique de surface. En effet, il aurait alors été quasiment impossible d'obtenir une telle variation par les procédés classiques d'électroérosion.

Ainsi, la conception du réflecteur conforme à l'invention se prête parfaitement bien aux techniques de moulage à partir de résines de synthèse utilisés actuellement et qui permettent d'obtenir des produits légers, économiques et de forme complexe.

On décrira maintenant, à l'aide de la figure 5a, les caractéristiques d'éclairement d'une lanterne conforme à la présente invention, dotée d'un réflecteur ayant des première et deuxième zones selon la configuration représentée à la figure 4a.

La figure Sa est un graphe représentant la variation de l'intensité lumineuse en fonction de son angle de sortie. L'intensité lumineuse est représentée en ordonnée en valeurs normalisées, et l'angle de sortie de l'intensité lumineuse en degrés est indiqué en abscisse. Dans ce graphe, la verticale de la lanterne correspond à l'angle de 0-, et l'horizon de part et d'autre de la lanteme dans l'axe de la voie de circulation correspond à un angle de 90 respectivement de chaque côté de l'axe à 0.. L'intensité aux angles intermédiaires atteint la voie à une distance plus ou moins éloignée de la verticale de la lanteme dans l'axe de la voie de circulation B.

ll est à noter que l'intensité indiquée correspond à une mesure prise à par un photomètre, et sans passage à travers une vasque.

Comme le montre la figure 5a, I'intensité lumineuse présente un premier maximum 601, peu accentué, à un angle de 0., mais reste sensiblement uniforme jusqu'à un angle de 50'. Au-delà de cet angle, I'intensité augmente relativement rapidement pour atteindre un deuxième maximum 602 à un angle d'environ 65 de chaque côté de l'axe de 0'. Cet augmentation constitue une pré-accentuation voulue pour compenser les pertes d'intensité occasionnées par la vasque. Ces pertes sont surtout importantes à ces angles avec les vasques en verre planes ou peu profondes, qui sont de plus en plus utilisées de nos jours. En effet, l'intensité lumineuse aux angles élevés par rapport à l'axe de 0 sont alors incidents sur la vasque à un angle rasant.Or, la surface du verre présente un caractère réfléchissant plus prononcé à ces angles rasants, d'où il résulte une perte de transmission plus importante.

L'intensité lumineuse au-delà du deuxième maximum décroît très rapidement jusqu'à atteindre une valeur quasiment nulle avant 80'. Ce décroissement rapide se traduit par un bon contrôle du défilement de la lanterne.

A titre de comparaison, la figure 5b est un graphe qui montre, de manière analogue à la figure Sa, la variation de l'intensité lumineuse en fonction de l'angle de cette intensité dans le cas d'un réflecteur à tout point vue identique à celui de la figure 5a mais dont la surface optique est diffusante dans son intégralité.

Comme le montre la figure, le maximum 60'1 situé à 0. est moins élevé que pour celui de la figure 5a. Qui plus est, l'intensité lumineuse sur toute la plage comprise entre 0 à 50- est aussi à un niveau inférieur. Pour les angles au-delà de 50, on remarque que le maximum 60'2 requis pour la pré-accentuation est de plus faible amplitude que dans le cas précédent, et insuffisant pour compenser intégralement la perte occasionnée par la vasque et la diminution de l'éclairement résultant de l'éloignement. De plus, la surface diffusante sur toute la partie de la périphérie inférieure du réflecteur disperse la lumière au-delà de 85- et dépasse ainsi largement la limite pour un bon défilement.

L'invention autorise de nombreuse variantes, notamment en ce qui concerne les formes complémentaires des première et deuxième zones 40 et 42.

En effet, la progressivité dans la variation entre l'effet diffusant et l'effet spéculaire provient surtout de la continuité des formes complémentaires dans la plage de transition. Dans le cas de la figure 4a, cette continuité est assurée par les rampes qui définissent les dents de scie imbriquées.

Or, il est possible d'obtenir une transition progressive en utilisant d'autres formes complémentaires et continues pour imbriquer les première et deuxième zones dans la plage de transition. Par exemple, la figure 4b montre le cas d'utilisation de formes sinusoïdales à la place des dents de scie dans la zone de transition.

On notera que les formes complémentaires données aux première et deuxième zones 40 et 42 dans la plage de transition conditionnent le taux de variation entre une prédominance d'effet diffusant et une prédominance d'effet spéculaire. Par exemple, la forme en dents de scie de la figure 4a permet d'obtenir une variation linéaire, alors que la forme sinusoïdale de la figure 4b engendre une variation qui est elle-même sinusoïdale.

Ainsi, il est possible de contrôler ce taux variation indépendamment de l'étendue et de la position de la plage de transition sur la surface optique 16a du réflecteur, qui sont déterminées par les contours supérieur et inférieur 44a et 44b.

Selon une autre variante de l'invention, il est également possible de créer une zone de transition qui produit de légères discontinuités dans la variation entre la prédominance d'effet diffusant et une prédominance d'effet spéculaire.

Ces discontinuités peuvent en effet être tolérées si elles sont de relativement faible importance, et permettent d'ouvrir encore plus le champ de possibilités pour le découpage entre les première et deuxième zones. Par exemple, la figure 4c montre le cas d'un découpage selon lequel les deuxième zones 42, dans la plage de transition, sont constituées d'une superposition de rectangles de largeur rétrécissante en allant du contour inférieur 44b au contour supérieur 44a. Ces rectangles définissent des paliers qui suivent approximativement les rampes formées par les dents de scie de la figure 4a. Les paliers constituent ainsi de légères discontinuités. Dans l'exemple, I'existence d'une petite portion de première zone 40 autour de chaque rectangle crée également une légère interruption dans l'évolution de l'effet optique. Néanmoins, L'effet global demeure celui d'une évolution qui peut être considérée comme progressive dans la pratique.

Claims (6)

Revendications

1. Lanterne (10) d'éclairage public, destinée notamment pour l'éclairage d'une voie de circulation, comprenant un réflecteur (16) présentant une surface optique (16a) concave ayant un sommet (16') et un bord périphérique (16"), la portion du réflecteur au niveau du sommet dirigeant le flux lumineux principalement vers une zone proche de la lanterne et la portion du réflecteur au niveau du bord périphérique dirigeant le flux lumineux principalement vers une zone éloignée de la lanterne, caractérisée en ce que la surface optique (16a) du réflecteur est divisée en au moins une première zone (40) uniformément diffusante et une au moins une deuxième zone (42) uniformément spéculaire vis-à-vis de la lumière,

les première et deuxième zones (40, 42) étant configurées et réparties de manière que, sur des contours parallèles au bord (16") du réflecteur,l'on passe progressivement d'une prédominance de la première zone (40) à une prédominance de la deuxième zone (42) en partant du sommet (16') du réflecteur vers son bord périphérique (16").

2. Lanterne (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première zone (40) occupe intégralement la portion du réflecteur (16) au niveau de son sommet (16') et la deuxième zone (42) occupe intégralement la portion du réflecteur au niveau du bord périphérique (16").

3. Lanterne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les première et deuxième zones (40, 42) ont des formes complémentaires définissant respectivement des dents de scie (40a, 42a) à leurs interfaces.

4. Lanterne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réflecteur (16) est un corps moulé en matière plastique et métallisé sur sa surface concave (16a).

5. Lanterne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce moulée est réalisée en polyester.

6. Lanterne selon l'une quelconque des revendications 1 à S, caractérisé en ce que la pièce moulée est réalisée en polyester avec une charge de verre sous forme de fibres ou de particules.