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Câblage 8° partie : L'éclairage du réseau

Toutes les images qui illustrent la partie théorique de cette page ont été trouvées sur le web
parmi les sites traitant de science, de physique, de photographie, de LED et d'écologie.
Si l'un des auteurs de ces images se considérait lésé par leur utilisation sur ce site,
je me ferais obligation de les enlever dès que j'en aurais été averti.
Merci pour votre travail et votre aide précieuse.

Notre hobby, le modélisme ferroviaire est une vitrine mouvante, une mise en scène, un théâtre !
Nous essayons de présenter un morceau de monde réel ou imaginaire en miniature.
Imaginez ce que serait une pièce de théâtre avec de très bons acteurs, un bon texte, de superbes costumes . . .
. . . . et . . . . un très mauvais éclairage . . . difficile, dans ce cas, de voir le jeu des acteurs, aussi bon soit il . . . !
Il en est de même pour nous, un joli décor bien éclairé mettra notre réalisation en valeur.

La lumière : définition

Pour que nous puissions mettre en valeur de notre réalisation, il faut . . . de la lumière.
Ben oui, cela paraît simpliste mais sans lumière, pas d'éclairage possible !
Il est donc important, si nous voulons apporter un éclairage de qualité à notre réalisation, de connaître les différentes caractéristiques
de la lumière, de manière à définir correctement notre système d'éclairage.


Si nous décomposons la lumière blanche, par exemple à travers un prisme, nous voyons qu'elle est composée de différentes couleurs.
Chacune de ces couleurs est en fait une vibration ou une onde qui est caractérisée par un spectre de fréquence appelée aussi longueur d'onde.
Voici une table qui vous donne la longueur d'onde de chacune des couleurs.
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Chouette, j'en ai de la chance . . . je sais que la lumière est un spectre de fréquence et composée de différentes couleurs
qui ont chacune leur longueur d'onde . . . . à quoi cela va t'il bien pouvoir me servir ?

Revenons donc au monde réel, quel est la principale source lumineuse là dehors ?


Ben oui, le soleil, le même pour tous durant toute l'année . . . le même . . . pas si sûr !
La douce lumière d'un matin provençal est elle identique à l'aveuglante lumière d'un été saharien ?

Non, me direz-vous ! Pourtant c'est le même soleil ?

Y a un truc ! Quelqu'un a mis, entre le soleil et nous, un filtre qui absorbe certaines vibrations, certaines couleurs et ce filtre ce sont les nuages qui le forment en partie ainsi que l'incidence des rayons solaires à travers les différentes couches entourant la terre.

Voyez ci-contre les teintes lumineuses que Dame Nature nous offre en fonction des saisons, de l'heure, de la météo, de la latitude, etc . . .
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Donc, en fonction de la saison, de l'endroit, de l'effet que nous voudrons représenter,
nous choisirons une source lumineuse appropriée !


Notions d'éclairagisme : définitions

La température de couleur définit, en degrés kelvin,
la teinte que donnera cette lumière.

Pourquoi en degrés kelvin ?

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. (définition Wikipédia).

Bien . . . . !

Pfouu  ! Et ça, à quoi ça va servir ?

Justement, les fabricants d'éclairages expriment les caractéristiques de rayonnement de leur lampes en kelvin (K).
Nous pourrons donc choisir :
une teinte chaude, jaunâtre : +/- 3 à 4000 K.
une teinte neutre, blanche : +/- 5500 K . . .
une teinte froide, bleutée : > 6500 K
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L' Indice de Rendu des Couleurs  ( Ra ) est  la capacité d'une source de lumière à restituer les différentes couleurs du spectre visible sans en modifier les teintes.

L'indice maximum Ra = 100 correspond à une lumière blanche comparable à la lumière solaire.

Il est bien entendu que ce paramètre devra être pris en compte lors du choix d'un éclairage de qualité.
Plus l'IRC s'approchera de 100, meilleur sera le rendu des couleurs.


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Qui dit lumière, dit aussi Ombre.

Dans les ombres, il faudra distinguer :
L'ombre propre d'un objet qui sera la face non éclairée de cet objet.

L'ombre portée par cet objet sur un plan de projection (par exemple le fond de décor ou le sol).

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Plus la surface de la source lumineuse sera grande, plus la surface de l'ombre portée par cet objet sera petite.
Dans ce cas nous verrons apparaître une zone de pénombre en bordure de l'ombre portée, exactement comme dans le cas d'un objet réel éclairé par le soleil un jour brumeux ou nuageux.
Si nous utilisons des sources lumineuses très concentrées (spot halogène), nous pouvons artificiellement étendre sa surface de rayonnement en  y joignant une autre source voisine de plus grande surface (tube TL).
Cette seconde source s'appellera lumière de débouchage en jargon photographique.

C'est le principe d'éclairage utilisé sur ce réseau. 
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Voici trois exemples d'ombres portées par un objet en fonction de l'éclairage

Ombre dure : éclairage ponctuel - spot seul

ciel sans nuages - soleil de midi en été
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Ombre douce : spot ponctuel + débouchage

ciel nuageux ou brumeux, soleil du matin ou du soir
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Pas d'ombre
: éclairage diffus ou indirect

ciel très nuageux , brouillard, soleil d'hiver
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En résumé, pour éclairer correctement notre réseau, nous devrons prendre en compte différents paramètres :

1 - la température de couleur (en K) des lampes en fonction des effets désirés.
2 - L'indice de rendu des couleurs (Ra) des lampes devra être le plus proche possible de 100.
3 - Les différents types d'éclairages utilisés devront produire un jeu d'ombre proche de la réalité.
4 - La position des éclairages devra être étudiée pour produire des ombres orientées de manière réaliste.

Voici un aperçu (non exhaustif) des différents types de lampes disponibles sur le marché
Il est fait référence ici aux lampes PHILIPS, bien entendu d'autres fabricants offrent un assortiment équivalent (Sylvania, Osram, . . .)

Vous trouverez une foule d'informations techniques à propos de ces différentes lampes sur le site de Philips  (voir Liens)


Ampoule à incandescence

IRC : 100 - très bon rendu des couleurs.

Rayonnement : Blanc chaud.

Durée de vie : +/- 1000 h.

Angle d'ouverture : omnidirectionnel.

Usage : lumière de débouchage.

Inconvénient :
consommation importante (40 à 100W).

Avantage :
flux lumineux homogène, peu coûteuse à l'achat.

Ce type de lampe tend à disparaître, la plupart des fabricants limitent maintenant leur offre à 40W
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Spot à incandescence "Reflector"

IRC : 100 - très bon rendu des couleurs

Rayonnement : Blanc chaud.

Durée de vie : +/- 1000 h.

Angle d'ouverture :  30°.

Usage : lumière d'accentuation ou de débouchage.

Inconvénient :
consommation importante (40 à 75W).

Avantage :
peu coûteux à l'achat.
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Spot à incandescence "PAR 38"

IRC : 100 - très bon rendu des couleurs

Rayonnement : Blanc chaud.

Durée de vie : +/- 2000 h.

Angle d'ouverture :  10° spot - 30° flood.

Usage : lumière d'accentuation.

Inconvénients :
consommation importante
repos min 15 minutes entre allumages.
production importante de chaleur.
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Spot halogène à réflecteur alu.

Le réflecteur alu rejette 100% de la lumière et de  chaleur vers l'avant du spot.
Ne pas installer trop près de l'objet éclairé.


220V

IRC : 98 - très bon rendu des couleurs

Rayonnement : Blanc chaud 3000K.

Durée de vie : +/- 3000 h.

Angle d'ouverture :  25° - 50°.

Usage : lumière d'accentuation.

Inconvénient :
l'intensité lumineuse est la moitié de sa cousine 12V pour une puissance électrique égale.

Avantages :
pas de transformateur, moins de chaleur que la 12V
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12V

IRC : 100 - très bon rendu des couleurs

Rayonnement : Blanc chaud 3000K.

Durée de vie : +/- 4000 h.

Angle d'ouverture :  36°.

Usage : lumière d'accentuation.

Inconvénient :
production importante de chaleur vers l'avant.

Avantage :
flux lumineux très important
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Spot halogène à réflecteur dichroïque.

Le réflecteur dichroïque rejette 100% de la lumière vers l'avant mais laisse passer une grande partie de la chaleur vers l'arrière .
Ne pas installer trop près  d'un plafond ou bandeau lumineux, ne pas encastrer.


220V

IRC : 98 - très bon rendu des couleurs

Rayonnement : Blanc chaud 3000K.

Durée de vie : +/- 3000 h.

Angle d'ouverture :  25° - 50°.

Usage : lumière d'accentuation.

Inconvénient :
l'intensité lumineuse est la moitié de sa cousine 12V pour une puissance électrique égale.

Avantages :
pas de transformateur, moins de chaleur que la 12V
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12V

IRC : 100 - très bon rendu des couleurs

Rayonnement : Blanc chaud 3000K.

Durée de vie : +/- 4000 h.

Angle d'ouverture :  10° - 24° - 36° - 60°.

Usage : lumière d'accentuation.

Inconvénient :
production importante de chaleur vers l'arrière.

Avantage :
flux lumineux très important
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Spot LED

220V

IRC : 80 - bon rendu des couleurs

Rayonnement : Blanc chaud 2700 - 4000K.

Durée de vie : +/- 25 000 à 40 000 h.

Angle d'ouverture :  25° - 50°.

Usage : lumière d'accentuation.

Inconvénient :
le flux lumineux varie fortement avec l'angle d'ouverture (15° = 3200 - 60° = 340) .
Il est inférieur de 50 % à sa cousine halogène.

Avantages :
pas de chaleur, pas de UV, consommation 3 à 7W, très grande durée de vie.
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12V

IRC : 80 - bon rendu des couleurs

Rayonnement : Blanc chaud  2700K - 3000K.

Durée de vie : +/- 25 000 à 45 000 h.

Angle d'ouverture :  15° - 24° - 36° - 60°.

Usage : lumière d'accentuation.

Inconvénient :
le flux lumineux varie fortement avec l'angle d'ouverture (15° = 3200 - 60° = 340) .
Il est inférieur de 50 % à sa cousine halogène.

Avantages :
pas de chaleur, pas de UV, consommation 4 à 10W, très grande durée de vie.
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Lampes fluorescentes

IRC : 80 à 95 - bon à très bon rendu des couleurs

Rayonnement : 2700K - 6500K.

Durée de vie : +/- 12 000 à 20 000 h.

Angle d'ouverture :  omnidirectionnel.

Usage : lumière de débouchage ou de fond.

Inconvénient :
clignotement à l'allumage, dimmable difficilement et seulement avec ballast et dimmer spécifiques, nécessite 5 à 15 min pour émettre son flux lumineux nominal, mauvais rendement par temps froid.

Avantages :
pas de chaleur, consommation moyenne, très grande durée de vie.

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Comment connaître les caractéristiques d'un TL :

premier chiffre = 'indice de rendu des couleurs Ra
2 chiffres suivants = temp. de couleur en °K x 100

830 :
IRC de 80 à 89
Température de couleur = 3000 °K

965 :
IRC de 90 à 99
Température de couleur = 6500 °K
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Voyez ci-joint un exemple de diagramme chromatique des tubes TL en fonction de leur numéro.
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Rubans LED

Bien que les rubans LED existent depuis plus de dix ans, ils commencent seulement, depuis quelques années, à envahir le marché "domestique".
La baisse des coûts de production des semi-conducteurs doit y être pour beaucoup.
Le marché est donc envahi d'offres les plus alléchantes les unes que les autres, proposant des produits de bonne, moindre ou mauvaise qualité.
Afin de comparer des pommes avec des pommes,
il est donc important, avant l'achat, de savoir ce que contient ce ruban éclairant.

Qui dit ruban LED, dit aussi LED et particulièrement LED SMD (surface mount device) c'est à dire des composant à montage en surface.
Vous trouverez des rubans avec différents types de LED, chacune ayant un pouvoir éclairant différent, ainsi que des rubans avec 60, 120, . . . LED / mètre.
Lorsque vous comparerez les prix, comparez des rubans identiques.
Ces rubans sont généralement alimentés en 12V continu, parfois en 24V continu pour les plus puissants. Le courant consommé sera fonction du type de LED, du nombre de LED/ mètre et de la longueur du ruban.
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Comme pour tous les types d'éclairages, vous trouverez des rubans LED avec différentes température de lumière.

Voici par exemple :
A gauche un blanc chaud (2700°K)
A droite un blanc froid (6000°K)

Il existe aussi des "blanc pur" (4500°K)
ainsi que des rubans colorés ou RGB.

Ceci sera donc un premier élément de choix.


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Le type de LED utilisé est très important,
il définira, avec le nombre de LED / mètre,
l'intensité lumineuse produite par le ruban.

Les types de LED les plus courants sont :
SMD 3528 : 6 lumens par LED
SMD 5050 : 13 à 15 lumens par LED
SMD 5060 : 19 lumens par LED
SMD 5630 : 25 à 50 lumens par LED

(3528 veut dire un composant de 3.5 x 2.8 mm)

Vous voyez ci-contre deux types de LED couramment utilisés (à des prix bien sûr différents)

exemples de rubans :
5 mètres 3528 60 LED's par mètre : 15 à 20 € (2013)
5 mètres 5050 60 LED's par mètre : 30 à 40 € (2013)

Ceci sera donc un second élément de choix.
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Gros plan sur la LED la plus courante aujourd'hui
(en 2013).

La LED 3528 équipe la plupart des rubans vendus dans les "Bricochose" et autres boutiques Web.

Ce pavé de 3.5 x 2.8 mm contient un seul élément semi-conducteur blanc ou coloré.

Notez le seul contact de chaque côté du pavé
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La LED 5050 tend à remplacer la précédente sur les rubans de bonne qualité.

C'est en réalité un pavé de 5 x 5 mm contenant trois éléments semi-conducteurs blancs ou colorés.

Cette LED produit 2  fois plus de lumière que la précédente.

Notez les trois contacts de chaque côté du pavé


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Les rubans à LED sont généralement sécables
tous les 3 à 5 cm, ils peuvent être vendus "nus" ou "étanches".
Les rubans "nus" sont relativement délicats à dépoussiérer.
Les rubans étanches sont prévus pour être utilisés dans un environnement humide ou poussiéreux, ils sont recouverts d'une couche de silicone transparent.

C'est pourquoi, dans notre hobby, il est préférable d'utiliser le modèle "étanche" pour l'éclairage du réseau et le modèle "nu" pour les éclairages intérieurs (bâtiments, wagons, etc . .)
En effet, le modèle "nu" est plus facile à connecter après découpe.
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Il existe des rubans dits RGB, c'est à dire qu'ils peuvent produire une multitude de couleurs à partir des trois couleurs de base (Red Green Blue) pilotées par un contrôleur RGB.

Dans le cas des rubans 3528 RGB, trois LED de couleurs différentes sont installées côte à côte.

Dans le cas des rubans 5050 RGB, chaque pavé contient les trois couleurs de base.

Remarque : les rubans RGB ne peuvent pas produire de "blanc chaud" seul le "blanc froid" peut être produit par assemblage des 3 couleurs de base.
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Fabrication d'un support orientable pour spot

Etant donné la quantité de spots utilisés pour éclairer le réseau, il est intéressant de fabriquer soi-même les supports.
 Voici un système fiable, ne craignant pas la chaleur, offrant une possibilité de réglage dans deux axes, et bon marché.
Dans ce cas, l'esthétique n'est pas importante, les spots seront cachés par le bandeau décor.



Le matériau de base est l'aluminium 1.5 mm.

Couper 2 bandes de +/- 10 cm x 1.5 cm.

Tracer la marque du pli (en bleu).

Forer tous les trous 4 mm sauf 2 trous 3 mm pour la fixation de la douille.

Ceci est un exemple de support, vous adapterez ces dimensions à vos besoins ainsi que aux dimensions de la douille du spot.

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Les 2 pièces sont pliées à 90 °.

Notez la douille du spot ainsi que la visserie nécessaire :

1 x M4 x 15 + écrou et rondelle (articulation).

2 x M3 x 20 + écrous et rondelles (douille).

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Voici le support assemblé.

Notez les possibilités de réglage de l'orientation.

Ce support convient aussi bien pour les halogènes 220 V ou 12V, ainsi que pour les spots LED.

Il suffit d'adapter la douille au modèle de spot choisi.

Sur ce réseau, seuls les spots halogènes 220V à réflecteur alu et spots LED 220V seront utilisés.
Cela, pour limiter le courant dans les câbles et éviter l'usage d'un transfo d'alimentation.
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Description des éclairages du réseau


Voici la répartition des différents types de lampes qui composeront l'éclairage du réseau.

Ruban LED "chaud" = 2700 °K

Ruban LED "froid" = 6000 °K

Les points rouges marqués "Spot LED" seront :

soit des LED's 230V - 5.5W 3000°K 25D**
soit des LED's 230V - 7W    4000°K 25D**

L'IRC des spots LED's = 80
25D** : angle d'ouverture du spot =  25°

L'orientation de ces spots sera organisée de telle manière que la direction des ombres portées soit de droite à gauche, pour éviter un manque de réalisme dû à des ombres orientées dans tous les sens !
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Clic sur image pour agrandir


A Suivre . . . .
. . . . les photos de l'installation des éclairages en fonction de l'avancement du réseau . . . !


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