Eclairage de l'Hippodrome des Flandres J.F. Sergent.pdf

20/12/2013
Publication 3EI 3EI 2003- Journées
OAI : oai:www.see.asso.fr:1044:2003-:5524
DOI :

Résumé

Eclairage de l'Hippodrome des Flandres  J.F. Sergent.pdf

Métriques

37
7
6.35 Mo
 application/pdf
bitcache://aba6360be1006f6ecb749f3f0455ea421b1eed00

Licence

Creative Commons Aucune (Tous droits réservés)
<resource  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
                xmlns="http://datacite.org/schema/kernel-4"
                xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-4 http://schema.datacite.org/meta/kernel-4/metadata.xsd">
        <identifier identifierType="DOI">10.23723/1044:2003-/5524</identifier><creators><creator><creatorName>Jean-François Sergent</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>Eclairage de l'Hippodrome des Flandres  J.F. Sergent.pdf</title></titles>
        <publisher>SEE</publisher>
        <publicationYear>2013</publicationYear>
        <resourceType resourceTypeGeneral="Text">Text</resourceType><dates>
	    <date dateType="Created">Fri 20 Dec 2013</date>
	    <date dateType="Updated">Fri 14 Jul 2017</date>
            <date dateType="Submitted">Mon 17 Dec 2018</date>
	</dates>
        <alternateIdentifiers>
	    <alternateIdentifier alternateIdentifierType="bitstream">aba6360be1006f6ecb749f3f0455ea421b1eed00</alternateIdentifier>
	</alternateIdentifiers>
        <formats>
	    <format>application/pdf</format>
	</formats>
	<version>33069</version>
        <descriptions>
            <description descriptionType="Abstract"></description>
        </descriptions>
    </resource>
.

Article_Sergent Page 1/13 ECLAIRAGE DE L’HIPPODROME DES FLANDRES Jean-François Sergent Université des Sciences et Technologies de Lille Cité Scientifique Bâtiment P2 Bureau 118 59 655 Villeneuve d’Ascq Cédex E-mail : Jean-Francois.Sergent@univ-lille1.fr Article_Sergent Page 2/13 Sommaire Sommaire .............................................................................................................................................2 I- Avant-propos ....................................................................................................................................3 II- Mise en situation .............................................................................................................................3 II.1- Présentation .............................................................................................................................3 II.2- Contraintes à respecter.............................................................................................................3 II.3- Solutions techniques adoptées.................................................................................................4 II.3.1- Choix technologiques des luminaires .........................................................................4 II.3.2- Répartition des projecteurs.........................................................................................4 II.3.3- Alimentation électrique...............................................................................................5 II.4- Performances obtenues............................................................................................................5 III- Transposition didactique................................................................................................................6 III.1- Objectifs du travail.................................................................................................................6 III.2- Critères de similitude .............................................................................................................6 III.3- Comparaison système réel-système didactique......................................................................7 IV- Exploitation du banc didactique. ...................................................................................................8 IV.1- Activités pédagogiques envisageables...................................................................................8 IV.2- Exemple d’une séance de travaux pratiques ..........................................................................9 V- Conclusion ....................................................................................................................................10 VI- Bibliographie : .............................................................................................................................10 Article_Sergent Page 3/13 I- Avant-propos Environ 8%* de l’énergie électrique produite sur notre territoire est consacrée, à l’éclairage (tout secteurs confondus). Cette part de consommation, sans être négligeable, place ce secteur loin derrière les applications liées à la force motrice et aux applications électrothermiques, il existe cependant un certain nombre de sites où l’éclairage constitue le premier poste pour la facture énergétique et conditionne le choix de la plupart des équipements électriques (type d’alimentation, transformateurs, câbles, protection…), il mérite dans ce cas une attention particulière. L’hippodrome de Marcq-en-Baroeul** en est une bonne illustration et peut donner lieu à des exploitations pédagogiques originales et parfaitement accessibles aux élèves de lycées techniques. II- Mise en situation II.1- Présentation L’hippodrome des Flandres, situé sur la commune de Marcq-en-Baroeul (métropole lilloise), accueille chaque année une quarantaine de manifestations dont certaines sont pourvues du label PMU national. Afin d’enrichir le site, la municipalité décide en 2000 de le doter d’un système d’éclairage de façon à permettre des courses en nocturne. Cette amélioration devait permettre l’éclairage des pistes de trot et de galop, tout en procurant une souplesse d’utilisation pour l’organisation de salons d’expositions ou de toute autre manifestation. II.2- Contraintes à respecter Du CCTP (Cahier des Clauses Techniques Particulières), on peut extraire certaines informations concernant le système d’éclairage. Celui-ci doit permettre les niveaux d’éclairement figurant dans le tableau donné à la page suivante. Les valeurs indiquées sont extraites des normes imposées pour les retransmissions en TVHD. Eclairement vertical Eclairement horizontal Evmoy (lux) Uniformité Ehmoy (lux) Uniformité Trot ≥ 800 ≥0,75 ≥ 300 ≥ 0,75Zone courante Galop ≥ 600 ≥ 0,5 ≥ 340 ≥ 0,75 Trot ≥ 990 = 0,6 ≥ 500 ≥ 0,75Ligne droite avant tribune Galop ≥ 980 ≥ 0,5 ≥ 420 ≥ 0,7 Trot ≥ 1150 = 0,35 ≥ 560 ≥ 0,7Ligne droite devant tribune Galop ≥ 1120 ≥ 0,6 ≥ 460 ≥ 0,7 Tableau 1 - Extrait du CCTP- * En fait compte-tenu du médiocre rendement des sources lumineuses, y compris des lampes à décharge, la part utile est, on le sait, nettement inférieure à cette valeur ! ** L’hippodrome de Vichy avec une piste de galop de 2100 mètres comporte 612 projecteurs de 2 kW. Article_Sergent Page 4/13 II.3- Solutions techniques adoptées II.3.1- Choix technologiques des luminaires Compte-tenu des niveaux d’éclairement exigés et de la nécessité d’obtenir un bon rendu des couleurs (IRC > 80), le choix des sources lumineuses s’est tout naturellement porté sur des lampes à iodures métalliques à haut flux (MHD 2000/400 856) de chez Philips). Ces lampes sont installées dans trois types de projecteurs munis d’optiques différentes (Aréna Vision MVF 403 catégorie A2, A4 ou A6). Photo 1-Aréna Vision MVF 403 (vue de face) Photo 2 -Aréna Vision MVF 403 II.3.2- Répartition des projecteurs - Zone courante : 26 mâts de 15 mètres espacés de 55 m (26x8 projecteurs) - Ligne droite avant tribune : 2 mâts de 20 mètres distants de 100 m (2x23 projecteurs) - Ligne droite devant tribune : 1 mât de 25 mètres (40 projecteurs) Un éclairage de secours (2 lampes halogènes de 1000 W avec projecteur de type Cormoran) est prévu sur l’ensemble des 29 mâts de l’hippodrome. Article_Sergent Page 5/13 Photo 3 -Vue de la piste de galop (zone courante) II.3.3- Alimentation électrique Le mât le plus éloigné est distant de plus de 700 mètres du poste de livraison, une alimentation en basse tension conduirait à une section de câbles prohibitive (limitation de la chute de tension). Les 294 projecteurs sont donc alimentés depuis le poste de livraison HTA/HTI à travers un réseau souterrain intermédiaire en 5500 volts (réseau HTI), des transformateurs HTI/BT (5500V/400V) enterrés à proximité des mâts assurent l’adaptation finale en tension ; cette solution présente l’avantage de minimiser les coûts d’investissement. L’éclairage de secours est quant à lui alimenté par le réseau de distribution publique basse- tension. Les câbles sont dimensionnés de façon à limiter les chutes de tension dans le pire des cas, à 2% en HTI et à 3% en BT. II.4- Performances obtenues Une première étude effectuée à l’aide du logiciel Calculux de la société Philips Eclairage a montré qu’avec les lampes initialement retenues (MHD 1800 W - flux lumineux égal à 180 000 lm) l’éclairement était en certains points inférieur aux valeurs requises. Ceci a conduit à retenir dans la version définitive des lampes légèrement plus puissantes (MHD-2000 W-200 000 lm). Article_Sergent Page 6/13 La mise en service de l’installation a confirmé les valeurs obtenues par simulation, deux problèmes imprévus sont cependant apparus. Les habitants situés à proximité de l’hippodrome se sont plaints de nuisances consécutives à un phénomène de « pollution lumineuse » qui a imposé un nouveau réglage de la position des projecteurs. On sait, d’autre part, que le flux lumineux issu de chaque projecteur oscille autour d’une valeur moyenne à une fréquence de 100 Hz. Un équilibrage minutieux sur chaque phase permettrait, en théorie, d’atténuer l’effet stroboscopique induit au niveau de la « caméra » numérique qui fournit la photo d’arrivée (photo finish), la mise en œuvre de cette modification ne donne pas actuellement entière satisfaction aux utilisateurs. III- Transposition didactique III.1- Objectifs du travail Pour développer autour de ce thème une série de travaux pratiques (essais de systèmes et de sous-systèmes) destinés à des classes de lycées techniques, nous nous sommes appuyés sur un système d’éclairage réalisé au sein de l’USTL par un étudiant-professeur inscrit à l’IUFM dans le cadre de la préparation au CAPET Génie Electrique. Afin d’être aussi fidèle que possible à l’installation réelle, nous avons tenté tout d’abord de respecter un certain nombre de choix technologiques, notamment en ce qui concerne : - le type de source lumineuse (lampes à iodures métalliques) - le type de réseau d’alimentation terminal (triphasé BT sans neutre) - le mode d’implantation des projecteurs (mât avec position réglable). Compte-tenu du découpage des pistes en plusieurs secteurs, l’étude ne portera que sur la zone courante réduite à un espace entourant deux mâts, ceci permet de restreindre le nombre de projecteurs à installer sur le banc d’étude tout en conservant un coefficient d’uniformité proche de la valeur réelle. III.2- Critères de similitude Le respect de la similitude matérielle ne permet pas à lui seul de conclure quant à la crédibilité du banc didactique censé avoir un comportement global similaire au système réel. A ce stade, nous définirons par conséquent des éléments de comparaison appelés « invariants », nous appelons « invariant » tout élément, grandeur ou paramètre conservé lors de la transposition didactique on pourra bien entendu définir plusieurs catégories d’invariants selon qu’ils seront mesurables ou observables (invariant fonctionnel, matériel, technologique…). Parmi les grandeurs physiques relatives au système étudié, il faut identifier celles qui permettent une caractérisation pertinente de son comportement ; on pourra être amené à distinguer : Article_Sergent Page 7/13 - des invariants absolus (grandeur physique telle que la puissance, l’éclairement, le flux lumineux, l’efficacité lumineuse …) - des invariants relatifs (valeur numérique sur une échelle arbitraire ou un nombre sans dimension obtenu à partir du rapport de deux grandeurs physiques identiques, exemple : rendement, IRC, coefficients d’uniformité…). Un système didactique devant facilement s’intégrer en milieu scolaire, la recherche d’invariants absolus est souvent illusoire et cela constitue plutôt l’exception que la règle, de même la recherche systématique d’invariants technologiques peut aboutir dans certaines situations à des choix injustifiables ou incohérents. Pour notre étude, l’éclairement au sol (Eh) a pu être retenu comme invariant absolu, la surface à éclairer étant limitée à quelques mètres carrés ceci permet de travailler avec des sources lumineuses de 70 W et donc de limiter le coût des constituants. III.3- Comparaison système réel-système didactique Elément de comparaison Hippodrome des Flandres Banc didactique Invariant Nombre de luminaires (pour deux mâts) 16 (2 X 8) 8 (2 X 4) Projecteurs Symétriques (hémisphérique type Aréna vision MVF 403) Asymétrique Lampes (type) Iodures métalliques (Philips MHD) Iodures métalliques (Osram HQI) inv. tech. Puissance unitaire 2000 W 70 W Indice de rendu des couleurs 85 90 inv.rel. Flux lumineux 200 000 lm par lampe 5 500 lm par lampe Efficacité lumineuse 100 lm/W 80 lm/W inv.abs. Courant absorbé (avec condensateur) 5,6 A 0,33 A Durée de mise en régime 5 mn 6 mn inv.abs. Eclairement horizontal (piste de trot) 300 lux 217 lux inv. abs. Eclairement horizontal (piste de galop) 340 lux 288 lux inv. abs. Coefficients d’uniformité (trot) Evmini/Evmax = 0,75 Evmin/Evmoy = 0,86 Evmini/Evmax = 0,65 Evmin/Evmoy = 0,85 inv.rel. Coefficients d’uniformité (galop) Evmini/Evmax = 0,76 Evmin/Evmoy = 0,88 Evmini/Evmax = 0,58 Evmin/Evmoy = 0,74 inv.rel. Hauteur des mâts 15 m 1,3 m Article_Sergent Page 8/13 Distance entre deux mâts 50 m 2,65 m Largeur des pistes Trot :10 m Galop :16 m Zone morte : 5 m Trot :0,8 m Galop :1,3 m Zone morte : 0 m Puissance absorbée 32 kW 0,56 kW Tension d’alimentation 3 X 400 V – 50 Hz 3 X 230 V – 50 Hz Tableau 2- Caractéristiques comparées des deux installations Le travail précédent nous permet d’établir une comparaison des comportements physiques entre l’installation réelle et le banc didactique. En y intégrant d’autres critères on peut pousser l’analyse de façon à établir un polygône de similitude. Chaque critère de comparaison est apprécié sur une échelle arbitraire qui va de 1 à 5 (niveau 1 : distorsion importante, niveau 5 similitude maximale). La figure ainsi obtenue permet de montrer les distorsions apportées par la transposition didactique ainsi que les points à améliorer. Figure 1 -Polygône de similitude- Le polygône étant relativement voisin du cercle extérieur, le dispositif réalisé peut donc être considéré comme étant globalement satisfaisant; il est très certainement perfectible au prix par exemple d’un remplacement des projecteurs par des versions ayant un diagramme polaire beaucoup plus proche de celui des projecteurs Aréna Vision. IV- Exploitation du banc didactique. IV.1- Activités pédagogiques envisageables Autour de ce thème voici quelques pistes de travail: Article_Sergent Page 9/13 - simulation des performances (électriques et photométriques) de l’installation réelle grâce à un logiciel spécialisé (vérification du respect du cahier des charges) - étude structurelle et justification des choix technologiques relatifs à l’Hippodrome des Flandres (poste de livraison, réseaux d’alimentation, technologie des sources lumineuses) - détermination des caractéristiques photométriques obtenues en régime permanent sur le banc didactique (déterminations des éclairements moyens, des coefficients d’uniformité) - qualité de la lumière (IRC) - étude des grandeurs photométriques et électriques à la mise sous tension - étude du raccordement électrique (facteur de puissance, choix des protections, influence de la longueur et de la section des câbles). IV.2- Exemple d’une séance de travaux pratiques La séance s’adresse à un public d’élèves en première Génie Electrotechnique ayant les connaissances de base en éclairage et leur permet ainsi de se familiariser avec les grandeurs utilisées par les éclairagistes. A travers la mesure et l’observation de certaines grandeurs elle doit conduire à une réflexion aidant d’une part à la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu et d’autre part à la justification des choix techniques. Séance n°1 -Résumé du travail à effectuer- Le banc didactique représente une partie de la zone courante des pistes de courses de l’hippodrome des Flandres (Nord). Nous étudierons simplement l’éclairage entre deux mâts, les mâts étant situés à intervalles réguliers, l’éclairement reste le même et se répète le long de cette zone. Objectifs : 1) L’élève doit être capable de calculer les coefficients d’uniformité sur les différentes pistes, et évaluer ainsi la qualité d’une installation d’éclairage. 2) Il saura également justifier le choix des projecteurs suivant l’éclairement vertical et/ou horizontal désiré. 3) L’élève doit enfin savoir démontrer le choix judicieux de l’emplacement des armoires de commande aux pieds des mâts et de la distribution en haute tension afin de limiter la chute de tension. Critères d’évaluation : Conditions d’acceptationCritères d’évaluation On exige : On tolère : Pertinence des mesures de flux Que la mesure soit réalisée au point indiqué Qualité des mesures de flux Des mesures d’éclairement Un écart de 15% Article_Sergent Page 10/13 horizontal et vertical évoluant dans l’espace, conformes à l’essai initial. avec les mesures réalisées lors de l’essai initial Mise en évidence de l’influence du projecteur De retrouver une différence d’uniformité entre les relevés établis sur le système didactique et ceux effectués sur le site de l’hippodrome Justesse du calcul de la chute de tension Une exactitude du résultat en fonction des données Mise en évidence de l’influence de la chute de tension Une observation de la diminution du flux lumineux lors de l’insertion d’une très grande longueur de câble Une différence de 5% dans les mesures par rapport à l’essai initial V- Conclusion Sur un thème original et présentant des contraintes spécifiques, les choix technologiques opérés sur une installation réelle d‘éclairage peuvent être justifiés pour peu que l’on prenne un certain nombre de précautions (recherche d’un minimum d’invariants). De nombreux aspects des référentiels des classes de lycées techniques et professionnels sont illustrables à partir de cette maquette. De nouveaux travaux sont en cours afin de mettre en évidence les limites de l’installation actuelle, il s’agit en l’occurrence de montrer les problèmes générés par les projecteurs placés face à la zone d’arrivée. En effet les logiciels utilisés dans la phase d’avant- projet (Calculux, Dialux…) effectuent les calculs d’éclairement en s’appuyant sur les valeurs moyennes des flux émis. La non prise en compte du caractère modulé de la lumière élude complètement les problèmes rencontrés en imagerie numérique. VI- Bibliographie : - Etude préliminaire Philips Eclairage de l’Hippodrome des Flandres (projet 99NE865 CPE Ivry juillet 1999) - Techniques de l’Ingénieur (Sources de lumière de l’éclairage électrique D 5800, D 5810 - Eclairage. Données de base. C 3340 par Marc La Toison) - CD ROM Philips - Epreuve d’admissibilité CAPET interne Génie Electrique (Session 2001) - Eclairage de l’Hippodrome des Flandres (dossier CAPET session 2002 par Almonacid Vincent). Article_Sergent.doc Page 11/13 Figure 2 - Plan de l’Hippodrome des Flandres avec détail de la partie HTI Article_Sergent.doc Page 12/13 Figure 3 – Résultats de la simulation sur Calculux (version 1-MVF 406 avec lampes 1800 W ) Article_Sergent.doc Page 13/13 Figure 4 - Relevés expérimentaux de l’éclairement horizontal