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Éclairage et ambiance visuelle d'un agencement

Co-intervention Maths-Sciences | Première Bac Pro ERA | Savoir S4.6 — Ambiance visuelle

Dernière mise à jour : 4 septembre 2026

Objectifs
Identification de la ressource

1. Mise en situation professionnelle

Contexte professionnel — Éclairage d'un plan de travail de cuisine agencée

Un menuisier agenceur installe une cuisine sur mesure. Au-dessus du plan de travail (longueur 2,40 m, profondeur 0,60 m), il doit prévoir un éclairage confortable. Pour l'exercice, le cahier des charges retient une cible de 400 lux sur la surface utile.

Le client demande : « Combien de réglettes LED faut-il installer sous les meubles hauts pour bien éclairer le plan de travail ? Et est-ce que ça consomme beaucoup ? »

Pour répondre, l'agenceur doit relier le flux lumineux des sources qu'il choisit (en lumens) à l'éclairement obtenu sur la surface (en lux).

2. Flux lumineux et éclairement

Définition — Flux lumineux Φ (phi)
Le flux lumineux est la quantité totale de lumière émise par une source dans toutes les directions.
Définition — Éclairement E
L'éclairement mesure la quantité de lumière reçue par unité de surface. Il dit si une zone est « bien éclairée » ou non.
Relation simplifiée flux ↔ éclairement
Si un flux lumineux \(\Phi\) (en lm) est réparti sur une surface \(S\) (en m²), l'éclairement moyen vaut : \[ E = \frac{\Phi}{S} \] On en déduit aussi : \(\Phi = E \times S\) et \(S = \dfrac{\Phi}{E}\).
(Modèle simplifié : on suppose le flux entièrement réparti sur la surface utile.)
Définition — Efficacité lumineuse
L'efficacité lumineuse indique combien de lumens une lampe produit pour chaque watt consommé. La puissance électrique se retrouve par : \(P = \dfrac{\Phi}{\text{efficacité}}\) (en W).
Température de couleur (qualitatif)
La température de couleur d'une source, en kelvins (K), décrit la teinte de la lumière blanche :

3. Repères pédagogiques selon l'activité

Local / activitéÉclairement (lx)
Circulation, couloir≈ 100
Séjour, salon≈ 200
Cuisine, plan de travail300 à 500
Local / activitéÉclairement (lx)
Bureau300 à 500
Travail minutieux (atelier)≈ 750
Showroom (mise en valeur)300 à 500

Ces valeurs servent de cibles aux exercices. Les valeurs applicables à un projet réel dépendent de l'activité, du plan de référence, de l'éblouissement, de l'uniformité, du rendu des couleurs et du contexte normatif. Le modèle \(E=\Phi/S\) ne remplace pas une étude d'éclairage.

4. Application — Éclairage du plan de travail

Combien de réglettes LED pour le plan de travail de la cuisine ?

Le plan de travail mesure 2,40 m × 0,60 m. On vise un éclairement \(E = 400\) lx. Étape 1 — Flux total nécessaire : \[ \Phi = E \times S = 400 \times 1{,}44 = 576 \; \text{lm} \] Étape 2 — Nombre de réglettes : chaque réglette LED fournit 300 lm. \[ N = \frac{\Phi}{\Phi_{\text{réglette}}} = \frac{576}{300} = 1{,}92 \] On arrondit à l'entier supérieur : il faut 2 réglettes LED. Étape 3 — Éclairement obtenu dans le modèle avec 2 réglettes (soit 600 lm) : \[ E = \frac{\Phi}{S} = \frac{600}{1{,}44} \approx 417 \; \text{lx} \]
Avec 2 réglettes LED de 300 lm, l'indicateur simplifié vaut environ 417 lx : la cible de 400 lx est atteinte dans le modèle. La répartition réelle du flux et l'éblouissement restent à vérifier.
Méthode — Et la consommation ?
Chaque réglette LED de 300 lm a une efficacité de 100 lm/W : \[ P = \frac{300}{100} = 3 \; \text{W par réglette} \] Pour 2 réglettes : \(P_{\text{total}} = 2 \times 3 = 6\) W.
À comparer avec une solution halogène (15 lm/W) qui fournirait le même flux de 600 lm : \[ P_{\text{halogène}} = \frac{600}{15} = 40 \; \text{W} \] La LED consomme donc plus de 6 fois moins qu'une solution halogène pour le même éclairage.

5. Schéma : source → surface → éclairement

Source — Φ = 600 lm Surface S = 1,44 m² E = Φ / S = 600 / 1,44 ≈ 417 lx lumière (lm) reçue (lux)

6. Exercices

Socle Exercice 1 — Calculer un éclairement (guidé)

Une réglette LED fournit un flux de \(\Phi = 800\) lm. Elle éclaire une étagère de présentation de surface \(S = 2\) m².
  1. Écrire la formule de l'éclairement : \(E = \dfrac{\ldots}{\ldots}\)
  2. Remplacer par les valeurs : \(E = \dfrac{800}{2} = \ldots\) lx
  3. Comparer avec un séjour (≈ 200 lx) : l'étagère est-elle bien éclairée ?
  1. \(E = \dfrac{\Phi}{S}\)
  2. \(E = \dfrac{800}{2} = 400\) lx
  3. 400 lx \(\gt\) 200 lx : l'étagère est très bien éclairée (mise en valeur des produits).
Socle Exercice 2 — Trouver le flux nécessaire (guidé)

Un agenceur veut éclairer un meuble vitrine de surface \(S = 1{,}5\) m² avec un éclairement cible \(E = 300\) lx.
  1. On utilise \(\Phi = E \times S\). Remplacer : \(\Phi = 300 \times 1{,}5 = \ldots\) lm
  2. Un spot LED fournit 450 lm. Un seul spot suffit-il ?
  1. \(\Phi = 300 \times 1{,}5 = 450\) lm
  2. Il faut 450 lm et un spot fournit 450 lm : un seul spot suffit tout juste.
Socle Exercice 3 — Lire les repères fournis (guidé)

À l'aide du tableau du cours, indiquer le repère utilisé pour chaque zone :
  1. Un couloir d'entrée : ……… lx
  2. Un plan de travail de cuisine : ……… lx
  3. Un coin bureau : ……… lx
Classer ensuite ces trois pièces de la moins à la plus éclairée.
  1. Couloir ≈ 100 lx
  2. Plan de travail cuisine : 300 à 500 lx
  3. Bureau ≈ 500 lx
Classement croissant : couloir (100) \(\lt\) cuisine (300–500) ≈ bureau (500).
Socle Exercice 4 — Surface puis éclairement (guidé)

Un plan de travail mesure 2 m de long et 0,6 m de profondeur. Il est éclairé par une réglette de \(\Phi = 600\) lm.
  1. Calculer la surface : \(S = 2 \times 0{,}6 = \ldots\) m²
  2. Calculer l'éclairement : \(E = \dfrac{600}{\ldots} = \ldots\) lx
  3. L'indicateur obtenu appartient-il à la plage cible 300–500 lx de l'exercice ?
  1. \(S = 2 \times 0{,}6 = 1{,}2\) m²
  2. \(E = \dfrac{600}{1{,}2} = 500\) lx
  3. 500 lx est le haut de la plage cible : le critère numérique de l'exercice est satisfait.
Standard Exercice 5 — Nombre de luminaires d'un séjour

Un agenceur équipe un séjour de surface \(S = 24\) m². L'éclairement visé est \(E = 200\) lx. Chaque spot LED encastré fournit un flux de 800 lm.
  1. Calculer le flux total nécessaire \(\Phi = E \times S\).
  2. En déduire le nombre de spots (arrondi à l'entier supérieur).
  3. Calculer l'éclairement obtenu dans le modèle avec ce nombre de spots.
  1. \(\Phi = 200 \times 24 = 4\,800\) lm
  2. \(N = \dfrac{4\,800}{800} = 6\) spots (tombe juste).
  3. Flux installé : \(6 \times 800 = 4\,800\) lm → \(E = \dfrac{4\,800}{24} = 200\) lx, cible du modèle atteinte.
Standard Exercice 6 — Bureau d'accueil : vérifier l'éclairement

Un bureau d'accueil de 12 m² doit atteindre 500 lx. L'agenceur prévoit 8 spots LED de 800 lm.
  1. Calculer le flux total installé.
  2. Calculer l'éclairement obtenu \(E = \dfrac{\Phi}{S}\).
  3. L'objectif de 500 lx est-il atteint ? Sinon, combien de spots faudrait-il ?
  1. \(\Phi = 8 \times 800 = 6\,400\) lm
  2. \(E = \dfrac{6\,400}{12} \approx 533\) lx
  3. 533 lx \(\gt\) 500 lx : l'objectif est atteint dans le modèle. Flux théorique : \(500 \times 12 = 6\,000\) lm, soit \(\dfrac{6\,000}{800} = 7{,}5\) ; le plus petit nombre entier du modèle est donc 8. La disposition réelle et les autres critères d'éclairage restent à étudier.
Standard Exercice 7 — LED contre halogène : la consommation

Pour éclairer une vitrine, l'agenceur a besoin d'un flux total de 3 000 lm. Il hésite entre :
  1. Calculer la puissance électrique nécessaire dans chaque cas, avec \(P = \dfrac{\Phi}{\text{efficacité}}\).
  2. De combien de watts la LED permet-elle d'économiser ?
  3. Exprimer la consommation de l'halogène en pourcentage de celle de la LED.
  1. LED : \(P = \dfrac{3\,000}{100} = 30\) W. Halogène : \(P = \dfrac{3\,000}{15} = 200\) W.
  2. Économie : \(200 - 30 = 170\) W.
  3. \(\dfrac{200}{30} \approx 6{,}7\), soit environ 667 % : l'halogène consomme près de 7 fois plus.
Standard Exercice 8 — Choisir le bon flux pour deux zones

Dans un magasin, un concepteur d'agencement éclaire deux zones avec des réglettes LED de 1 200 lm chacune :
  1. Calculer le flux nécessaire pour chaque zone.
  2. En déduire le nombre de réglettes pour chaque zone (arrondi à l'entier supérieur).
  3. Combien de réglettes au total ?
  1. Circulation : \(\Phi = 100 \times 10 = 1\,000\) lm. Présentation : \(\Phi = 400 \times 6 = 2\,400\) lm.
  2. Circulation : \(\dfrac{1\,000}{1\,200} = 0{,}83\) → 1 réglette. Présentation : \(\dfrac{2\,400}{1\,200} = 2\) → 2 réglettes.
  3. Total : \(1 + 2 = 3\) réglettes.
Approfondissement Exercice 9 — Projet d'éclairage d'un showroom (LED vs halogène)

Un concepteur d'agencement éclaire un showroom de 50 m² avec un éclairement cible de 400 lx. Il choisit des spots LED de 800 lm (efficacité 100 lm/W). Le showroom est éclairé 10 h/jour, 300 jours/an. Le prix de l'électricité est de 0,20 €/kWh.
  1. Calculer le flux total nécessaire, puis le nombre de spots (arrondi à l'entier supérieur).
  2. Calculer la puissance électrique installée (en W puis en kW).
  3. Calculer l'énergie consommée sur une année (en kWh) et son coût annuel.
  4. Avec des spots halogènes (15 lm/W) de même flux, recalculer la puissance installée, l'énergie et le coût annuels. Quelle économie annuelle la LED permet-elle ?
  1. \(\Phi = 400 \times 50 = 20\,000\) lm → \(N = \dfrac{20\,000}{800} = 25\) spots.
  2. Puissance d'un spot LED : \(\dfrac{800}{100} = 8\) W. Installée : \(25 \times 8 = 200\) W = 0,2 kW.
  3. Durée annuelle : \(10 \times 300 = 3\,000\) h. Énergie : \(0{,}2 \times 3\,000 = 600\) kWh. Coût : \(600 \times 0{,}20 = \textbf{120 \text{€}/an}\).
  4. Halogène : puissance d'un spot \(\dfrac{800}{15} \approx 53{,}3\) W → installée \(25 \times 53{,}3 \approx 1\,333\) W ≈ 1,33 kW. Énergie : \(1{,}33 \times 3\,000 \approx 4\,000\) kWh. Coût : \(4\,000 \times 0{,}20 = 800\) €/an. Économie LED : \(800 - 120 = 680\) €/an.
Approfondissement Exercice 10 — Optimiser l'éclairage d'un atelier d'agencement

Un atelier d'agencement de 80 m² doit atteindre 750 lx (travail minutieux sur panneaux). Deux solutions de réglettes LED sont proposées :
Modèle A Modèle B
Flux par réglette4 000 lm6 000 lm
Efficacité100 lm/W120 lm/W
Prix unitaire35 €60 €

L'atelier fonctionne 8 h/jour, 220 jours/an ; électricité à 0,20 €/kWh.
  1. Calculer le flux total nécessaire pour l'atelier.
  2. Pour chaque modèle, calculer le nombre de réglettes (arrondi à l'entier supérieur) et le coût d'achat.
  3. Pour chaque modèle, calculer la puissance installée (sur le flux réellement posé), l'énergie et le coût annuels.
  4. Sur 5 ans (achat + électricité), quel modèle est le plus économique ?
  1. \(\Phi = 750 \times 80 = 60\,000\) lm.
  2. Modèle A : \(\dfrac{60\,000}{4\,000} = 15\) réglettes → achat \(15 \times 35 = 525\) €. Modèle B : \(\dfrac{60\,000}{6\,000} = 10\) réglettes → achat \(10 \times 60 = 600\) €.
  3. Durée annuelle : \(8 \times 220 = 1\,760\) h.
    Modèle A : flux posé \(15 \times 4\,000 = 60\,000\) lm, puissance \(\dfrac{60\,000}{100} = 600\) W = 0,6 kW → énergie \(0{,}6 \times 1\,760 = 1\,056\) kWh → coût \(1\,056 \times 0{,}20 = 211{,}20\) €/an.
    Modèle B : flux posé \(10 \times 6\,000 = 60\,000\) lm, puissance \(\dfrac{60\,000}{120} = 500\) W = 0,5 kW → énergie \(0{,}5 \times 1\,760 = 880\) kWh → coût \(880 \times 0{,}20 = 176\) €/an.
  4. Sur 5 ans :
    Modèle A : \(525 + 5 \times 211{,}20 = 525 + 1\,056 = 1\,581\) €.
    Modèle B : \(600 + 5 \times 176 = 600 + 880 = 1\,480\) €.
    Le modèle B est le plus économique sur 5 ans (1 480 € \(\lt\) 1 581 €) malgré un achat plus cher, grâce à sa meilleure efficacité lumineuse.
Sources et positionnement — vérifiés le 4 septembre 2026
Repères et critères de conception pour les lieux de travail : INRS — Éclairage des lieux de travail : normes et réglementation et INRS — Éclairage artificiel au poste de travail.
Les valeurs relatives aux lieux de travail sont rapprochées de ces repères INRS ; les lignes « séjour », « cuisine » et « showroom » du tableau sont uniquement des cibles pédagogiques fournies pour les exercices, et non des exigences réglementaires.
Le programme de physique-chimie de Première professionnelle ne comporte pas ce module pour le groupement 3 : la séance est donc explicitement présentée comme un apport professionnel ERA, avec les relations fournies.