Brevet FR3084443A1 — publié le 20200131

I ENVELOPPE POUR LUMINAIRE EXPOSE A UNE ATMOSPHERE EXPLOSIVE ET LUMINAIRE ASSOCIE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne une enveloppe pour un luminaire destiné à être exposé à une atmosphère explosive. L'invention concerne également un luminaire intégrant cette enveloppe. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les luminaires intégrant des sources de lumière de type diodes électroluminescentes (LEDs). ART ANTERIEUR 15 La plupart des pays utilisent des normes imposées aux équipements destinés à fonctionner dans des atmosphères explosives. Les luminaires sont particulièrement concernés par ces nonnes car les composants électriques et électroniques alimentant la ou les source(s) de lumière peuvent être la cause d'une explosion dans les atmosphères 20 explosives. En outre, il n'est pas suffisant qu'un luminaire soit parfaitement étanche lors de sa conception et de sa commercialisation pour éviter une explosion et il est au contraire nécessaire que ce luminaire présente un vieillissement maîtrisé de sorte qu'après plusieurs années d'utilisation, il ne risque pas d'entraîner mie explosion. 25 En Europe, la réglementation ATEX, pour ATmosphères EXplosives, définit des critères à respecter pour les luminaires en fonction de la dangerosité de la zone dans laquelle ils sont destinés à être implantés. Dans cette réglementation, il est par exemple requis par les nonnes EN 60079-0 et EN 60079-31 que les luminaires doivent supporter une phase d'endurance thermique de 672 heures à la température de service 30 augmentée de 20°C et avec un taux d'humidité relative de 90 %. 2 Suite à cette phase d'endurance, les luminaires doivent résister à des tests d'impacts à température ambiante et à basse température. Les luminaires doivent également résister à des tests d'étanchéité et de tenue à la lumière. Le test de tenue à la lumière vise à déterminer que l'enveloppe protégeant la source de lumière n'a pas s changé de couleur et de propriété mécanique au cours de la phase d'endurance. Pour répondre à toutes ces contraintes mécaniques, les luminaires configurés pour être exposés à des atmosphères explosives comportent le plus souvent une source de lumière recouverte par une enveloppe cylindrique ou semi cylindrique aux io extrémités de laquelle sont disposés des embouts de fermeture aptes à garantir l'étanchéité de l'enveloppe. Les développements récents de ces luminaires ont vu l'émergence de sources de lumière de type diodes électroluminescentes (LEDs). Ces sources de lumière à base de 15 LEDs permettent de réduire la consommation globale du luminaire et d'augmenter l'efficacité énergétique, exprimée en Lumen par Watt (Lm/W). En effet, un des produits les plus typiques à base de source lumineuse fluorescente est le produit « Petrelux 7 Series» de la société THORN qui présente 20 une efficacité lumineuse de 57 lm/W pour un flux lumineux maximum en sortie du luminaire de 4000 lm. En utilisant la technologie LEDs, la société STHAL® propose dans sa « Série 6036» des luminaires à LEDs avec une efficacité énergétique deux fois plus importante que la source lumineuse de la société THORN®, environ de 110 lm/W, pour un flux lumineux maximum de 54001m 25 Bien que cette technologie à LEDs permette de réduire la consommation énergétique, elle présente un risque d'éblouissement qui n'est pas présent dans les luminaires à base de sources lumineuses fluorescentes. En effet, les sources lumineuses à base de LEDs sont constituées d'une pluralité de points lumineux très 30 ponctuels réalisés par des diodes blanches électroluminescentes sur une carte électronique. 3 Lorsque qu'un opérateur travaillant sous un luminaire à base de LEDs regarde dans la direction de celui-ci, des luminances excessives se trouvent directement dans son champ visuel et peuvent occasionner un éblouissement. 5 Pour répondre à ce problème d'éblouissement, la société MELTRON® propose un luminaire « Modular EX LED Lighting System » avec une enveloppe teintée de sorte à diffuser la lumière des LEDs à travers l'enveloppe de protection. La teinte de l'enveloppe est réalisée par un colorant liquide opaque injecté dans l'enveloppe. Cette solution est efficace pour réduire l'éblouissement dû à la vision directe diodes électroluminescentes du luminaire mais réduit l'efficacité lumineuse et le flux lumineux maximum de ce luminaire. En effet, ce luminaire «Modulai EX LEI) Lighting System » présente une efficacité lumineuse proche de 100 lm/W pour un flux lumineux maximum de 4000 lm. Le problème technique de l'invention est donc de trouver comment réaliser un luminaire capable d'être exposé à une atmosphère explosive avec une efficacité lumineuse proche des dispositifs existants non teintés tout en répondant à la problématique de l'éblouissement. EXPOSE DE L'INVENTION Pour répondre à ce problème technique, l'invention propose une enveloppe pour un luminaire exposé à une atmosphère explosive intégrant des microbilles de polymères au lieu d'un colorant opaque. Le passage de la lumière à travers l'enveloppe induit des diffractions de la lumière à travers les microbilles de sorte à réduire l'éblouissement. En outre, l'utilisation de microbilles de 4 à 10 µm de diamètre permet de ne pas 30 dégrader l'efficacité lumineuse en sortie du luminaire. 4 Contre toute attente, la présence des microbilles dans l'enveloppe du luminaire ne dégrade pas non plus drastiquement la résistance mécanique de l'enveloppe lorsque les microbilles représentent entre 0.5% et 2.5% en poids de l'enveloppe. Ainsi, l'enveloppe peut être utilisée pour former un luminaire ATEX en répondant aux tests s imposés par les nonnes EN 60079-0 et EN 60079-31. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention concerne une enveloppe pour luminaire exposé à une atmosphère explosive, ladite enveloppe comportant une zone de diffusion translucide destinée à venir en regard d'une source lumineuse. 10 L'invention se caractérise en ce que ladite zone de diffusion de ladite enveloppe intègre des microbilles de 4 à 10 p.tin de diamètre, lesdites microbilles représentant entre 0.5% et 2.5% en poids de ladite zone de diffusion de ladite enveloppe. 15 Compte tenu des contraintes mécaniques que doivent subir les enveloppes des luminaires destinées à être exposés à des atmosphères explosives, l'utilisation de microbilles est particulièrement contre-intuitive car il est connu que la présence de corps étrangers dans un matériau peut créer des zones préférentielles de fissure. L'utilisation de microbilles de petites tailles associée à un faible ratio de microbilles 20 permet néanmoins de conserver des propriétés mécaniques acceptables tout en assurant une efficacité lumineuse satisfaisante et une diffraction efficace de la lumière pour éviter le phénomène d'éblouissement. Au sens de l'invention, les microbilles ne sont pas nécessairement sphériques et 25 correspondent à des aspérités intégrées dans le matériau formant l'enveloppe. Les sommets de ces aspérités sont inscrits dans une sphère imaginaire de 4 à 10 pm de diamètre. Pour mesurer la taille d'une aspérité, il suffit de prendre un microscope et de mesurer la plus grande longueur de l'aspérité. Cette plus grande longueur doit être comprise entre 4 à 10 p.tm pour correspondre à la définition de l'invention. 5 En ce qui concerne le poids des microbilles par rapport au poids total de la zone de diffusion de l'enveloppe, il faut isoler les différentes matières formant l'enveloppe au niveau de la zone de diffusion pour obtenir le ratio du poids des microbilles par rapport au poids de l'enveloppe. 5 L'invention peut utiliser des microbilles réparties dans toute l'enveloppe ou uniquement dans la zone de diffusion en regard de la source lumineuse. Lorsque les microbilles sont réparties dans toute l'enveloppe, le procédé de ro réalisation est simple car il suffit de mélanger les microbilles avec le matériau formant l'enveloppe avant la formation de l'enveloppe pour intégrer les microbilles. Lorsque les microbilles sont localisées dans la zone de diffusion, l'enveloppe doit être réalisée en plusieurs parties afin de localiser les microbilles. Ce mode de 15 réalisation permet néanmoins de réduire la quantité de microbilles à utiliser. De préférence, le matériau de base des microbilles est du polytéréphtalate d'éthylène (PET), du polycarbonate (PC) ou du polyrnéthacrylate de méthyle (PMMA), ou un assemblage de ces matériaux. Le matériau de base de 20 l'enveloppe correspond au matériau de l'enveloppe avant l'intégration des microbilles. Ce matériau est un polycarbonate traité anti-UV et qui permet d'obtenir une enveloppe apte à répondre aux contraintes de résistance tout en étant translucide dans les longueurs d'ondes des LEDs. En effet, un tube réalisé en PC d'une épaisseur de 2mm présente une transmittance supérieure 87% pour une longueur d'onde de 550 mn 25 En outre, ces matériaux que sont le PC ou le PMMA permettent de réaliser l'enveloppe par extrusion de sorte à contrôler précisément les dimensions de l'enveloppe. Ce procédé de réalisation par extrusion permet de réaliser toute sorte de forme Ainsi, l'enveloppe peut être formée d'un simple tube ou peut prendre d'autres 30 formes plus complexes en fonction de l'encombrement ou du design recherché. 6 Au sens de l'invention, le terme « enveloppe », désigne la pièce mécanique destinée à recouvrir la source lumineuse et à diffuser la lumière issue de cette source lumineuse. Cette enveloppe peut entourer l'intégralité des éléments assurant la production de la lumière ou recouvrir uniquement la source de lumière. Ainsi, s l'enveloppe peut prendre la forme d'un tube ou d'une pièce semi-cylindrique destinée à être associée à une autre pièce pour former une enceinte étanche autour de la source lumineuse. De préférence, pour faciliter le processus d'extrusion, le matériau de base 10 comporte un indice de fluidité supérieur à 2.5 g/10 min mesuré selon la norme ASTM D 1238. Pour obtenir la résistance mécanique recherchée, le matériau de base de l'enveloppe comporte préférentiellement un point de ramollissement Vicat pour une 15 charge de 50 N supérieur à 120°C et une gravité spécifique supérieure à 1.0. Le point de ramollissement Vicat indique la température à laquelle la résistance mécanique de l'enveloppe devient assez faible pour laisser pénétrer une aiguille de 50N sur une longueur de Imm. Cette mesure peut être réalisée suivant la nonne ISO 306. La gravité spécifique est une mesure du rapport de la masse de l'enveloppe à température 20 ambiante et dans une eau déminéralisée. Cette mesure peut être réalisée suivant la norme ASTM D 792. Pour résister effacement à la phase d'endurance dans laquelle le taux d'humidité est de 90 %, le matériau de base de l'enveloppe comporte préférentiellement un taux 25 d'absorption d'eau inférieur à 0.4% et un taux d'absorption d'humidité inférieur à 0.2%. Ces deux taux d'absorption correspondent au pourcentage d'augmentation de la masse de l'enveloppe après une exposition à l'eau. Le taux d'absorption d'eau est mesuré après passage dans l'eau à une température de 23°C selon la nonne ISO 62 et le taux d'absorption d'humidité est mesuré après passage dans mie enceinte à 23°C 30 avec 50% de taux d'humidité selon la norme 1SO 62. 7 Ces caractéristiques mécaniques de l'enveloppe permettent à l'enveloppe de présenter une épaisseur comprise entre 2 et 4mm tout en répondant aux normes EN 60079-0 et EN 60079-31 pour les zones ATEX 1, 21, 2 et 22. s Pour obtenir une efficacité lumineuse acceptable, lesdites microbilles sont préférentiellement réalisées en polyéthylène (PE), polytéréphtalate d'éthylène (PET), en polycarbonate (PC), en polyméthacrylate de méthyle (131\11\1A), ou en un assemblage de ces matériaux. Les capacités de transmission lumineuse de ces matériaux associées à la faible épaisseur possible de l'enveloppe ont permis d'obtenir 10 un luminaire avec une efficacité lumineuse supérieure à 150 lm/W, bien au-dessus des luminaires existants sans microbilles. Pour limiter le phénomène d'éblouissement, les microbilles présentent préférentiellement un indice de réfraction compris dans la plage 1.49-1.59, 15 préférentiellement dans la plage 1.52-1.54. Ainsi, les microbilles présentent un indice de réfraction optimal avec la matière de base de l'enveloppe lorsque celle-ci est réalisée en polycarbonate (PC) ou en polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Selon un second aspect, l'invention concerne un luminaire comportant : 20 - une carte électronique portant des diodes électroluminescentes (LEDs) ; et - une enveloppe selon le premier aspect de l'invention dans laquelle ladite zone de diffusion translucide est disposée en regard des diodes électroluminescentes. Pour limiter le phénomène d'éblouissement, il est également préférable que les 25 LEDs soit suffisamment distantes de la zone de diffusion afin qu'une partie de la lumière soit préalablement diffusée entre les LEDs et l'enveloppe. Par exemple, lorsque les LEDs présentent un pas de 2mm sur la carte électronique, la distance entre la zone de diffusion translucide et les LEDs doit être supérieure à 24mm pour que la diffusion de la lumière soit telle que la diffusion des microbilles rende la lumière 30 parfaitement homogène. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non s limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles les figures 1 à 4 représentent : Figure I : une vue en perspective éclatée d'un luminaire selon un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 2 : une vue en coupe du luminaire de la figure 1 ; Figure 3 : une vue en coupe des diffractions d'une lumière à travers une 10 enveloppe de l'état de la technique ; et - Figure 3: une vue en coupe des diffractions d'une lumière à travers l'enveloppe du luminaire de la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 15 Dans la description qui suit, un luminaire 10 est décrit avec une forme tubulaire. Bien entendu, l'invention peut s'adapter à d'autres formes de luminaires, notamment un luminaire avec une forme semi-cylindrique présentant une face plane destinée à fixer le luminaire sur un mur. 20 Tel qu'illustré sur les figures 1 et 2, le luminaire 10 présente une forme tubulaire obtenue par une enveloppe 11 recouvrant les éléments formant, supportant et alimentant une source lumineuse 12. La source lumineuse 12 est réalisée par des diodes électroluminescentes (LEDs) montées sur deux lignes parallèles sur une carte 25 électronique 13 et régulièrement espacées avec un pas de 2mm. En variante, la source lumineuse peut être réalisée par une autre topologie de LEDs ou par une source lumineuse fluorescente. Pour former une enceinte étanche autour de la source lumineuse 12, chaque 30 extrémité de l'enveloppe 11 est obturée par une platine étanche 16 et un embout 15. 9 Une des deux extrémités du luminaire 10 est configurée pour permettre le passage de câbles électriques d'alimentation à travers la platine 16 et l'embout 15. L'alimentation est ensuite appliquée sur la carte électronique 13 qui comporte préférentiellement des LEDs. Pour alimenter les LEDs et supporter les composants s électroniques de gestion, la carte électronique 13 s'étend préférentiellement sur toute la longueur de l'enveloppe 11. Une pièce de support 14 assure le maintien de la carte électronique dans l'enveloppe 11. Pour ce faire, la pièce de support 14 présente une surface plane 10 recevant la carte électronique et deux surfaces semi-cylindriques venant aux bords de la surface plane. Les surfaces semi-cylindriques permettent de fixer la pièce de support 14 sur la paroi interne de l'enveloppe 11. L'orientation de la pièce de support 14 par rapport à l'enveloppe 11 peut être assurée par les embouts 15 de sorte à ce que la source lumineuse 12 soit disposée en regard d'une zone de diffusion Z1 dans 15 laquelle l'enveloppe 11 est translucide. La zone de diffusion Z1 de l'enveloppe 11 est définie comme la partie de l'enveloppe 11 permettant de diffuser la lumière de la source lumineuse 12. Cette zone de diffusion Z1 peut être réalisée par un matériau spécifique de l'enveloppe 11 ou 20 toute l'enveloppe 11 peut être uniforme et apte à assurer la diffusion de la lumière de la source lumineuse 12. Cette zone de diffusion Z1 présente une paroi interne 18 disposée en regard de la source lumineuse 12 et une paroi externe 17 disposée au contact de la zone sensible. De préférence, la zone de diffusion Z1 est disposée à une distance Dl supérieure à 24 mm des LEDs. 25 Selon l'invention, tel qu'illustré sur la figure 4, la matière formant l'enveloppe 11 présente des microbilles 20 au moins dans la zone de diffusion Zl. Ainsi, lorsque la lumière issue de la source lumineuse 12 pénètre dans l'enveloppe 11 par la paroi interne 18, cette lumière est diffractée par les multiples microbilles 20 30 avant d'être extraite de l'enveloppe 11 par la paroi externe 17. 10 Il s'ensuit que la lumière issue du luminaire 10 n'éblouit pas les personnes amenées à travailler sous cette lumière. En effet, tel qu'illustré sur la figure 3, lorsqu'une enveloppe 110 ne comporte pas de microbilles 20, la lumière est diffractée uniquement lors de la pénétration et l'extraction de l'enveloppe 110 alors qu'avec les 5 microbilles 20 illustrées sur la figure 4, de multiples diffractions sont réalisées également dans le matériau formant l'enveloppe 10. Pour réaliser l'enveloppe 11, il est préférable de sélectionner un matériau de base polycarbonate (PC), en polyméthacrylate de méthyle (PMMA), ou en un assemblage 10 de ces matériaux avec un point de ramollissement Vicat pour une charge de 50 N supérieur à 120°C et une gravité spécifique supérieure à 1.0. En outre, pour garantir le vieillissement, le matériau de base présente préférentiellement un taux d'absorption d'eau inférieur à 0.4% et un taux d'absorption d'humidité inférieur à 0.2%. 15 Avant de former la zone de diffusion Z1 de l'enveloppe 11 à partir de ce matériau de base, des microbilles 20 sont mélangées avec le matériau de base de sorte à ce que les microbilles 20 représentent entre 0.5% et 2.5% en poids de la zone de diffusion Z1 de l'enveloppe 11. En variante, lorsque les microbilles 20 sont intégrées dans toute l'enveloppe 11 et non uniquement dans la zone de diffusion Z1, il suffit de 20 mélanger des microbilles 20 de sorte que les microbilles représentent entre 0.5% et 2.5% en poids de l'enveloppe 11. Le mélange entre les microbilles 20 et le matériau de base doit préférentiellement être réalisé jusqu'à ce que les microbilles 20 soient uniformément réparties dans le matériau de base. 25 Les microbilles 20 sont préférentiellement réalisées en polyéthylène (PE), polytéréphtalate d'éthylène (PET), en polycarbonate (PC), en polyméthacrylate de méthyle (PMMA), ou en un assemblage de ces matériaux et présentent un diamètre compris entre 4 à 10 Rm et un indice de réfraction compris dans la plage 1.49-1.59, préférentiellement dans la plage 1.52-1.54. Après le mélange des microbilles 20 avec 30 le matériau de base, l'enveloppe 11 peut être réalisée selon la forme désirée par un procédé d'extrusion. 11 De préférence, l'enveloppe 11 est conformée pour obtenir une épaisseur comprise entre 2 et 41nm s L'invention permet ainsi d'obtenir une enveloppe 11 qui est à la fois résistante, translucide et qui diffuse la lumière issue de la source lumineuse 12. Contrairement aux luminaires de l'état de la technique cette invention permet à elle seule d'augmenter de plus de 10% l'efficacité REVENDICATIONS1. Enveloppe (11) pour luminaire (10) exposé à une atmosphère explosive, ladite enveloppe (1 I ) présentant une zone de diffusion translucide (Z1) destinée à venir en s regard d'une source lumineuse (12), caractérisée en ce que ladite zone de diffusion (Z1) de ladite enveloppe (11) intègre des microbilles (20) de 4 à 10 itm de diamètre, lesdites microbilles (20) représentant entre 0.5% et 2.5% en poids de ladite zone de diffusion de ladite enveloppe (11). 10 2. Enveloppe selon la revendication 1, dans laquelle les microbilles (20) sont réparties dans toute ladite enveloppe (11). 3. Enveloppe selon la revendication 1, dans laquelle les microbilles (20) sont réparties 15 uniquement dans ladite zone de diffusion (Z1) de ladite enveloppe (11). 4. Enveloppe selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite enveloppe (11) est réalisée à partir d'un matériau de base en polycarbonate (PC), en polyméthacrylate de méthyle (PMMA), ou en un assemblage de ces matériaux. 5. Enveloppe selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle ladite enveloppe (11) est réalisée à partir d'un matériau de base comportant un point de ramollissement Vicat pour une charge de 50 N supérieur à 120°C et une gravité spécifique supérieure à 1.0. 6. Enveloppe selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle ladite enveloppe (11) est réalisée à partir d'un matériau de base comportant un taux d'absorption d'eau inférieur à 0.4% et un taux d'absorption d'humidité inférieur à 0.2%. 20 25 13 7. Enveloppe selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle ladite enveloppe (11) présente une épaisseur comprise entre 2 et 4mm. 8. Enveloppe selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle lesdites s microbilles (20) sont réalisées en polyéthylène (PE), polytéréphtalate d'éthylène (PET), en polycarbonate (PC), en polyméthacrylate de méthyle (PMMA), ou en un assemblage de ces matériaux. 9. Enveloppe selon l'une des revendications I à 8, dans laquelle lesdites microbilles (20) présentent un indice de réfraction compris dans la plage 1.49-1.59, préférentiellement dans la plage 1.52-1.54. 10. Luminaire (10) comportant : - une carte électronique (13) portant des diodes électroluminescentes (12) ; et 15 - une enveloppe (11) selon l'une des revendications 1 à 9 dans laquelle ladite zone de diffusion translucide (Z1) est disposée en regard des diodes électroluminescentes (12). 11. Luminaire selon la revendication 10, dans lequel, lesdites diodes 20 électroluminescentes (12) présentant un pas de 2mm sur ladite carte électronique (13), la distance (Dl) entre ladite zone de diffusion translucide (Z1) et lesdites diodes électroluminescentes (12) est supérieure à 24mm.