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Démonstrateur

Un phare de vélo qui éclaire la route, pas les yeux

Une seule pièce en PMMA, calculée par RayMapr pour une LED Cree XP-P, conçue pour respecter une norme de phare de vélo.

Tout ce qui suit est rendu à partir des fichiers de conception et du tracé de rayons de notre logiciel. Rien n’est dessiné à la main.

Une lentille transparente tourne lentement sur elle-même, posée sur un sol sombre et brillant.

La nuit, deux exigences contraires

Un phare de vélo doit éclairer loin devant, et ne pas éblouir ceux qui arrivent en face.

La norme retenue l’impose par une coupure : presque toute la lumière sous une ligne horizontale, presque rien au-dessus.

Vue depuis le guidon d’un vélo qui avance sur une route de nuit ; le faisceau éclaire la chaussée.

Une coupure nette

Projeté sur un mur à 10 m, le faisceau s’arrête sur une ligne franche, 59 cm au-dessus de son centre.

Au-dessus de la coupure, l’éclairement simulé ne dépasse pas 0,19 lx, pour 2 lx autorisés : dix fois sous la limite.

Le phare s’allume face à un mur situé à 10 m ; une tache lumineuse à bord supérieur net apparaît.

Vu d’en face

À gauche (en haut sur un écran étroit), une lampe ronde au faisceau symétrique, de même flux, prise comme référence illustrative. À droite (en bas), notre optique.

Aux yeux du cycliste qui arrive en face, notre phare donne au plus 0,013 lx, contre 2,2 lx pour la lampe ronde : plus de cent fois moins d’éblouissement.

Deux vues d’un cycliste qui arrive en face, phare allumé : d’abord une lampe ronde éblouissante, puis le phare RayMapr.

Une face freeform

La face de sortie n’a aucune symétrie. Elle est calculée point par point pour que chaque rayon arrive à sa place sur la route.

Elle est décrite en NURBS, comme en CAO, et la pièce est démoulable : le fichier part vers le moule sans conversion.

La lentille pivote pour montrer sa face de sortie, une surface sans symétrie.

Le trajet de la lumière

Au centre, les rayons de la LED sont réfractés. Sur les flancs, ils sont renvoyés par réflexion totale interne. La face freeform les envoie ensuite sous la coupure.

Ces rayons ne sont pas une illustration : ils viennent du tracé de notre logiciel, à partir des rayons mesurés de la LED.

Coupe de la lentille ; des rayons partent de la LED, se réfléchissent sur les flancs ou traversent le centre, puis sortent en faisceau.

Sur la route

Le faisceau porte loin devant et s’arrête net sous le regard de ceux qui arrivent en face.

Vue rasante d’une route de nuit : le faisceau du vélo éclaire loin devant et s’arrête sous un cycliste qui arrive en face.

La grille de la norme, point par point

Éclairements en lux sur un écran à 10 m, pour une LED de 100 lm. En chaque point, la valeur simulée (en gras) et, dessous, le minimum exigé. La zone teintée, au-dessus de la coupure, est plafonnée à 2 lx.

Grille photométrique H, V en degrés : neuf points de mesure sous la coupure, tous au-dessus de leur minimum, et une ligne de coupure à +3,4° au-dessus de laquelle l’éclairement reste sous 0,2 lx. −12−8−404812−7−6−5−4−3−2−1012345 H (°) V (°) 1 2 5 10 20 40 coupure à +3,4° : au-dessus, ≤ 2 lx exigés, 0,19 lx au plus simulés 60,9 ≥20 27,5 ≥10 25,8 ≥10 25,9 ≥10 5,5 ≥2 9,0 ≥2 8,2 ≥2,5 8,7 ≥2 5,6 ≥2
En gris, les isolux à 1, 2, 5, 10, 20 et 40 lx. Le point le plus contraint est (−4° ; 0°) : la grille est tenue de 38,8 lm (minima atteints) à 1031 lm de flux LED (limite de 2 lx atteinte au-dessus de la coupure).

Source : simulation Monte-Carlo, 10 millions de rayons, rayfile mesuré de la LED Cree XP-P, PMMA, carte H, V au pas de 0,1°

Au-delà du vélo : les normes visées

La méthode vise n’importe quelle cible photométrique : un ensemble de mesures discrètes (intensités imposées en des points, flux à répartir entre des zones) ou une densité continue (distribution d’intensité ou d’éclairement prescrite). Elle s’applique donc à toutes les normes définies par une grille de points, des zones ou une coupure. Quelques textes qu’un phare ou un feu doit tenir :

  • Mobilité douce : StVZO § 67 et TA Nr. 23 (Allemagne, coupure nette exigée depuis la version 2024), ISO 6742-1 (cycles), JIS C 9502 (Japon), EN 15194 (vélos à assistance électrique), EN 17128 (engins de déplacement personnel motorisés).
  • Automobile et deux-roues motorisés : règlements ONU R149 (projecteurs, qui regroupe les anciens R98, R112, R113 et R123), R148 (feux de signalisation) et R150 (catadioptres) ; FMVSS 108 aux États-Unis ; GB 4599-2024 en Chine.
  • Ferroviaire : EN 15153-1 (feux de tête : 12 000 à 16 000 cd dans l’axe en feu réduit, plafonds anti-éblouissement juste au-dessus de l’axe), STI Matériel roulant LOC&PAS, 49 CFR 229.125 aux États-Unis, EN 13272 pour l’éclairage intérieur.
  • Aéronautique : CS-25 et 14 CFR § 25.1385 à 25.1401 (feux de navigation et anticollision, intensités minimales et maximales par secteur angulaire), OACI Annexe 14 (balisage d’aérodrome, diagrammes isocandela), SAE ARP693 (phares d’atterrissage et de roulage).
  • Maritime et fluvial : COLREG Annexe I (secteurs des feux de navigation : les feux de côté doivent atteindre une coupure pratique entre 1° et 3° hors de leur secteur), ES-TRIN et EN 14744 pour la navigation intérieure.
  • Éclairage public : EN 13201 (classes de performance des voies), arrêté du 27 décembre 2018 sur les nuisances lumineuses (moins de 1 % du flux au-dessus de l’horizontale, code flux CIE n° 3 supérieur à 95 %), ANSI/IES RP-8 et classement BUG de l’IES TM-15 (lumière arrière, vers le ciel, éblouissement) aux États-Unis.

Et votre optique ?

Ce phare n’est qu’un exemple. Une source, une photométrie cible, des contraintes d’encombrement : décrivez-nous votre cas, nous vous dirons ce que notre savoir-faire peut vous apporter.

contactraymapr.com