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Efficacité énergétique et éclairage public
Rencontres professionnelles Energivie.info
13/11/2015
David Schmitt
Conseiller en énergie partagé
Préconisations : les fondamentaux de
l’ALME
Suppression des gaspillages absurdes et
coûteux à tous les niveaux de
l’organisation de notre société et dans
nos comportements individuels.
Responsabilisation de tous les acteurs, du
producteur au citoyen.
Réduction maximale des pertes lors de
l’utilisation ou transformation de l’énergie.
Il est possible de réduire d’un facteur 2
à 5 nos consommations d’énergie
actuelles avec les techniques
performantes existantes.
Couverture du solde énergétique par les
énergies renouvelables : inépuisables et
à faible impact sur l’environnement. Elles
sont toutes issues du soleil qui est encore
là pour 5 milliards d’années.
Source : Négawatt
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2
Données locales
Baldersheim ,Bollwiller, Brunstatt, Didenheim, Eschentzwiller,
Lutterbach,Morschwiller la Bas, Sausheim, Staffelfelden, Ungersheim , Zillisheim,
Zimmersheim
2013
MWh
euros TTC
Eclairage public
3 562
405 006
Total élec
7 026
948 860
21 311
1 931 162
Pourcentage EP /
total électricité
51%
43%
Pourcentage EP /
total énergie
17%
21%
Total énergie
Nombre d'habitants
40 469
Coût / MWh
114
Ratio EP / habitant
88
10
Ratio total
énergie/habitant
527
48
L’électricité représente 49% des dépenses d’énergie ( 21% EP, 28% bâtiments)
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Retour d’expérience : Galfingue
Rénovation en 2013 : réduction des puissances et installation
horloges astronomiques
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Critères de choix
Source lumineuse :
Durée de vie
Efficacité lumineuse ( en lumens/W)
Température de couleur
Indice de rendu des couleurs
Luminaire :
Facteur de maintenance : part du flux lumineux en fonctionnement par
rapport au flux initial
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Contexte réglementaire
La Directive 2009/125/CE (révision de la directive 2005/32) du Parlement
européen et du Conseil du 21 octobre 2009 établit un cadre pour la fixation
d’exigences en matière d’écoconception applicables aux produits liés à
l’énergie.
Pour l’éclairage public :
• Le règlement 245/2009 relatif aux lampes fluorescentes sans ballast
intégré, aux lampes à décharge à haute intensité, luminaires et
auxiliaires destinés à l’éclairage professionnel ;
• Le règlement 1194/2012 relatif aux lampes dirigées, aux lampes à LED
et leurs équipements…
Pour le règlement 245/2009 concernant l’éclairage professionnel, les exigences
d’efficacité lumineuse entraînent, dès le 13 avril 2015 :
• l’interdiction de mise sur le marché des lampes à vapeur de mercure (ou «
ballons fluorescents »), des lampes mixtes et de certaines lampes sodium
haute pression (SHP) de 1re génération et de faible efficacité. Les ballasts
de ces lampes sont aussi visés par le règlement,
• Les ballasts ferromagnétiques les plus énergivores étant peu à peu interdits
du marché européen.
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Contexte normatif
Norme utilisée généralement en référence : NF EN13201 « Eclairage
public »
Niveau d’éclairement préconisés en lux :
Valeur moyenne relevée à 20 cm du sol (en lux):
Zone résidentielle
5 à 10
Route secondaire
15
Route principale ( avenue …)
20
Nuit de pleine lune
0,25
Valeur moyenne pouvant diverger en fonction des caractéristiques
du réseau d’éclairage public:
• intervalles entre points lumineux,
• évolution de l’utilisation de la voie en journée …
Attention à ne pas être trop « procédurier » : la norme indique des
points de repères et n’est pas d’application obligatoire. Concerne par
exemple l’uniformité d’éclairement en milieu rural.
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Exemple d’un projet de rénovation
Route dans un village, village en périphérie de Mulhouse,
Evaluation de l’éclairement des luminaires installés en phase projet
Eclairement mini en lux
2,43
Eclairement max en lux
22,5
Eclairement moyen en lux
9,38
Emoy d'après Norme 13201
7,5
Uniformité Emoy /Emini mesuré
0,26
Norme 13201
0,4
Le critère d’uniformité de 0,4
en milieu rural et en
rénovation est peu adapté
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Familles technologiques Eclairage public
Efficacité énergétique insuffisante ou
technologie obsolète, sauf certaines
applications particulières ( places de parking,
sodium basse pression)
+ LED, technologie en fort
développement
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Perte du flux des différentes sources lumineuses
(lampes à décharge)
Flux lumineux en lumens
6
4
Descriptif
Coût en euros TTC
SON T
SHP 100W jaune IRC = 20%
15
SONT T comfort
SHP 150W blanc IRC = 60% 2200 K
27
CPO TW
COSMO WHITE 140 W IM 2900K
45
CDM T Elite
Halogénure métallisé / blanc chaud 3000K 150 W
18
CDM TT
IM Bruleur céramique / blanc 4200 K 150 W
29
CDMT EL
Ballast électronique / bruleur céramique blanc brillant
NC
CDMT EM
Ballast forromagnétique / bruleur céramique blanc brillant
NC
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Durées de vie des lampes à décharge :
mortalité 5%
Vert : sodium
haute pression
70 et 150 W
Solution
classique
Impact direct sur le programme de remplacement des sources :
16000 heures pour SHP soit environ 4 ans pour 4100 heures fonctionnement
annuel
Périodicité peut être beaucoup plus faible
Coût des sources lumineuses à remplacer ( 15 euros SHP 150 W / 50 euros
COSMOWHITE 140 W)
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Caractéristiques étanchéité luminaires
• Optique : émission vers le haut réduite / privilégier optiques à verre plat
• Durabilité : privilégier optiques en verre
• Question de l’étanchéité à l’eau et à la poussière :
Privilégier matériels de classe IP 65 au minimum :
Le premier chiffre indique la
protection contre les corps solides
4 = Protégée contre la pénétration de
corps solides de diamètre ≥ 1 mm
Le deuxième chiffre indique la
protection contre les liquides
5 = Protégé contre la poussière (entrée
limitée, pas de dépôt nuisible)
5 = Protégée contre la projection à la
lance
6 = Étanche à la poussière
6 = Protégée contre la projection
puissante à la lance
4 = Protégée contre la projection d’eau
7 = immersion temporaire (-1 mètre
pendant 30 minutes)
8 = immersion prolongée (supérieure à 1
mètre pendant un temps défini par le
fabricant)
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Impact du type de luminaire sur le flux
lumineux
Facteur de maintenance = réduction du flux lumineux par rapport
au flux initial en fonctionnement
La perte de flux est très élevée pour les luminaires ouverts et
polycarbonate / maîtrisée pour les luminaires étanches
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Principe d’une LED
• Diode électroluminescente : composant électronique à semi conducteur qui
émet de la lumière lorsqu’il est traversé par un courant électrique
La puce LED lumineuse est posée sur un élément conducteur de chaleur,
devant assurer la régulation thermique. La lentille assure la diffusion de la
lumière produite par la LED.
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Caractéristiques du flux lumineux
Point positif : Rayonnement Infra rouge et UV faible :
Points de vigilance
Forte luminance : risque d’éblouissement si cette luminance n’est pas
maitrisée
Flux dirigé : la surface couverte au sol est souvent plus limitée par rapport à un
luminaire classique
Par nature, une LED émet un rayonnement monochromatique ( rouge, vert
jaune ou bleue ), fonction du matériau utilisé
Deux solutions pour obtenir une lumière blanche :
1. Combiner les couleurs de plusieurs diodes rouge/vert/bleue ( addition RVB)
2. Convertir la lumière bleue d’une diode par une couche luminescente jaune :
question de la maîtrise de ce rayonnement bleu (impact sanitaire ) et de la
longévité de la couche luminescente
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Efficacité énergétique d’un luminaire LED
L’efficacité globale ne doit pas être confondue avec l’efficacité de la LED,
mesurée en laboratoire en conditions optimales.
L’efficacité lumineuse globale dépend de l’efficacité de la diode, mais aussi et
surtout de l’interaction entre la partie optique et les autres composants, du
guidage de la lumière et des conditions ambiantes.
Dans le cas de systèmes de mauvaises qualité, on peut avoir 50 lumens/W en
sortie ( pour 100 au niveau de la LED en entrée)…
Importance d’avoir une évaluation par laboratoire accrédité
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Durée de vie d’un luminaire LED
Impact de la chaleur :
La LED produit de la chaleur vers l’arrière, à la différence des sources
lumineuses conventionnelles
Nécessité d’une évacuation optimale de cette chaleur via la platine : nécessité
d’une grande surface et d’une liaison solide entre le circuit imprimé et le boitier
Vieillissement :
La luminosité se réduit progressivement parce que le cristal semi conducteur
se charge en impuretés lors du fonctionnement. Cette évolution est fonction de
la température de service, la température ambiante, le courant d’alimentation,
le type de semi conducteur, la détérioration des systèmes optiques
Ces critères de qualité ( et donc de coût à l’investissement ) sont décisifs pour
la durée de vie d’un luminaire LED .
A défaut , la durée de fonctionnement du luminaire sera loin de 50000 heures ,
durée de fonctionnement des LED souvent annoncée par les fabriquants.
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Durée de vie d’un luminaire LED
Quantifié par :
- une perte de flux ( au bout d’une durée qui est fonction de la qualité de la LED)
- un taux de défaillance
- La durée au bout de laquelle ces conditions sont atteintes
Fiche technique d’un luminaire LED
Le flux lumineux résiduel de 80%, avec une taux de défaillance de 10% est
obtenu à 70000 heures
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Raisonnement sur la durée de vie de
l’équipement
• Raisonner en coût global sur la durée de vie de l’équipement :
Investissement + coût des composants sur la durée de vie de l’équipement (
sources lumineuses, remplacement ballast ou condensateur …) + Main
d’œuvre + coûts annexe ( location nacelle ) + fin de vie
• Environnement techniques très différents :
- Lampes à décharge type Sodium haute pression,
- Lampe à décharge plus récente (Iodures métalliques)
- LED
La complexité technique est croissante, posant la question du maintien en
bon état de fonctionnement et des moyens ( recours à entreprises
spécialisées, gestion par les services techniques …)
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Solutions techniques
Gain annoncé Avantages
Points de vigilance
- Emplacement disponible dans armoires ?
- Impact du type de lampe et de la longueur du
réseau
- Incompatible avec LED et ballasts
électroniques
- Les réseau est inchangé ( si vétuste)
Abaissement de tension à
l'armoire
20 à 30%
- Investissement limité
Abaissement de puissance à
l'armoire
20 à 30%
- Régulation de la tension du réseau :
longévité sources lumineuses
- Emplacement disponible dans armoires ?
Abaissement de puissance au
mât
20 à 40%
- Régulation de la tension du réseau :
longévité sources lumineuses
- Possibilité télégestion
- Complexité technique pour le pilotage ( CPL
…) : difficulté avec réseaux existants
- Complexité technique
Simplicité / ballast à faible
consommation
Efficacité énergétique meilleure que
ballast ferromagnétique
Remplacement périodique nécéssaire du
condensateur à intégrer dans la maintenance
Ballasts ferromagnétiques
Ballast électroniques
Ballast électroniques
bipuissance
Horloge astronomique
Réduire la puissance de la
source installée en conservant
le luminaire
Extinction nocturne ( minuit à
5h00)
LED
Coût
1000 à 1200
euros/armoire
5000 à 6000
euros/armoire
50 à 100 euros /
point lumineux
Durée de vie plus faible
Réduction du flux lumineux en milieu de
Surcoût / complexité
nuit
Régulation de la tension d'alimentation Pas de lien avec la luminosité réelle
5%
( durée de vie des sources)
Attention à la dérive horaire de l'horloge
Intéressant si réalisé à l'occasion d'une
Jusqu'à 40 % maintenance : nécéssité de remplacer
l'appareillage et la source
- Etude de faisabilité à mener : type de zones (
piétonnes, routière …)
Faible coût d'investissement : horloge
Jusqu'à 40 %
- Identification visuelles des zones à risques
astronomique
éventuelles
- Information des habitants
15 à 20%
- Gradation importante possible
Jusqu'à 50 à - Allumage/exctinction rapide
60%
- Durée de vie
- Forte réduction de consommation
450 euros HT
80 euros/point
lumineux
450 euros
HT/armoire
- Sensibilité techniques ( composants
électroniques)
- Spécificité sources lumineuses : brillance
élevée, interrogation sur impact sanitaire
-Coût global avec remplacement des platines ?
- Retour d'expérience encore faible
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Quels outils ?
• Prédiagnostic énergétique : ALME / compris dans la mission CEP
• Audit du réseau d’éclairage public :
Analyse des performances énergétiques
Conformité électrique
Coût 10 à 15 euros/point lumineux
• Etude photométrique :
Mesure détaillée des éclairements et luminance sur le réseau : 3 à 5
euros/point lumineux
• Importance de la définition des objectifs par la commune :
Améliorer l’éclairement ? Réduire les consommations ? Eclairage routier /
mise en valeur de monuments ? …
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Conclusion
• La recherche de l’efficacité énergétique ne se résume pas à la recherche de
la meilleure performance technique des sources lumineuses : Résonner en
terme de système ( luminaire ), de maintien dans le temps du facteur de
maintenance, d’optimisation de l’utilisation ( horaires d’allumage …)
• Dans le cadre d’une réflexion sur la modernisation de l’Eclairage Public, il est
indispensable d’identifier clairement les objectifs, qui vont impacter les choix
techniques.
• Problématique multiple nécessitant de raisonner en coût global, les
investissement étant réalisés pour une durée de 20 à 30 ans.
• L’éclairage public comporte plusieurs aspects : performance technique, coûts
d ’exploitation , aspect sanitaire et environnemental…
L’efficacité énergétique ne doit pas occulter les autres dimensions.
• LED : technologie en plein développement :
Importance des critères de qualité en terme de durée de vie et de qualité
d’éclairement
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