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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 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) Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 3 Retour d’expérience : Galfingue Rénovation en 2013 : réduction des puissances et installation horloges astronomiques Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 4 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 5 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. Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 6 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. Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 7 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 8 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 9 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 10 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) Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 11 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) Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 12 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 13 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. Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 14 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 15 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 16 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. Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 17 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 18 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 …) Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 19 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 20 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 ? … Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 21 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 Rencontres Energievie.Info 13/11/2015 © Copyright – Toute reproduction partielle ou totale est strictement interdite. 22