Systèmes de dimming et télégestion en éclairage public

Systèmes de dimming et télégestion en éclairage public
géré par les GRD
CE4 – N34F – 13.05.2009
SYSTÈMES DE DIMMING ET TÉLÉGESTION EN ÉCLAIRAGE PUBLIC GÉRÉ PAR LES GRD
L’éclairage de l’espace public est un sujet sensible tant au point de vue de la sécurité qu’au point
de vue de l’utilisation rationnelle de l’énergie. En Belgique, on compte environ 2 millions de lampes
d’éclairage public.
Ces dernières années, de plus en plus de communes ont montré un intérêt particulier pour les
questions environnementales et économiques dans ce domaine. En effet, l’éclairage des voiries
peut représenter jusqu’à 60% de la consommation d’électricité d’une commune. On estime
également que, sur la durée de vie d’une installation d’éclairage public, 40% du coût total
(investissement, énergie, maintenance) est dû à la consommation électrique.
Face à l’augmentation du prix de l’énergie et la pression environnementale, l’intérêt pour les
nouvelles technologies permettant d’optimiser l’utilisation de la lumière ou réduire la consommation
électrique est grandissant. Ce document, présenté sous forme de questions-réponses, fait le point
sur la situation.
Qu’est-ce que le dimming ?
Le dimming consiste à abaisser temporairement le flux lumineux des lampes et donc le niveau
d’éclairement de la route à des fins énergétiques et environnementales.
Selon le type d’espace public, le dimming pourra être envisagé en fonction de paramètres
acceptés par les villes et communes (horaires fixes, présence de piétons, densité du trafic,
conditions météorologiques, type de route).
Le choix du dimming dépend donc d’une décision concertée des villes, communes et GRD, mais
doit toujours garantir les buts de l’éclairage public qui sont d’une part la sécurité des usagers
(automobilistes, cyclistes et piétons), et d’autre part la mise en valeur des espaces et des sites.
Peut-on dimmer tous les types de lampe?
Non.
Actuellement, le modèle le plus courant, donnant une lumière jaune, les lampes Sodium Haute
Pression (NaHP) et les lampes à brûleur céramique donnant une lumière blanche (MIHP/MMHP )
sont dimmables. Les lampes NaHP voient leur efficacité diminuer lorsqu’elles sont dimmées,
surtout pour les lampes de faible puissance (70 W). Pour les lampes MIHP/MMHP , le rendement
énergétique est moins influencé par le dimming. Par contre, la qualité de la lumière varie lors du
dimming: la lumière devient verdâtre, la température de couleur s’élève et le rendu des couleurs
diminue.
Des essais sur site montrent que les lampes Sodium Basse Pression (NaLP) de forte puissance
sont dimmables. Le dimming des lampes NaLP de faible puissance (≤ 55W) n’est pas envisagé vu
leurs faibles consommations initiales.
Le dimming des lampes à vapeur de mercure haute pression (MIHP/MMHP) n’est également pas
envisagé car son utilisation tend à disparaître en raison de leur faible efficacité énergétique.
Jusqu’où peut-on dimmer les lampes ?
Cela dépend ...
Premièrement, il y a une limitation technique. En fonction du type de lampe (NaHP ou
MIHP/MMHP), les fabricants de lampes conseillent de ne pas descendre en dessous d’un certain
pourcentage de la puissance nominale des lampes (en Watt).
Deuxièmement, il y a les aspects liés à la sécurité, car la diminution de la puissance de la lampe va
entraîner une perte de flux lumineux. Ce point est traité dans la réponse à la question suivante :
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Avec le dimming, le nombre d’incidents va-t-il augmenter ?
Non, aucune corrélation n’a encore été démontrée.
Le but premier de l’éclairage public est d’éclairer l’espace public afin d’aider les usagers. Il faut
donc continuer à garantir cette fonction lorsque l’installation est dimmée.
A l’heure actuelle, les normes et recommandations sont en cours d’adaptation afin de spécifier
jusqu’à quel point il est envisageable de diminuer l’éclairage des routes et sites tout en garantissant
une sécurité suffisante aux usagers et cela, en fonction du type de lieu ou route, de la densité du
trafic et des conditions météorologiques.
Les économies d’énergie réalisées sont-elles significatives ?
Cela dépend ...
En fonction de la situation de départ et de la manière dont le dimming est implémenté (période de
dimming, niveau de dimming,…), l’importance de l’économie d’énergie qui peut être réalisée doit
être évaluée au cas par cas.
Dans le cas d’une lampe NaHP de 150 W, une réduction de l’éclairement de 40% correspond à
une diminution de la consommation électrique de près de 30%. Dans cet exemple, si l’installation
est dimmée durant la moitié de la nuit, il est possible de réaliser une économie de près de 15% sur
la consommation totale d’électricité.
Un exemple similaire pour la lampe MIHP/MMHP 150W montre qu’une réduction de l’éclairement
de 20% correspond à une diminution de la consommation électrique de près de 20%, ce qui donne
une économie de 10 % sur la consommation totale d’électricité si l’installation est dimmée durant la
moitié de la nuit
Quel est l’impact potentiel du dimming sur l’environnement ?
En tenant compte de la variation annuelle de production des différents types de centrales en
Belgique, il est possible de déterminer, pour chaque Mégawatheure (= 1000 kWh) économisé
durant la période de fonctionnement de l’éclairage public, une quantité de CO2 qui ne sera pas
rejetée dans l’atmosphère. En fonction des hypothèses retenues, cette quantité a été estimée entre
232 et 540 kg CO2 / MWh sur la seule base de l’équivalent carbone associé à la production
d’énergie.
Il convient de tenir compte de la diminution ou l’augmentation des rejets de CO2 lié à l’entretien
(camion d’entretien, élévateur,…)
Comment les usagers réagissent-ils ?
Dans tous les cas, l’abaissement du niveau lumineux doit se faire lentement de manière à être
quasiment imperceptible pour l’usager. Il n’y a donc pas de changement brutal de niveau lumineux
comme ça pourrait être le cas si on coupait brutalement l’éclairage pendant une partie de la nuit.
L’effet psychologique de la réduction de l’éclairage public sur les usagers est ainsi minime.
Pourquoi ne pas dimmer en continu ?
A part dans certains cas exceptionnels, par exemple une installation largement surdimensionnée, il
est bien plus intéressant tant au point de vue économique (prix d’achat inférieur) qu’au point de vue
environnemental (efficacité lumineuse supérieure) de placer des lampes de puissance inférieure
plutôt que de dimmer en permanence les lampes.
Pourquoi ne pas simplement couper l’éclairage public pendant une
partie de la nuit ?
L’extinction complète de l’éclairage public durant les heures creuses de la nuit permet de réaliser
de grandes économies, mais présente beaucoup d’inconvénients. En effet, dans ce cas,
l’éclairement correct de la voirie ne sera plus assuré, ce qui aura certainement un effet négatif sur
la sécurité des usagers (cfr. ci-dessus : « Avec le dimming, le nombre d’accidents, de cambriolages
et d’agressions va-t-il augmenter? »). De plus, un double allumage (soirée et matinée) pourrait
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engendrer une augmentation de la défaillance des lampes et des auxiliaires qui sont fortement
sensibles à l’enclenchement des circuits.
Dans le passé, une solution technique consistant à éteindre un luminaire sur deux fut mis en place.
Ceci créa des problèmes au niveau de l’uniformité de l’éclairement des voiries (succession de
zones noires et éclairées), mais surtout des plaintes des habitants n’acceptant pas l’extinction du
luminaire en face de chez eux.
.
Le dimming est-il la seule solution pour diminuer la consommation
électrique ?
Non !
La première mesure à prendre est de remplacer les lampes de générations anciennes par des
lampes modernes, plus économiques. A titre d’exemple, le remplacement de lampes MIHP/MMHP
125W par des lampes NaHP 70W permet de diminuer la consommation de plus de 40% pour une
même quantité de lumière.
En effet, contrairement aux lampes à incandescence utilisées pour l’éclairage domestique, les
lampes d’éclairage public ne peuvent pas directement être raccordées au réseau électrique, mais
nécessitent l’utilisation d’auxiliaires (ballast, démarreur, capacité,…). Dans un luminaire d’éclairage
public existant, il ne suffit donc pas de remplacer un ancien type de lampe par un nouveau plus
performant comme on peut le faire à la maison en remplaçant une lampe à incandescence par une
lampe fluo-compacte. Il faut tenir compte de la compatibilité entre la lampe, l’auxiliaire et le
luminaire et, bien souvent, changer de type de lampe signifie remplacer l’auxiliaire ou l’entièreté du
luminaire.
Le remplacement des luminaires existant par des luminaires plus performants et plus faciles à
entretenir est également une option à envisager dans certains cas. Un réflecteur performant qui
concentre la lumière sur le site au lieu d’éclairer les accotements et les façades permet de diminuer
la puissance de la lampe ou d’augmenter la distance entre les poteaux (pour autant que les
contraintes techniques et spatiales le permettent) et ainsi de diminuer la consommation électrique.
L’option du dimming peut être envisagée qu’après une étude de faisabilité au cas par cas et ne
peut donc être généralisée.
Qu’est-ce que la télégestion ?
La télégestion est encore une avancée supplémentaire au niveau de la gestion globale de
l’éclairage public. Dans sa version la plus développée, elle permet de manière centralisée de :
-
commander la mise en route, l’extinction ou le dimming de chaque luminaire de manière
individuelle ou groupée,
-
visualiser sur une carte l’état de fonctionnement de l’ensemble des luminaires,
-
planifier et contrôler le remplacement des lampes
fonctionnement des lampes.
sur base du nombre d’heures réel de
On pourra ainsi décider d’abaisser le niveau d’éclairement sur des routes lorsque la circulation est
faible, tout en laissant les carrefours, les passages pour piétons et les zones à risque fonctionner à
100%. Ce concept permet d’éviter les tournées nocturnes d’inspection des luminaires ou
d’améliorer le taux de fonctionnement du réseau par la possibilité d’une intervention plus rapide.
Comment la facture d’éclairage public, basée sur une consommation
calculée, va–t-elle être adaptée ?
Une des difficultés associée aux systèmes de dimming et de télégestion, est la facturation de la
consommation électrique. En effet, actuellement, la facturation est en majorité faite sur base d’une
puissance forfaitaire fonction du type et de la puissance des lampes installées ainsi que de la durée
de fonctionnement.
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A partir du moment où la consommation pourra varier en fonction du trafic, des conditions météo
ou du choix du gestionnaire, la consommation calculée actuelle ne pourra plus être appliquée telle
quelle. Sauf si le dimming est maîtrisé par des outils de gestion et des équipements adaptés, il
faudra :
-
soit définir un nouveau système de forfaits adaptés à la solution de dimming choisie,
-
soit installer des compteurs électriques, ce qui représente un surcoût non négligeable.
Quelles sont les différentes techniques qui permettent de faire du
dimming et de la télégestion?
Il existe trois grandes familles de produits permettant de faire du dimming.
La première consiste à remplacer les auxiliaires classiques par un ballast électronique permettant
de faire du dimming. Celui-ci reprend en un seul composant les fonctionnalités du ballast
ferromagnétique, du démarreur et du condensateur. Il présente de nombreux avantages mais ne
bénéficie pas encore d’une longue expérience sur le réseau d’éclairage public, ni d’une garantie de
fiabilité satisfaisante.
La deuxième est constituée d’un module de dimming venant se greffer sur un ballast
ferromagnétique classique. Ce système a comme avantage de se baser sur un ballast classique
dont on sait par expérience qu’il est robuste et fiable. Toutefois, son rendement énergétique est
inférieur à celui des ballasts électroniques et les variations de tension auront un impact sur le
fonctionnement de la lampe.
Au niveau de la télégestion, les différents points lumineux équipés soit de ballasts électroniques,
soit de modules de dimming doivent communiquer avec une unité centrale afin de rassembler les
informations et de contrôler et commander les points lumineux. La plupart des fabricants utilisent la
technique des courants porteurs qui superpose la communication sur la ligne d’alimentation
électrique des luminaires. Ainsi, il ne faut pas installer un nouveau câble pour la communication. La
fiabilité ainsi que la sécurité de ce genre de communication sont actuellement à l’étude.
La troisième famille de produits est constituée de systèmes de régulation de la tension placés dans
la cabine au niveau du départ des circuits d’alimentation de l’éclairage public. L’économie d’énergie
est réalisée en abaissant la tension d’alimentation des lampes, mais entraîne également une chute
de l’éclairement plus ou moins importante en fonction de la technologie de lampe utilisée. Ces
systèmes présentent l’avantage de ne pas nécessiter le remplacement des auxiliaires au niveau
des luminaires. Mais actuellement, les fabricants de lampes ne donnent aucune garantie de fiabilité
par rapport à cette technique.
Les trois techniques présentées ne peuvent pas être installées de manière systématique sans une
étude approfondie et une collaboration étroite avec le GRD.
Doit-on remplacer les ballasts classiques ferromagnétiques par des
ballasts électroniques ?
Par sa construction, un ballast électronique présente plusieurs avantages :
-
Contrairement au ballast ferromagnétique qui est très sensible à la valeur de la tension du
réseau (une chute de tension de10% entraîne une chute du flux lumineux de près de 30%), le
ballast électronique comprend une régulation interne assurant un flux constant pour des
variations de la valeur de la tension réseau de ± 10% (suivant les modèles). Cette
caractéristique permet de garantir un flux nominal de la lampe malgré les pertes en ligne ou les
fluctuations du réseau. Ce système évite également un vieillissement prématuré de la lampe
dû à une tension réseau trop élevée.
-
Le rendement total du ballast électronique est supérieur d’environ 5% à celui du ballast
ferromagnétique.
-
La régulation électronique permet un meilleur contrôle et suivi des caractéristiques électriques
de la lampe durant toute sa durée de vie. L’amorçage de la lampe est également mieux
contrôlé. Ces deux points pourraient être à l’origine d’un prolongement de la durée de vie de la
lampe.
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-
Le facteur de puissance est maintenu proche de 1 (pas de consommation réactive).
-
Du point de vue de la maintenance, le ballast électronique est composé d’une seule pièce
alors que le système classique est composé de 3 pièces. Ceci simplifie la gestion des stocks et
le dépannage.
A côté de ces avantages, beaucoup de questions et problèmes restent en suspens concernant les
ballasts électroniques :
-
La résistance aux surtensions causées par exemple par la foudre reste un point délicat. Le
placement de ballasts électroniques sur un réseau aérien peut engendrer des défauts en
cascade lors de chute de la foudre sur la ligne. L’utilisation de candélabres métalliques en
réseau souterrain est ainsi conseillée car ils minimisent le risque qu’une surtension se propage
de luminaire en luminaire.
-
La température de certains composants du ballast électronique est un paramètre critique pour
la durée de vie et la fiabilité de celui-ci. Il est donc conseillé de valider l’utilisation du ballast
électronique dans chaque type de luminaire. En effet, on considère que la durée de vie du
ballast sera divisée par deux si sa température dépasse de 10°C la température maximale
prescrite par le fabriquant.
-
En raison du courant de démarrage des ballasts électroniques, on ne peut placer qu’un
nombre limité de ballasts par circuit en fonction de la protection (fusible,…) utilisée.
-
Les niveaux acoustiques générés par les ballasts électroniques devront être vérifiés car leurs
fréquences de fonctionnement se situent parfois dans la plage de sensibilité auditive.
-
Actuellement le prix des ballasts électroniques reste significativement supérieur à celui des
ballasts ferromagnétiques.
-
La durée de vie des ballasts électroniques est actuellement sujette à controverse.
Des essais sur site réel sont actuellement en cours afin de valider ce type de technologie.
Le fait de dimmer les lampes va-t-il augmenter la durée de vie des
lampes?
A l’heure actuelle, rien ne permet de dire que le dimming va permettre d’augmenter ou de diminuer
la durée de vie des lampes.
De manière à ne pas affecter la durée de vie des lampes, certains fabricants de lampes donnent
des consignes à respecter lors du dimming :
-
En fonction du type de lampe, le dimming doit être limité afin de ne pas descendre en dessous
d’un certain pourcentage de la puissance nominale de la lampe
-
dans tous les cas, lors du démarrage de l’installation d’éclairage, le système de dimming doit
alimenter les lampes à leur puissance nominale (sans dimming) pendant 15 minutes au
minimum avant de dimmer.
Par contre, l’utilisation de ballast électronique permettant un amorçage contrôlé de la lampe et une
adaptation de l’alimentation électrique de la lampe tout au long de sa vie pourrait mener à une
augmentation de la durée de vie.
Références
-
Inventaires triennaux d’éclairage public en Belgique (2005)
-
CAHIER GENERAL DES CHARGES 005: EQUIPEMENTS D’ECLAIRAGE PUBLIC,
Prescriptions relatives aux auxiliaires électriques pour lampes à décharge, Synergrid (2007)
-
CAHIER GENERAL DES CHARGES 005: EQUIPEMENTS D’ECLAIRAGE PUBLIC,
Prescriptions relatives à la fourniture de lampes, Synergrid (2007).
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