Economies d'énergie liées à l’éclairage

L’éclairage peut représenter plus de 35% de la consommation d’énergie dans les bâtiments en fonction des activités. Le contrôle de l’éclairage est un des moyens les plus faciles de réaliser des économies d’énergie importantes avec un investissement minimal et c’est une des mesures d’économie d’énergie la plus souvent utilisée.

Les systèmes d’éclairage des bâtiments commerciaux sont régis par des normes, réglementations et codes de construction. L’éclairage doit non seulement être fonctionnel, mais il doit aussi répondre aux normes de santé et de sécurité professionnelles et aux exigences opérationnelles.

Dans bien des cas, les bureaux sont trop éclairés et des économies d’énergie passives substantielles sont possibles, par remplacement des luminaires inefficaces, des lampes obsolètes par des lampes haute performance et à faible consommation et par l’installation de ballasts électroniques. Ces réponses sont appropriées dans les salles dans lesquelles l’éclairage est requis constamment ou pendant de longues périodes, avec impossibilité de réaliser des économies en éteignant les lampes.

Les périodes d’amortissement peuvent varier, mais de nombreux projets ont des périodes d’amortissement d’environ deux ans.

Lampes et ballasts électroniques

Selon les besoins en éclairage, du type et de l’âge du système d’éclairage, des lampes plus efficaces peuvent être disponibles. Par exemple il existe de nouvelles lampes fluorescentes, mais le changement d’une lampe requiert généralement le changement du ballast.

De nouveaux ballasts électroniques sont également disponibles, offrant des économies d'énergie significatives par rapport aux ballasts électromagnétiques antérieurs. Par exemple, les lampes T8 avec ballasts électroniques utilisent entre 32% et 40% d'électricité en moins que les lampes T12 équipées de ballasts électromagnétiques.

Cependant, les ballasts électroniques ont un certain nombre de points d'attention par rapport aux ballasts magnétiques :

• leur fréquence de fonctionnement (entre 20 et 60 kHz) peut introduire des perturbations conduites et rayonnées à haute fréquence qui peuvent interférer avec les appareils de communication par courant porteur par exemple. Des filtres adéquats doivent être incorporés.
• le courant d'alimentation des appareils standards est fortement déformé. Des perturbations typiques liées aux harmoniques sont donc présentes, comme une surcharge de courant neutre. Des dispositifs à faible émission harmonique sont maintenant disponibles, qui réduisent la distorsion harmonique à moins de 20 % du courant fondamental, ou même 5% pour les installations les plus sensibles (hôpitaux, environnements de fabrication sensibles, etc.).

La technologie LED, introduite il y a quelques années seulement, offre d'importantes perspectives de progrès, en particulier pour le contrôle intelligent. Les LED sont considérées comme la solution alternative durable pour atteindre les objectifs d'économies d'énergie dans le secteur de l'éclairage. C'est la première technologie d'éclairage adaptée à tous les domaines (résidentiel, bâtiments de services, infrastructures, etc.) offrant une grande efficacité énergétique et une capacité de gestion intelligente.

D’autres types d’éclairage peuvent être plus appropriés selon les conditions. Une évaluation des besoins en éclairage passe par une évaluation des activités, du degré d’éclairage et de rendu des couleurs requis. Un grand nombre de systèmes d’éclairage anciens ont été conçus pour fournir un éclairage plus intense que nécessaire. Des économies facilement quantifiables peuvent être réalisées en concevant un nouveau système qui réponde exactement aux besoins en éclairage.

Outre ces économies, tout en répondant aux normes et réglementations en vigueur, la modernisation d’un éclairage apporte d’autres avantages : réduction des coûts d’entretien, juste adaptation aux besoins (bureaux, ateliers passage,...), amélioration du confort visuel (suppression des battements et scintillements souvent causes de migraines et de stress oculaire), et meilleur rendu des couleurs.

Réflecteurs

Une mesure d’efficacité énergétique passive moins populaire, mais qui doit être néanmoins considérée en parallèle à l’utilisation de lampes équipées de ballast, est le remplacement des réflecteurs qui dirigent la lumière des lampes vers les zones d’utilisation. Les progrès réalisés au niveau des matériaux et de la conception ont permis d’améliorer la qualité des réflecteurs qui peuvent être installés sur les lampes existantes. Ce qui permet une intensification de la lumière utile et autorise dans certains cas une réduction du nombre de lampes utilisées, et donc une économie d’énergie sans compromission de la qualité de l’éclairage.

Les nouveaux réflecteurs à haute performance ont une efficacité spectrale supérieure à 90 % (cf. Fig. K17). Cela signifie :

• que deux lampes peuvent être remplacées par une seule lampe. Il est ainsi possible de réduire le coût de l’énergie nécessaire à l’éclairage de 50 % ou plus,
• et que les luminaires existants peuvent être modernisés par l’installation de réflecteurs de type miroir tout en conservant leur écartement, ce qui rend la modernisation facile et peu onéreuse, avec un impact minimal sur la configuration du plafond.

Fig. K17 – Vue d’ensemble du principe de fonctionnement des réflecteurs à hautes performances

Le contrôle de l’éclairage

En elles-mêmes, les mesures d’économie d’énergie passives précédemment décrites ne maximisent pas les économies. L’objectif des programmes de contrôle de l’éclairage est d’assurer le confort et la flexibilité requis par les utilisateurs, tout en assurant simultanément une économie d’énergie active qui minimise les coûts en éteignant les lampes dès qu’elles cessent d’être utilisées. Pour cela, les techniques sont nombreuses et leur sophistication peut varier énormément, mais la période d’amortissement est généralement courte, entre six et douze mois. De nombreux dispositifs sont actuellement exploitables (cf. Fig. K18)

Fig. K18 – Exemples de dispositifs de contrôle d’éclairage : minuteries, détecteurs de lumière, détecteurs de mouvement

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Voir [les offres de gestion de l'éclairage] de Schneider Electric

• Les minuteries, elles éteignent la lumière au bout d’un certain temps, utiles lorsque les périodes d’occupation ou d’activité sont clairement définies tels que pour des lieux de passage.
• Les capteurs d’occupation et des détecteurs de mouvement, ils éteignent la lumière quand aucun mouvement n’a été détecté pendant un certain temps. Ils sont particulièrement adaptés là où les périodes de présence et d’activité ne peuvent pas être connues avec précision (salles d’entreposage, escaliers, ...).
• Les cellules photoélectriques et les capteurs de lumière naturelle pour contrôler les lampes situées à proximité des fenêtres. Lorsque la lumière naturelle est suffisante, les lampes sont éteintes ou mises en veilleuse.
• Les horloges programmables, elles allument et éteignent les lumières à certaines heures prédéterminées (devantures de magasin, bureaux pour les W-E et les nuits).
• Les luminaires à intensité variable, ils délivrent un éclairage réduit (veilleuse) pendant les périodes de faible activité (ex. : parking bien éclairé jusqu’à minuit, mais avec peu de lumière de minuit jusqu’à l’aube).
• Les régulateurs de tension, ballasts ou dispositifs électroniques spéciaux, ils optimisent l’énergie consommée par les lampes (tube fluorescent, lampe à sodium haute pression, ..).
• Les télécommandes sans fil, dont l’application permet une modernisation simple et économique d’installations existantes.

Ces techniques peuvent être combinées et aussi associées à des critères esthétiques, par exemple les panneaux d’éclairage programmables dans des salles de réunions qui ont plusieurs formules d’éclairage (conseil d’administration, exposés, colloques, etc.) actualisables par la simple touche d’un bouton.

La gestion centralisée de l’éclairage

Il existe maintenant des systèmes de contrôle de l’éclairage tels que ceux basés sur le protocole KNX qui offrent l’avantage supplémentaire de pouvoir être intégrés au système de gestion du bâtiment (cf. Fig. K19).

Ils apportent une plus grande flexibilité de gestion, une surveillance centralisée et une intégration des contrôles d’éclairage à d’autres systèmes tels que la climatisation, pour une plus grande économie d’énergie. Certains peuvent permettre des économies d’énergie de 30 %, leur efficacité dépend de l’application dont le choix est donc très important.

La conception et la mise en oeuvre de tels systèmes, pour obtenir un résultat commence par un audit de la consommation d’énergie et une étude du système d’éclairage pour définir la meilleure solution d’éclairage et identifier les possibilités de réduction des coûts et de la consommation d’énergie. Dans ce domaine, Schneider Electric propose aussi des solutions de gestion pour les bureaux, et également pour l’éclairage extérieur, parkings et parcs ou jardins paysagés.

Fig. K19 – Exemple de liaisons réalisées avec le système KNX de Schneider Electric