Efficacité énergétique

en éclairage public

FDE 80 – AFE Nord

Eric Decaillon

Jean Claude Barré

Bernard Duval - AFE

Matinée du 6 avril 2012 – 80440 Boves

Efficacité énergétique

en éclairage public – Norme

et nouvelles technologies LED

FDE 80 – AFE Nord

Bernard Duval – Expert AFEMatinée du 6 avril – 80440 Boves

Norme d’éclairage public NF EN

13201

Efficacité énergétique

Démonstration par l’exemple

Nouvelles technologies

d’éclairage LED

Pourquoi une nouvelle norme d’éclairage public ?

Objectifs pour les usagers

Voir et être vu

Sécurité des déplacements Protection des personnes et des biens Perception nocturne du cadre de vie Valorisation de l’environnement

Donner une classification des espaces circulés Exprimer pour chaque espace les performances photométriques à maintenir

Pourquoi une nouvelle norme d’éclairage public ?

Pour les collectivités territoriales - exploitants

Se référer aux bons critères d’éclairage normalisés Optimiser les coûts de mise en oeuvre Bien gérer les coûts de fonctionnement Assurer une bonne gestion globale Cadrer avec les priorités données aux objectifs

Pourquoi une nouvelle norme d’éclairage public ?

Pour la prescription – les bureaux d’études

Utiliser les paramètres de qualité normalisés

Établir des cahiers des charges Réaliser et vérifier les projets d’éclairage Qualifier les exigences d’éclairage Rationaliser les solutions

Normes européennes d’éclairage public

FD* EN 13201-1 Sélection des classes d’éclairage

NF EN 13201-2 Exigences de performances

NF EN 13201-3 Calcul des performances

NF EN 13201-4 Méthode de mesure des performances

photométriques

* Fascicule de documentation

EN 13 201-1 Situations d’éclairage

Vitesse Types d’usagers Groupes de

Situation

> 60

Principal Admis Exclus

Véhicules lents

Motorisé Cyclistes

Piétons

A2

12 situations

Classification des situations d’éclairage

> 60

>30 ≤ 60

Classification des situations d’éclairage

>5 ≤ 30

Vitesse de la marche à pied

ZonesGéométrie de l’installation

EN 13 201-1 Paramètres spécifiques

Séparation des voies

Échangeurs – Intersections

Zones de conflit

Références au trafic

Influences liées à

l’environnement

Écoulement traficVéhicules / jour

Trafic motorisévéhicules lentscyclistespiétons

Stationnement

Risques d’agression

Complexité du champs visuel

Niveau lumineux ambiant

Routier – Rural – Urbain

Conditions atmosphériques

Références au trafic

Paramètres spécifiques

ZonesGéométrie del’installation

Autres influences liées à

l’environnement

Procédure de sélection

- Vitesse- Types d’usagers

Paramètres spécifiques

Situations d’éclairage

A1 A2 A3

B1 B2

C1 C2

D1 D2 D3 D4

E1 E2

Groupes de classes d’éclairage

MEX MEWX

CEX SX

Sous groupes de classesME 1 à 6CE 1 à 6S 1 à 6

Performances photométriques

spécifiques

LM EM UO LL

TI SR

EMINI

Normes européennes d’éclairage public

NF EN 13201-2 Exigences de performances

L (cd.m2) luminances moyennes (ou éclairement)

Uo (%) uniformité générale (L ou E)

Ul (%) uniformité longitudinale (L)

TI (%) éblouissement

Exigences d’éclairage suivant les classes

Valeurs minimales à maintenir, éventuellement adaptables suivant l’heure

SR (%) éclairage des abords

Définition des classes d’éclairageGroupe de situations

d'éclairageVitesse (km/h) Types d'usagers

Nature des voies ou zones

Classes d'éclairage

A1 Trafic motorisé Routes Autoroutes ME 1 à ME 3

ME 2 à ME 4

CE 2 à CE 4

ME 3 à ME 5

CE 3 à CE 5

B1 ME 2 à ME 5

CE 2 à CE 5

CE 3 à CE 5

C1 < 30 km/h Cyclistes PiétonsVoies urbaines non

motoriséesS 1 à S 6

D1 D2 CE 3 à CE 5

D3 D4 S 1 à S 3

S 1 à S 6

CE 3 à CE 5

Routes

E2

0 ≤ V ≤ 5 km/h

Piétons seuls

Tous usages

Voies piétonnes

Motorisés Véhicules lents Piétons cyclistes

Voies commerciales Tous usages Résidentiel

S 1 à S 6

30 ≤ V ≤ 60 km/h

RoutesTrafic motorisé Véhicule lents Cyclistes piétons

B2

Trafic motorisé Véhicules lents Cyclistes Piétons

Voies urbaines motorisées

E1

5≤ V ≤ 30 km/hMotorisés Véhicules lents Piétons cyclistes

A3

> 60 km/hA2

Trafic motorisé Véhicules lents

Exemple : Voie urbaine

SITUATION D’ECLAIRAGE

VITESSE30 à 60 km/h

USAGERS+ Motorisés+ Motorisés lents+ Cyclistes+ Piétons

GROUPE DE SITUATION

B2

PARAMETRES SPECIFIQUES

GEOMETRIE+ chaussées unique+ densité d’intersection ≥ 3 / km+ zones de conflit : oui

TRAFIC+ 4 à 7 000 véhic / j.+ écoulement cyclistes : N+ écoulement piétons : N+ tâche navigation : élevée+ visages : oui+ agression : N

ENVIRONNE-MENT

+ complexité : élevée+ niveau ambiant : élevé (urbain)+ conditions atmosphériques : sec

Situation d’éclairage types – groupe B2

Conditions atmosphériques

principales

Dispositifs ralentisseurs

Densité d’intersectionsIntersections / km Difficulté de la tâche de navigation

Écoulement de trafic de véhicules

< 7 000 > 7 000

o o

Sec Non

< 3 Normale ME 5 ME 5 ME 4b ME 4b ME 4b ME 3c

Supérieure à la normale ME 4b ME 4b ME 3c ME 4b ME 4b ME 3c

≥ 3 Normale ME 4b ME 3c ME 2 ME 3c ME 3c ME 2

Supérieure à la normale ME 3c ME 3c ME 2 ME 3c ME 3c ME 2

OuiMême choix que ci-dessus mais sélectionner – 1 uniquement pour les espaces avec dispositifs ralentisseurs (a)

Humide Même choix que ci-dessus mais sélectionner les clases MEW

(a) Lorsque le critère de luminance n’est pas adapté, il est possible de se baser sur l’éclairement. Le Tableau 3 indique des classes CE comparables aux classes ME recommandées.

Zone de conflit Complexité du champ visuel

Véhicule en stationnement

Niveau lumineux ambiant

Faible Moyen Élevé

Écoulement de trafic de cyclistes

Écoulement de trafic de cyclistes

Écoulement de trafic de cyclistes

Normal Élevé Normal Élevé Normal Élevé

Non Normale Non o o o o

Oui o o

Élevée Non o o o o o o

Oui o o

Oui

Tableau A.9 – Plages de classes d’éclairage recommandées

Tableau A.10 – Sélection recommandée dans la plage appropriée

Classe Luminance de la chaussée d’une route sèche Éblouissement perturbateur

Éclairage des abords

L en cd/m2 (minimale maintenue)

Uo

(minimale)

U1

(minimale)

TI en %n

(maximal)SR2b

(minimal)

ME 1 2,0 0,4 0,7 10 0,5

ME 2 1,5 0,4 0,7 10 0,5

ME 3a 1,0 0,4 0,7 15 0,5

ME 3b 1,0 0,4 0,6 15 0,5

ME 3c 1,0 0,4 0,5 15 0,5

ME 4a 0,75 0,4 0,6 15 0,5

ME 4b 0,75 0,4 0,5 15 0,5

ME 5 0,5 0,35 0,4 15 0,5

ME 6 0,3 0,35 0,4 15 Aucune exigence

ClasseÉclairement horizontal

E en lx(minimal maintenu)

Uo

(minimal)

CE 0 50 0,4

CE 1 30 0,4

CE 2 20 0,4

CE 3 15 0,4

CE 4 10 0,4

CE 5 7,5 0,4

Tableau 1a – Classes d’éclairage ME

Tableau 2 – Classes d’éclairage CE

ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 ME 5 ME 6

MEW 1 MEW 2 MEW3 MEW4 MEW 5

CE 0 CE 1 CE 2 CE 3 CE 4 CE 5

S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6

Tableau 3 – Classes d’éclairage de niveau lumineux comparable

Complexité et difficultés d’application

Commentaires sur la norme EP

Absence du facteur de maintenance

Imprécisions en chaîne

Difficile d’accès en utilisation peu fréquente

Guide d’application de la norme européenne de l’AFE

éclairement à maintenir Éclairement à la mise en service =

facteur de maintenance

Guide d’application de la norme européenne de l’AFE

Pourquoi un guide ?

Exprimer la norme pour tous les types de voies françaises dans leur désignation usuelle - voies interurbaines, urbaines et rurales

Pour définir les valeurs moyennes minimales à maintenir de la norme

Donner les valeurs aux limites de la norme dans chaque application

Expliciter le facteur de maintenance M dans tous les cas rencontrés

Le guide d’application de la norme européenne d’éclairage publicQuelles voies à éclairer ?

RURALES

URBAINES

INTERURBAINES

Facteurs de maintenance de l’installation

Tableau 2 – Voies urbaines 1 – Luminance moyenne à maintenir

Tableau 3 – Voies urbaines 2 - Éclairement moyen à maintenir

Tableau 4 – Voies urbaines 3 - Éclairement moyen à maintenir

Tableau 5 - Voies rurales - Éclairement moyen à maintenir

Norme d’éclairage public NF EN

13201

Efficacité énergétique

Démonstration par l’exemple

Nouvelles technologies

d’éclairage LED

Efficacité énergétique - Le poids de l’éclairage

Source : EDF 2003 / 2004)

Eclairage Public Etat des lieux !

Le parc9 millions de points lumineux – 5,5 TWh – 155 W par point lumineux3 millions de luminaires à remplacer ! (Lampes FB interdit de vente en 2015)Energivore : 184 W pour le parc de lampes à vapeur de mercure Réseau, armoires, supports, contrôle/commande vétustes

Les conditions d’éclairageSous – éclairement, sur-éclairement ! Eblouissement, non uniformité !Nuisances lumineuses !

La performance économiqueBudget insuffisantCoût d’exploitation et de maintenance élevéDifficultés de gestion

« ÉCLAIRER JUSTE »

Ne mettre que la lumière nécessaire – suffisante et la conserver

Pour assurer toutes les tâches visuelles indispensables

NORME EUROPEENNE EN 13.201 (2005)

Classification des voies Performances minimales

Emoy – Lmoy(Uo – UL- TI – SR)

A MAINTENIR

FACTEUR DE MAINTENANCE MF

Les textes de référence (1)

• Norme d’éclairage public

• Norme d’installation électrique

• Circulaire du premier ministre signée le 03 12 08

exemplarité de l’état au regard du développement durable

• Règlement EuP n°245/2009 – Eco-conception des

équipements d’éclairage professionnel

• Autres textes et incitations financières

- Certificats d’économie d’énergie – Op. std. (RES EC 04)

- Contrat de performance énergétique

- Partenariat Public-Privé

Les textes de lois (2)Circulaire Achats publics durables

Marchés de l’Etat – Fiche éclairage – JORF 12/02/09

• Marché de fournitures Lampes (fonctionnelles) > 70 lm/W Luminaires (fonctionnels) IP > 5X – Flux perdu < 5 % Lampes (ambiance) > 65 lm/W Luminaires (ambiance) IP > 5X – Flux perdu < 25 % Encastrés : IP > 65 - > 65 lm/W – Flux perdu < 35 %

• Marché de travaux Lot éclairage obligatoire Entreprise soumissionne en coût global (consommation/maintenance 25 ans) impact sur la consommation d’un système abaisseur de puissance dans le

luminaire Limitation excès d’éclairage par les normes éclairage public et extérieur Lampes/luminaires conformes aux marchés de fourniture Système abaisseur de puissance (parkings)

Tubes T12 -> Bannissement

Tubes halophosphate 640 -> Bannissement

Lampes Dates prévues

La directive EuP en tertiaire Les exigences réglementairesRèglement européen n° 245

Sodium Haute Pression / Iodure Métallique culot à vis -> Iodure E27 et E40 de faible qualité (aucune HCI ou HQI n’est affectée)-> SHP standard E27/E40

Nouvelle étude par la commission Européenne

Sodium HP Pug-in / Retrofit ( subst. Fluo ballon) -> Bannissement

2010

2012

2014

2015

2012

Mercure HP (Fluo-ballon) -> Bannissement

Iodure E27/E40 -> Bannissement des quartz E27/E40

2015

2017

EFFICIENCE ENERGETIQUEÉclairage public

PUISSANCE ELECTRIQUE (Watts)

E x SP =

u x MF x fe

u Facteur d’utilisation : démarche de projet d’éclairage

MF

fe

Facteur de maintenance globale : choix lampe/luminaire et programme

Efficacité lumineuse : choix de la lampe + auxiliaire

EFFICIENCE ENERGETIQUEÉclairage public – Lampes à décharge

PUISSANCE ELECTRIQUE (Watts)

E x SP =

u x MF x fe

E = R L

u Facteur d’utilisation Flux reçu (lm)

Flux émis lampes (lm)

MF

fe

Facteur de maintenance globale (lampe x luminaire)

Efficacité lumineuse (lm.W-1) (lampe + auxiliaire)

EFFICIENCE ENERGETIQUEÉclairage public – Luminaires LED

PUISSANCE ELECTRIQUE (Watts)

E x SP =

U x MF x fe

E = R L

U Utilance Flux reçu (lm)

Flux sortant du luminaire (lm)

MF

fe

Facteur de maintenance globale (module LED x luminaire)

Efficacité lumineuse du luminaire (lm sortant.W-1)

Des économies… tout en « éclairant juste »

Répondre aux enjeux du développement durable (Grenelle II et règlementation européenne)

• changements climatiques

• réduction des consommations (1 kWh « éclairage » = 100 g CO2 )

Solutions pour l’éclairage

• remplacer le parc existant vétuste (30 % des luminaires vétustes équipés de lampes Fluo – ballon, bannies par la règlementation européenne en 2015)

• supprimer les éclairage inadaptés (« boules ») ou dispendieux

utiliser des sources d’éclairage plus performantes qui consomment

moins (lampes SHP et I M

• contrôler les allumages et réduire les éclairages à partir d’une

certaine heure : horloges astronomiques et systèmes

de gradation du flux lumineux

Eclairage extérieurRemplacement des luminaires d’éclairage fonctionnel par des

luminaires de haute performance énergétique et environnementale

-57% éco

énergie

Luminaire EP fonctionnelExistant – luminaire pour lampe Ballon fluo

Eclairage extérieur

Remplacement des luminaires d’éclairage extérieur d’ambiance par des luminaires de haute performance énergétique et environnementale

- 60 % éco

énergie

Luminaire éclairage extérieur ambianceExistant – luminaire Boule

Efficacité énergétique – Les solutions

Gain énergétique

• Remplacement luminaire IP55P Vapeur de Mercure par luminaire IP66V Sodium HP ……………………………… …… 41 % annuel

• Remplacement identique avec nouvelle implantation ....... …… 69 % annuel

• Variation de puissance heures creuses …………………….. … 12 % annuel

• Fonctionnement à éclairement constant ……………………. …6,5 à 15 % par cycle• Influence énergétique du cycle 3 ans par rapport à 2 ans Pollution urbaine – suivant lampes et IP55P ou 66V …..… … 7,7 à 30,7 %• Influence du degré IP seul entre IP55P et IP66V Pollution urbaine Cycle 2 ans ……………….

Cycle 3 ans ……………….…………. 20 %…………. 26 %

Eclairage public résidentiel et urbain

TECHNOLOGIE

MARCHE

Routier

Urbain / Résidentiel

Eclairage public résidentiel et urbain

Le luminaire a été pensé autour des caractéristiques des LED- Ponctuel- Petit- Gradable- …

TECHNOLOGIE

MARCHE

Routier

Urbain / Résidentiel

Eclairage public routier

TECHNOLOGIE

MARCHE

Routier

Urbain / Résidentiel

Comparaison efficacité énergétique

Lampes

LED

(SHP – iodure céramique – Cosmowhite)

(80 lm.W-1 – u (40 à 60 %) – MF : 0,7 LED seule)

Sincérité des données techniques de la part de certains fabricants - thermique - température de couleur - photométrie, efficacité lumineuse

Les LED :- Performantes en éclairage de valorisation, mise en lumière, etc..- En EP fonctionnel performances proches iodures céramiques- Utilisables à faible niveau - Rivalisent en SHP et Cosmowhite petite puissance

Fonctionnement avec réduction de puissance au cours de la nuit

Hypothèse

• Réduction éclairement de 40 % entre 23 h et 5 h du matin• Sur 75 % de l’installation totale• Fonctionnement annuel :

• 2 190 h à puissance réduite• 1 970 h à pleine puissance

Gain énergétique réalisable : - 12 %

Gain financier en kWh économisés : - 6,4 %

• Sans prendre en compte l’investissement variateur et commande• Base : kWh (énergie + abonnement) : 0,0796 €• Puissance unitaire moyenne : 155 W• Base de calcul : 1 000 luminaires

Développement durable

ECLAIRER JUSTE

et Éclairage public

1. Qualité de vie Sécurités des usagers Mise en valeur du patrimoine

2. Protection de Efficacité énergétiquel’environnement Réduction des nuisances dues à la lumière

3. Développement Favoriser par la lumièreÉconomique - secteurs des commerces

- évènements urbains- tourisme

- sports - artistiques

4. Parité et égalité Réhabilitation des quartiers sociale Continuité des liaisons inter quartiers Suppression des zones de « non droit »

« Éclairer JUSTE »

Ne mettre que la lumière nécessaire – suffisante et la conserver

Pour assurer toutes les tâches visuelles indispensables

NORME EUROPEENNE EN 13.201 (2005)

Classification des voies Performances minimales

Emoy – Lmoy(Uo – UL- TI – SR)

A MAINTENIR

FACTEUR DE MAINTENANCE MF

?

Facteurs de maintenance8 000 heures 12 000 heures

Pollution forte

IP 23 IP 55 IP 65 IP 66 IP 23 IP 55 IP 65 IP 66

- P P V - P P V

SHP ≤ 70 W

> 70 W

0,43 0,64 0,68 0,79 0,28 0,52 0,57 0,71

0,46 0,68 0,73 0,84 0,30 0,57 0,62 0,78

Iodures céra. 0,35 0,51 0,55 0,63 0,20 0,39 0,42 0,53

Cosmo 0,39 0,57 0,62 0,72 0,26 0,49 0,53 0,66

Mercure 0,38 0,57 0,61 0,70 0,24 0,46 0,50 0,63

≥ 0,7

Pollution faible

± 30 %

± 13 %

± 11 %

± 6 % ± 50 %

± 17 %

± 15 %

± 6 %

Influence de la périodicité de la maintenanceSur l’énergie consommée en EP

• Type de lampe• IP Luminaire • Degré de pollution• Nature vasque

En fonction(72 cas)

Périodicité 3 ans par rapport à 2 ans – Pollution urbaine

Cycle 1 an à 2 an 2 ans à 3 ans

Degré I.Pxx I.P55p I.P66v I.P55p I.P66v

SHP ≤ 70 W + 29,6 % + 12,6 % + 23 % +11,3 %

SHP > 70 W + 25 % + 9,5 % + 19,2 % + 7,7 %

Iodure céramique E27-E40 + 41 % + 23,8 % + 30,7 % + 18,9 %

Lumière blanche PGZ 12 + 33 % + 13,9 % + 16,3 % + 9,1 %

Soit optimiser le coût de la maintenanceSoit optimiser l’énergie consommée

Influence du degré de protection I.PxxSur la consommation énergétique

Pourcentage d’économie entre les luminaires I.P55p (vasque plastique) et I.P66v (vasque verre)

Degré de pollution

En fonction du cycle de maintenance préventive

1 an (4 000 h) 2 ans (8 000 h) 3 ans (12 000 h)

Faible (interurbain)

5 % 14 % 20 %

Fort (urbain) 7,5 % 20 % 26 %

Variation de puissance

- 40 % flux = - 30 % énergie sur 75 % de l’installation Réduction 23 h – 5 h 6 h x 365 = 2 190 h Plein régime : 4 160 h – 2 190 h = 1 970 h

Puissance installée P (W) consommation sans variation 4 160 P consommation avec variation3 667,25 P

Économie annuelle : 492,75 P Soit 11,84 % kWh

Bilan économique kWh = 0,0429 € - abonnement Prix kWh/an – 0,079 € 1 000 luminaires de 155 W

Économie annuelle pour 1 000 luminaires de 155 W : 3 277 €

Soit 6,4 % €

Variation de puissance

Ballast bi puissance (Fil pilote – Relais) ou synchronisation sur allumage

Courant porteur en ligne > 50 hz (ligne en bon état)

Ligne spécialisée (ligne téléphonique privée – Coût)

Radio (émetteur – récepteur – portée)

Réseau Internet Protocole (coût abonnement - connexion)

Fil pilote (installation ancienne ?)Problème : - Fiabilité des systèmes ?

- amortissement – durée de vie

Système centralisé (Protocole de commercialisation)décentralisé

Quid variations tension nocturne ?

Comparaison efficacité énergétique

Lampes

LED

(SHP – iodure céramique – Cosmowhite)

(80 lm.W-1 – u (40 à 60 %) – MF 0,7 LED seule)

Manque d’information des constructeurs- thermique- température de couleur- documents diagramme facteur « u » en fonction de l/h

Il semble que les LED :

- rattrapent en performances les iodures céramiques- utilisables techniquement pour les réalisation à faible niveau moyen d’éclairement- ne rivalisent pas encore en SHP > 70 W et cosmowhite

Comparaison efficacité énergétique

Lorsque l’on calcule l’efficacité énergétique :

1Pe (W / lux.m-2 ) =

u x MF x fe

Pe LED1 ≤ ≤ 1,67 Pe LAMPE

En fonction de :

• Type et puissance de lampe• Degré I.Pxx et Vasques luminaire • Cycle maintenance 2 ans – 3 ans (électro – mécanique – lampe)• Degré de pollution

On obtient :

Efficacité énergétiqueConclusions

Gain énergétique• Remplacement luminaire IP55p Vapeur de Mercure

par luminaire IP66v Sodium HP ……………….. …… 41 % annuel

• Remplacement identique avec nouvelle implantation ....... …… 69 % annuel

• Variation de puissance heures creuses …………………….. … 11,86 % annuel

• Fonctionnement à éclairement constant ……………………. …6,5 à 15 % par cycle

• Influence énergétique du cycle 3 ans par rapport à 2 ans Pollution urbaine – suivant lampes et IP55p ou 66v …..… … 7,7 à 30,7 %

• Influence du degré IP seul entre IP55p et IP66v Pollution urbaine Cycle 2 ans ……………….

Cycle 3 ans ……………….………. 20 %………. 26 %

• Quid LED ?

Il faut connaitre : - U – MF – fe- incidence thermique- la température de couleur

Efficacité énergétique Similitude d’objectifs

Minimum de halo lumineux

Flux maximum potentiellement perdu UPF

Efficacité énergétique

ULOR DLORUPF = E.S. + 1 + 2 ( - 1)

u u

UPF est minimum lorsque :

E (éclairement à la mise en service) est minimum, c’est-à-dire « M » maximum

u (facteur d’utilisation) est maximum

Watts / lux / m2

1W = u.M.Fe

W est minimum lorsque :

u max

M max

Fe max

Développement Durable

Merci de votre attention