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