Éclairage à haute efficacité énergétique : avantages, technologies et stratégies d'implémentation

Éclairage à haute efficacité énergétique et comment l'implémenter

On estime que l'éclairage représente environ 20 % de la production totale d'électricité dans le monde. La qualité et la quantité de lumière n'affectent pas seulement notre santé, notre confort, notre sécurité et notre productivité, mais aussi l'économie. De nombreux pays consacrent une part considérable de leur budget électrique à l'éclairage.

Pour parvenir à une utilisation efficace de l'électricité, les nations opèrent une transition soutenue vers l'éclairage à haute efficacité énergétique, la méthode d'économie d'énergie la plus rentable et la plus fiable. Des technologies bien connues sont utilisées dans le domaine de l'éclairage pour optimiser les commandes et équipements existants, afin de réduire la consommation d'énergie tout en améliorant la qualité de l'éclairage. Examinons ce concept en détail.

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Qu'est-ce que l'éclairage à haute efficacité énergétique ?

L'efficacité énergétique désigne la réduction de la consommation d'énergie d'un produit sans affecter sa performance, sa réponse finale ou le confort de l'utilisateur. Un produit à haute efficacité énergétique consomme moins d'énergie pour accomplir la même fonction qu'un produit équivalent plus énergivore.

Dans le secteur de l'éclairage, l'efficacité énergétique permet d'atteindre le niveau d'éclairement requis pour l'application prévue, tout en consommant le minimum d'énergie. En termes simples, l'éclairage à haute efficacité permet d'économiser l'électricité tout en maintenant une bonne qualité et quantité de lumière.

L'éclairage à haute efficacité implique le remplacement (ou relamping) des lampes traditionnelles (telles que les lampes à incandescence) par des alternatives efficaces comme les lampes fluorescentes, les lampes fluocompactes (CFL) et les lampes LED. Il intègre également des commandes d'éclairage appropriées : minuteries, détecteurs PIR et ultrasons, etc.

Cela inclut l'extinction automatique des lumières lorsqu'elles ne sont pas utilisées, notamment en présence de lumière naturelle. On utilise des ballasts électroniques au lieu des ballasts conventionnels, et grâce à des circuits électroniques, on peut atteindre la gradation de l'intensité lumineuse lorsque nécessaire.

Ces schémas d'efficacité énergétique s'appliquent à l'éclairage extérieur, à l'éclairage intérieur des bâtiments résidentiels et à celui des bâtiments commerciaux. Ces solutions ne se contentent pas de réduire la consommation d'énergie : elles améliorent aussi la qualité de l'éclairage, augmentent la sécurité et le bien-être du personnel, et réduisent l'impact environnemental.

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Pourquoi l'éclairage à haute efficacité énergétique est-il nécessaire ?

L'éclairage est une exigence fondamentale de toute installation et influence les activités quotidiennes des personnes. Il représente une part considérable de la consommation d'énergie totale dans les installations domestiques, commerciales et industrielles.

Dans l'industrie, la consommation d'énergie pour l'éclairage ne constitue qu'une petite composante de l'énergie totale consommée, soit près de 2 à 5 %. En revanche, elle représente 50 à 90 % dans le secteur domestique et peut atteindre 20 à 40 % dans les secteurs commerciaux / bâtiments, les complexes informatiques et les hôtels.

Il devient donc crucial de conserver l'énergie, surtout dans le secteur domestique. Les solutions d'efficacité d'éclairage jouent donc un rôle clé dans les opportunités d'économie d'énergie.

En raison de leur forte consommation d'énergie, les lampes à incandescence traditionnelles et les lampes à décharge à haute intensité doivent être remplacées par des lampes à haute efficacité. Les lampes traditionnelles ne consomment pas seulement de grandes quantités d'énergie électrique, mais elles utilisent une grande partie de cette énergie pour produire de la chaleur plutôt que de la lumière (par exemple, 90 % de l'énergie consommée dans le cas des lampes à incandescence).

Avec l'installation d'un éclairage à haute efficacité, la consommation d'énergie diminue inévitablement, ce qui se traduit par des factures d'électricité plus basses.

L'éclairage à haute efficacité est donc nécessaire pour :

Réduire la consommation d'électricité, et par conséquent les factures d'électricité
Économiser l'électricité plutôt que de la gaspiller en pertes
Réduire les émissions de gaz à effet de serre car les lampes conventionnelles causent des émissions de CO₂
Atteindre la réduction de la charge de pointe

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Astuces, techniques et méthodes pour implémenter l'éclairage à haute efficacité énergétique

La solution la meilleure et la plus efficace pour la conservation de l'énergie est l'adoption de technologies d'éclairage à haute efficacité dans le secteur de l'éclairage, ce qui permet une refonte complète des systèmes d'éclairage et de commande.

Il y a eu des améliorations et innovations majeures dans les technologies d'éclairage qui offrent un grand potentiel d'économies d'énergie dans de nombreuses applications : éclairage domestique, éclairage public, projecteurs pour l'hôtellerie et le commerce de détail, éclairage de bureau et industriel, etc.

Voici les techniques ou types d'éclairage à haute efficacité couramment pratiqués comme opportunités d'économie d'énergie.

Relamping avec des lampes à haute efficacité

Les lampes à haute efficacité peuvent fournir le même niveau d'éclairage avec une plus grande économie d'énergie à faible coût, comparées aux lampes conventionnelles. Les lampes à incandescence traditionnelles consomment beaucoup d'énergie pour produire de la lumière, dont 90 % de l'énergie consommée est dégagée sous forme de chaleur, et elles consomment généralement 3 à 5 fois plus d'énergie que la quantité réelle nécessaire pour produire de la lumière.

Les lampes à haute efficacité surmontent ces problèmes en offrant de nombreux avantages par rapport aux lampes à incandescence. Les deux choix les plus populaires d'ampoules à haute efficacité sont les CFL (lampes fluocompactes) et les LED (diodes électroluminescentes).

Lampes fluocompactes (CFL)

Les lampes CFL sont des versions miniatures ou torsadées des tubes fluorescents longs. Ces lampes combinent l'efficacité de l'éclairage fluorescent avec la popularité et la commodité des culots à incandescence.

Elles se vissent dans les douilles qui acceptent toutes les lampes à incandescence standard, mais pas dans les douilles fluorescentes standard à tubes longs. Selon la marque et l'application, elles existent dans différentes gammes de styles, couleurs et tailles.

Les CFL utilisent 75 % d'énergie en moins et produisent 75 % de chaleur en moins pour produire la même quantité d'éclairage que les lampes à incandescence. Elles durent 10 à 15 fois plus longtemps et coûtent 10 à 20 fois plus cher que les lampes à incandescence.

Ces lampes sont constituées d'un tube en verre phosphorescent contenant un gaz inerte (argon) et de la vapeur de mercure. Elles utilisent un ballast électronique pour créer une haute tension au démarrage, qui peut être une unité séparée ou intégrée à la lampe. Certains modèles spéciaux et anciens de CFL sont livrés avec un ballast séparé, tandis que d'autres ont un ballast intégré.

Lorsqu'un courant électrique traverse les électrodes, les électrons liés aux atomes de mercure sont excités, ce qui émet de la lumière ultraviolette. Lorsque cette lumière UV frappe le revêtement fluorescent, elle est convertie en lumière visible.

Tableau de comparaison pour ampoules à incandescence, CFL et LED.

Il existe différents types de lampes CFL sur le marché actuel : lampes spirales, lampes à triple tube, lampes standard, lampes globes, lampes flood et lampes candélabre. Pour remplacer les lampes à incandescence, les CFL sont choisies pour correspondre aux lumens indiquant la quantité de lumière générée.

Elles sont disponibles dans une variété de couleurs de lumière : blanc chaud et blanc doux, blanc froid et blanc brillant, etc., selon le type d'application. Le tableau ci-dessous illustre une gamme de couleurs de lumière des CFL pour des applications spécifiques.

Diodes électroluminescentes (LED)

Les LED sont des dispositifs semi-conducteurs à état solide et sont encore plus efficaces que les CFL. Elles produisent peu de chaleur et un éclairage de meilleure qualité que toute autre lampe. Au début, l'utilisation des LED se limitait aux indicateurs à ampoule unique dans les circuits électroniques.

Plus tard, plusieurs LED ont été regroupées pour développer de petites lampes dans des appareils alimentés par batterie, comme les voyants de charge, les lampes de poche, etc. Aujourd'hui, les lampes LED sont disponibles dans de nombreux nouveaux styles d'ampoules, assez lumineuses pour remplacer les lampes à incandescence traditionnelles.

Les lampes LED utilisent 75 % d'énergie en moins que les lampes à incandescence traditionnelles et 50 % de moins que les CFL. Elles peuvent durer 8 à 25 fois plus longtemps que les lampes à incandescence et jusqu'à quatre fois plus longtemps qu'une CFL. Contrairement aux lampes à incandescence et aux CFL, les lampes LED ne produisent pas de chaleur et sont donc assez froides pour être touchées. Elles sont plus chères, mais rentables sur le long terme.

Les LED sont composées de matériaux semi-conducteurs formant des jonctions PN. Chaque fois que le courant traverse ces jonctions, il libère de l'énergie sous forme de lumière. La longueur d'onde et donc la couleur de la lumière dépendent de la composition des matériaux. Les LED peuvent générer du jaune, rouge, bleu, vert et blanc. Pour l'éclairage, plusieurs LED blanches sont empilées en grappes pour produire l'éclairage requis pour une application.

Les ampoules LED sont disponibles dans différentes formes, tailles et styles selon l'application visée. Parmi ces types : ampoules diffusées, ampoules LED globes gradables, ampoules à base pin pour éclairage sur rail, ampoules flood à base vis, LED à culot candélabre flamme et tubes LED.

Comparaison des ampoules et lampes à incandescence, CFL, LED et halogène.

Amélioration des commandes d'éclairage

L'éclairage peut être contrôlé à l'aide de divers capteurs pour permettre le fonctionnement des lampes uniquement lorsque nécessaire. Ces capteurs détectent la présence humaine, le mouvement, la temporisation ou l'occupation et, en fonction de leur sortie, allument et éteignent les lampes. Types de ces commandes : capteurs infrarouges, minuteries automatiques, détecteurs de mouvement (PIR et ultrasons), et variateurs.

Les capteurs photoélectriques surveillent les conditions de lumière naturelle et envoient en conséquence des signaux au contrôleur principal pour éteindre automatiquement les lampes à l'aube et les allumer au crépuscule. Ce type de commande d'éclairage est couramment utilisé pour l'éclairage public et l'éclairage extérieur.

L'éclairage public est un autre domaine majeur de conservation d'énergie car il contribue à une consommation d'énergie considérable, notamment sur les autoroutes. Les systèmes de commande centralisés sont les plus couramment utilisés pour le contrôle de l'éclairage public.

Le contrôle centralisé le plus populaire est le système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) qui assure le contrôle à distance du fonctionnement des lampadaires depuis un emplacement central. Les systèmes basés sur GSM/GPRS sont également utilisés pour effectuer le contrôle à distance des lampadaires.

Remplacement des appareils et ballasts existants

Le remplacement d'accessoires énergivores par de nouveaux appareils et ballasts à haute efficacité offre une économie d'énergie supérieure, une longévité et une fiabilité accrues. La fonction principale d'un luminaire ou appareil d'éclairage est de distribuer, diriger et diffuser la lumière.

Certains appareils peuvent absorber plus de la moitié de l'éclairage émis par l'ampoule, ce qui réduit l'efficacité de l'éclairage. Les appareils à haut rendement peuvent émettre plus de lumière, ce qui permet d'économiser énergie et argent. De tels appareils sont constitués de réflecteurs pour diriger la lumière dans la direction souhaitée.

Toutes les lampes à décharge nécessitent un ballast pour atteindre le fonctionnement requis. Les ballasts magnétiques conventionnels causent des pertes de puissance, généralement 15 % de la puissance de la lampe. Ils peuvent aussi augmenter la température de l'appareil pendant le fonctionnement. Il faut donc choisir le ballast approprié pour réduire les pertes du ballast, la température de l'appareil et la puissance du système. Sur le marché actuel, de nombreux types de ballasts électroniques ou à état solide sont disponibles, permettant d'économiser 20 à 30 % de la consommation d'énergie par rapport aux ballasts standard.