2010 Eclairage du 21 ième siècle

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19 décembre 2009 (première publication) - 30 novembre 2010 (dernière mise à jour)

1 Lampes à incandescence : 10% de rendement et durée de vie courte

L’éclairage électrique classique du vingtième siècle est réalisé par des ampoules à incandescence. Elles sont constituées d’un filament de tungstène environné d’un mélange de gaz : azote avec soit du crypton, soit de l’argon. Ses ampoules chauffent beaucoup. En d’autres termes, leur consommation énergétique est utilisée pour produire un peu de lumière et beaucoup de chaleur.

Concrètement plus de 90% de l’électricité est transformé en chaleur et moins de 10% sert à la production lumineuse.

Le rendement d’un éclairage correspond au flux lumineux produit par watt consommé. Il s’exprime en lumen par Watt. Le rendement optimum absolu d’un éclairage correspondrait à une conversion à 100% de l’énergie électrique en lumen. Il est de 683 lumens par Watt.

Le rendement d’une ampoule à incandescence est de l’ordre de 12 lumen/Watt. Il peut atteindre 20 lumen /watt pour les lampes halogènes.

Ces ampoules font à ce point parti de notre environnement quotidien que leur consommation en watt est associée à l'intensité lumineuse attendue. Mais ce type de repère est appelé à disparaître.

Repère :

20 Wh : éclairage d’ambiance

60 Wh : éclairage pour la lecture, le travail

100 Wh : éclairage de forte luminosité

La lumière produite est plutôt chaude, de couleur jaune.

Lampes incandescentes halogènes

Elles apportent un éclairage apprécié pour son ton plus blanc et lumineux. Elles doivent leur nom à la présence de gaz halogènes tels que l’iode ou le brome. Elles sont soit à fonctionnement sous tension du réseau (220 volt) et sont alors généralement de forte puissance : jusqu’à 500 W. Comme leur rendement est toujours aussi mauvais, elles font simultanément office de radiateurs haute température ! Soit elles fonctionnent en basse tension et nécessitent l’usage de transformateurs.

Au gaspillage énergétique de l’ampoule vient se rajouter celui du transformateur. Le changement de tension s’accompagne en effet d’une déperdition en chaleur. Dans les 2 situations d’usage, l’éclairage halogène est d’une remarquable inefficacité.

Les lampes à incandescence classiques ont une durée de vie d’environ 1000 h, les halogènes de 2000 à 3000.

Les nouvelles technologies de l’éclairage diminuent très sensiblement le gaspillage énergétique sous forme de déperdition en chaleur. Pour cette raison, elles sont rassemblées sous la dénomination LBC, pour « Lampe Basse Consommation ».

2 Lampes fluocompactes (LFC)

Ces lampes utilisent la technologie éprouvée depuis longtemps du néon. Elles renferment des gaz rares et des vapeurs de mercures en très faible concentration. Les tubes néons sont principalement utilisés pour l’éclairage des ateliers, des entrepôts etc. Leur éclairage est souvent jugé peu agréable. Mais l’ambiance blafarde des néons n’est pas à imputer à la technologie employée. Des néons de qualités sont à même de rendre un éclairage proche de l’éclairage naturel.

Les plus performantes d’entre elles consomment 5 fois moins d’énergie que les lampes à incandescence. Le rendement d’une LFC est de l’ordre de 65, voire 70, lumen/watt. En d’autre terme, une ampoule consommant 20 W éclaire comme une ampoule à incandescence de 100W.

Ces ampoules ont une durée de vie environ 10 fois plus longue qu’une lampe à incandescence, soit 10 000 heures.

Comme pour les néons, toutes les qualités de lumière existent. Contrairement à une idée souvent encore tenace, le marché offre des LFC à excellent rendu lumineux.

De même que pour les ampoules à incandescence, ces ampoules résistent assez mal aux vibrations.

Champs électromagnétiques

Elles émettent un champ électromagnétique. Il est préférable de ne pas se tenir à leur proximité immédiate : moins de 50 cm.

La pollution électromagnétique est un sujet important, peu pris en compte. Deux éléments sont à prendre en considération :

1 Ces dernières années, l’exposition à de nouveaux champs électromagnétiques s’est considérablement amplifiée en raison notamment du déploiement des technologies « sans fil » : téléphone portable, wifi, etc. Dans l’habitat, la présence de nombreux champs est en outre liée aux multiples appareils et réseaux électriques présents.

2 La perception du fonctionnement du vivant a été polarisée ces 2 derniers siècles en occident par une vision « chimiste » du fonctionnement des organismes vivants.

Tout ou presque est examiné, étudié, interprété au regard de réactions biochimiques. Le fonctionnement du vivant est infiniment complexe et ne peut se réduire à sa dimension biochimique.

L’intervention de phénomènes énergétiques est connue et méconnue à la fois. Le fonctionnement de chaque cellule d’un être vivant dépend de différences de polarité, précisément entretenues. Les relations entre cellules sont également régies par des phénomènes énergétiques. A l'échelle de l'organisme, la santé humaine dépend aussi d'équilibres et de circulations énergétiques.

Le fonctionnement énergétique du vivant est très mal connu en occident. L’apparition de multiples sources de perturbation des champs magnétiques biologiques peut avoir des répercussions non évaluables à ce jour. Cependant, les LFC ne sont pas à classer parmi les principaux contributeurs à la pollution électromagnétique.

Mercure et autres matériaux : à recycler

La technologie des LFC fait appel à nombre de matériaux se devant d’être récupérés et recyclés en fin de vie : aluminium, cuivre, mercure, plastiques, verres. Les ampoules sont à rendre aux magasins de vente ou de distribution, qui ont l’obligation de les reprendre. La quantité de mercure présente est très faible : 0,005% du mélange de gaz de l’ampoule. Ces lampes sont ensuite prise en charge par l’éco organisme agrée pour le recyclage : Récyclum.

3 Lampe à diode électroluminescente « light-Emitting Diode » : LED

Ces lampes sont jusqu’à ce jour surtout connue pour leur usage en tant que voyant lumineux de très faible puissance. Mais la technologie LED est à ce jour susceptible de répondre aux besoins de toutes les situations d’éclairage : Luminaires d’ambiance, éclairage de bureaux, de plans de travail, de vitrines, de locaux commerciaux et techniques, éclairage de jardins, éclairage public.

La disponibilité pour ces différents usages est le résultat de stratégies commerciales. Celles-ci vont se déployer des 2010. D’ici une année ou 2, toutes les situations d’éclairage pourront être assumées par cette technologie d’avenir.

Les 5 points forts des LED

1 Un excellent rendement

Cette technologie réalise correctement la mission demandée : convertir un vecteur d’énergie, l’électricité, en lumière et (presque) uniquement en lumières. Les rendements obtenus ne cesse de progresser et atteignent les 75 lumen/Watt. 85 lumens par Watt devrait être obtenu dès l’année prochaine.

Les rendements énergétiques sont donc déjà équivalents ou supérieur à ceux des LFC. Mais les déperditions des rayonnements n’existant pas, le rendement de l’éclairage est en réalité sensiblement supérieur, environ 2 X supérieur (cf. point 2 ci-dessous).

2 Pas de gaspillage par dispersion non maitrisée

La maitrise de la consommation électrique dépend non seulement du rendement mais aussi de l’efficacité de l’éclairage. Avec les technologies classiques, l’orientation du flux lumineux n’est pas maitrisée à la source. C’est alors l’usage de différents dispositifs externes (réflecteurs, miroirs, …) qui oriente le flux lumineux afin de limiter les dispersions indésirables. Les pertes sont considérables et peuvent atteindre 50%

Avec les LED, le flux lumineux est orienté exclusivement vers l’espace à éclairer. Il en résulte une deuxième source importante d’économie : toute la lumière produite est utilisée et non perdue en partie par une diffusion multidirectionnelle.

3 Une excellente qualité de lumière

La qualité de la lumière dépend de 3 facteurs :

A le mode de transmission

Dans le cas des LED, il n’y aucun effet de scintillement. En outre, chaque diode lumineuse produit strictement le même éclairage, à la même température. Jamais une telle perfection n’a été atteinte. Il est possible par un dispositif anti « blining » qui récupère toute production de flux non conforme à la température demandée.

B L’indice de rendu des couleurs (IRC)

La couleur de référence est celle de la lumière du jour. L’IRC est de 100%.

« L'indice de rendu de couleur ou IRC est la capacité d'une source de lumière à restituer les différentes couleurs du spectre visible sans en modifier les teintes. L'indice général de rendu des couleurs Ra détermine la qualité d'une lumière à partir de l'indice de rendu de 8 couleurs normalisées. L'indice maximum Ra=100, correspond à une lumière blanche ayant le même spectre que celui de la lumière solaire. » (Source : wikipedia)

L’idéal théorique pour un éclairage artificiel est de 100%. Il signifie que le spectre lumineux émis par l’éclairage est identique à celui de la lumière du jour. Les différents éclairages artificiels émettent de la lumière ne correspondant pas toujours parfaitement à la totalité du spectre lumineux de la lumière solaire. Il est considéré que lorsque L’IRC atteint ou dépasse 80%, l’éclairage est de bonne qualité. Les LED peuvent offrir un IRC supérieur ou égal à 80 %. (L’IRC des LFC est variable, mais la qualité égale ou supérieure à 80% est disponible. Celui des lampes à incandescence est élevé, proche de 100).

C La température de couleur en °Kelvin

Celle-ci informe de la nature plus ou moins chaude de la lumière émise. Elle ne se réfère pas strictement à la lumière du jour, dont la température varie en fonction de l’heure, de la couverture nuageuse, de la saison de la latitude, etc. La température de couleur est la plus basse dans les tons rouges (ex. levé du soleil), moyenne dans les tons jaunes, élevée dans les tons blancs (ex. soleil à midi), très élevée dans les tons bleus).

Attention, contrairement à une approche instinctive, la lumière sera d’autant plus « chaude » que la température de couleur sera basse. Pour une ambiance « chaude », la température de couleur est de l’ordre de 2500° K. Pour une ambiance plus froide, la température de couleur est de 4000° K.

4 Une insensibilité aux vibrations et aux variations de tenssion

Ces qualités peuvent être très importantes pour certains usages des lampes basse consommation. En effet, ces lampes représentent toujours un investissement non négligeable en raison de leur prix élevé. Cet investissement est (très) rentable en raison de la faible consommation et de la longue durée de vie. Par contre, il ne l’est plus du tout dans des situations d’usage soumises à des vibrations ou des variations de tenssion. La très courte durée de vie réelle ne permet pas l’amortissement de la lampe.

Une qualité remarquable et spécifique des LED est d’être très résistantes :

- aux chocs et quasi insensibles aux vibrations.

- aux variations de tenssion : situation féquente et fort pénalisante dans nombre de départements ruraux, en "fin de réseau".

Les LED représentent ainsi LA solution dans toutes les situations d’usage soumise à des vibrations et/ou des fluctuation de tenssion.

5 Une durée de vie presque illimitée

Avec les LED, l’achat d’une ampoule change de nature. Il s’agit d’un objet à très longue durée de vie. Une ampoule LED est un bien non périssable qui se transmet avec le patrimoine immobilier ou au contraire est démonté, déplacé et réinstallé à l’occasion d’un déménagement. La durée de vie d’une lampe LED professionelle est de 40 000 h.

Au niveau de la comptabilité, ce changement de durée de vie fait changer le poste luminaire de catégorie : il ne s'agit plus de "consommable", mais d'un bien ammortissable.

Enfin, il est à noter que le flux lumineux est obtenu instantanément à l’allumage. Ces lampes ne produisent pas de rayonnements électromagnétiques et Infrarouges. Les LED, comme toutes les ampoules basse consommation, sont soumises à la même réglementation de recyclage : après des décennies d’usage, les matériaux précieux (silicium, arséniure de gallium, aluminium, zinc, …) seront récupérés, recyclés et destinés à un nouvel usage. La filière de recyclage est prévue en France par l’organisme agrée, Récyclum.

Les led, dangereuses pour les yeux ? à voir en cliquant ici

4 Effet positif induit des LBC: réduction des frais de climatisation

Dans nombre de locaux, une partie parfois conséquente de la climatisation est destinée à rafraichir les surchauffes liées à l’éclairage, en particulier halogène. A la dilapidation énergétique de l’éclairage non performant s’ajoute celle de la climatisation.

En recourant à des Lampes Basse Consommation (BBC), en privilégiant les plus performantes (Led), la consommation énergétique liée à la climatisation peut très sensiblement diminuer.

Aussi, selon des informions encore à valider, le recours aux LED peut entraîner une diminution de température de 3 à 4 degrés, ce qui est considérable. Mais ce n'est pas surprenant lorsque l'on se rappelle que les éclairage classique sont d'abord des engins de chauffage et ensuite des machines à éclairer!

5 Gare à l’ « effet rebond »

« L’effet rebond » correspond à des répercussions opposées à celle attendue de l’usage de nouvelles technologies. Par exemple, la diminution de la consommation énergétique de nouveaux moteurs ne s’accompagne pas de la même diminution de la demande en carburant. Tout simplement parce que l’usage a tendance à augmenter.

Dans le domaine de l’éclairage, l’effet rebond peut être au moins de 2 natures :

1) Une consommation énergétique divisée par 5 ou 10 des éclairages peut entrainer une baisse de vigilance sur le recours à l’éclairage circonscrit aux réels besoins. La lampe consomme si peu que l’on ne prend plus garde à ne l’allumer qu’aux moments utiles. Les économies attendues seront inférieures à la division par 5 ou 10.

2) En usage public, en France, de 1990 à 2000, la consommation électrique de l’éclairage publique est passée de 70 à 91 kWh/an et habitant, soit une hausse de 23%. Alors que durant la même période l’amélioration de l’efficacité des points lumineux a fait chuter la puissance des points lumineux de 43%. (Source : ADEME, Alsace-la gestion de l’éclairage publique). L'effet rebond est saisissant : la baisse de consommation énergétique s'est accompagnée par une multiplication des points lumineux, et par conséquent par une augmentation de la facture énergétique!

En Allemagne, en 2000, la consommation était de 43 kWatt/an et habitant (Source : actu environnement.com 04/09/2009 - Quelles solutions pour réduire la facture énergétique de la pollution lumineuse).

Aussi, ces 2 pays voisins de même type d’économie ont une consommation énergétique variant du simple au double pour le même usage. Révélation parmi tant d’autre de l’irrationalité de la politique énergétique française, marquée depuis des décennies par un encouragement à consommer de l’électricité. (voir sur la surconsomation d'électicité : "Le chauffage électrique, une aberration énergétique".

6 Privilégier toujours l’éclairage naturel

« Rappelons, que rien n’égalera jamais un éclairage naturel : disposer de pièces toutes éclairées par la lumière naturelle en journée, sans recours à l’éclairage artificiel, est un objectif pas très difficile à atteindre et infiniment plus agréable. » (Citation et photo « L’habitat durable, construire et rénover écologique et économique », Didier Carbiener, Edisud, 2008, 2009).

Plan de cuisine, par une journée pluvieuse d’hiver, la lumière naturelle est néanmoins suffisante sans apport complémentaire.

Le même plan de cuisine au levé du jour au solstice d’hiver : dès l’aube, toute l’année, l’éclairage naturel est possible.

Chaque pièce, même les plus petites, WC, salle de bain, buanderie, dressing, devrait être dotée d’un éclairage naturel.

7 Combiner efficacité énergétique et rationalité d’usage

La technologie LED est susceptible de générer une diminution par 5 de la consommation électrique liée à l’éclairage artificiel, à besoin en lumen constant.

Mais si on prend en compte les excès d’éclairage qui marque la signature du développement du 20 IIème siècle, un très important gisement supplémentaire d’économie existe quant à un usage raisonné de l’éclairage :

Bannir l’éclairage artificiel de jour ; à l’examen la plupart des bâtiments recourant presque exclusivement à l’éclairage artificiel en plein jour, ne sont que le résultat d’une paresse de conception architecturale associée à une indifférence à la qualité de vie des humains travaillant dans ces bâtiments.

Limiter l’éclairage nocturne, tant en intensité qu’en durée, supprimer tous les éclairages inutiles et nuisibles tels que l’illumination tout azimut du moindre monument, même en pleine nature, correspond à autant de situation de retour à la « sagesse », après quelques décennies de déploiement insensé des points lumineux.

Nota : pollution visuelle nocturne

La pollution visuelle est une marque de la civilisation occidentalisée. Ces effets néfastes sont multiples, y compris sur la santé des humains dont le rythme biologique comme pour l'ensemble du vivant, est organisé depuis la nuit des temps selon un cycle jour/nuit. Pour plus d’infos, un bon article de synthèse de Grégoire Macqueron sur : blogalwarming.com/biodiversite/grenelle-environnement-pollution-lumineuse-en-pleine-lumiere/

Réduction d'un facteur pouvant aller jusqu'à 10 de la consommation électrique de l’éclairage

Dans le domaine de l’éclairage, le changement de civilisation ne se mesure pas en une division par 2 ou 4 de la consommation énergétique. La combinaison d’une réduction de consommation à la source de 5 X et d’un recours raisonné à l’éclairage artificiel entrainant une diminution de 2 X permettrait de diminuer la consommation énergétique de 10 X, soit de 90%.

Et ceci dans un délai très rapide, avec un investissement inéluctablement bien inférieur à celui qui consisterait à investir dans de nouvelles unités de production énergétique et avec un impact environnemental incomparablement plus réduit.

Produire, utiliser et recycler à 100 % et à l’infini des LBC est plus simple que de construire, surveiller, démanteler, reconstruire, gérer les déchets d’un réacteur nucléaire.

8 Besoins domestiques diviser au minimum par 5

Globalement, la consommation dévolue à l’éclairage d’une résidence est 300 % supérieure au Etats-Unis qu’en Europe. (Source :greenpeace.org/canada/fr/campagnes/climat-energie/solutions/efficacite-energetique).

Ceci illustre le phénoménal gaspillage énergétique lié à l’éclairage insensé.

En France, l’éclairage représente 14 % de la consommation électrique des foyers, hors chauffage, eau chaude sanitaire et cuisson, soit 6,44% de la consommation totale. (La France ayant la particularité contre performante d’user de l’énergie la plus couteuse pour produire de la chaleur, l’énergie électrique, pour les besoins de chauffage : le chauffage et l’eau chaude représentent à eux deux 46% de la consommation d’électricité des foyer.) (Source :.edf.com/html/panorama/conso/usages.html). Les secteurs résidentiels et tertiaires accaparent 65 % de la consommation d’électricité française, soit 284 milliard de kWh.

Pour en savoir plus, consulter aussi : "Le chauffage électrique, une abberation énergétique" et "L'actualité en image de janvier 2009"

Si on considère que l’éclairage représente 6,44% de cette consommation (en se référant au résidentiel), cela représente une consommation annuelle de 18,3 milliards de kWh, soit la production de 2, 5 réacteurs nucléaires. (En 2008, la moyenne de production annuelle d’un réacteur nucléaire était de 7,2 milliards de kWh. (Source : dossier de presse EDF juin 2009 -ameriquedunord.edf.com.)

Opter pour des LBC, privilégier l’éclairage naturel et être vigilant sur l’usage des luminaires permet de réduire la consommation entre 5 et 10 fois.

9 Eclairage public

Une expérience menée à Lille consistant à remplacer les luminaires existant par des luminaires basse consommation, des réducteurs de puissance, des luminaires à flux orienté vers l’espace à éclairer (et non pas dans toutes les direction, notamment le ciel !) a permis de réduire la consommation énergétique de 34,5 % avec l’objectif d’atteindre les 42% en 2012. (Source : actu environnement.com 04/09/2009 - quelles solutions pour réduire la facture énergétique de la pollution lumineuse).

Aussi, avec peu d’effort, l’éclairage public français est susceptible de rejoindre le niveau de consommation allemand inférieur de 50% par habitant (cf. point 5 ci-dessus).

L’éclairage public représente 48% de la consommation électrique de communes. La consommation totale d’électricité en France pour l’éclairage public est de 5 milliards de kWh. (Source : la gazette.fr des communes, des départements des régions – Eclairage public et mobilier urbain /28/04/08)

Diviser la facture d’éclairage publique par 4 c’est possible

Aussi, par exemple, la ville d’Illkirch de la Communauté urbaine de Strasbourg, 4 IIème ville du Bas-Rhin, 25 000 habitant s’est lancée depuis 2000 dans une action volontariste globale de développement durable. : Optimisation des transports, rationalisation des besoins énergétiques, développement des énergies renouvelables, économies d’énergies. (Source : écosystème n°3, octobre 2007, Illkirch, le poumon vert de l’agglomération strasbourgeoise, Isabelle Frimat).

Dans un bâtiment public, l’économie réelle mesurée après mise en place des différents dispositifs de maîtrise énergétique a été une réduction par 4 de la consommation électrique d’éclairage. Le temps de retour sur investissement est de 4 ans. (Source : Mairie d’Illkirch – Graffenstaden Synthèse négawatt, septembre 2009).

Demain, aujourd’hui en 2010, le recours aux technologies les plus performantes associé à un usage rationnel de l’éclairage permettra de diviser par 10 notre facture énergétique et de réduire de 4 réacteurs nucléaires notre production d’électricité.

8 Prix des Led : comparatif de prix par rapport aux LFC

A production d’énergie lumineuse équivalente, le prix d’une ampoule LED est 4 fois plus élevé que celui d’une LFC. Mais à l’usage, ce nouveau type d’éclairage permettra de réduire la facture achat - consommation électrique de 30%. En conclusion les LED permettent de diviser la consommation énergétique de 2, voire 3, fois par rapport aux LFC et de diminuer le budget éclairage de 33%.

Pour connaître les éléments de calcul de ce comparatif, cliquer ici.

Pour en savoir plus : L'habitat durable Construire ou rénover écologique et économique Didier Carbiener Edisud 2008,2009 - pour connaître le sommaire, cliquer ici

 
 
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