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

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 Principal Admis Exclus Véhicules lents Motorisé Cyclistes Piétons A2 > 60 12 situations

Classification des situations d’éclairage > 60 >30 ≤ 60

Classification des situations d’éclairage >5 ≤ 30 Vitesse de la marche à pied

EN 13 201-1 Paramètres spécifiques Références au trafic Influences liées à l’environnement Zones Géométrie de l’installation Écoulement trafic Véhicules / jour Trafic motorisé véhicules lents cyclistes piétons Stationnement Risques d’agression Complexité du champs visuel Niveau lumineux ambiant Routier – Rural – Urbain Conditions atmosphériques Séparation des voies Échangeurs – Intersections Zones de conflit

liées à l’environnement Paramètres spécifiques Zones Géométrie de l’installation Références au trafic 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 classes ME 1 à 6 CE 1 à 6 S 1 à 6 Performances photométriques spécifiques LM EM UO LL TI SR EMINI

Exigences d’éclairage suivant les classes Normes européennes d’éclairage public NF EN 13201-2 Exigences de performances Exigences d’éclairage suivant les classes Valeurs minimales à maintenir, éventuellement adaptables suivant l’heure L (cd.m2) luminances moyennes (ou éclairement) Uo (%) uniformité générale (L ou E) Ul (%) uniformité longitudinale (L) TI (%) éblouissement SR (%) éclairage des abords

Définition des classes d’éclairage

Exemple : Voie urbaine  B2  SITUATION D’ECLAIRAGE VITESSE 30 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 Tableau A.9 – Plages de classes d’éclairage recommandées Conditions atmosphériques principales Dispositifs ralentisseurs Densité d’intersections Intersections / km Difficulté de la tâche de navigation Écoulement de trafic de véhicules < 7 000 > 7 000  o  Sec Non < 3 Normale ME 5 ME 4b ME 3c Supérieure à la normale ≥ 3 ME 2 Oui Même 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. Tableau A.10 – Sélection recommandée dans la plage appropriée Zone de conflit Complexité du champ visuel Véhicule en stationnement Niveau lumineux ambiant Faible Moyen Élevé Écoulement de trafic de cyclistes Normal Non Normale  o Oui  Élevée

Tableau 1a – Classes d’éclairage ME Luminance de la chaussée d’une route sèche Éblouissement perturbateur Éclairage des abords L en cd/m2 (minimale maintenue) Uo (minimale) U1 TI en %n (maximal) SR2b (minimal) ME 1 2,0 0,4 0,7 10 0,5 ME 2 1,5 ME 3a 1,0 15 ME 3b 0,6 ME 3c ME 4a 0,75 ME 4b ME 5 0,35 ME 6 0,3 Aucune exigence Tableau 3 – Classes d’éclairage de niveau lumineux comparable 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 2 – Classes d’éclairage CE Classe Éclairement horizontal E en lx (minimal maintenu) Uo (minimal) CE 0 50 0,4 CE 1 30 CE 2 20 CE 3 15 CE 4 10 CE 5 7,5

Commentaires sur la norme EP Complexité et difficultés d’application Imprécisions en chaîne Difficile d’accès en utilisation peu fréquente Absence du facteur de maintenance

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

de la norme européenne de l’AFE 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 éclairement à maintenir Éclairement à la mise en service = facteur de maintenance

Le guide d’application de la norme européenne d’éclairage public Quelles voies à éclairer ? INTERURBAINES URBAINES RURALES

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

Les certificats d'économie d'énergie - Quelles solutions techniques Efficacité énergétique - Le poids de l’éclairage Source : EDF 2003 / 2004)

Eclairage Public Etat des lieux ! Les certificats d'économie d'énergie - Quelles solutions techniques Eclairage Public Etat des lieux ! Le parc 9 millions de points lumineux – 5,5 TWh – 155 W par point lumineux 3 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’éclairage Sous – éclairement, sur-éclairement ! Eblouissement, non uniformité ! Nuisances lumineuses ! La performance économique Budget insuffisant Coût d’exploitation et de maintenance élevé Difficultés de gestion

« ÉCLAIRER JUSTE » Pour assurer toutes les tâches visuelles indispensables Ne mettre que la lumière nécessaire – suffisante et la conserver 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 32

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) 33

La directive EuP en tertiaire Les exigences réglementaires Règlement européen n° 245 Lampes Dates prévues Tubes halophosphate 640 -> Bannissement 2010 Tubes T12 -> Bannissement 2012 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 2012 Nouvelle étude par la commission Européenne 2014 Test Sodium HP Pug-in / Retrofit ( subst. Fluo ballon) -> Bannissement 2015 Mercure HP (Fluo-ballon) -> Bannissement 2015 Iodure E27/E40 -> Bannissement des quartz E27/E40 2017 34

EFFICIENCE ENERGETIQUE PUISSANCE ELECTRIQUE (Watts) Éclairage public PUISSANCE ELECTRIQUE (Watts) E x S P = u x MF x fe u Facteur d’utilisation : démarche de projet d’éclairage MF Facteur de maintenance globale : choix lampe/luminaire et programme fe Efficacité lumineuse : choix de la lampe + auxiliaire

EFFICIENCE ENERGETIQUE Éclairage public – Lampes à décharge PUISSANCE ELECTRIQUE (Watts) E x S P = u x MF x fe E = R L Flux reçu (lm) Flux émis lampes (lm) u Facteur d’utilisation MF Facteur de maintenance globale (lampe x luminaire) fe Efficacité lumineuse (lm.W-1) (lampe + auxiliaire)

EFFICIENCE ENERGETIQUE Éclairage public – Luminaires LED PUISSANCE ELECTRIQUE (Watts) E x S P = U x MF x fe E = R L Flux reçu (lm) Flux sortant du luminaire (lm) U Utilance MF Facteur de maintenance globale (module LED x luminaire) fe 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 extérieur Remplacement des luminaires d’éclairage fonctionnel par des luminaires de haute performance énergétique et environnementale -57% éco énergie Existant – luminaire pour lampe Ballon fluo Luminaire EP fonctionnel 39

Eclairage extérieur Remplacement des luminaires d’éclairage extérieur d’ambiance par des luminaires de haute performance énergétique et environnementale - 60 % éco énergie Existant – luminaire Boule Luminaire éclairage extérieur ambiance 40

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 (SHP – iodure céramique – Cosmowhite) LED (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 et Éclairage public Qualité de vie  Sécurités des usagers  Mise en valeur du patrimoine Protection de  Efficacité énergétique l’environnement  Réduction des nuisances dues à la lumière Développement  Favoriser par la lumière Économique - secteurs des commerces - évènements urbains - tourisme - sports - artistiques Parité et égalité  Réhabilitation des quartiers sociale  Continuité des liaisons inter quartiers  Suppression des zones de « non droit » ECLAIRER JUSTE

« Éclairer JUSTE » Pour assurer toutes les tâches visuelles indispensables Ne mettre que la lumière nécessaire – suffisante et la conserver 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 maintenance 8 000 heures 12 000 heures Pollution forte IP 23 IP 55 IP 65 IP 66 - 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 0,73 0,84 0,30 0,62 0,78 Iodures céra. 0,35 0,51 0,55 0,63 0,20 0,39 0,42 0,53 Cosmo 0,72 0,26 0,49 0,66 Mercure 0,38 0,61 0,70 0,24 0,50 ≥ 0,7 Pollution faible ± 30 % ± 13 % ± 11 % ± 6 % ± 50 % ± 17 % ± 15 %

Influence de la périodicité de la maintenance Sur 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 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 maintenance Soit optimiser l’énergie consommée

Influence du degré de protection I.Pxx Sur 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 % 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 variation 3 667,25 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) Radio (émetteur – récepteur – portée) Ligne spécialisée (ligne téléphonique privée – Coût) 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 (SHP – iodure céramique – Cosmowhite) LED (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 : 1 Pe (W / lux.m-2 ) = u x MF x fe On obtient : Pe LED 1 ≤ ≤ 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

Efficacité énergétique Conclusions 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

potentiellement perdu UPF Efficacité énergétique Similitude d’objectifs Minimum de halo lumineux Flux maximum potentiellement perdu UPF Efficacité énergétique Watts / lux / m2 1 W = u.M.Fe ULOR DLOR UPF = 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 W est minimum lorsque : u max M max Fe max Développement Durable

Merci de votre attention