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29/11/2017 - LAURENCE BLONDEEL

SYSTEMES DE GESTION DE L'ECLAIRAGE:
ECONOMIES D'ENERGIE

gestion d'éclairage

Les systèmes de gestion de l'éclairage artificiel sont devenus un élément important des installations d'éclairage, dans le secteur résidentiel comme non résidentiel. Ils sont utilisés pour diverses raisons: pour améliorer le confort visuel et le confort d'utilisation, pour réaliser des économies d'énergie, pour limiter les pics de consommation d'électricité, pour des raisons esthétiques, ...

LES SYSTEMES DE GESTION, C'EST QUOI?

Un système de gestion de l'éclairage artificiel est un composant ou un ensemble de composants permettant de régler l'éclairage artificiel sur la base d'un ou plusieurs paramètres. Il consiste typiquement en trois types de composants, ayant chacun leur propre fonction. On distingue généralement les fonctions suivantes: l'observation
le traitement l'activation. Un système de gestion enregistre tout d'abord des informations de l'environnement. Dans le cas de réglages automatiques, l'observation est assurée à l'aide d'un ou plusieurs capteurs (ex. détection de mouvement ou de bruit, mesure de la quantité de lumière, détermination de l'heure). Dans le cas des systèmes de gestion manuels, il n'est pas question de capteurs mais l'utilisateur donne les ordres lui-même, par ex. via un commutateur ou un bouton-poussoir. Le régulateur interprète les informations de l'observation et les traite (éventuellement sur la base de paramètres préprogrammés) en un ordre définissant le nouvel état de l'éclairage artificiel. L'ordre peut par ex. être le réglage de l'intensité à un certain niveau ou l'activation ou la désactivation de l'éclairage. L'actionneur exécute, enfin, la tâche: il traduit l'ordre reçu en une action de la source lumineuse. Les actionneurs les plus connus sont le ballast (éclairage avec tubes fluorescents) ou le driver (éclairage LED) de l'appareil d'éclairage. Dans le cas des systèmes manuels comme automatiques, les différents composants peuvent être séparés comme rassemblés dans un même appareil.

CLASSIFICATION DES SYSTEMES DE GESTION D'ECLAIRAGE

La plupart des systèmes de gestion d'éclairage sont installés pour améliorer le confort de l'utilisateur (visuel ou confort d'utilisation) et/ou pour réaliser des économies d'énergie. On trouve sur le marché différents types de systèmes de gestion. Pour s'y retrouver dans l'offre étendue, les systèmes de gestion peuvent être classifiés sur la base de leurs propriétés. On peut par ex. faire une distinction en fonction de l'action exécutée: un système de gestion peut faire en sorte qu'une source lumineuse soit activée ou désactivée ou peut modifier le flux lumineux. Avec l'arrivée de la technologie LED, de plus en plus de systèmes permettent aussi de modifier la température de couleur de l'éclairage artificiel. Dans ce contexte, on utilise souvent le terme 'tunable white'. Le but peut par ex. être de jouer sur l'ambiance créée par l'éclairage ou d'imiter avec l'éclairage artificiel l'effet de la lumière du jour. Outre une identification de l'action exécutée, la classification peut aussi être basée sur la manière dont l'observation est assurée. C'est cette dernière classification que nous allons aborder. Comme nous l'avons déjà mentionné, l'observation peut se faire à l'aide d'un capteur (systèmes de gestion automatiques) ou via une entrée par l'utilisateur (systèmes de gestion manuels).

SYSTEMES DE GESTION MANUELS

Gestion manuelsCes systèmes dépendent d'une action et donc d'un souhait de l'utilisateur. Les composants typiques utilisés ici sont un commutateur, un bouton-poussoir ou un bouton rotatif et une télécommande. Avec l'intégration fulgurante des smart devices (smartphones, tablettes,…) dans le quotidien, ces appareils sont aussi de plus en plus utilisés pour le réglage manuel de l'éclairage artificiel. Un réglage manuel peut se faire à différents niveaux. L'éclairage est généralement réglé par pièce mais il peut également s'avérer utile de diviser une pièce en différentes zones pour permettre ainsi à l'utilisateur de n'allumer l'éclairage artificiel que dans la zone où il a vraiment besoin de lumière (par ex. selon l'occupation, selon l'apport de lumière naturelle, …). Gardez toujours bien ce principe en tête: plus le système est facile à comprendre et à utiliser, plus les utilisateurs l'exploiteront efficacement.

SYSTEMES DE GESTION AUTOMATIQUES

Contrairement aux systèmes manuels, le fonctionnement d'un système de gestion d'éclairage automatique ne dépend pas, ou quasiment pas, du souhait du moment de l'utilisateur. Le système fonctionne, en effet, tout seul, selon la manière dont il a été réglé à l'installation. Les systèmes de gestion automatiques sont donc idéaux si le but est d'économiser de l'énergie, à condition d'être installés et réglés correctement. La capacité d'observation d'un système de gestion automatique repose généralement sur un ou plusieurs des trois principes suivants: compteur de temps, détection de présence ou de lumière. Le capteur observe la grandeur physique et la convertit (éventuellement sur la base de paramètres pré-programmés) en un signal utilisable pour le traitement dans le système de gestion.

Sur la base de l'heure

Nous entendons par là les systèmes à commande par horloge, allumant ou éteignant la lumière à certaines heures. Ici, on distingue deux types:

  • Systèmes à mesure absolue du temps: ces systèmes sont comparables à une horloge typique. Ils donnent l'heure pour un certain fuseau horaire, par ex. 18h15. Ils peuvent exécuter une action à certaines heures programmées. Il peut s'agir de réguler l'intensité de l'éclairage mais en général, ces systèmes sont utilisés pour allumer ou éteindre l'éclairage. Il existe des systèmes analogiques comme numériques. Ils peuvent fonctionner sur la base d'un programme journalier, hebdomadaire ou annuel (avec ou sans réglage astronomique). Comme ces systèmes fonctionnent avec des heures fixes, ils conviennent surtout pour les bâtiments avec un schéma d'occupation prévisible, comme les immeubles de bureaux mais par ex. également les call centers, les magasins et les musées.
  • Systèmes à mesure relative du temps: ici, on peut faire la comparaison avec un chronomètre. Les systèmes peuvent, en effet, exécuter une certaine action après une certaine période, en comptant à partir de zéro, généralement en secondes. Il s'agit la plupart du temps d'éteindre l'éclairage. L'application 'pure' la plus classique de ce type de système se situe dans les minuteries de cage d'escalier. Comme le nom l'indique, les minuteries de cage d'escalier sont des commutateurs souvent utilisés dans des endroits où il y a des escaliers (par ex. dans les zones communes des immeubles d'appartements ou dans les cages d'escalier des bâtiments publics). Mais en fait, elles peuvent être utilisées pour chaque endroit où on reste typiquement peu de temps et où on veut éviter que l'éclairage reste allumé plus longtemps que nécessaire, comme les couloirs, les débarras, les halls d'entrée,… Le fonctionnement des minuteries de cage d'escalier est généralement très simple. Elles se trouvent souvent dans l'armoire de commande et sont commandées à l'aide d'un ou plusieurs boutons-poussoirs placés dans l'espace géré. Outre dans les minuteries de cage d'escalier, le principe de temporisation est aussi souvent appliqué en combinaison avec des détecteurs de présence/d'absence (voir plus loin).

Sur la base de la présence

Alors que dans le cas des commandes par horloge, le réglage est basé sur la présence attendue de personnes dans la pièce, ces systèmes règlent l'éclairage automatiquement en fonction de la présence réelle: un capteur détecte s'il y a une activité humaine (mouvement ou bruit) et le contrôleur décide sur la base de ces informations si l'état de l'éclairage artificiel doit être adapté. Pour les applications intérieures, on fait la distinction entre deux stratégies de gestion: la détection de présence et d'absence. Dans un cas comme dans l'autre, l'éclairage se coupe automatiquement lorsque le capteur n'a plus observé d'activité humaine pendant une durée programmée (temporisation). La différence entre les deux stratégies réside dans l'allumage de l'éclairage. Dans le cas de la détection de présence, l'éclairage s'allume automatiquement dès qu'une présence est détectée tandis que dans le cas de la détection d'absence, il doit toujours être allumé manuellement. Le choix de la stratégie de gestion dépend des priorités de l'utilisateur. D'un point de vue énergétique, la détection d'absence est toujours la plus intéressante: l'éclairage n'est allumé que lorsque l'utilisateur le juge réellement nécessaire. La plupart des produits pour la détection de présence/d'absence disponibles aujourd'hui sur le marché fonctionnent selon la technologie PIR. La détection PIR utilise des capteurs de mouvement surtout sensibles au rayonnement avec une longueur d'onde d'env. 10 μm, la longueur d'onde de crête du rayonnement infrarouge (chaleur) émis par le corps humain. Vu que le rayonnement infrarouge est absorbé par la plupart des matériaux (même par le verre), les capteurs PIR ont, contrairement à certaines autres technologies, toujours besoin d'une vue directe pour pouvoir l'observer. Pour les applications extérieures, on utilise généralement une variante, le détecteur de mouvement. Les détecteurs de mouvement allument l'éclairage pendant un certain temps lorsque du mouvement est détecté, généralement pour des raisons de sécurité ou de surveillance. Ils peuvent aussi parfois être utiles pour des applications intérieures, par ex. dans les parkings et les cages d'escalier.

Sur la base de la lumière

Les capteurs de lumière détectent un flux lumineux. Ils observent autrement dit la quantité de lumière entrant. Sur la base de cette observation, l'éclairage artificiel peut être adapté. Pour l'éclairage intérieur, les détecteurs de lumière trouvent typiquement leur application dans les systèmes de gestion basés sur l'apport de lumière naturel. Ici, le flux lumineux des appareils d'éclairage est régulé automatiquement et en continu (avec ou sans temporisation) en fonction de la quantité de lumière du jour disponible. Il existe des systèmes de gestion basés sur l'éclairage naturel commutant d'une part et graduables d'autre part. Ces derniers sont préférables vu qu'ils garantissent de meilleurs résultats aussi bien en termes de confort qu'en termes de performance énergétiques par rapport à des systèmes allumant et éteignant l'éclairage. Les systèmes de gestion graduables basé sur l'apport d'éclairage naturel évitent que plus d'énergie que nécessaire soit consommée, sans que le confort visuel de l'utilisateur en pâtisse. Afin de garantir le bon fonctionnement du système, une installation correcte et un réglage précis sont essentiels. En considérant la stratégie de gestion et l'observation réalisée par le capteur, une distinction peut être faite entre les systèmes open loop et closed loop. Les systèmes open loop régulent l'éclairage artificiel sur la base d'une mesure de la lumière naturelle seule. Le détecteur d'un système open loop est habituellement dirigé vers l'extérieur. Les systèmes closed loop sont dirigés vers le plan de travail horizontal (le bureau): outre l'éclairage naturel, ils 'voient' aussi l'éclairage artificiel, qu'ils ajustent. En dehors des systèmes de gestion basés sur l'éclairage naturel, les détecteurs de lumière sont aussi utilisés dans les commutateurs crépusculaires. Un commutateur crépusculaire allume automatiquement l'éclairage lorsque le détecteur détecte trop peu de lumière. Il est utilisé dans des environnements extérieurs et allume donc l'éclairage automatiquement quand il commence à faire trop sombre. Une variante combine le détecteur de lumière et un détecteur de mouvement qui enregistre la présence. Lorsqu'une activité humaine est observée, le détecteur n'allume l'éclairage artificiel automatiquement que s'il fait trop sombre dans la pièce selon le détecteur de lumière. Deux technologies sont principalement utilisées dans les détecteurs de lumière disponibles aujourd'hui sur le marché. Il y a d'une part les photodiodes. Il s'agit en fait de petites cellules solaires, convertissant la lumière entrant en un (faible) courant électrique, qui est alors interprété par le contrôleur. Il y a d'autre part les photorésistances, dont la résistance varie en fonction du flux lumineux entrant: plus il y a de lumière entrant, plus la résistance est faible.

HORLOGES DCF ET SYSTÈMES À HORLOGEASTRONOMIQUE

Les horloges DCF contiennent un récepteur capable de traiter le signal de DCF77 (D = Allemagne; C = signal en grandes ondes; F = Francfort; 77 = fréquence: 77,5 kHz). DCF77 est un émetteur allemand envoyant un signal temporel, dérivé de quelques horloges atomiques, permettant une synchronisation très précise du récepteur. Les horloges astronomiques peuvent être considérées comme un cas à part car elles ne commutent pas à une heure fixe. Au niveau interne, elles fonctionnent comme des horloges (DCF) ordinaires mais elles connaissent, en outre, le décalage temporel du lever et du coucher du soleil en fonction de la latitude. En combinant ces choses, les moments de commutation sont adaptés à la période de l'année et le système ne fait fonctionner l'éclairage qu'en cas d'obscurité. Dans certaines circonstances, ce système peut être préférable à un commutateur crépusculaire classique (voir plus loin). Contrairement à ce dernier, le système ne connaît toutefois pas les conditions de lumière du jour réelles et il vaut souvent mieux, lorsque la visibilité et la sécurité sont importantes (ex. parkings), opter tout de même pour un commutateur crépusculaire classique.