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Performance de l’éclairage artificiel dans les bâtiments tertiaires

Par Jean-Pascal ROCHE - ingénieur énergéticien spécialisé dans les concepts de Haute Qualité Environnementale HQE®

Les récentes évolutions de la réglementation thermique ont conduit les acteurs de la construction à améliorer l'enveloppe des bâtiments et rechercher l'efficacité des systèmes techniques de chauffage et ventilation.
Les autres usages électriques, l'éclairage en premier lieu, apparaissent aujourd'hui comme les principaux gisements d'économie d'énergie en vue de la construction de bâtiments performants. Leur diminution conduira aussi à réduire la part croissante des apports de chaleur internes liés à l'éclairage dans les bâtiments BBC, en raison de la performance de l'isolation et des protections solaires.

Consommation conventionnelle RT en énergie primaire

Consommation conventionnelle RT en énergie primaire pour un bâtiment de bureaux (Total : 57,48 kWh / m² SHON)

L’objectif d’ « éclairer juste » pour maintenir le confort visuel des usagers tout en bridant la consommation électrique de ce poste doit être intégré au processus de construction dès la conception puis évalué lors des premières années d’exploitation du bâtiment.

Sur le plan énergétique, les points-clés de cette démarche sont :

  • le dimensionnement
  • la performance des appareils
  • les systèmes de gestion d’éclairage
  • le réglage des composants

1°/ Dimensionnement

La première étape consiste à créer les conditions favorables au confort visuel de l’utilisateur permettant de limiter son recours à l’éclairage artificiel. Notamment :

  • favoriser les apports en éclairage naturel
  • choisir si possible des teintes claires et textures peu absorbantes pour les parois et plafonds des locaux concernés
  • privilégier l’éclairage direct

Avant le choix des systèmes d’éclairage, il convient de (re)définir les besoins réels des utilisateurs, en particulier les deux points suivants qui permettront de diminuer la puissance installée :

- le niveau d’éclairement en évitant la tendance naturelle à sur-éclairer les locaux
- l’uniformité en veillant toutefois à préserver le confort visuel des utilisateurs

Enfin, lorsque les locaux accueillent différents types d’activités (ex. bureaux paysagers) ou locaux à occupation intermittente, l’éclairage artificiel doit être conçu en adoptant le principe de « lumière choisie » par l’utilisateur en :

  • définissant les circuits de commande par usage et tâche réalisée au poste de travail
  • laissant la possibilité de régler le niveau d’éclairement
  • limitant le temps de fonctionnement aux seuls moments où le poste de travail est occupé ET l’éclairage ambiant insuffisant

2°/ Performances des appareils d’éclairage

L’efficacité des appareils d’éclairage est qualifiée par la performance de chacun de ses composants :

  • l’efficacité lumineuse des sources (voir tableau ci-dessous).
  • le rendement des accessoires optiques : suivant la qualité des matériaux du réflecteur et la présence ou non de verre diffuseur, le gain de rendement sur ce poste peut atteindre 30%.
  • le choix des auxiliaires d’alimentation, notamment les ballasts des lampes fluocompactes et tubes fluorescents. Les ballasts électroniques (BE), outre la prolongation de la durée de vie des lampes d’environ 30% par rapport aux ballasts ferromagnétiques (BF), se caractérisent par une autoconsommation moindre que ces derniers (pour un tube fluorescent 36W, le modèle ferromagnétique consomme +5W contre +2W pour le modèle électronique à cathode chaude)
  • le choix des auxiliaires de commande (détecteur de présence, cellule photoélectrique…) en raison de leur autoconsommation en veille

Nature de la source

Efficacité lumineuse (lm/W)

Lampe halogène TBT

30-40

Lampe fluocompacte

45-75

LED

50-70

Tube fluorescent T8

60-80

Tube fluorescent T5

75-105



Efficacité lumineuse des principales sources

Comparaison de deux configurations pour l’éclairage d’un bureau individuel

Afin d’illustrer l’influence des paramètres mentionnés dans les deux premiers paragraphes, voici l’incidence énergétique de deux solutions d’éclairage pour un même bureau individuel de 12m² (h=2,50m).

Caractéristiques techniques

Solution 1
standard

Solution 2
optimisée

Luminaires utilisés

3 plafonniers comptant
4 tubes de 18W standards

2 plafonniers comptant
3 tubes de 14W

Rendement des optiques

70%

85%

Efficacité lumineuse des sources

73 lm/W

85 lm/W

Puissance installée

22 W/m²

8,3 W/m²

Niveau d’éclairement obtenu

400 lux
sur l’ensemble du local

300 lux
sur le plan de travail

Pour l’exécution de tâches d’écriture et de bureautique courantes,  un niveau d’éclairement de 300 lux sur le plan de travail a été jugé suffisant après concertation avec l’utilisateur. L’optimisation du rendement des sources et optiques des luminaires permet de diminuer par 2 la puissance totale installée par rapport à une solution d’éclairage standard.

Récapitulatif des puissances d’éclairage installées optimisées, par type de local

Type de local

Puissance d’éclairage installée
y compris ballasts (W/m²)

Bureau individuel

8

Bureau paysager

7

Salle de réunion, salle commune

9-10

Circulation horizontale

7

Dépôt, archives, sanitaires

5

3°/ Systèmes de gestion d’éclairage

En complément de l’optimisation des appareils d’éclairage, qui a permis de diminuer l’énergie absorbée en réduisant la puissance installée, le recours à des systèmes de gestion d’éclairage limitera la consommation en jouant sur les facteurs suivants :

  • la présence des utilisateurs dans le local éclairé
  • la luminosité ambiante, et notamment les apports en éclairage naturel

Pour une puissance d’éclairage installée de 8 W/m² dans un bâtiment tertiaire, les économies attendues pour les solutions les plus courantes (simulation moteur de calcul  RT 2005) sont :

Système de gestion

Energie consommée
(kWh EP/m² SHON)

Commande manuelle par interrupteur

22,7

Commande manuelle par interrupteur + horloge

20,7

Détection de présence + interrupteur de coupure

18,5

Gradation automatique de flux par cellule photoélectrique

16,1

Détection de présence + Gradation automatique de flux

13,6


Nota : pour les systèmes utilisant la gradation automatique de flux, les ballasts numériques dimmables, permettant une variation de puissance lumineuse de 1 à 100%, seront préférés aux ballasts analogiques 1-10V dont la plage est réduite à 5-100%.

Personnalisation des automatismes

Pour assurer la pérennité de ces systèmes, le concepteur veillera à maintenir une certaine ergonomie en :
-     définissant les circuits de commande suivant la position des postes de travail et en valorisant l’éclairage naturel par distinction des zones premier jour / second jour.
-     laissant à l’utilisateur des possibilités de dérogation au fonctionnement automatique en installant des commandes de dérogation (interrupteur de forçage à l’extinction dans le cas de la détection de présence ; variateur manuel à consigne temporisée pour la gradation automatique de flux).

Configuration optimisée pour un bureau individuel

La solution utilise deux luminaires 3x14W haut rendement associés à un système de détection de présence+ gradation automatique de flux suivant 2 zones (premier jour / second jour) + commande manuelle de dérogation.

Eclairage d'un bureau individuel

4°/ Mise en service et suivi

La mise en service est une étape essentielle pour garantir l’efficacité des systèmes de gestion. Le maître d’œuvre et l’installateur doivent veiller au juste paramétrage des consignes, notamment :

  • la temporisation des détecteurs de présence (5 à 10 minutes en bureaux)
  • les zones de détection par un judicieux positionnement des capteurs (éviter la détection des passages dans les circulations attenantes)
  • le niveau d’éclairement à maintenir pour les systèmes à gradation en effectuant des relevés dans les situations avec et sans apports en éclairage naturel

Les futurs utilisateurs seront associés à cette démarche dans le but de leur exposer la logique adoptée et présenter les paramètres réglables. Cette concertation permettra d’éviter les incompréhensions conduisant parfois les occupants à modifier les consignes prévues lors de l’installation, impliquant des dérives de consommation par allumage intempestif de l’éclairage.

Cette coopération sera poursuivie lors des premières années d’exploitation dans le but de mesurer la consommation réelle de ce poste (au moyen des compteurs spécifiques à cet usage prévus par la réglementation thermique) et déceler d’éventuels dysfonctionnements.

Postes non comptabilisés dans le calcul RT2005

L’évaluation de la performance énergétique des bâtiments se concentre habituellement sur l’éclairage fonctionnel tel qu’il est exposé ci-dessus. Il convient de l’étendre également aux postes non comptabilisés par la RT2005, en particulier :

  • l’éclairage de sécurité, qui se caractérise par de faibles puissances installées mais un fonctionnement permanent, et dont la consommation énergétique peut s’avérer du même ordre de grandeur que l’éclairage fonctionnel. Le principal paramètre à améliorer est la puissance nominale des luminaires concernés (ex. blocs autonomes de puissance unitaire en veille < 1W)
  • l’éclairage extérieur, l’éclairage des zones de stationnement. Une solution performante s’appuiera sur l’emploi de sources et optiques haute efficacité, des flux lumineux dirigés vers les seules zones nécessitant une mise en lumière et une commande gérée par horloge et capteur crépusculaire
  • l’éclairage de mise en valeur d’objets

5°/ En résumé

L’éclairage artificiel est aujourd’hui un axe majeur de maîtrise des consommations d’énergie. Son optimisation est indispensable d’une part pour atteindre des niveaux BBC ou BEPOS ; d’autre part pour réduire les besoins en électricité de nos bâtiments et limiter notre dépendance énergétique.

Aujourd’hui, des solutions éprouvées existent et continuent de progresser. Cette optimisation est donc possible sur tous les projets en veillant à :

- respecter les règles d’éclairagisme pour assurer un confort optimum aux occupants

- adapter les installations aux besoins réels des usagers en les impliquant chaque fois que possible dans les choix techniques et fonctionnels, pour assurer l’appropriation des systèmes d’éclairage par ces derniers.

Jean-Pascal ROCHE du BET ADRET
J.P. ROCHE est ingénieur énergéticien spécialisé dans les concepts HQE®. Il intervient sur le territoire national dans les programmes tertiaire et résidentiel en assistance à Maîtrise d'Ouvrage et maîtrise d'œuvre. www.adret.net

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