Éclairage PUBLIC économiqeclairage6ue et écologique

1      L'éclairage public
2      Les principes de base
2.1       Les lampes d'éclairage
2.2       Les variations de puissance
2.3       Le simple transformateur
2.4       Le principe à transformateur d'intensité
2.5       Les principes électroniques
2.6       Les cosinus Phi et les harmoniques comparés
3      Les améliorations
3.1       Levers et couchers du soleil
3.2       Détection des incidents
3.3       Allumages spécifiques et de contrôle
4      Temps de retour d'investissement
5      Conclusions

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 Avant propos

 J'ai distribué il y a de nombreuses années, divers produits pour réseaux électriques et pour l'éclairage public, dont des variateurs de tension que j'ai considéré comme très ingénieux.

Ces produits essentiellement électrotechniques (Transformateurs) sont fiables et permettent une réduction très sensible de la consommation d'énergie "aux heures avancées" de la nuit, lorsqu'il n'y a plus que les "fêtards" qui sont dehors…(Je vais me faire des amis !!!)

Je viens de faire un rapide tour du sujet et je vois qu'aujourd'hui les candélabres (lampadaires), peuvent aussi donner leur état ainsi que "l'âge du capitaine…" et sont commandés par de l'électronique, ce qui ne me semble pas anormal du tout, au vu de l'évolution des techniques. Mais... !

C'est bien le progrès, mais en tant qu'électronicien de métier initial, je reste très prudent sur la fiabilité au niveau des commandes électroniques de puissance sur le secteur alternatif.
Si la foudre tombe, la note de maintenance sera en général assez salée.

Alors dans cette application je pense que les bons vieux systèmes électrotechniques sont plus fiables, car moins sensibles aux perturbations et accidents des réseaux électriques, tout autant qu'à l'élévation de température.

Pour confirmer ce que je dis, je crois que le fournisseur principal d'électricité en France a prouvé que les installations électrotechniques (Transformateurs principalement) sont fiables, et le nombre de ces éléments qui ont des problèmes reste faible.

 Je ne pense pas que l'on puisse en dire autant des thyristors, triacs et autres composants d'électroniques de puissance qui restent très sensibles au niveau des transitoires énergétiques. (Pannes des trains de dernière génération par exemple)
Simplement pour imager cela, je crois qu'il faut souligner que ces composants reposent sur le principe d'avalanche et tout le monde sait qu'une avalanche est quelque chose de difficilement maîtrisable et qui peut causer la désolation... Il y a un peu cette idée de maîtrise difficile dans ces composants, et je n'en suis pas un fervent adepte. C'est dit !

(D'une façon générale, je pense que l'on va beaucoup trop vite vers des solutions qui n'ont pas fait leurs preuves d'endurance en conditions extrêmes et pour lesquelles plus personne de normalement qualifié ne peut intervenir sans tout changer pour des sommes faramineuses. Ce point est à mon sens le mal du siècle et une profonde incitation au gâchis de matières premières).

 Je n'ai plus retrouvé cette société en France et j'ai perdu le contact des responsables de ces produits, mais je pense qu'il y a d'autres fabricants à l'étranger. Je regrette qu'il n'y ait plus rien en France (À ma connaissance du moins ?), mais comme les choses reculent en ce moment, cela ne m'étonne pas outre mesure.

Si une société Française veut se lancer dans le secteur (C'est le cas de le dire !) je pense que c'est une voie écologique à explorer sérieusement en y adjoignant une toute petite pincée d'électronique faible puissance de commande et/ou de surveillance au besoin, mais sans aucune partie électronique de puissance.

Pourquoi écologique ? Simplement parce que ce système est fait pour diminuer la puissance de l'éclairage lorsque la plus grande partie des habitants est rentrée à la maison. La consommation électrique (En KWH) en sera d'autant réduite et la planète s'en portera mieux, mais votre porte monnaie aussi, car n'oubliez pas que vous payez l'éclairage public dans vos impôts locaux…!

"Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme"

 Alors Messieurs les Directeurs Services Techniques des grandes agglomérations, mais vous aussi Mesdames et Messieurs les Maires des petites Communes faites nous plaisir en faisant réaliser un éclairage public intelligent mais coûtant un peu moins cher dans nos impôts (partie communale, voire aussi départementale pour les voies à grande circulation ?).

Non seulement nous vous en serions reconnaissants, mais en plus vous feriez une action écologique utile et durable en évitant de nouvelles centrales nucléaires, paroxysme d'une confiance aveugle en la technique et en la certitude de dominer les éléments... (J'espère ne pas connaître le futur FUKUSHIMA Français, car je ne suis pas très loin de FESSENHEIM...).

 Si vous pensez autrement, il faut recentrer la vocation initiale de l'éclairage public :
Permettre de se situer et de se déplacer sans se buter sur les obstacles et d'être en sécurité en voyant d'éventuels "brigands" s'approcher comme dans les temps moyenâgeux (Qui ne sont pas très différents d'ailleurs), mais c'est aussi pouvoir se déplacer en véhicule disposant déjà obligatoirement de son propre éclairage (Double fonction ?).

La sécurité n'est pas plus assurée à 5 lux qu'à 50, et lorsque la pleine lune est présente, celle-ci est suffisante pour voir et se déplacer  à pied sans problèmes.
(L'Europe a certainement mis aussi son grain de sel dans les normes et il faut regarder la législation en la matière pour être certain d'être dans la légalité".

Que dire des candélabres de routes ou périphériques qui "brûlent" toute la nuit pour "10 voitures" dont les phares sont largement suffisants…Je dirai que c'est tout de même luxueux en période de disette. Le risque d'accident est faible surtout la nuit en période creuse avec les phares qui attirent nécessairement l'attention.

Pour situer l'impact énergétique de l'éclairage public en France, j'ai lu dans plusieurs sites que cela représente la valeur de production d'énergie d'une centrale nucléaire ! (pour la totalité des communes).

1                     L'éclairage public

L'éclairage public sécurise nos pas dans la nuit, et est un élément presque incontournable, même dans les communes les plus reculées. C'est une nécessité qui existe depuis la nuit des temps car l'homme a toujours voulu voir clair dans la nuit.

Ce petit luxe coûte tout de même assez cher, et en période de récession je pense que ce genre de réflexion sur le fond est utile d'être examiné.

Tout le monde y trouvera son compte, la commune, qui une fois l'amortissement réalisé (voir ci-après) fera des économies de consommation d'énergie, et le contribuable qui devrait voir (Seulement après l'amortissement) la note des impôts locaux diminuer (En théorie….!)

Je précise tout de suite qu'outre l'aspect technique et écologique, cet article est aussi une incitation pour que les impôts baissent, et que l'on ne profite PAS de la diminution de ces dépenses pour basculer l'équivalent sur d'autres postes…! Merci d'avance d'être financièrement honnête !

2                     Les principes de base


2.1
   Les lampes d'éclairage

Je ne vais pas m'étendre sur ce sujet car je ne le maîtrise pas, mais je sais seulement que ces lampes puissantes sont délicates et nécessitent une tension assez stable mais pouvant varier sans à-coups.
En d'autres termes pas de pics de tension ou d'allumages/extinctions à répétition et surtout lorsque la lampe est encore chaude.

Il y a différentes variétés de lampes ayant diverses propriétés, de consommation, de longévité, de longueur d'onde et de rendu des couleurs.

Toutes ces lampes sont potentiellement adaptables au principe qui sera décrit.

Dans ce paragraphe je veux aussi parler du procédé le plus simple et le plus binaire, qui est d'allumer à partir d'une certaine heure, un candélabre sur 2 (voire sur 3).
Seulement pour cela il faut que l'installation ait été prévue et que chaque candélabre consécutif soit sur une phase différente, et/ou que les fils d'alimentation aient été tirés au moment des fouilles.

Cette version binaire ou ternaire d'économies peut provoquer des remous dans une commune, car tout le monde ne comprend pas cette nécessité d'économiser l'énergie... Surtout quand un candélabre devant chez soi subit la restriction !
(Les textes Européens n'autorisent d'ailleurs peut-être pas cette possibilité ?).
Pourtant cela a été appliqué dans ma rue en 1974 sans protestations. (1 point sur 2 supprimé définitivement pour cause de condition de reprise d'un lotissement privé ! et je suis toujours en vie...)

2.2   Les variations de puissance

On verra ci-après qu'en général on peut survolter légèrement les lampes d'environ 10%, mais que l'objet de l'article réclame sur le fond même de pouvoir surtout diminuer jusqu'à 30% environ.

Pourquoi survolter ? Simplement parce que dans certaines occasions (Pour les matches officiels dans les stades ou salles de sport par exemple), des valeurs d'éclairement réglementaires sont requises.

Je suppose qu'il est plus facile de survolter les lampes pour obtenir les LUX nécessaires, que de faire installer des éclairages de puissance supérieure ou d'augmenter les points lumineux simplement pour une question d'investissement initial, car le temps imparti aux compétitions reste faible par rapport au temps des entraînements.
Cette possibilité est aussi utile en cas de tension réseau faible ou en limite basse.

D'une façon générale, en éclairage public de rues, il s'agit seulement de pouvoir baisser le niveau d'éclairement et donc de puissance entraînant la réduction de consommation. (Au pire, pour le cas de l'éclairage des rues, il ne serait pas nécessaire de pouvoir survolter, et ce serait peut-être une petite économie de conception du produit)

2.3   Le simple transformateur

(Transformateur ou autotransformateur) C'est une possibilité, mais qui n'est que rarement appliquée, car les pertes ne sont pas négligeables. En effet toute la puissance est convertie par le transformateur, et les pertes (Joule et Fer) sont donc en conséquence.

Le prix est lui aussi rédhibitoire, car qui dit puissance, dit masse importante de fer, mais surtout de cuivre et en conséquence un poids important. (Ne pas oublier que le cuivre est un des métaux très convoité aujourd'hui et donc très cher).

Le principe est de pouvoir faire varier la tension de sortie par des prises intermédiaires, ou progressivement par des transformateurs variables (Jamais utilisés car beaucoup trop chers en forte puissance)

2.4   Le principe à transformateur d'ineclairage4tensité

C'est ce procédé original vraisemblablement breveté (?), mais très astucieux que je retiens.
En effet la masse métallique (fer et cuivre) de ce transformateur ne correspond pas à la puissance totale, mais seulement à l'écart de puissance souhaité.

De mémoire cet écart était de l'ordre de -30% à +10%.

Ce transformateur d'intensité en série dans le circuit possède un deuxième enroulement (Appelons le secondaire) qui sert d'enroulement de commande. Une tension (Courant) secondaire en opposition au courant circulant au primaire fera donc baisser la tension effective sur la charge et réciproquement pour une tension en phase.

Cette tension est obtenue par un autotransformateur à prises ou variable, qui permettra d'être en phase avec le primaire ou au contraire en opposition.

C'est très simple et ça fonctionneclairage5e ! Mais cela peut encore être amplifié si on place cet autotransformateur après le transformateur d'intensité.

Je pense que cet emplacement après le transformateur d'intensité est également utile si il y a des points d'éclairage qui deviennent hors service, et que le courant initial a diminué. Cela peut assurer une certaine régulation ?

La simplicité est de fait. On remarquera seulement que la prise fixe n'est pas située à la moitié de l'enroulement mais déportée du côté mise en phase puisque le but principal est d'abaisser la tension et de régler au plus fin la partie réduction de tension…

Question fiabilité je pense que les transformateurs sont des machines statiques électrotechniques particulièrement fiables et qui sont en mesure d'accepter des surcharges importantes sans détérioration.

Naturellement ce procédé peut parfaitement fonctionner en triphasé, mais l'explication reste plus simple en monophasé. Pour les petites communes (Avec le 5ème  fil) ce seront souvent des modèles monophasés.)

2.5   Les principes électroniques

Je ne les connais pas spécifiquement, mais on peut facilement imaginer une modulation en largeur d'impulsions (MLI) ou directement une alimentation à découpage sur chaque point lumineux. Je ne connais pas ce qui est véritablement opérationnel, aussi je m'arrêterai là.

D'une façon générale l'électronique de puissance reste certainement très présente dans les candélabres intelligents et j'ai déjà dit ma façon de penser sur ce sujet.

Pourquoi faire si compliqué alors que la simplicité est de mise ? Nous parlerons des possibilités nouvelles offertes par ce principe au paragraphe améliorations…

Dans ces dispositifs j'ai en mémoire, des candélabres ayant un détecteur de présence et s'allumant dans le cas d'une présence, mais passé une certaine heure seulement.
Certes c'est bien en théorie, mais le risque est dans les allumages/extinctions répétés, et c'est peut-être la note de remplacement des lampes qui va s'alourdir...

On peut ajouter dans ces principes les appareils auto-alimentés par cellules PV et/ou par une éolienne, mais le sujet est alors totalement différent. 

2.6   Les cosinus Phi et les harmoniques comparés

Pas de mystère, les transformateurs (en charge) ont un cosinus phi pas si mauvais que cela, par opposition à toute la "mamaille" électronique de découpage qui donne en général de mauvais cosinus phi et surtout des harmoniques.

Notons que les cosinus phi sont aussi le résultat des types de lampes utilisés tout autant que les procédés.

Au niveau harmoniques la comparaison serait (À vérifier au réel dans l'application) en faveur de la solution avec transformateur, car ces harmoniques restent faibles avec une majorité d'harmoniques impairs et qui décroissent eclairage2très rapidement.

(A titre d'indication voici deux graphiques des harmoniques de courant et du PF (Power Factor) pour deux appareils différents indiqués en dessous)

Ce ne sera pas le cas avec les solutions MLI ou découpage qui génèrent beaucoup d'harmoniques jusqu'à des rangs très élevés (Mesurables jusqu'à l'harmonique 31 dans le 2ème  exemple).

Naturellement les cosinus phi doivent être compensés par l'adjonction de condensateurs (au point de génération).
On parle aussi de facteur de puissance (Ou de PF) dans les tableaux ci-contre.
Cependant il y a une petite différence dans la qualité des condensateurs à mettre en place.

En effet les condensateurs eclairage3de compensation du cosinus phi, sont le plus souvent à film plastique et très sensibles aux harmoniques qui échauffent anormalement l'isolant et le ramollissent. Ce ramollissement occasionne de nombreux amorçages  auto cicatrisants qui diminuent très rapidement la capacité et font consommer du courant réactif (selfique) particulièrement en hiver, où il peut être facturé et augmente aussi en conséquence les pertes en ligne.

Outre cette facturation complémentaire, l'achat de condensateurs plus résistants aux harmoniques a également un coût supplémentaire non négligeable qui intervient aussi dans l'amortissement.

On passera sous silence les pertes en lignes de courant actif qui devraient en théorie ne pas être anodines au vu des longueurs importantes dans le cadre de l'éclairage public.

Ceci sous-entend la compensation du cosinus phi directement au point d'éclairage, (point de création du déphasage), car cela permet d'éviter des pertes en ligne complémentaires dues au courant réactif.

3                     Les améliorations


3.1   Levers et couchers du soleil

La notion de temps de référence de tous les calculs pourrait être donnée par des émetteurs de temps universels tels que le DCF77 ou l'émetteur de France Inter, pour la France, et par d'autres émetteurs pour d'autres pays. (La pénible mise à jour des heures d'été et d'hiver sera ainsi évitée).

Les levers et couchers de soleil changent tout au long de l'année et les équations solaires peuvent les calculer. Des années bissextiles ou non, des éventuelles secondes de rattrapage distillées par les experts du temps viennent s'ajouter aux calculs célestes théoriques. (On n'en est pas à la seconde près en éclairage public !)

Dans certains cas on peut voir que les "Lumandars" (cellules photoélectriques) sont le plus souvent de très mauvais indicateurs de la véritable nécessité d'allumage ou d'extinction de l'éclairage.

(Il n'est pas rare de voir l'éclairage public s'allumer lors d'un ciel sombre annonçant l'orage)

Ces allumages très courts et parfois multiples sont une catastrophe pour la longévité des lampes et donc des coûts de fonctionnement.

Aussi se baser sur les équations solaires et donc l'heure pour enclencher l'allumage est un réel progrès qui permet encore plus d'économies tant au niveau réduction de puissance que des allumages/extinctions disparates qui affectent de façon importante la longévité des lampes.

On pourra moduler ce calcul avec une plage horaire d'action possible à l'extinction et à l'allumage en mettant une limite de temps mais tout de même avec un contrôle de l'éclairement en cas de ciel très couvert.

La réduction de puissance est quant à elle plus directement tributaire de l'heure légale, alors qu'allumage et extinction sont de plus liés à l'activité lumineuse du soleil et à l'état du ciel.

Au besoin, un basculement en puissance normale le matin pourrait être programmé durant les nuits les plus longues de l'hiver pour permettre aux personnes qui partent de bonne heure au travail d'avoir des rues correctement éclairées.

Toutes ces propriétés qui n'existent peut-être pas encore explicitement rassemblées, existent cependant de façon unitaire, mais devraient pouvoir se développer largement.

(Un futur article sortira en 2012 sur "bricolsec" pour le pilotage aux équations solaires d'un panneau solaire. Ce pilotage nécessite aussi le calcul des heures de coucher et de lever du soleil)

3.2   Détection des incidents

Naturellement si l'on reste au niveau électrotechnique indiqué, il ne pourra pas y avoir de véritable détection très précise des anomalies d'éclairage…
Mais est-ce réellement utile sachant que tout Français normalement constitué donnera un coup de téléphone à la mairie pour indiquer (ou rouspéter) qu'un candélabre ne marche plus ….!

De plus rien n'empêche d'avoir une consigne de courant total et de comparer cette valeur en cas de diminution significative. Cela donnera une bonne indication, et le suivi régulier des courbes hebdomadaires de consommation renseigne parfaitement sur les variations lentes ou parfois brutales lorsqu'un point d'éclairage vient à lâcher.

Ce suivi peut même être intégré dans une électronique de contrôle et détecter tant l'usure générale qu'une baisse brutale du courant suite à un défaut sur un candélabre. Un incident peut ainsi être mis en évidence sans un contrôle à chaque point, et donc un procédé plus simple, et aussi plus fiable.
(De ce que j'ai pu lire, les constructeurs de lampes essayent d'obtenir un arrêt brutal de la lampe en fin de vie).

3.3   Allumages spécifiques et de contrôle

Naturellement un inverseur normal secours permettrait de remettre tout en normal en un clin d'œil en cas de problème, mais c'est une dépense très élevée, et le risque reste très faible de voir un transformateur griller, alors un câblage suffisamment intelligent permettrait de réaliser un basculement en "normal" moyennant le déplacement des cosses de départ.

On peut garder le "Lumandar" en cas de problèmes, et un petit bouton de contrôle de l'électronique permettrait d'assurer une mise sous tension avec arrêt en douceur respectant ainsi les spécificités des différentes catégories de lampes.

L'électronique de contrôle peut même vérifier que les opérations manuelles ou semi automatique (Heure+luminosité) ne mettent pas en danger la longévité des lampes par le blocage des commandes en attente des temps de refroidissement des lampes.
Ce même dispositif est également utile lors des coupures de tension avec les orages par exemple, pour éviter une mise en marche lampe encore chaude.

4                     Temps de retour d'investissement

Je pense qu'il devrait être de 3 à 5 années suivant les puissances et l'état de l'existant (Pannes de Lumandars par exemple).
Ce temps sera à augmenter en fonction de la "pincée d'électronique" ajoutée.
Pour acquérir cette "pincée d'électronique", je pense que le temps de retour serait peut-être doublé (Ce qui ne me semble pas très normal même en finançant le développement logiciel).

Pour se passer en outre de l'électronique, il est tout à fait possible de mettre un simple programmateur sur la commande de réduction de puissance. (Avec relayage tout de même)

Sur le seul aspect basic du transformateur d'intensité et d'un simple programmateur, je pense que c'est réellement très intéressant comme temps de retour.

5                     Conclusions

Ma devise reste la simplicité et l'économie. Je préconise donc l'installation des transformateurs en premier lieu avec commande normale par le Lumandar associée à un simple programmateur pour la réduction de puissance.
Pour ce faire il faudra trouver des entreprises fabriquant ces éléments, mais cela devrait exister.

Pour la suite, la partie abandon du Lumandar et remplacement par de l'électronique sera à évaluer en fonction des développements logiciel de commande qui pourront être réalisés par les entreprises.

Je précise également que si la partie électrotechnique existe déjà, la partie électronique telle que décrite ne reste qu'une hypothèse et que cette partie reste à concevoir. Néanmoins, l'utilisation de micro contrôleurs pour le calcul des heures de lever et coucher du soleil, ainsi que le paramétrage des heures de diminution de puissance est tout à fait réalisable.

Le calcul aux équations solaires permet en outre l'adaptation à tous les pays du monde et donc l'exportation, mais convient aussi aux pays très étendus.

J'ajoute aussi quelque chose qui n'apparaît pas de façon explicite à tous les Français, car nous sommes dans le même fuseau horaire... Les heures de lever (réel) et de coucher du soleil entre les habitants de BREST et ceux de STRASBOURG sont réellement décalées d'environ 3/4 d'heure ! (C'est la rotation de la terre !)

Cet article a pour but d'inciter les collectivités à se renseigner et à investir pour les économies d'énergie, mais aussi pour réduire les impôts locaux qui deviennent d'un poids excessif. Cette description ne s'appuie sur aucune marque, mais seulement sur un principe général en vue de diminuer notre consommation électrique qui ne sert pratiquement à rien sinon qu'à épuiser nos réserves énergétiques.
Il faudra aussi examiner la législation en la matière, pour être en accord... Mais éventuellement il sera peut-être tout à fait nécessaire de la revoir car trop luxueuse. Le retour sur le passé n'est pas forcément une habitude...mais il faudra peut-être y passer à BRUXELLES ?!

Cet article influencera peut-être aussi les commerçants qui pensent que les lux "font" la boutique... Non car la perte sèche en KW/H est plus importante que le gain procuré par les quelques clients nocturnes (ou noctambules...) qui s'arrêteront. Et de toutes façons en période de récession il faut réduire les frais fixes...!

Alors la porte est ouverte aux entreprises d'électricité créatrices qui veulent progresser dans ce domaine, car il y a de quoi faire, à mon humble avis.

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