Gradation : performances

La gradation est généralement une solution très efficace pour économiser de l'énergie. Elle permet effectivement d'apporter la juste quantité de lumière en fonction des nécessités et d'être toujours au minimum de la consommation par rapport aux besoins d'ergonomie et de confort (→ voir norme d’éclairage d'intérieur notamment), → voir la page dédiée à la performance énergétique.

Il est toutefois impossible de donner une évaluation des économies réalisées car cela dépend d'une part de la situation initiale (vieille solution magnétique d'il y a 30 ans, solution halogène, solution électronique non gradable...) et d'autre part des conditions d'utilisation (présence en journée et/ou la nuit) et de l'architecture du bâtiment (apport de la lumière du jour par exemple). Ceci explique que la fourchette d'économies possibles est particulièrement large et donc non pertinente (indiquer une plage d'économies de 0 à 90% n'a pas grand sens), → voir également les études en coût global pour le point de vue financier.

IMPORTANTComme vu dans les parties théorique et pratique de ce chapitre, les solutions sont très nombreuses et vont du plus simple au plus compliqué. Techniquement tout est possible et l'essentiel réside dans une volonté de la maîtrise d'ouvrage et de la maîtrise d'oeuvre ainsi que dans une analyse pertinente des besoins et des moyens mis en place.

Les ballasts et alimentations gradables

A noterLe découpage de phase s'appliquant essentiellement à l'halogène qui est une source très peu performante n'est pas intéressant à étudier du point de vue des économies d'énergie.
La réduction de puissance pour les lampes à décharge forte puissance ne propose pas une gradation mais simplement de diminuer le flux à un seuil fixé par le ballast (aux alentours de 40/50% du flux suivant les ballasts) et, même s'ils permettent des économies d'énergie certaines, ne sont pas intéressants non plus en ce sens. Seuls sont donc abordés ici les ballasts et alimentations gradables bien plus performantes.

Les ballasts intervenant dans la gradation ont une classification énergétique suivant leur consommation électrique d'une part pour la veille (car ces composants consomment de l'énergie au repos) et d'autre part pour faire varier le flux lumineux des sources.

LightingEurope (regroupement du CELMA et de ELC depuis le 5 décembre 2012) a établi cette classification (appelée EEI : Energy Efficiency Index) pour les ballasts des sources fluorescentes et lampes à décharge haute pression en fonction de leur consommation.

Un calendrier a été établi par la commission européenne suivant le règlement européen No 245/2009, amendé par le No 347/2010 du 21 Avril 2010 pour bannir petit à petit les ballasts les moins performants :
- A1 BAT (Best Available Technology) : ballast gradable très faible perte
- A1 : ballast gradable (interdits depuis le 13/04/2017)

Limites à respecterLes limites posées pour la gradation correspondent à :
- la consommation du ballast en veille correspondant à 0,5W depuis le 13 avril 2012.
- la consommation du ballast à 25% du flux de la source
- la consommation du ballast à 100% du flux de la source
ce qui ne prend pas en compte l'évolution du flux en fonction de la consommation sur la plage entière de gradation.
A noter Les sources "décrochent" quand le flux est trop faible (→ voir décrochage). On considère par exemple que le flux peut être gradé jusqu'à environ 40% pour les lampes sodium haute pression et halogénures métalliques, 1% pour la fluorescence et jusqu'à 0,1% pour les LED.

Aucune classification n'est encore disponible pour les alimentations LED dans un marché en construction.

La norme NF EN 15193 et le LENI

Le LENI

La norme NF EN 15193 propose un très bon outil d’évaluation de l'énergie consommée dans des cas complexes incorporant la lumière du jour et la gradation.

Introduction de la norme

La présente Norme européenne a été conçue pour établir des conventions et des modes opératoires permettant d’estimer les exigences énergétiques en matière d’éclairage des bâtiments et pour présenter une méthodologie destinée à déterminer un indicateur numérique de la performance énergétique des bâtiments. Elle fournit également un guide pour établir les limites conceptuelles de l’énergie d’éclairage à partir des projets de référence. Il est primordial d’avoir un standard correct en matière de qualité d’éclairage dans les bâtiments et les conventions
ainsi que les modes opératoires supposent que le projet d’éclairage conçu et réalisé est conforme aux bonnes pratiques en matière d’éclairage. Pour les nouvelles installations, il convient que le projet soit conforme à l’EN 12464-1. La présente Norme européenne donne également des conseils sur les techniques de mesure séparée de l’énergie utilisée pour l’éclairage, ce qui assurera un retour régulier sur l’efficacité des régulations de l’éclairage. La méthodologie de l’estimation de la consommation énergétique fournit non seulement des valeurs pour l’indicateur numérique mais également des données d’entrée relatives aux influences sur les charges de chauffage et de refroidissement et, en conséquence, sur la performance énergétique globale du bâtiment.

En effet, la norme décompose l'énergie nécessaire à l'éclairage d'un bâtiment en :
- énergie consommée pour l'éclairage proprement dit
- énergie auxiliaire composée de la consommation de veille et de l'éclairage de secours.

Le LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) est défini comme indicateur de comparaison et correspond à cette énergie totale divisée par l'aire du bâtiment (donc exprimée en kWh/m²/an), → voir les études d'éclairage (mode opératoire et performances).

Les calculs prennent en compte de nombreux paramètres qu'il convient de renseigner (à l'aide d'abaques) pour avoir les estimations les plus fiables possibles :
- la lumière du jour (de nombreux tableaux de référence sont disponibles : façades verticales, lanterneaux, type de régulation, lieu et orientation du bâtiment...) avec notamment les valeurs de facteur de lumière du jour
- l'occupation (des abaques sont proposés par bâtiment et par pièce, ainsi que pour le type de régulation, → voir ci-dessous)
- les facteurs d'éclairement constant (le flux des sources diminuant dans le temps, il est possible de prévoir de réduire le flux initial pour l'augmenter petit à petit en fonction des pertes à venir)

Des valeurs références de LENI sont ainsi proposées en conclusion dans des situations standards.

ImportantEn prenant en compte la lumière du jour (donc l'évolution jour par jour de la course du soleil en un point donné de la planète), le LENI permet de passer d'une notion de puissance installée (installation statique non gradable) à une notion beaucoup plus performante mais également plus complexe d'énergie annuelle consommée. Cette dernière peut prendre en compte la gradation, l'utilisation du bâtiment, son emplacement et son orientation, les scénarios de gestion... et est particulièrement pertinente dans le cadre de la RT 2012, → voir la comparaison entre les études d’éclairage statique (étude en puissance) et les études d'éclairage dynamique (étude en énergie).

Les différents types de détection

La norme NF EN 15193  propose entre autre un tableau qui permet d'évaluer la consommation en fonction du système de gestion de la gradation :  voici par exemple un modèle d'évaluation de l'efficacité d'un système de régulation en fonction de la lumière du jour selon la pénétration de la lumière extérieure :

Régulation de l’éclairage artificiel  Exploitation de l'accès à la lumière du jour en fonction de la pénétration de la lumière du jour
Faible Moyen Fort
Manuelle 0,20 0,30 0,40
Automatique, en fonction de la lumière du jour 0,75 0,77 0,85

Un autre modèle proposé correspond à l'efficacité de l'automatisation de la détection de la présence, où l'on s'aperçoit que le système qui consomme le moins est la mise en marche manuelle et l'arrêt automatique :

Systèmes sans détection automatique de présence ou d’absence FOC
Interrupteur manuel marche/arrêt  1,00
Interrupteur manuel marche/arrêt
+ signal d'extinction automatique à balayage supplémentaire
0,95
Systèmes avec détection automatique de présence et/ou d’absence FOC
Marche automatique/gradation  0,95
Marche/arrêt automatiques  0,90
Marche automatique/gradation  0,90
Marche manuelle/arrêt automatique  0,80
Règles de base pour diminuer la consommation énergétique- Créer des apports de lumière naturelle et grader les luminaires en fonction de la lumière du jour
- Suivant l'utilisation du local, mettre en place un allumage manuel et une extinction automatique
... tout en respectant l'ergonomie et le confort, → voir notamment la norme d'éclairage intérieur.

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mise à jour : 25 septembre 2017