Solutions intelligentes à haute efficacité énergétique pour l'éclairage des tunnels

Les systèmes de contrôle et les luminaires LED peuvent améliorer l'efficacité énergétique des solutions d'éclairage de tunnels, tout en offrant une meilleure visibilité afin d’augmenter le sentiment de sécurité dans les environnements de tunnels

Solutions intelligentes à haute efficacité énergétique pour l'éclairage des tunnels

L'éclairage des tunnels a significativement évolué ces dernières années grâce à la technologie LED et à la gestion des divers systèmes.
Malgré ces récentes évolutions, la grande majorité des tunnels sont toujours éclairés à 100% par solutions HID qui  consomment énormément (une consommation totale d'électricité supérieure à 100 kW pour un tunnel de 300 m !).
Nous allons vous montrer comment optimiser l'éclairage des tunnels à l'aide de systèmes de contrôle, d'une meilleure gestion de la durée de vie des sources lumineuses et de l'éclairage LED.


Nous considérons qu'il y a 5 axes majeurs où des économies peuvent être réalisées dans l'éclairage des tunnels, tout en augmentant son efficacité:

  1. Mise au point d'une gestion précise des niveaux d'éclairage
  2. Multiplication des niveaux d'éclairage
  3. Ajustement des niveaux a la vitesse du trafic
  4. Intégration de systèmes de contrôle
  5. Utilisation de LED


Les outils pour améliorer l'efficacité de l’éclairage d'un tunnel doivent être définis avant l'élaboration de la première approche conceptuelle.
 

1. Gestion des niveaux d'éclairage
Dans la plupart des tunnels, quatre niveaux d'éclairage sont utilisés dans la zone d'accès.
Le tableau 1 présente trois solutions pour la gestion des différents niveaux d'éclairage.
Le niveau d'éclairage "Simple" est le mode courant de gestion des niveaux d'éclairage.
Dans ce mode, un même luminaire est allumé sur tous les niveaux d'éclairage. La source lumineuse des luminaires du circuit 1 (C1) arrivera donc en fin de vie avant les autres sources.
Un autre mode de gestion des niveaux d'éclairage (Variation) peut être déployé avec un système de contrôle simple appliquant l'allumage/extinction, mais aussi une variation de 50 % afin d'optimiser le remplacement des sources lumineuses et les couts d'installation.
La troisième solution est optimale, car le système de gestion peut sélectionner plusieurs groupes de luminaires pour le même niveau d'éclairage.
De cette manière, pour les solutions HID, nous prolongeons l'intervalle de remplacement des lampes de trois ans à huit, voire dix ans.
Les frais de maintenance sont dès lors sensiblement réduits.
La durée de vie avant maintenance d'une solution HID peut donc atteindre celle de la solution LED. Il existe encore d'autres solutions de gestion des niveaux d'éclairage.


2. Plus proche de la courbe CIE 88
La zone d'accès des tunnels est toujours suréclairée. En utilisant mieux la courbe CIE 88 2004, tenant compte des niveaux d'éclairage à l'extérieur, les pertes dues à un éclairage excessif peuvent être réduites.
Ces économies peuvent atteindre 20 % en passant de quatre à huit niveaux d'éclairage.

Dans un tunnel à quatre niveaux d'éclairage, lorsque la luminance dans la zone d'accès atteint 60 % du L20 [Figure 1a], le système de gestion bascule automatiquement sur le niveau d'éclairage à 100 %.
Dans ce cas, la puissance est 40 % plus élevée que nécessaire.
Par exemple, si nous ajoutons un niveau d'éclairage à 75 % [Figure 1b], les pertes seront réduites (15 % au lieu de 40 %).
Avec une installation 100 % LED dans la zone d'accès, l'éclairage pourrait être constamment plus proche de la courbe CIE 88.


3. Ajustement des niveaux à la vitesse du trafic
La vitesse du trafic est un élément clé pour déterminer le niveau de luminance nécessaire à l'entrée du tunnel. Le critère de la vitesse doit être pris en considération dans la conception de l'éclairage du tunnel pour offrir les premières économies d'énergie.
Dans le cas d'un tunnel urbain, la mesure de la vitesse du trafic aux heures de pointe permet d'affiner les niveaux à l'entrée du tunnel. On peut ainsi réduire la consommation énergétique de 5 à 10 %.


4. Systèmes de contrôle 
Un système de contrôle flexible permet d'intégrer aisément des fonctionnalités supplémentaires, notamment l'adaptation de l'éclairage à la densité du trafic, l'ajustement à la pollution ambiante, les systèmes d'éclairage de secours dynamiques, etc.
Grâce au monitoring constant, aux rapports sur la consommation énergétique et les pannes des luminaires, aux compteurs et autres systèmes, les gestionnaires disposent d'informations supplémentaires qui leur offrent une meilleure visibilité du réseau.

5. Éclairage des tunnels en LED
Auparavant la totalité des tunnels était éclairée par des luminaires HID. Aujourd'hui, on est passé à des solutions HID ou LED pour l'entrée des tunnels et presque exclusivement à la technologie LED pour l'intérieur.
La zone d'accès requiert entre 150 et 350 cd/m², selon le pays, le type de tunnel, l'orientation, la vitesse, etc. Avec une solution HID, des sources de 400 W étaient nécessaires pour la zone d'accès.
Désormais, le flux lumineux des LED se hisse au niveau de ces sources HID haute puissance. La flexibilité photométrique des LED à s’adapter à la géométrie du tunnel permet aux installations LED d'enregistrer les mêmes résultats pour une consommation énergétique moindre.
Pour la zone intérieure, seuls deux niveaux d'éclairage sont nécessaires : jour et nuit. Dans cette zone, il est facile de passer complètement à une solution LED, car les exigences sont bien moins importantes que pour la zone d'accès : seulement 1 à 10 cd/m².
La grande longévité d’une installation LED représente un autre avantage. Sans système de gestion, on peut compter sur une période de 12 ans sans remplacement .

 

HID, Hybrid ou LED lighting solution?

Pour les besoins de cette analyse, nous avons comparé 3 types d'installations :

  • 100 % HID
  • Hybride (combinaison de sources LED et HID)
  • 100 % LED

Pour chaque installation, deux types de tunnels ont été analysés :

  • Seuil de luminance de 150 cd/m² sur une longueur de 220 m
  • Seuil de luminance de 350 cd/m² sur une longueur de 350 m

Le tunnel choisi est juste assez long pour nous assurer d'atteindre l'extrémité de la zone d'accès. La zone intérieure se répète sur la longueur du tunnel. Nous appliquons quatre niveaux d'éclairage de jour (100 %, 50 %, 25 % et 12,5 %) et un niveau d'éclairage de nuit (33 % du niveau de jour de base).

Dans l'installation 100 % HID, les luminaires sont équipés de lampes sodium haute pression (SHP) et de ballasts bi-power. La zone intérieure est éclairée par des lampes SHP ou fluorescentes.

Dans l'installation hybride, on utilise des LED pour la zone intérieure et les deux premiers niveaux d'éclairage. Pour les autres niveaux d'éclairage, on utilise des luminaires équipés de lampes SHP.

L'intensité des luminaires LED peut être réglée pour basculer entre les niveaux d'intérieur et d'éclairage. Pour l'installation 100 % LED, tous les luminaires sont équipés de LED et leur intensité peut être réglée.

 

Installation 100% HID

Installation hybride 

Installation 100% LED

Économies d'énergie par an par rapport à une installation HID installation

s.o.

- 15 à - 20 %

- 20 à - 25%

Maintenance : remplacement des lampes

Tous les 3 ans

Tous les 12 ans

Tous les 12 ans

Nombre de luminaires installés par rapport à une installation HID
(100 % SHP)

s.o.

5 - 10% de luminaires en plus 

10 - 15% de luminaires en plus

Conclusion

La gestion de l'éclairage est bien plus importante dans les tunnels que sur les routes. Une gestion simple de l'éclairage permet de réaliser des économies substantielles, même avec les solutions HID.

Pour obtenir des solutions efficaces, ce qui peut amener à des économies d'énergie significatives et des coûts de maintenance réduits,  il faut combiner les luminaires LED à des options de variation d'intensité.

Grace aux développements dans le segment des LED et des alimentations, on dispose maintenant d'une grande puissance lumineuse couvrant tous les besoins des tunnels.
De plus, la lumière blanche diffusée par une solution LED (IRC largement supérieur aux lampes SHP) améliore la visibilité des conducteurs et l'impression générale de sécurité dans les tunnels.

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