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L'avenir de l'éclairage - 6e partie

Mihai R. Pecingina, ing., de Kelvin Emtech, et coll. - Électricité Québec / Volume ... / ... 2010

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Les spécialistes vous donnent leur opinion

Éclairer le futur  

 

Dr Cristian Suvagau, ing. LC

M. Suvagau œuvre et enseigne le design d’éclairage et l’efficacité énergétique enEurope et en Amérique du Nord depuisplus de 20 ans. Ingénieur senior enéclairage et gestion de l’énergie avec BCHydro, il concentre son activité sur lesprojets et les programmes d’efficacitéénergétique en éclairage. M. Suvagau aobtenu son doctorat en éclairage enRoumanie et est l’avant-dernier Présidentde IES-BC.

Regarder autour!

Eh bien ! Nous sommes maintenant en 2010. Nous n’avons plus besoin d’une boule de cristal pour prédire l’avenir de l’éclairage ! Tout ce que nous avons à faire, c’est regarder autour ! En éclairage, l’avenir, c’est maintenant – les lampes à cathode froide remplaçable dans les applications commerciales et résidentielles, les luminaires à induction dans les milieux industriels, les DEL pour l’éclairage routier, et de nombreuses autres nouvelles applications. Ces technologies n’existaient pas ou venaient d’apparaître il y a à peine dix ans, à l’aube du millénaire.

Cependant, en éclairage, l’évolution de la technologie n’est pas du tout linéaire. L’histoire de son développement a été marquée par des hauts et des bas (des fois profondes). C’est au cours de la dernière décennie qu’on a connu une énorme remontée due aux technologies émergentes tels que les appareils d’éclairage à l’état solide (SSL), les ballasts fluorescents numériques adressables ou les contrôles commerciaux sans fil, pour n’en nommer que quelques-uns.

Cela fait partie de ce qu’on peut nommer « futur planifié ». Nous sommes au milieu du chemin décrit par « Vision 2020 », un plan sur 20 ans pour l’industrie nord-américaine en technologie d’éclairage. Cette initiative a été supportée par tous les grands joueurs de l’industrie : de l’Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), en passant par l’International Association of Lighting Designers (IALD), la National Electrical Manufacturers Association (NEMA), et jusqu’au US Department of Energy.

Comme pour toute carte routière technologique, nous avons vite trouvé des obstacles et des défis et nous devons élaborer des stratégies pour les surmonter afin de réussir à transformer le marché. La lecture du document Vision 2020 nous révèle quels sont ces défis et les stratégies possibles (www.nrel.gov/docs/fy00osti/28236.pdf). Mais j’aimerais maintenant en arriver à ma vision personnelle de ce que sera l’éclairage en 2020...

Pour paraphraser une citation célèbre de l’écrivain et philosophe français André Malraux, « le 21e siècle sera celui de l’efficacité énergétique ou ne sera pas du tout ». En bref, la réalité des changements climatiques et la rareté des ressources d’aujourd’hui exigent que l’humanité réduise sérieusement sa consommation d’énergie ainsi que l’empreinte écologique laissées par la production de matériel. La consommation « nette zéro » d’énergie par les bâtiments et les luminaires entièrement recyclables sont avidement recherchés aujourd’hui, nous donnant fort espoir dans l’avenir.

De point de vue technologique, le SSL, le numérique et le sans fil seront les normes pour l’éclairage de demain. L’utilisation d’appareils à DEL ou à DELO, la technologie de SSLde l’avenir, permettra d’offrir aux utilisateurs un éclairage de qualité d’une souplesse inégalée. Outre le sens classique de la modulation (ou gradation), les sources SSL permettront de modifier la température de couleur de la lumière pour la coordonner aux besoins des occupants des bâtiments en fonction de leur rythme circadien ou de modifier dynamiquement l’apparence de la couleur pour correspondre à leur humeur ou à leurs penchants artistiques. Les systèmes d’éclairage combinés à l’éclairage naturel provenant de fenêtres en périphérie et de puits de lumière, au centre, viendront compléter le tout en leur offrant un sain prolongement naturel des activités de plein air à l’intérieur. Dans l’ensemble, l’idéal serait que, pour les occupants du bâtiment, les termes « lumière du jour » et « éclairage artificiel » englobent simplement et naturellement l’« éclairage » et y réfèrent, carrément.

Les technologies des fluorescents et des DHI ne survivront qu’avec les ballasts numériques sinon elles ne seront pas capable de faire face à leur rival « electro-luminiscent ». Engagés à toujours réduire davantage la teneur en mercure des lampes, les fabricants développeront des équipements d’une efficacité énergétique accrue, une durée de vie supérieure et un maintien du flux lumineux supérieur (pour les DHI et fluo compactes). Les ballasts numériques adressables, susceptibles de devenir de l’équipement commun pour toutes les formes de technologies à décharge de l’avenir, permettront la réalisation des objectifs de conservation de l’énergie, car ils seront facilement compatibles avec le contrôle par rapport à l’occupation et à la lumière du jour.

Au niveau des systèmes de contrôle, la capacité de connexion sans fil de l’équipement d’éclairage, dans le bâtiment-même ou avec les bâtiments adjacents, sera une caractéristique des produits de l’avenir. Les protocoles ouverts permettront la connexion plug-and-play des sources d’éclairage numériques (SSL ou ballasts à décharges) aux composantes des systèmes de contrôle. En outre, les systèmes de gestion des bâtiments modernes permettront au matériel non-numérique, moins récents, d’être aisément compatibles avec les équipements numériques, ce qui permettra non seulement des économies d’énergie, mais aussi une plus grande souplesse de contrôle (individuel) pour les occupants.

La conception de l’éclairage, cependant, verra les progrès les plus extraordinaires. L’utilisation de la technologie SSL, demandera et permettra un véritable changement de paradigme dans la façon dont l’éclairage est fourni. Par exemple, les sources DELO pourraient exister sous forme de carreaux de plafond ou de panneaux muraux et être facilement remplacés ou réorganisés par les utilisateurs en utilisant un réseau câblé de puissance intégré aux surfaces architecturales. La petite taille des luminaires SSL permettra un éclairage des tâches plus facile et plus efficace, ce qui réduira la nécessité d’une composante brillante ambiante et entraînera d’importantes économies de puissance et d’énergie. Ces mêmes concepts combinés à un réseau de contrôle pourraient mener vers un éclairage individualisé qui suivrait les gens tandis qu’ils se déplacent dans l’espace. Pour ce qui est des applications routières et des grandes surfaces extérieures, cet aperçu de l’avenir est presque là, comme on peut le voir avec les luminaires DEL à détecteurs de mouvements, qui s’allument et s’éteignent lorsqu’une une présence est détectée. 

Ce que je ne voudrais pas voir…

En imaginant un avenir meilleur, nous devons nous ouvrir à l’idée de changement. Comme il n’y a pas de présent parfait, on ne peut qu’espérer un avenir idéal, mais on doit absolument atténuer les problèmes d’aujourd’hui.

Paramètres d’efficacité : la définition de lumen datant de 100 ans, une valeur métrique développée pour la vision photopique, ne supporte pas les réalités du présent, sans parler de l’avenir ! Alors que la plupart des activités humaines soutenues par l’éclairage artificiel se déroulent en vision mésopique, il est naturel de considérer une mesure de l’efficacité lumineuse pensée en fonction de cette réalité. Actuellement, l’IES a mandaté un sous-comité du Roadway Lighting Committee d’enquêter sur les effets bénéfiques de la lumière blanche sur la vision mésopique.

Concept d’ingénierie de la valeur : l’ingénierie de la valeur est aujourd’hui un mal nécessaire destiné à équilibrer les ressources. Toutefois, l’ingénierie de la valeur ne devrait pas avoir sa place dans la conception de l’éclairage de demain. La pratique du design intégré devrait plutôt être la norme, assurant que les besoins de tous les intervenants sont considérés et équilibrés pour un budget sain qui considère aussi les coûts du cycle de vie, et non uniquement le retour sur l’investissement comme on le fait aujourd’hui.

Codes de l’énergie : la vision étroite de l’efficacité, qui repose uniquement sur la limitation de la demande (W par unité de surface) et néglige la contribution réelle des contrôles, ne peut pas continuer. Les frais chargés aux clients par les services publics reposent principalement sur leur consommation d’énergie. Cela devrait se refléter dans les mesures utilisées dans les codes de l’énergie (kWh par unité de surface). De cette façon, les concepteurs et les propriétaires ne seraient pas pénalisés pour une conception de l’éclairage efficace, en couches (layer lighting). L’édition 2011 du Code national de l'énergie pour les bâtiments prévoit intégrer ce paramètre. En outre, en utilisant des compteurs intelligents, les services publics élaboreront des tarifs qui récompenseront les clients ayant une flexibilité de consommation ; ces derniers consommant à l’extérieur des heures de pointe, cela régularisera la demande et évitera la surcharge des infrastructures. 

De Dr Cristian Suvagau, ing. LC

 

M. Conor Sampson, OAQ, LC

M. Conor Sampson, Arch., LC, IESNA est né à Montréal, mais il a une double citoyenneté : irlandaise et canadienne. Membre de l’Ordre des Architectes du Québec (Baccalauréat de l’Université McGill), M. Sampson détient une maîtrise en « Lighting Design » obtenue à la Parsons School of Design de New York. Il présente un curriculum impressionnant, ayant reçu plusieurs prix à travers le monde. Il a travaillé à New York, à Washington et à Montréal, où il a sa propre compagnie « CS Design : Lighting Design/Architecture ». Il fait présentement partie du Conseil d’administration d’IES-Montréal.

L’avenir de l’éclairage architectural utopique ou apocalyptique?

Selon l’endroit où vous vous placez, l’avenir de l’éclairage architectural est soit utopique, soit apocalyptique. Dupoint de vue technologique, de grandsprogrès ont été accomplis au cours desdix dernières années : flux émis, effi-cacité, gamme de produits ; tout aaugmenté de façon exponentielle.L’évolution de l’éclairage à incandes-cence jusqu’aux DEL peut être comparée au bouleversant passage del’analogique au numérique. L’énormemontant d’argent dédié à la rechercheet au développement qui a été versépour la recherche sur les DEL ouvrira lavoie à d’importants résultats en effi-cacité énergétique et au niveau de laqualité de la lumière au cours des cinqprochaines années. En parallèle, la tech-nologie des fluorescents a pris unegrande place sur le marché, ce qui nes’était même pas produit lors de saprésentation initiale, au milieu desannées 80.

La presse populaire est remplie de comparaisons entre l’incandescence et les ampoules fluo compactes ou d’étonnants résultats de laboratoire par rapport aux DEL. Malheureusement, il y a eu peu de couverture de l’évolution des appareils et de la distribution de la lumière. À ce jour, la poussée majeure dans la plupart de ces technologies a été la création d’ampoules utilisées en rénovation. De faible puissance, celles-ci s’adaptent aux luminaires existants, et peuvent même imiter la forme des anciennes ampoules. Je dirais que l’accent devrait être mis sur le potentiel d’innovation dans le domaine du design d’appareils et en distribution de la lumière. Plus d’un designer déplore le phénomène de la spirale d’ampoule fluo compacte qui dépasse d’un luminaire éclairant vers le bas ou l’abomination du tube T8 aux DEL. Les applications aux DEL les plus intéressantes sont venues sous la forme d’aplats de lumière (mur lumineux, par exemple) ou dans le domaine du contrôle, où les changements de formes, de couleurs et de teintes sont devenus possibles.

Ironiquement, cette dernière avancée pourrait incarner le côté sombre des avancées technologiques : nous avons laissé le contrôle de la conception de l’éclairage aux négociants et aux conseillers en énergie. « Encore plus! » ce n’est pas du design et la qualité perd souvent sur la quantité. Les 12 millions d’options de couleurs offertes par un système de DEL RGB, ou la réduction de la charge connectée à 0,70 watts par pied carré n’est pas un modèle en soi. Au contraire, cela évoque une approche de la conception style « peinture à numéros » et une « Disneyification »de notre environnement. En partie à blâmer, le mouvement de la durabilité a été appuyé par des valeurs métriques de quantité : combien de lumière, combien de watts, combien de mercure, combien d’énergie nette ? Peu d’attention a été portée à l’endroit où la lumière est placée, à l’intensité et à la flexibilité, ou à la couleur et au rendu. Un peu d’éclairage inefficace, mais utilisé avec sens et maîtrise pourrait-il être mieux qu’un éclairage aveuglant, sans rendu des couleurs, mais « efficace » ?

Bien sûr, il ne faut pas se contenter de l’une ou de l’autre – la solution, c’est l’éducation. Le public est impressionné par la nouveauté et la profusion d’options, mais il conserve une mémoire de l’incandescence comme base de comparaison. Les fabricants, et les gouvernements, devraient aider les gens à comprendre un Index de rendu des couleurs et de température de la couleur, la différence entre la lumière directionnelle et diffuse, et quelles sont les options de contrôle disponibles. Éduquer le consommateur permettra d’éviter les malentendus et les déceptions, encouragera la poursuite de l’intégration des nouvelles technologies.

Il y a quelques études sur la santé et la productivité qui sont très crédibles et qui fournissent des données mesurées démontrant que les subtilités de la conception de l’éclairage peuvent avoir un impact marqué sur la qualité de vie. La conservation de l’énergie aura force de loi sous peu et le battage publicitaire prendra le déclin : on pratiquera le design durable sans arrière-pensée. En tant que professionnels, nous devons encourager la recherche sur la qualité de l’environnement bâti et insister sur le fait que l’équation est plus complexe qu’un simple comptage de watts. Bien qu’un bâtiment bien conçu doive être durable, un bâtiment durable n’est pas nécessairement un bâtiment bien conçu. Nous devrions adopter les objectifs de durabilité, mais n’oublions pas les occupants et considérons leur environnement immédiat !

Un des points forts dans le domaine de l’éclairage a été le regain d’intérêt pour l’éclairage naturel. Avec sa sœur, la production d’énergie solaire, l’éclairage naturel est implicitement ancré dans l’environnement où se construit un bâtiment. Sans une compréhension claire de l’endroit où vous construisez et l’hauteur des bâtisses voisines, vous ne pourrez tirer le maximum de l’éclairage naturel présent. Un bon éclairage naturel exige que les architectes prennent des décisions éclairées assez tôt dans le processus de conception, dans l’orientation des plans, des ouvertures, des finitions et des matériaux afin de maximiser le contrôle de la pénétration du soleil dans leurs bâtiments. Nous pouvons nous questionner sur l’énergie nette consommée par une lampe fluo compacte ou sur la durée de vie réelle d’une lampe DEL dans un assemblage, mais la source la plus efficace est sans contredit celle qui est éteinte. Le domaine de l’éclairage naturel a fait fureur lors de l’embargo pétrolier des années 1980. Mais cet engouement a diminué lorsque les prix du pétrole ont chuté. Ces derniers temps, des outils de simulation avancée ont été intégrés dans les logiciels de conception assistée par ordinateur, ce qui rend plus facile pour les jeunes concepteurs de visualiser rapidement les incidences que peuvent avoir les modifications de conception sur l’éclairage naturel. La prochaine étape sera de simplifier la simulation, la rendant encore plus accessible et intuitive.

Il y a une cohérence intéressante dans la représentation des environnements futuristes au cinéma, de Blade Runner (1982) à Brazil (1985), au plus récent Minority Report (2002). Même s’il est évident qu’elles n’améliorent pas leur apparence extérieure, les villes futuristes (puisque l’avenir est presque entièrement représenté comme en milieu urbain ou dans l’espace lointain) est littéralement sombre. Le soleil est inexistant et la lumière électrique est d’un bleu, d’un rose ou d’un blanc fluorescent froid. Les réalisateurs utilisent peut-être sciemment cette approche pour renforcer le contraste avec le présent, mais ils mettent également en garde par rapport à une fétichisation de la technologie ; ils suggèrent un rétrécissement des options. Nous devons adopter une vision plus globale de nos environnements futurs et prendre conscience de l’endroit où le marché nous mène. Notre avenir ne réside pas dans les ampoules, mais dans l’application de la lumière de celles-ci. Nous devons penser en termes de personnes vivant dans nos espaces plutôt que d’être préoccupés par l’objet ou la technologie qui produit la lumière.

De Conor Sampson, OAQ, LC

 

Jeremy Snyder

M. Snyder est directeur des programmes d’éclairage au Centre de recherche sur l’éclairage du Centre de recherche du Rensselear Polytechnic Institute à Troy, NY, É.-U.

Tout est dans la modulation

Dans l’avenir, l’éclairage sera beaucoup plus « modulable » qu’il ne l’est aujourd’hui. En plus de contrôler l’intensité de la lumière, comme nous le faisons aujourd’hui, le contrôle des propriétés temporelles, spectrales et spatiales sera plus fréquent.

Être capable de moduler l’éclairage tout au long de la journée permettra d’optimiser l’éclairage en fonction de la vision et des économies d’énergie. En outre, cela ouvrira le domaine de l’éclairage vers la valorisation de la santé et de la sécurité, un aspect de plus en plus important dans la conception des produits d’éclairage. L’éclairage modulable sera possible grâce à la combinaison de commandes programmables et de nouvelles générations de sources lumineuses traditionnelles, de DEL, de DELO, et de l’éclairage naturel.

M. Snyder est directeur des programmes d’éclairage au Centre de recherche sur l’éclairage du Centre de recherche du Rensselear Polytechnic Institute à Troy, NY,
É.-U.

De Jeremy Snyder

 

Jim Benya, PE, FIES, FIALD, LC, IEEE

M. Benya est un professionnel de l’éclairage depuis plus de 34 ans. Ingénieur diplômé, il est en même temps membre marquant de l’IESNA (Fellow of the Illuminating Engineering Society of North America - FIES), de IALD (Fellow of the International Association of Lighting Designers - FIALD), membre de l’IEEE et LC (Lighting Certified) par la NCQLP (National Council on Qualifications for the Lighting Professions). Il est Président de Benya Lighting Design, professeur en design environnemental à l’University of California at Davis. Membre de l’IDA Board of Directors depuis 2001 (reconfirmé en 2010). Il y a tellement des choses à dire... Vous pourez en apprendre plus sur le site de sa compagnie : www.benyalighting.com.

En un seul mot : MOINS 

1.    Moins d’éclairage. Tôt ou tard, les architectes devront réaliser que l’accent doit être mis sur l’extérieur, l’éclairage naturel et non pas à l’intérieur, l’éclairage artificiel. Tôt ou tard, nous nous rendrons compte que nous dépensons beaucoup trop inutilement.

 2.    Depuis trop longtemps, nous faisons la promotion d’un éclairage qui n’est pas efficace. Il deviendra essentiel d’arrêter d’honorer avec des prix d’éclairage pour les concepts d’éclairage superflu. Par exemple, quelques-uns des projets dans le Moyen-Orient. On parle de grands projets impressionnants, répondant aux besoins culturels mais qui ne se soucient pas de la consommation d’énergie, etc. Couvrir un toit des LED qui éclairent le ciel c’est quand même négliger les principaux enjeux ! La mentalité « plus il y en a, mieux c’est ! » doit s’éteindre…

De Jim Benya

 


Ces derniers collaborateurs ont émis leurs opinions en anglais, et c’est le magazine Électricité Québec qui s’est chargé de la traduction. La version originale anglaise de leurs opinions peut être lue sur le site Web de la CMEQ, au www.cmeq.org, sous la rubrique PUBLICATIONS > Électricité Québec > Archives.

Le portrait final…

Nous voilà 8 mois plus tard à la fin de notre investigation sur l’éclairage de l’avenir. Six parties ont été nécessaires pour passer à travers le sujet. Les trois dernières ont été très denses, riches en informations, peut-être un peu trop consistantes – j’espère que ça ne vous a pas éloigné du sujet !

Quel plaisir pour moi de relire toutes les interventions des nos spécialistes pour essayer de dresser un portrait, une image finale qui va pouvoir nous servir de repère, de base ou de point de départ pour notre activité dans le domaine. Essayer de résumer cette effervescence créatrice me semble un excellent défi. Que je relève ici…

Nous sommes tous d’accord pour dire que : 

  • L’innovation constitue l’avenir de l’éclairage et cela se reflétera dans toutes les composantes d’un système d’éclairage : les lampes, le contrôle, mais aussi les luminaires – qui ont perdu un peu la vedette à cause du développement spectaculaire des sources de lumière ;
  • L’éclairage naturel regagnera sa place dans un concept qui regardera l’ensemble des éléments impliqués dans la réalisation d’un système d’éclairage ;
  • « Acheter pour jeter » doit disparaître et être remplacé par « faire plus avec moins » ;
  • Les systèmes d’éclairage devront être flexibles et adaptable aux besoins réels des usagers – mots clés associés : esthétique, quantité, qualité, sécurité, psychologie, physiologie, santé, occupation des espaces ;
  • Les systèmes d’éclairage devront être écologiques – à commencer par l’économie d’énergie, en passant par les matériaux utilisés dans la fabrication des éléments composant nos installations.

J’ai été ravi de la présence des propos sur les sources d’énergie alimentant notre éclairage de l’avenir : « … prendre son énergie à partir de systèmes autonomes (solaire, biomasse, etc.) », « … la démocratisation des nouvelles énergies renouvelables… » ou encore « la chaleur des sources (DEL ou autres) est régénérée en énergie utilisable par le luminaire ».

Pour finir, je pense que quelques passages représentent les vraies lignes de conduite pour les designers de l’éclairage de l’avenir :

« … [faire] les choix réellement durables et intelligents en éclairage plutôt que de les laisser se faire berner par une belle brochure marketing qui vante des économies d’énergies qui ne sont pas réellement là. Si c’est trop beau pour être vrai, ça l’est probablement ! »

« … arrêter de toujours baser nos critères de décision seulement sur le prix sans considérer la qualité ou la performance du produit spécifié et acheté », énoncé pouvant être complété avec « … des nouveaux critères d’octroi de contrats autres que le plus bas coût […] seront considérés de façon documentée dans les appels d’offres […] : A. Les coûts d’entretien sur 20 ans […] ; B. Les consommations annuelles d’électricité […] ; C. L’analyse du cycle de vie des produits et leur impact global sur les GES [gaz à effets de serre]. Ces trois points sont d’ordre économique… [tout] comme le prix d’achat ! »

« … cette technologie [DEL, DELO] poussera au maximum le raffinement de la technologie fluorescente et remplacera éventuellement les sources incandescentes » plus « l’autre technologie est celle du plasma […]. J’imagine que nous aurons à attendre quelques années de plus avant de voir ses performances, mais quand je vois l’évolution des DEL dans les 5 dernières années, je me rends compte que l’avancement technologique d’Edison a été balayé en 8 ans !!! »

Enfin : « Considérer l’éclairage comme une spécialité aussi importante que le calcul d’une structure, d’un pont, d’une route, d’un bâtiment, de considérer l’éclairage comme un art d’importance majeure dans la mise en valeur de bâtiments, de sculptures, etc. »

N.B. Il ne faut pas minimiser l’importance des pensées des autres collaborateurs que je n’ai pas cités dans cette petite partie finale. Je vous garantis que les quatre dernières parties du cycle « Éclairage de l’avenir » vont se trouver sur mon bureau d’ordinateur (desktop), car elles constituent le premier guide, la première édition du Future Lighting Handbook. Et je n’oublierai pas notre rendez-vous dans cinq ans… J’ai déjà hâte !

Mihai R. Pecingina, ing. 

Monsieur Pecingina est ingénieur pour la firme Kelvin-Emtech de Montréal. Faites-lui part de vos commentaires et réflexions en lui écrivant à mic_pec@yanoo.ca ou en lui téléphonant au 514 725-3105.

Bonne lecture et n'oubliez pas de nous donner votre avis sur la question!

De Mihai R. Pecingina, ing.

Publications : Génératrices de relève et d'urgence - Alimentation ASC