Commande performante de la lumière naturelle

L’importance du réglage et autres considérations cruciales

L’attention dans l’éclairage se déplace de plus en plus vers la commande. Les fabricants élargissent leur gamme et on prédit que des systèmes intelligents tels que le réglage de la lumière naturelle gagneront énormément en importance dans les prochaines années. Bien que les principes de base d’un tel réglage soient souvent simples, son exécution concrète est toutefois encore accueillie avec ignorance, ou tout le moins avec confusion, par de nombreux installateurs. L’énorme éventail de possibilités joue indiscutablement un rôle, mais nous pouvons être clairs sur une chose: un fonctionnement performant exige davantage qu’un branchement électrique du système de réglage!

 

REGLAGE DE LA LUMIERE

Les systèmes de réglage de la lumière ont pour but de commander efficacement l’éclairage artificiel – dans le cadre de cet article, nous nous limitons à l’éclairage fonctionnel dans les immeubles tertiaires. Dans la plupart des cas, on veut créer une économie d’énergie (complémentaire) tout en optimisant le confort des utilisateurs, quoique la sécurité et même l’ambiance et l’esthétique puissent être des motivations.

Trois fonctions

En règle générale, les systèmes de réglage de la lumière combinent trois sortes de composants, séparés ou combinés dans un seul appareil. Ils remplissent différentes fonctions. Primo, une observation s’opère. A l’aide de capteurs, on enregistre certaines informations de l’environnement. Secundo, l’information enregistrée est interprétée et traitée par un contrôleur. L’observation est traduite dans une mission concrète et transmise via un protocole de communication préétabli. Finalement, un activateur – le driver dans le cas de l’éclairage LED – fait en sorte que la mission est exécutée par l’appareil d’éclairage.

Classification

Bien que chaque système de réglage de la lumière exécute les mêmes actions de base, il existe une énorme diversification dans la gamme. Dans la plupart des cas, les systèmes de réglage de la lumière sont scindés selon l’input qu’ils traitent. Il est question de systèmes de réglage manuels pour lesquels une mission est transmise via un bouton-poussoir, un commutateur ou, actuellement, une appli smartphone, ainsi que de nombreux systèmes de réglage automatiques qui sont réglés notamment sur la base du temps, de la présence ou absence de la lumière naturelle.

Possibilités supplémentaires grâce aux LED

La technologie LED a redonné vie à la commande de l’éclairage ces dernières années. Primo, les LED offrent aujourd’hui une telle efficacité énergétique que seule la commande permet encore de réaliser des économies; secundo, l’éclairage LED est bien plus facile à commander que d’autres technologies. Les possibilités de commande sont plus vastes et les multiples commutations et variations des LED n’ont aucun impact négatif sur la longévité des appareils d’éclairage.

Les multiples commutations et variations des LED n’ont aucun impact négatif sur la longévité des appareils d’éclairage

LE POTENTIEL DE LA COMMANDE DE LA LUMIERE NATURELLE

La commande de la lumière naturelle est l’un des systèmes de réglage de lumière émergents. Il se base sur la quantité de lumière naturelle incidente et adaptera l’intensité lumineuse des appareils sur cette base de façon automatique et continue. C’est possible en les faisant varier et/ou s’allumer et s’éteindre.

Applications

La commande de la lumière naturelle n’est toutefois pas aussi précieuse partout. Primo, elle doit être combinée avec une installation de lumière efficace et économique, comme tout système de réglage de la lumière. Secundo, il convient de distinguer sur la base du secteur ou de la typologie du bâtiment. Dans les bâtiments industriels et logistiques ayant une pénétration plutôt limitée de la lumière naturelle, l’impact d’un système de réglage de la lumière naturelle sera p.ex. négligeable. C’est bien plus intéressant dans les bâtiments avec de nombreuses ouvertures de lumière du jour, où les individus restent longtemps présents en journée, mais où l’éclairage est aussi allumé régulièrement. Les écoles, immeubles de bureau et centres de soins sont le débouché le plus important dans cette optique. Plus le nombre d’heures de fonctionnement initial de l’éclairage artificiel est élevé, plus l’économie réalisée peut être grande.

Le réglage de la lumière naturelle est le plus intéressant dans les bâtiments avec de nombreuses ouvertures de lumière du jour, où les individus restent longtemps présents en journée, et où l’éclairage est aussi allumé régulièrement, comme dans des écoles, immeubles de bureau et centres de soins

L’importance ne fera que croître

Bien que la part du réglage de la lumière naturelle soit encore relativement limitée aujourd’hui – voir l’entretien avec l’installateur Ivo Leurs en p. 23 –, il est quasi certain que la technologie gagnera en importance à l’avenir. Primo, les effets positifs de la lumière naturelle sur l’être humain ont suscité un intérêt croissant et des connaissances accrues. Dans ce cadre, songez notamment à la nouvelle norme sur la lumière naturelle EN 17037 et à l’intégration de la lumière naturelle dans la version la plus récente de la NBN EN 12464-1, ainsi qu’à l’émergence des exigences de durabilité et des labels tels que WELL. Une meilleure analyse de l’impact et du potentiel de l’incidence de la lumière naturelle sur l’être humain permet du reste de mieux se rendre compte que cela peut aussi générer un bénéfice sur les coûts de personnel. La lumière naturelle dans les bâtiments publics sera de plus en plus mise en exergue et la commande de la lumière naturelle risque fort de suivre. Les gens sont de plus en plus familiarisés avec le luxe et le confort des systèmes de réglage, et en sont entichés, avec comme conséquence peut-être aussi l’apparition bientôt dans les bâtiments publics. Et quid des considérations économiques? Avec l’introduction des compteurs digitaux en systèmes de gestion des bâtiments, le suivi des consommations pourra être bien plus précis et on profite aussi d’un système d’éclairage le plus efficace possible dans les contrats de performance énergétique.

CONSIDERATIONS CRUCIALES LORS DU CHOIX DU SYSTEME DE REGLAGE

Le choix du système de réglage de la lumière naturelle est dans bien des cas l’apanage de l‘installateur. Et bien que le principe de base soit simple, bien d’autres aspects que la seule installation des trois composants sont à considérer dans la pratique. En effet, les systèmes et composants sont si nombreux sur le marché que le choix n’est pas une sinécure, sans parler de l’installation et du réglage corrects par la suite. En vue d’une réflexion correcte, une étude de la lumière et des besoins est en tout cas également nécessaire, en plus du cahier des charges. Ils permettent de donner forme à l’installation d’éclairage, mais offrent aussi un important fil conducteur pour les questions cruciales suivantes.

 

Circuit ouvert ou fermé?

Au sein de la commande de la lumière naturelle, on distingue les systèmes à circuit ouvert ou fermé. Dans un système à circuit ouvert, seule la quantité de lumière naturelle incidente est mesurée – par exemple en orientant le capteur sur la fenêtre –, pour régler sur cette base l’output des différents appareils d’éclairage. Dans un système à circuit fermé, par contre, le capteur est orienté directement sur la surface de travail. Ainsi, on ne mesure pas seulement la lumière du jour, mais aussi l’effet combiné de la lumière naturelle et de la lumière artificielle. Si l’output lumineux est adapté sur la base de la mesure, le signal vers le capteur changera également. En d’autres termes, un système à circuit fermé offre une plus grande certitude quant au niveau de lumière spécifique sur la surface de travail, mais peut dès lors (en fonction e.a. de l’atténuation sur le système) paraître aussi un peu plus nerveux. Quoi qu’il en soit, un bon réglage des deux systèmes doit garantir le confort de l’utilisateur (voir plus loin).

Varier ou commuter?

Pour la commande de la lumière naturelle, on choisit quasi toujours des systèmes variables. Ils sont les plus intéressants d’un point de vue énergétique. En effet, on peut varier dès une petite quantité de lumière naturelle, tandis que les systèmes à commutation exigent une très grande pénétration de lumière naturelle avant d’éteindre l’éclairage. De plus, les systèmes à variation procurent un confort visuel supérieur: la variation progressive est nettement moins marquante pour les utilisateurs que l’allumage et l’extinction de la lumière. Un point d’attention crucial avec les systèmes à variation est en tout cas la nécessité d’utiliser des drivers adaptés (ce qui est quasi toujours le cas avec l’éclairage LED). Ceci explique en partie l’investissement un peu plus élevé. Les systèmes qui agissent via une variation de phase, pourraient provoquer des distorsions harmoniques, pouvant avoir un effet négatif sur le fonctionnement de l’installation électrique, quoi qu’il s‘agisse de cas exceptionnels.

Entièrement automatisé ou pas?

Comme la plupart des pièces ne sont utilisées qu’une partie de la journée, la commande de la lumière naturelle est rarement utilisée seule. Des combinaisons avec une temporisation ou une détection de présence ou absence sont quasi standard (voir encadré Systèmes combinés). Dans cette optique, on peut se demander si des boutons-poussoirs ou des commutateurs manuels sont encore nécessaires. Le système est, en effet, entièrement automatisé et peut aussi agir sans eux. Toutefois, il est important de tenir compte des utilisateurs et des objectifs primaires du client. Dans un environnement où sont données régulièrement des présentations, il est important que l’éclairage puisse toujours être éteint manuellement. Retenez aussi que le degré d’interaction d’un individu avec le système d’éclairage a un impact sur ce que cette personne ressent. Les utilisateurs qui ne reçoivent aucun contrôle, se sentiront mal à l’aise dans bien des cas. En tout cas, le fait d’éviter le travail de fraisage et d’entaillage ne doit pas être une raison pour proscrire entièrement les commutateurs. Il existe assez d’alternatives sans fil, avec ou même sans batteries.

Par luminaire, par groupe ou par local?

Le réglage peut se faire par luminaire, par groupe de luminaires ou par local. Dans le premier cas, les capteurs et contrôleurs sont intégrés dans les luminaires et tout se fait dans l’appareil; dans les autres cas, on utilise un ou plusieurs capteurs dans le local (ou, pour un système à circuit ouvert, éventuellement dehors) et un contrôleur central. Ce dernier commande alors les appareils d’éclairage sur la base des mesures et des profils de variation fixés. Si la géométrie du local le permet, tous les luminaires peuvent être pilotés comme un seul groupe, mais dans la plupart des cas, on choisira de piloter par exemple chaque rangée, parallèle aux fenêtres, de façon séparée. Le choix de l’un ou l’autre système dépendra notamment de la taille et de la géométrie du local, du type de commande et du type de projet. Dans les rénovations, il sera par exemple bien plus simple de choisir des systèmes qui intègrent le capteur et le contrôleur directement dans le luminaire. Dans ce cas, faites attention aux différences dans le niveau de variation! En fonction des circonstances, la variation sur un luminaire pourrait par exemple être plus ou moins importante que sur un autre, ce qui peut provoquer un malaise avec les luminaires à vue directe. Si le choix se porte sur un ou plusieurs capteurs centraux, leur bon placement est la principale considération. Travaillera-t-on avec un seul capteur central dans le local ou plusieurs capteurs dans une disposition maître-esclave? La mesure de la lumière doit en tout cas être représentative de la zone complète qui est ainsi réglée.

Protocole ouvert ou fermé?

Parmi les différents protocoles digitaux (voir Digital ou analogique?), il existe des standards de communication ouverts d’une part et des protocoles fermés d’autre part. Ces derniers sont par exemple utilisés par des fabricants qui proposent un système totalement interne. L’inconvénient de ces protocoles fermés est cependant leur flexibilité limitée. En effet, vous restez dépendant du fabricant à chaque niveau et à chaque moment. Si un certain élément casse et si le fabricant ne le fabrique plus, l’installation complète doit sans aucun doute être remplacée. Dès lors, les systèmes fermés sont de moins en moins utilisés. Vous envisagez quand même de les utiliser? Choisissez alors un fabricant fiable aux états de service prouvés et informez votre client des risques.

Solution totale ou composée par soi-même?

Le choix d’un système spécifique à un fabricant n’équivaut pas nécessairement à un système fermé. De plus en plus de fabricants proposent des solutions totales pour lesquelles la communication s’effectue p.ex. selon DALI. De telles solutions peuvent être intéressantes pour les installateurs qui n’entrent en contact avec des systèmes de réglage de la lumière naturelle que de façon sporadique – le fabricant d’éclairage se charge du réglage et de la mise en service –, mais celui qui veut garder le contrôle et se profiler comme spécialiste, optera pour un système de sa composition. Ainsi, il conserve une liberté totale en matière de choix du produit et le nécessaire contrôle sur les travaux impliqués.

Digital ou analogique?

 

Au moins aussi important que le choix d’un système sans fil ou câblé est celui d’un système de réglage de lumière naturelle digital ou analogique. Les systèmes non adressables qui utilisent un signal analogique 0/1-10 V ou par exemple DALI Broadcast, demandent une attention particulière lors du câblage et sont peu flexibles si l’on veut apporter des modifications futures. En effet, chaque groupe de luminaires peut uniquement être relié à la ligne sur laquelle est envoyé leur signal de réglage. Des modifications dans la commande peuvent donc contraindre à tout démolir à nouveau et câbler. A l’heure actuelle, on choisit dès lors souvent des systèmes digitaux, dont les différents éléments sont reliés dans un réseau ou via un système bus. Dans de tels systèmes, chaque driver reçoit une adresse et la commande peut être indépendante de l’alimentation. Cela offre en tout cas l’avantage de pouvoir adapter des groupes dans des systèmes câblés sans casser, même s’ils demandent une certaine programmation. Différents protocoles digitaux sont disponibles, dont DALI (et, depuis peu, DALI 2), Bluetooth, ZigBee, ... Bien que DMX progresse fortement dans différents secteurs, ce n’est pas du tout le cas pour l’éclairage fonctionnel. Là, DALI reste encore et toujours la référence. Sur chaque réseau DALI peuvent être branchés 64 drivers, qui commandent au maximum 16 groupes différents. Attention: s’il existe également des systèmes DALI non adressables (Broadcast), il convient surtout de distinguer tous les éléments qui sont compatibles à DALI et les éléments qui sont conformes à DALI. Seuls ces derniers peuvent garantir que le système agira en totale conformité avec le standard DALI. Les éléments qui sont compatibles à DALI, intègrent bel et bien différents éléments du standard, mais ne peuvent pas offrir une garantie à 100%. Pour terminer, choisissez de remplacer des éléments DALI uniquement par des nouveaux, envisagez toujours d’échanger aussi le contrôleur par un contrôleur DALI 2. C’est la seule façon d’être entièrement certain de pouvoir faire usage de toutes les fonctionnalités de la nouvelle version.

 

Sans fil ou câblé?

Tirer de nouveaux câbles peut être évité en utilisant des systèmes de commande sans fil qui communiquent par exemple via Bluetooth ou via d’autres signaux RF. De tels systèmes peuvent se suffire à eux-mêmes ou ils peuvent être accouplés à un système câblé au niveau du bâtiment. Un système sans fil n’est toutefois pas la seule option pour une installation flexible et aisément extensible – une exigence particulièrement importante dans par exemple les immeubles de bureaux. Au sein des systèmes câblés, il existe aussi des options pour travailler avec des adresses, de telle sorte que des modifications dans le système n’exigent pas nécessairement un nouveau travail de démolition (voir Digital ou analogique?).

Local ou via SGB centralisé?

A l’instar des autres systèmes d’automatisation, les systèmes de réglage de la lumière sont de plus en plus souvent intégrés dans un système de gestion de bâtiment central. Ceci doit permettre d’accorder efficacement les différents systèmes – songez à la protection solaire et à la commande de la lumière naturelle. En principe, l’intégration peut se faire de deux manières: soit un seul contrôleur dans le système de gestion du bâtiment centralise la commande de tous les éléments d’éclairage dans le bâtiment, soit un contrôleur séparé est prévu par local et communique ensuite via un gateway avec un contrôleur central dans le système de gestion du bâtiment. En raison du coût et des possibilités – au sein d’un SGB, on utilise généralement un autre protocole –, on choisira quasi toujours la seconde option aujourd’hui. La commande de la lumière naturelle reste l’apanage de l’installateur, tandis que le niveau supérieur est optimisé par un intégrateur système dans la plupart des cas.

Systèmes combinés

 

Comme la commande de la lumière naturelle ne peut pas en soi différencier un local occupé d’un local inoccupé, elle est combinée dans la plupart des cas avec une temporisation ou une détection de présence ou d’absence. De cette manière, l’éclairage ne brûle que quand c’est réellement nécessaire. Il existe de nombreux contrôleurs sur le marché qui facilitent aisément une telle combinaison et des capteurs de lumière et de mouvement sont souvent réunis dans le même appareil. Dans ce cas, soyez très attentif au placement de tels capteurs. En effet, ils doivent pouvoir remplir les deux fonctions de façon optimale.

REGLAGE

Celui qui place la commande de la lumière naturelle, doit être conscient, quoi qu’il en soit, que le potentiel d’économie global de tels systèmes ne peut être pleinement mis à profit dans la plupart des cas que si l’installation est bien réglée. Les systèmes de réglage de la lumière naturelle sont fortement dépendants des conditions concrètes de leur placement et bien que les fabricants fournissent les efforts nécessaires pour simplifier la technique d’installation, il est important de vérifier toujours les réglages standard et, si nécessaire, de les adapter. Pour encore abaisser le seuil vers la commande de la lumière naturelle, certains fabricants d’éclairage se chargent de ce réglage, mais vous pouvez aussi mener à bien la mise en service. Les principes suivants vous y aident.

Sur mesure pour le système

Bien que la technologie utilisée dans différents systèmes soit identique intrinsèquement, les systèmes de circuit ouvert et fermé doivent être réglés autrement en raison de la différence de perception. Sur certains systèmes, cela se fera par exemple en protégeant plus ou moins le capteur de la lumière incidente, alors qu’une commande à distance sera utile pour d’autres. Le manuel du système choisi peut clarifier les choses.

Sur mesure pour la fonction du bâtiment

Une opération essentielle dans le réglage de n’importe quel système est la mesure de l’intensité lumineuse à différents endroits sur la surface des tâches. A cet effet, on utilise en standard un luxmètre. En guise de référence, on utilise généralement les prescriptions de la NBN EN 12464-1, même si le cahier des charges peut effectivement aussi imposer des exigences plus strictes. En mesurant l’intensité lumineuse sur la surface des tâches sous différentes conditions de lumière naturelle (ensoleillé, nuageux, …), les profils de variation requis peuvent être réglés.

Sur mesure pour les conditions

En principe, la mise au point du système de réglage de la lumière naturelle n’intervient qu’au stade final de la construction, idéalement quand les locaux sont déjà meublés et peints. C’est la seule manière de garantir les bonnes intensités lumineuses dans des conditions réelles.

Atténuation

La mise au point du réglage de la lumière naturelle ne se limite toutefois pas au réglage des bons profils de variation. Un autre point d‘attention crucial est le ralentissement ou l’atténuation sur le système. Ainsi, l’éclairage doit bel et bien réagir quand il fait réellement plus sombre, mais le but n’est pas que les lampes éclairent davantage à chaque fois qu’un nuage cache le soleil. Aussi retenez qu’une installation ‘nerveuse’ est tout sauf une installation confortable, et prévoyez si possible l’atténuation nécessaire sur chaque réglage.

Suivi

Les conditions changent. Aussi regardez plus loin que l’installation initiale et prévoyez, certainement au cours de la première année après le placement, des moments de contrôle réguliers. La mise en service n’est pas une action unique, mais une question de suivi. Prévoyez en tout cas un contrôle du fonctionnement du système de réglage de la lumière naturelle sous différentes conditions climatiques et dans les différentes saisons. Outre les mesures, regardez aussi par exemple la consommation d’énergie et interrogez les utilisateurs. De cette façon, vous savez immédiatement si le système atteint aussi la performance souhaitée sous d’autres conditions climatiques, vous pouvez adapter l’installation à un éventuel réaménagement du local et vous êtes d’emblée au courant des plaints et problèmes.

Jouer la sécurité est-il payant?

En théorie, un système de réglage de la lumière naturelle parfaitement mis au point combine la garantie du confort exigé avec une économie d’énergie la plus grande possible. Dans la pratique, toutefois, tant les installateurs que les fabricants jouent encore couramment sur la sécurité. Cela signifie qu’ils prennent une marge suffisante sur l’intensité de l’éclairage surtout afin de garantir à tout moment le confort. Ce n’est pas un choix illogique, naturellement. Le confort de l’utilisateur est l’exigence de base dans tous les cas. Cependant, plus la surveillance de l’énergie sera intense, et plus la part des contrats de performance énergétique sera élevée, plus l’aspect énergétique sera quantifié. Celui qui intègre une trop grande sécurité dans l’obtention du confort – un choix qui porte préjudice quasi par définition à l’économie d’énergie – sera sans aucun doute confronté aux plaintes des maîtres d’ouvrage et des gestionnaires de bâtiment. Aussi cherchez d’ores et déjà le bon équilibre et efforcez-vous de garantir le confort exigé avec une consommation d’énergie la plus basse possible.

 

Intellicht

Cet article a été rédigé en collaboration avec Catherine Lootens (KU Leuven) et Ruben Delvaeye (Buildwise), tous deux actifs dans le trajet VIS pour suiveurs d’innovation ‘Intellicht: Systèmes de réglage de la lumière intelligents’, qui vise à améliorer les connaissances et l’acceptabilité des systèmes de réglage de la lumière chez les installateurs, bureaux d’études et architectes. Les partenaires (KU Leuven, Buildwise et Volta) mettent sur pied diverses initiatives, dont des ateliers, formations et modules e-learning. Tout ceci dans le cadre du projet subsidié par l’Agentschap Innoveren en Ondernemen (VLAIO), demandé par Groen Licht Vlaanderen vzw.