Les lampes fluorescentes sont alimentées en courant alternatif sous une fréquence de 50 Hz. La décharge électrique dans un gaz d’une lampe à décharge n’est pas autostabilisatrice, par conséquent, pour assurer cette stabilité, il faut installer en série un organe de limitation de courant appelé réactance (self) capable de fournir l’énergie réactive assurant cette stabilisation. La compensation du facteur de puissance est assurée par un condensateur. Cet ensemble est appelé platine ou ballast (ferromagnétique ou électronique).
Le ballast électronique fonctionne à une fréquence plus élevée (quelques dizaines de kHz) que celle du distributeur d’énergie (50 Hz). Il doit donc être adapté à chaque type de lampes utilisées et à leur puissance. Il alimente les lampes fluorescentes sous haute fréquence (entre 25 et 60 kHz) et a un facteur de puissance proche de 1, ce qui évite la mise en œuvre de condensateur de compensation. Le papillotement des lampes s’en trouve réduit et leur durée de vie augmentée. Ce type de ballast n’utilise pas de starter, mais le préchauffage des cathodes, ce qui limite sa consommation. Il remplace de plus en plus le ballast ferromagnétique.
L’électronique et l’alimentation des LED
L’alimentation des LED est réalisée soit en courant constant, soit sous tension constante. Les fabricants de LED spécifient les caractéristiques de leurs modules selon la valeur du courant direct IF déterminé transmis par le driver (ou pilote).
Les drivers sont disponibles avec convertisseurs à induction, ou avec convertisseurs à condensateur commuté ou encore sans suralimentation. Les matériels à tension constante sont de 24 V pour une puissance de 3 à 60 W, et de 12 V pour une puissance de 12 à 100 W.
Les convertisseurs à induction associent une grande efficacité à une faible interférence dans un faible encombrement et sont optimisés pour commander 2 à 10 LED. Généralement, toutes les LED fonctionnent mieux si elles sont alimentées par un courant constant. Pour assurer l’alimentation de chaque LED d’un réseau en courant constant, l’installation électrique doit être capable de délivrer une tension de sortie égale à la somme des valeurs de polarisation directe de chaque élément du réseau. Elle constitue la caractéristique qui varie le plus. Le décalage qui intervient dans la polarisation directe due au changement de température de la LED impose de mettre en œuvre des régulateurs de courant constant dans une large gamme de tensions de sortie. Les drivers de LED à induction sont la solution pour des courants de quelques centaines de mA (milliampères). L’avantage des drivers à circuit inductif est de pouvoir gérer aisément un courant plus élevé, ce qui convient aux applications qui utilisent plusieurs LED de puissance, et d’ajuster leur amplification de façon continue pour varier la luminosité des LED.
Les drivers peuvent fournir les niveaux de courant constant de 350 mA, 700 mA et 1 050 mA. Les drivers de LED universels règlent eux-mêmes la tension secondaire en fonction du nombre de LED connectées.
Les systèmes de commande basiques
Avec l’électronique sont apparus les premiers automatismes : détecteurs de présence et de luminosité. Ce dernier consiste en un capteur de lumière qui enregistre le niveau d’éclairement du local où il est installé et permet une commande automatique de l’allumage de l’éclairage en fonction de la lumière du jour. Une cellule photoélectrique mesure l’apport de lumière naturelle et module l’éclairage artificiel en conséquence, ce qui permet d’obtenir un éclairement le plus constant possible à l’intérieur des locaux, tout en maintenant les valeurs minimales d’éclairement imposées pour les lieux de travail.
Les détecteurs de présence commandent l’allumage et l’extinction de l’éclairage à partir de la détection d’un rayonnement thermique émis par un corps chaud : le capteur détecte la présence d’une personne par l’émission de chaleur qu’elle dégage. Un signal est envoyé aux luminaires qui s’allument instantanément. Le détecteur assure également l’extinction automatique des locaux dès qu’il n’y a plus personne. Certains systèmes permettent de réaliser un abaissement progressif du niveau d’éclairement, par paliers, jusqu’à un faible niveau (veilleuse). Aucun interrupteur n’est requis pour réaliser l’allumage. Le détecteur de présence est le seul dispositif de commande.
Les détecteurs consomment de l’énergie électrique en faible quantité, même si la lumière est éteinte, et peuvent être installés dans différents locaux selon leur taux d’occupation.
Les installations sur bus ont beaucoup évolué ces dernières années et les systèmes proposés sont désormais compatibles entre eux. L’éclairage peut être relié au bus des régulateurs CVC (chauffage, ventilation, climatisation). Les régulateurs communiquent via le protocole « ouvert » KNX à bande 868 MHz avec sorties de commande décentralisées, qui est compatible avec le standard EIB. Ceci permet également la réalisation de fonctions communicantes entre les différents équipements de la technique CVC et l’installation électrique.
Le protocole DALI (Digital Addressable Lighting Interface)
Jusqu’à 60 % des consommations peuvent être économisés grâce à des technologies simples qui répondent aux contraintes de la gestion d’éclairage, en combinant la commande et le réglage de celui-ci en fonction de l’intensité de la lumière naturelle, de la présence de personnes, des horaires… Le protocole « ouvert » DALI, entre un contrôleur et des luminaires, est une de ces technologies. On dit d’un système qu’il est ouvert quand plusieurs produits de fabricants différents et assurant des fonctions complémentaires peuvent être connectés sur un même réseau pour fonctionner entre eux (par exemple, réseau téléphone, USB, Wi-Fi) et cohabiter pour réduire les coûts d’infrastructure. Il permet une gestion optimale de l’éclairage par l’intermédiaire d’un bus appelé ligne DALI. L’allumage, l’extinction et la variation de l’éclairage sont commandés via cette ligne.
Il a été développé et soutenu par différents constructeurs de ballasts électroniques et garantit donc un interfonctionnement complet des matériels à architecture de système ouverte permettant aux utilisateurs de réaliser des systèmes flexibles multiconstructeur évolutifs. Ainsi, les produits de différents fabricants peuvent être intégrés pratiquement sans limites.
L’installation gagne en simplicité et en rentabilité par rapport aux systèmes traditionnels de commutation et de contrôle. La conjugaison d’adressage individuel de ballast et de commutation numérique supprime le câblage vertical. Tous les luminaires d’une pièce sont connectés à l’alimentation non commutée la plus proche et à un seul câble à deux fils provenant du contrôleur d’éclairage. Si l’agencement de la pièce change, l’installation peut être reconfigurée sans que l’on doive intervenir dans le câblage de luminaire.
Le confort au travail dépend des niveaux d’éclairage appropriés disponibles à l’endroit requis et au moment voulu en fonction des tâches et activités spécifiques. Par le biais d’une télécommande infrarouge, l’utilisateur peut commuter ou ajuster l’éclairage, ou encore relancer des scénarios lumière programmés, quel que soit l’endroit où il se trouve dans la pièce.
La lumière connectée
La LED, ou « lumière digitale » comme certains aiment à l’appeler, a permis des développements spectaculaires en termes de transmission d’informations. Ces avancées, liées à l’éclairage, ont donné lieu à la création de systèmes intelligents, programmables, pilotables à distance, flexibles, automatiques. Pour Christophe Bresson, directeur marketing et communication Philips France, « on peut dater les premières réalisations de lumière connectée de 2005 avec les changements de couleur mis en œuvre dans les illuminations. Je pense notamment au centre de recherche et de développement de NXP à Caen qui utilisait un système déclenchant des scénarios préenregistrés ». Avec la tour Montparnasse, Philips va plus loin quelques années après : connectés à des adresses IP, les luminaires sont transformés en pixels qui, traités comme une vidéo, forment des images comme la pluie qui tombe. Plus récemment, le fabricant a installé pour la première fois au monde des projecteurs ArenaVision LED dans la salle polyvalente Ekinox à Bourg-en-Bresse : en plus de l’éclairage des événements sportifs, le système permet de créer des effets lumineux pour les spectacles de divertissement, qui nécessiteraient normalement des luminaires spécifiques à l’éclairage de scène. Développée conjointement avec Somfy, Philips a créé la solution de pilotage d’éclairage Light Balancing qui agit simultanément sur les protections solaires en façade et sur les sources lumineuses dans le bureau avec un double objectif : garantir un confort lumineux ambiant optimal et minimiser l’impact énergétique des bâtiments.
De son côté, Osram lance un système d’éclairage permettant d’exploiter de nombreuses possibilités d’éclairage à partir d’une application sur smartphone ou tablette et s’adressant aussi bien aux applications tertiaires que domestiques. Lightify, c’est son nom, s’intègre dans les réseaux locaux WLAN existants et les composants Lightify s’interconnectent automatiquement. La gamme complète Lightify des lampes et luminaires LED peut être commandée indépendamment des emplacements. À noter que les systèmes et produits d’éclairage d’autres marques déjà installés, qui supportent ZigBee Light Link ou le standard Home Automation, peuvent également être intégrés dans le système.
Aujourd’hui, de nombreux fabricants développent des systèmes « Lifi » qui permettent, via la lumière, d’obtenir d’autres informations : signal d’intrusion dans la maison, informations relatives aux produits dans les grandes surfaces ou encore aux tableaux dans les musées… des systèmes pour aller au-delà de la lumière.