Etude pratique et dimensionnement d'un réseau d'éclairage public utilisant de l'électricité produite aux moyens des hydroliennes cas du quartier Mikondo ( ex Ndjili brasserie)

2.4.6. La luminance24(*)

La luminance est la seule grandeur photométrique perçue par l'oeil humain. Ce concept décrit l'impression de luminosité que donne d'un côté une source d'éclairage et de l'autre côté une surface. Ce faisant, cette impression dépend fortement du facteur de réflexion (couleur et surface). Elle est désignée par L ou Lv.

(2.3)

Avec 

I : intensité lumineuse

S : surface éclairée

Angle d'éclairage

2.4.7. L'éblouissement25(*)

L'éblouissement exprime une contrainte désagréable dans la perception visuelle, causée par une lumineuse particulièrement d'intensité excessive ou par un passage rapided'un milieu obscur à un milieu fortement éclairé.

L'éblouissement peut limiter la capacité à distinguer des objets ou des obstacles. De plus, il peut occasionner un visuel inconfortable.

2.4.8. L'indice de rendu des couleurs26(*)

L'indice de rendu des couleurs (IRC) représente la qualité de la lumière ; à savoir sa faculté à rendre fidèlement la vraie nature des couleurs telles qu'on peut les voir sous la lumière naturelle du soleil. Normalisé par la Commission internationale de l'éclairage (CIE). Plus cet indice se rapproche de 100, plus la qualité de la lumière est excellente.

2.4.9. Le diagramme photométrique

C'est une courbe fermée dont le "rayon" dans une direction donnée, donne l'intensité de l'émission dans cette direction (en lumen/stéradian/lumen ou candela/lumen)^27(*). En d'autres termes, elle est une représentation visuelle de la distribution de la lumière d'une lampe. Elle tente de traduire une donnée tridimensionnelle (la répartition d'une lampe ou d'une armature dans un espace) dans un support bidimensionnel (une feuille ou un écran d'ordinateur).

Figure (2.2) : diagramme photométrique ( www.dmlights.fr )

2.5. Composants principaux d'un réseau d'éclairage public

L'éclairage public est l'ensemble des moyens d'éclairage mis en oeuvre dans les espaces publics, à l'intérieur et à l'extérieur des villes, généralement en bordures des voiries et places publiques, nécessaires à la sécurité ou à l'agrément de l'homme^28(*).

Un réseau d'éclairage public est généralement composé des éléments ci-après :

§ Les lampadaires ;

§ Les câbles ;

§ Les armoires électriques ;

§ Les postes de distributions ;

§ L'unité de production de l'énergie électrique.

2.5.1. Les lampadaires

Le Lampadaire est un dispositif d'éclairage d'appartement ou public placé en périphérie des voies de circulation publiques, les parcs et les jardins, etc. Un lampadaire classique est constitué principalement : du mât et du luminaire^29(*).

a) Mât ou Support^30(*)

Les luminaires sont fixés sur des consoles ou des candélabres. Le support permet de placer un ou plusieurs luminaires dans la position désirée dans l'espace. Le mât est une pièce généralement verticale et forcément fixé au sol. Il se compose de plusieurs parties :

§ Le fût : Partie principale ou unique d'un poteau ;

§ La plaque d'appui (option) : Cette plaque assure la liaison entre le massif de fondation et le fût ;

§ La crosse : Elle assure le déport du luminaire au-dessus de la chaussée.

Les types de mât

§ Poteaux en acier : Ils constituent la majeure partie des poteaux couramment utilisés ;

§ Poteaux en alliage d'aluminium : Ils ont une excellente tenue à la corrosion même en atmosphère polluée et ne nécessitent aucun entretien ;

§ Des poteaux en béton, fonte et bois.

Le mât doit pouvoir :

§ Résister au vent, aux chocs et aux vibrations ;

§ Résister aux intempéries (pluie, vents, températures, neige) et à la corrosion ;

§ Être ancré solidement au sol (massif en béton) ou sur une façade d'immeuble ;

§ Disposer d'une trappe de visite en pied de support pour recevoir un coupe-circuit électrique.

b) Luminaires^31(*)

Le luminaire contient la source lumineuse ainsi que les éventuels auxiliaires. Son rôle est triple:

§ Il dirige au moyen de l'optique, la lumière fournie par la source lumineuse vers l'espace à éclairer ;

§ Il protège la lampe et les éventuels auxiliaires contre les influences externes (coups, eau, poussières, etc.) ;

§ Il joue un rôle esthétique particulièrement important dans les applications résidentielles ou touristiques de par sa forme, ses couleurs et ses matériaux.

Même si la fonction principale du luminaire est de répartir au mieux la lumière, tout luminaire absorbe une partie plus ou moins importante du rayonnement lumineux de la source qu'il contient. Leur rendement (LOR - Light Output Ratio) est défini comme le pourcentage de lumière de la lampe émise au-dessus de l'horizontale.

Il est important d'éviter toutes les émissions vers le haut et l'horizontal, pour cette raisonles fiches matérielles doivent être accompagnées d'un diagramme photométrique.

Selon la forme de luminaire il existe plusieurs types d'éclairage :

ü Eclairage direct :

La lumière est directement projetée sur une surface à éclairer. Par conséquent, les puissances installées nécessaires au confort visuel sont généralement faibles.

ü Eclairage indirect :

Le rayonnement lumineux est réfléchi une première fois sur un autre plan avant de parvenir à la surface à éclairer. Cette lumière assure un bon confort visuel.

ü Eclairage diffus :

Les rayons lumineux sont transmis à travers un matériau translucide. L'éclairage diffus permet de gommer ou d'adoucir les ombres.

ü Eclairage orienté :

L'adjonction d'un bouclier ou d'une grille paralume limitant la propagation de la lumière ou l'éblouissement opère une sélection des rayons lumineux émis par la lampe.

c) Les techniques de production de la lumière

Pour produire la lumière, Il existe essentiellement deux techniques principales : l'incandescence (classique et halogène) etla luminescence (décharge et LED).

ü Les lampes à incandescence^32(*)

L'incandescence consiste à faire chauffer un filament à haute température.

Ø Les lampes à incandescence classiques :

La lampe « classique »est un dispositif inventé en 1879 par JOSEPH SWAN et améliorée par les travaux de Thomas Edison, ce dispositif appelé «ampoule», contient un filament de tungstène qui porté à haute température (environ 2823°K) par le passage d'un courant électrique émet de la lumière. Généralement l'ampoule est remplie d'un gaz inerte comme l'argon ou le krypton, qui permet d'éviter la détérioration du filament.

Ces lampes ont un rendement lumineux faible dû au fait que la plus grande partie del'énergie électrique est convertie en chaleur plus qu'en lumière. Elles sont souvent utilisées pour l'éclairage domestique intérieur.

Figure (2.3) : une lampe incandescente classique (source : www.elumino.fr)

Les avantages des lampes à incandescence classiquessont :

§ Un allumage instantané ;

§ Elles sont bon marché ;

§ Elles offrent un excellent rendu des couleurs ;

§ Facilement recyclable (ne contient pas de produit dangereux).

Les inconvénients des lampes à incandescence classiques sont :

§ Elles ont une durée de vie très limitée (1 000 heures) ;

§ Leur rendement de lumière est faible (12 à 20 lm/W) ;

§ L'efficacité lumineuse diminue sensiblement au cours du temps ;

§ Risques de brûlures dus à la température élevée de l'ampoule.

Ø Les lampes à incandescence halogénés

Elle produit de la lumière de la même façon qu'une lampe à incandescence classique, en portant à incandescence un filament de tungstène, mais dans une petite ampoule en verre de quartz remplie de gaz halogénés (iode et brome) à basse pression. D'où l'appellation courante lampe quartz iode. Cette ampoule fonctionne à des hautes températures où la convection des gaz halogènes permet la régénération en continu du filament, au moins partiellement, ce qui augmente la durée de vie de l'ampoule.

Figure (2.4) : Une lampe incandescente halogénée (source : www.ilocls.org )

Les avantages des lampes à incandescence halogénées sont :

§ Aucun risque sanitaire, elles peuvent être jetées avec les ordures ménagères ;

§ Allumage instantané ;

§ La qualité et la quantité de la lumière sont identiques pendant toute la durée de vie ;

§ Rendement lumineux est de 30 %, supérieur (25 lm/W, pour les dernières générations de lampe halogène à 230 V), par rapport à celui d'une ampoule à incandescence classique ;

§ Très bon rendu des couleurs (IRC de 95 à 100, qualité de la lumière chaude, blanche et éclatante) ;

§ Facilement recyclable (ne contient pas de produit dangereux).

Les inconvénients des lampes à incandescence halogénéessont :

§ Une durée de vie limitée (2 000 à 4 000 heures) ;

§ Risques de brulures suite à la température élevée de l'ampoule ;

§ Supporte moins les marches/arrêts répétés ;

§ Une consommation élevée (jusqu'à 500 W).

ü Les lampes à luminescence

Le principe de la luminescence est utilisé dans des lampes à décharge et des lampes LED. Ce type des lampes sont caractérisées par un grand rendement énergétique.

Ø Lampe à décharge basse pression :

^33(*)La lampe à décharge est une lampe électrique constituée d'un tube ou d'une ampoule en verre remplie de gaz ou de vapeur métallique sous basse pression, au travers duquel il fait passer un courant électrique, il s'ensuit une conversion en photons donc de la lumière.Elles ont un fort encombrement et proposent des puissances faibles jusqu'à 180W. Telles que les tubes fluorescents et les lampes à vapeur de sodium basse pression.

· Lampe à décharge haute pression :

^34(*)Les lampe à décharge haute pression ont des caractéristiques communes inverses aux lampes basse pression, elles ont un faible encombrement et proposent des puissances qui peuvent aller jusqu'à plus de 3000 W, il existe 3 différents types de lampes à décharge haute pression qui sont les lampes à vapeur de sodium, les lampes à vapeur de mercure et les lampes aux halogénures métalliques.

La couleur de la lumière émise par luminescence, par ces lampes dépend du gaz utilisé parmi lesquels :

2. Le néon donne une couleur rouge ;

3. Le mercure s'approche du bleu en produisant une quantité importante d'ultraviolet ;

4. Le sodium rayonne dans l'orange ;

5. Le xénon est légèrement grisé à gris clair ou à forte intensité Bleu-vert très vif à bleu.

Figure (2.5) : Une lampe à décharge haute pression ( www.lightzoomlumiere.fr )

Les avantages des lampes à décharge :

§ Une très grande efficacité lumineuse (60 à 120 lm/W) ;

§ Une durée de vie moyenne de 10 000 heures ;

§ Un spectre lumineux très proche de la lumière réelle (lumière du jour).

Les inconvénients des lampes à décharge :

§ Nécessite quelques minutes pour que le flux lumineux soit maximum ;

§ Nécessite des amorceurs pour permettre leur démarrage.

· Les lampes LED

^35(*)La LED, light-emitting diode, ou DEL, une diode électroluminescente (figure 2.6) est un composant électronique capable d'émettre de la lumière lorsqu'il est parcouru par un courant électrique. Lorsqu'un courant traverse la diode dans le sens passant, celle-ci émet de la lumière. Contrairement aux sources lumineuses conventionnelles, les LED sont des composants électroniques, à savoir de minuscules puces électroniques en cristaux semi-conducteurs. Les LED se passent de filtres chromatiques : leur lumière est directement produite en diverses couleurs grâce aux différents matériaux semi-conducteurs.

Pour produire de la lumières blanche, les LED émettent de la lumière bleue à laquelle est ajouté du phosphore jaune, ce qui donne une lumière blanche^36(*).

Figure (2.6) : Une lampe LED (source : www.teq.tn/ )

^37(*)Les avantages des lampes LED sont :

§ Durée de vie plus longue (après 30 000 h de fonctionnement, le rendement aura baissé en moyenne de 30 %, à condition que les composants électroniques de l'alimentation restent fonctionnels) ;

§ Faible consommation électrique due à une bonne efficacité lumineuse ;

§ Sécurité en très basse tension ;

§ Faible production de chaleur ;

§ Pas de production d'ultraviolets ;

§ Possibilité d'alternances allumage/extinction rapides et fréquents sans endommager la lampe ;

§ Impact environnemental plus faible que les lampes fluorescentes, lié notamment à l'absence de polluants comme le mercure.

Les inconvénients des lampes LEDsont :

§ Elles sont coûteuses ;

§ Les LED de forte puissance émettant une lumière bleue présentant un risque pour des personnes atteintes des maladies oculaires.

ü Les caractéristiques des différents types des lampes^38(*)

Le tableau suivant représente les caractéristiques des déférents types des lampes

	Les lampes
	Incandescence		Luminescence
	classique	Halogène	A décharge		LED
			Basse pression	Haute pression
Durée de vie (H)	1 000	2 000	6 000 à 16 000	6 000 à 22 000	25 000 à 100 000
Efficacité L (Lm/W)	3 à 17	12 à 25	30 à 180	40 à 130	80 à 100
Flux L(Lm)	21 à 4850	60 à 9 900	120 à 32 000	1300 à 225000	140 à 950
IRC	100	100	20 à 85	20 à 95	80 à 90
Puissance(W)	7 à 300	5 à 500	4 à 1000	20 à 2100	1 à 100

Tableau 2.1 : les caractéristiques des lampes

d) Types d'implantation^39(*) :

Pour identifier l'implantation appropriée à un espace public, il est primordial de tenir compte des paramètres suivants :

· L: largeur de la chaussée à éclairer ;

· a : avancement du feu par rapport au bord de la chaussée ;

· h : hauteur du feu ;

· e : espacement entre deux foyers lumineux.

Il existe 4 types principaux d'implantation des points lumineux dans l'éclairage public.

· Implantation unilatérale (gauche ou droite)

Dans ce type d'implantation, tous les luminaires sont implantés sur un seul côté de la route. On l'utilise principalement lorsque la largeur de la route est inférieure ou égale à la hauteur des candélabres. La luminance de la partie de la chaussée située loin des luminaires est inévitablement plus faible que celle située du même côté. Ce type d'installation est habituellement utilisé pour l'éclairage d'une route constituant une chaussée simple à double sens de circulation.

· Implantation bilatérale en quinquonce

Dans ce type d'implantation, les luminaires sont situés de chaque côté de la route, en implantation alternée (ou zigzag). On l'utilise principalement lorsque la largeur de la route est comprise entre 1 et 1,5 fois la hauteur des candélabres. Un soin particulier devra être apporté à l'uniformité des luminances de la chaussée. En effet, l'alternance de zones sombres puis éclairées peut produire un effet 'zigzag' désagréable. Ce type d'installation est habituellement utilisé pour une route constituant une chaussée simple à double sens de circulation.

· Implantation bilatérale vis-à-vis

Ce type d'implantation est caractérisé par des luminaires implantés des deux côtés de la route en opposition. On l'utilise principalement lorsque la largeur de la route est supérieure à 1,5 fois la hauteur des candélabres. Ce type d'installation est habituellement utilisé pour une route constituant une chaussée simple à double sens de circulation.

· Implantation axiale (rétro-bilatérale)

Les luminaires sont implantés au-dessus de la zone centrale. Cette solution équivaut à une installation unilatérale pour chaque chaussée individuelle.

Le Tableau suivant synthétise les principaux types d'implantation des points lumineux en fonction de la hauteur des feux et la largeur de la chaussée.

Type d'implantation recommandée	Rapport entre h et L	Types de chaussées	Observation
Implantation unilatérale	L = h	Chaussée simple à double sens de circulation	La luminance de la partie de la chaussée située loin des luminaires est plus faible que celle située du même côté
Implantation bilatérale en Quinquonce	H < L = 1,5 h		Un soin particulier doit être apporté à l'uniformité de luminance de la chaussée
Implantation bilatérale vis-à-vis	1,5 < h
Implantation axiale (rétro-bilatérale)	L = h	Chaussée double à deux sens de circulation

Tableau 2.2 : les principaux types d'implantations

e) Calcul des inter-distances et hauteurs de feu^40(*)

Les hauteurs de feux sont à préciser sur la base d'une étude photométrique lors du choix du matériel. Les distances inter-luminaires nommées inter-distances dépendent également de la hauteur du feu.

Ordres de grandeur possibles :

· La largeur de la chaussée (L) peut être égale à la hauteur de feux (h).

Donc L = h

· L'inter-distance est comprise entre 3,5 x h et 4 x h.

Il est à noter que certains luminaires LED permettent d'atteindre des inter-distances allant jusqu'à 6 fois la hauteur de feux, ce qui contribue à la diminution du nombre de points lumineux et par conséquent ce qui réduit les frais d'exploitation, de maintenance et de la facture énergétique.

Figure (2.7) : les différentes implantations d'éclairage public (source : www.eclairagepublic.eu )

2.5.2. Câblage

Un câble électrique est un ensemble des fils destinés à transporter l'énergie électrique. Il est utilisé pour alimenter différents types des matériels électriques en courant fort ou courant faible. En effet, il est employé pour alimenter en énergie les appareils électriques.

a) Résistance d'un câble électrique

^41(*)La résistance d'un câble électrique désigne la propriété des conducteurs électriques à s'opposer au passage du courant électrique.La formule de la résistance peut être écrite comme suite :

(2.4)

R : résistance en ? ;

L : longueur du câble en m ;

S : section du câble en mm² ; 

 : La résistivité du matériau en ?/m.

b) Notion de chute de tension

^42(*)La chute de tension dans un conducteur résulte de pertes dites pertes par effet Joule. Une partie de l'énergie véhiculée est directement absorbée par le conducteur et une autre est dissipée sous forme de chaleur. D'où, La tension lue au point de départ du câble sera toujours supérieure à celle reçue à l'extrémité du câble.En tenant compte des normes européennes, les chutes de tensions acceptables pour une installation d'éclairage sont de l'ordre de 3%.

La chute de tension en courant alternatif dépend principalement des éléments suivants^43(*) :

(2.5)

§ Coef : il est égal à 1 pour le courant alternatif triphasé et 2 pour le courant alternatif monophasé ;

§ : résistivité du conducteur (0.023 pour le cuivre et 0.07 pour l'aluminium) ;

§ L : longueur en mètre ;

§ S : section en mm² ;

§ Cos facteur de puissance

§ I : intensité en Ampère ;

§ X : réactance linéique, elle est de 0.08m?/m ;

§ U' : chute de tension en Volts.

^44(*)La formule de calcul pour déterminer la chute de tension en courant continu (en V) est :

U' = R x L x I (2.6)

La chute de tension relative est donnée par la formule suivante :

ÄU = en % (2.7)

Nous pouvons aussi déterminés la perte engendrée par effet joule, par la formule suivante :

(2.8)

§ P : puissance perdue sous forme de chaleur(W) 

§ I : courant (A) ;

§ R : résistance en ?. 

* ²⁴ Manuel pratique de l'éclairage, ZUMTOBEL_3^ème édition révisée juillet 2017_ P.11

* ²⁵ Mémoire Etude pratique et dimensionnement d'un système photovoltaïque autonome cas d'étude : unité de Recherche d'Adrar_ (BOULHARES et TAKET) _2018, P.7.

* ²⁶ Mémoire Etude pratique et dimensionnement d'un système photovoltaïque autonome cas d'étude : unité de Recherche d'Adrar_ (BOULHARES et TAKET) _2018, P.7.

* ²⁷ Mémoire Etude pratique et dimensionnement d'un système photovoltaïque autonome cas d'étude : unité de Recherche d'Adrar_ (BOULHARES et TAKET) _2018, P.7.

* ²⁸ Mémoire sur l'éclairage public à Djamaa. État des lieux_Benmebrouk_2019-2020. P.2

* ²⁹ Dictionnaire Larousse 2020

* ³⁰ Mémoire Etude pratique et dimensionnement d'un système photovoltaïque autonome cas d'étude : unité de Recherche d'Adrar_ (BOULHARES et TAKET) _2018, P.12.

* ³¹Mémoire Etude pratique et dimensionnement d'un système photovoltaïque autonome cas d'étude : unité de Recherche d'Adrar_ (BOULHARES et TAKET) _2018, P12-13.

* ³²Mémoire Etude pratique et dimensionnement d'un système photovoltaïque autonome cas d'étude : unité de Recherche d'Adrar_ (BOULHARES et TAKET) _2018, P.8-9.

* ³³ https://fr.m.wikipedia.org/wiki/lampe_%C3%A9charge _ 23 octobre 2021 à 16h28'.

* ³⁴ https://fr.m.wikipedia.org/wiki/lampe_%C3%A9charge _ 23 octobre 2021 à 16h28'.

* ³⁵ https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Diode_%C3%A9lectroluminescente_ 23 octobre 2021 à 16h35'.

* ³⁶ Manuel pratique de l'éclairage, ZUMTOBEL_3^ème édition révisée juillet 2017_ P.95

* ³⁷ Fondamentaux de l'éclairage public, Deutsche Gesellschatf fur internationational_Mars 2018_ P.37

* ³⁸ Mémoire Etude pratique et dimensionnement d'un système photovoltaïque autonome cas d'étude : unité de Recherche d'Adrar_ (BOULHARES et TAKET) _2018_P.11

* ³⁹ Fondamentaux de l'éclairage public, Deutsche Gesellschatf fur internationational_Mars 2018_ P.33

* ⁴⁰Fondamentaux de l'éclairage public, Deutsche Gesellschatf fur internationational_Mars 2018_ P.34-35

* ⁴¹ Mémoire Etude pratique et dimensionnement d'un système photovoltaïque autonome cas d'étude : unité de Recherche d'Adrar_ (BOULHARES et TAKET) _2018_P.15

* ⁴² BRICOLEUR, « Guide de Comment choisir ses fils et câbles électriques, » Mano, Puy-de-Dôme, 2017. P.2

* ⁴³ https://schema-electrique.net/calcul-chute-de-tension-electrique-formule-calcul-section-cable_triphase.html _ 17 novembre 2021 à 16h13.

* ⁴⁴ Fiche technique, Electronic securtity_2001 P.1