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Éclairage solaire et éclairage conventionnel, étude comparative

Éclairage public d’un chemin. Étude comparative entre éclairage solaire autonome et éclairage conventionnel électrique.
19 juillet 2022

« Quand je m’examine, je m’inquiète. Quand je me compare, je me rassure. » Charles-Maurice de Talleyrand-Périgord. Difficile exercice que celui de comparer objectivement deux technologies. C’est pourtant ce que cet article présente par le biais d’une étude comparative basée sur des critères objectifs. Entrez dans ce parallèle entre éclairage solaire autonome et éclairage conventionnel (alimentation par un réseau électrique). Et en tout état de cause, n’oubliez pas que « comparaison n’est pas raison ».

Éclairage solaire et éclairage conventionnel

Les éclairages solaires autonomes, autrefois utilisés pour des sites isolés, sont aujourd’hui plébiscités pour de multiples projets. Il s’agit toujours de sites isolés, mais désormais également de lotissements, parcs et jardins, ou même en remplacement de solution « conventionnelle ». Par exemple, il n’est aujourd’hui plus anodin de croiser des projets d’enfouissement de réseaux où l’éclairage conventionnel est remplacé par des solutions solaires autonomes, bien que le réseau électrique soit pourtant présent ! Enfin, des solutions dites « hybrides » sont aujourd’hui développées.

Éclairage de parking avec un éclairage LED solaire autonome, Val d’Oingt, Rhône © Sarese

Éclairage public d’un chemin : présentation du scénario

C’est dans ce contexte que nous proposons une étude comparative pour un projet d’éclairage routier ; ici, l’éclairage d’un chemin. Voici la présentation du projet.

Présentation du chemin à éclairer

  • Longueur : 210 m d’extension dans un chemin dépourvu d’éclairage.
  • Largeur voirie : 6 m.
  • Deux voies de circulation.
  • Hauteur de feu équivalente : 7 m.
  • Saillie identique : 0,50 m.

Objectif photométrique

  • Obtenir une luminance moyenne de 0,63 cd/m².
  • Soit une voie classée en M5 au sens de la norme NF EN 13201.
  • Équivalence d’environ 11 lux moyen.
  • Autrement dit, un niveau d’éclairement relativement courant.

Questions et débats

  • Quelle puissance doit monopoliser chaque système pour parvenir à cet objectif ?
  • Est-il si nécessaire d’allumer toute la nuit ?
  • Quel espacement moyen des mâts d’éclairage public ?
  • Financièrement, quel est le coût global de chaque scénario ?

Le projet consiste en une extension, c’est-à-dire un chemin actuellement dépourvu d’éclairage.

Pour le scénario conventionnel, le raccordement se fera au début du chemin, avec une connexion souterraine sur un candélabre existant.

Plan de cadastre avec une extension d’environ 210 m sur un chemin actuellement dépourvu d’éclairage © Sarese

Étude photométrique

Pour rappel, l’objectif est d’obtenir le même résultat : une luminance moyenne de 0,63 cd/m², équivalant à un éclairement de 11 lux moyen. Les facteurs de maintenance sont égaux. Les luminaires sont les mêmes, mais ils sont alimentés différemment. Les facteurs de dépréciation des luminaires ont été égalisés, ainsi que ceux de la source.

Rappelons que l’éclairage solaire autonome n’exclut pas de pratiquer des actions de maintenance préventive.

Voici un extrait des réponses fréquentes de Novéa Énergies à ce sujet : « Un lampadaire solaire nécessite la même maintenance qu’un mobilier d’éclairage public traditionnel. »

 

À puissance égale, le flux est-il différent ?

Oui, sans grande surprise, le rendement (en Lumen/Watts) est bien meilleur avec un système solaire. Il n’y a aucune conversion de courant, pas de driver, moins de « pertes », et enfin une température de jonction souvent plus faible.

Dans notre étude, nous avons pris exactement le même modèle de luminaire. C’est-à-dire le même nombre de LED, la même puissance, la même distribution photométrique, la même température de couleur… Pourtant, le rendement est meilleur en solaire : 165 lm/W en solaire contre 130 lm/W en conventionnel. Il en résulte une différence d’environ 1000 lm en flux sortie luminaire. 5775 lm en solaire contre 4888 lm en conventionnel.

Les critères géométriques sont les suivants :

Largeur de la chaussée Hauteur de feu Espacement Saillie Puissance et flux en sortie luminaire Facteur de maintenance
Solaire

6 m

(2 voies)

7 m 24 m 0,50 m

35 W

5 775 lm

0,83
Conventionnel

6 m

(2 voies)

7 m 20 m 0,50 m

37 W

4 888 lm

0,83

Une différence de flux en sortie luminaire d’environ 1000 lm permet d’expliquer la différence d’espacement plus favorable au scénario solaire.

 

 
 

Résultat de l’étude photométrique

Rappelons que la luminance moyenne ou l’éclairement moyen ne sont pas les seuls critères de performance des voies M. En effet, la norme NF EN 12201-2 exige plusieurs performances pour les voies M. Par exemple : plusieurs uniformités, taux d’éblouissement d’incapacité…

Classe Luminance moyenne maintenue minimale Uniformité générale de luminance minimale Uniformité longitudinale de luminance minimale Éblouissement d’incapacité maximal Rapport d’éclairement des abords minimal DSFLI avec un trottoir de 2 m
L en cd.m-² Uo Ul Fti en % REI lm/m²

M5

Solaire

0,63 0,40 0,42 5 0,52

Flux en sortie luminaire :

5 775 lm

192 m²

DSFLI : 30,08 lm/m²

M5

Conventionnel

0,63 0,48 0,54 4 0,52

Flux en sortie luminaire :

4 888 lm

160 m²

DSFLI : 30,55

Résultat de l’étude photométrique M5 éclairage solaire et éclairage conventionnel © étude Sarese

À noter : vis-à-vis du critère de la densité surfacique de flux lumineux installé (DSFLI, arrêté nuisances lumineuses du 27 décembre 2018), le résultat est quasiment le même. Néanmoins, il est évident que ce seul critère ne préjuge pas de la qualité d’une étude photométrique, comme nous le citions dans l’ouvrage 25 questions pour mieux comprendre l’arrêté nuisances lumineuses (juin 2020, éditions Light Zoom Lumière).

Du fait d’un espacement géométrique réduit de 20 m, le scénario conventionnel demeure meilleur en matière d’uniformité générale et longitudinale. Ces performances sont fortement reliées à la disposition géométrique d’un projet d’éclairage.

Étude énergétique et solaire

Une donnée est importante concernant le scénario solaire : l’étude énergétique. La technologie solaire ne peut pas s’adapter de partout : ombres des bâtiments, des végétaux, etc…

Emplacement du projet

Il est alors nécessaire de communiquer l’emplacement du projet au fabricant (latitude et longitude) afin de procéder à une étude énergétique. Cette étude va permettre de connaître plusieurs éléments importants.

  • Consommation journalière en Watt-heure au point le plus défavorable de l’année.
  • Consommation des éléments auxiliaires, souvent présents sur les ensembles solaires, comme des détecteurs de présence.
  • Capacité énergétique totale en Watt-heure.
  • Énergie totale disponible en Watt-heure (le rendement de la batterie vient, par exemple, affecter la capacité totale).
  • Taux de décharge moyen sur l’année (en pourcentage).
  • Autonomie au point le plus défavorable (en nombre de nuits).
  • Diagramme mensuel de production et de consommation énergétique.
Diagramme mensuel de production et de consommation énergétique © Novéa Énergies pour une étude Sarese
Détecteur de présence intégré sur un ensemble solaire, Saint-Romain-de-Popey, Rhône © Sarese

Dimensionner le panneau solaire

Cette étude énergétique va enfin permettre de dimensionner le panneau solaire. Plus la volonté est d’éclairer fortement et longtemps, plus le panneau aura une taille importante. C’est notamment en raison de la taille des panneaux que les aspects esthétiques et d’intégration urbaine peuvent être affinés..

Parking entièrement éclairé par des ensembles solaires, Saint-Romain-de-Popey, Rhône © Sarese

Le fabricant fournira alors un chronogramme permettant d’évaluer la durée et la méthode de fonctionnement de l’éclairage.

 

 

Il est très important de se questionner sur la durée voulue d’allumage, et parfois aussi sur le caractère fluctuant des volontés d’extinction nocturnes. Par exemple, extinctions nocturnes annulées ou horaires revus et corrigés fréquemment. Le caractère évolutif des solutions solaires est à étudier finement.

La « culture d’usage » de l’éclairage est une question centrale lors du dimensionnement de l’installation.

Chronogramme par une durée d’extinction nocturne importante – chaque nuit de 0 h à 5 h – et un fonctionnement majoritaire par détection de présence © Novéa Énergies pour une étude Sarese

Etudier l’emplacement du panneau

La technologie solaire ne peut pas être utilisée de partout. Les conditions locales peuvent interférer voire annuler la possibilité de faire un projet solaire.

Quelques applications simples d’utilisation (disponible sur Smartphone) permettent de maîtriser si l’ensoleillement sera optimal.

Application pour estimation de l’emplacement du soleil (en fonction d’une date donnée) © Solen

Étude d’exploitation et financière

Afin de pouvoir maintenir un tel niveau de luminance moyenne ou d’éclairement moyen sur l’ensemble d’une année d’environ 4100 heures d’allumage, les deux scénarios vont fortement diverger.

Avec deux questions centrales :

  • L’éclairage solaire pourra-t-il durer toute la nuit ?
  • Sur plusieurs nuits consécutives ?

Scénario solaire

Divers postes de dépenses d’investissement sont à prévoir :

  • réalisation de massifs de fondation,
  • fourniture et pose de supports et de luminaires incluant les équipements solaires annexes.

Ainsi que divers postes de fonctionnement :

  • coût de la maintenance préventive y compris l’équipement solaire,
  • renouvellement de divers équipements : batterie, carte électronique et enfin le panneau solaire (environ un tiers du coût initial d’investissement)
  • coût d’exploitation.

 

Scénario conventionnel

Divers postes de dépenses d’investissement sont à prévoir :

  • travaux au niveau de l’armoire de commande,
  • pose et configuration du tableau de commande,
  • tranchée, fournitures et pose de câbles,
  • réalisation de massifs de fondation,
  • fournitures et pose de supports et de luminaires.

Ainsi que divers postes de fonctionnement :

  • abonnement à un fournisseur d’énergie électrique,
  • paiement des consommations d’énergie électrique (avec un coût en augmentation à prévoir),
  • coût de la maintenance préventive,
  • coût d’exploitation (y compris le remplacement probable du driver).

Bilan du coût global simplifié de chaque scénario

Ce tableau présente un bilan en coût global simplifié pour un ensemble. Il est à noter la différence de coût global pour chaque scénario, qui plus est pour une durée annuelle d’éclairement différente.

Option Investissement (€ HT) Coût énergétique annuel (€ TTC)

Coût annuel d’exploitation

(€ HT par année)

Coût d’exploitation de 0 à 15 ans

(€ HT)

Coût global sur 15 ans

(€ HT)

Coût global sur 30 ans

(€ HT)

Solaire

1 ensemble pour une durée de fonctionnement de 2 050 heures par an environ

3 000 €

(fournitures et pose)

0,00 € 49,65 € 744,75 € 3 744,75 € 5 489,50 €

Conventionnel

1 ensemble pour une durée de fonctionnement de 4 100 heures par an environ

1 400 € (fournitures et pose)

33,00 €

(abonnement inclus, pour une durée de fonctionnement de 4 100 heures par an environ)

71,67 € 1 075,05 € 2 475,05 € 3 700,00 €

Bilan du coût global simplifié en éclairage solaire et éclairage conventionnel © étude Sarese

Solutions hybrides : des alternatives idéales ?

La solution dite « hybride » permet une combinaison des deux méthodes d’alimentation. L’alimentation par le réseau électrique est alors utilisée comme un « secours ».

Approfondir le sujet

Photo en tête de l’article : éclairage public solaire autonome, Val d’Oingt, Rhône © Sarese

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Effets lumière Lumière directe Lumière blanche
Techniques d'éclairage Éclairage public Éclairage routier Éclairage extérieur
Professions Bureau d'études Éclairagiste Ingénieur éclairagiste
Supports Cadastre Tableau
Fonction du lieu Ville
Source Maxime Van Der Ham
Directeur général de Société Architecture Réseaux SARESE, cabinet d’ingénierie en réseaux secs spécialisé en éclairage extérieur, fondé en 1993. Directeur général de l’IFEP (Institut de Formation Éclairage Professionnel), leader français de la formation aux techniques de la lumière et de l’éclairage. Expert AFNOR de la Commission U17 et membre du groupe de travail de l’AFE en Commission X90X. Praticien et passionné d’éclairage extérieur, il est auteur de deux livres aux éditions Light ZOOM Lumière : 25 questions pour mieux comprendre l’arrêté nuisances lumineuses en 2020, Éclairage des passages pour piétons en 2021.
12 commentaires
  • Encore un article a charge contre le solaire, basé sur des tarifs achat tres hauts et des couts entretien inexistants. (un panneau solaire resiste plus de 25 ans )
    Pour info, Un eclairage solaire de ce type ne coute pas plus de 1500 euro avec son mat.

    • Bonjour, Merci pour votre retour.

      Les coûts d’investissement comprennent la fourniture et aussi la pose.

      Effectivement, il n’y a aucun coût pris en compte de 0 à 15 ans (sauf le coût d’exploitation classique).

      De 15 à 30 ans, le renouvellement de certains éléments a été pris en compte.

      • Bonjour, je ne comprend pas « coût d’exploitation classique », le produit n’est il pas autonome en énergie ? A quoi correspondent c’est 49,65 Euros mensuel ? Merci pour votre article

        • Bonjour, Merci pour votre lecture.
          49,65 € est un coût d’exploitation annuel (et non mensuel).
          Il comprend la charge d’exploitation courante (notamment si l’installation est exploitée par une collectivité) et une quote-part annuelle de la prestation de maintenance préventive.
          Merci

  • Bravo Maxime pour cette étude pertinente et objective.
    L’impact environnemental global (terres rares, recyclage batteries et panneaux notamment) est également un sujet.
    Cordialement.

  • je reconnais que je trouve le cout de 1300€ Fourni posé assez faible.
    mais je suis content du resultat de cette étude, je commence à en avoir assez des gens qui prétendent qu’en France on pourrait mettre de l’éclairage solaire partout!!!
    et quid du bilan carbone et plus généralement de l’analyse du cycle de vie des 2 solution???
    pour moi il est globalement anti écologique de mobiliser des panneaux solaires et des batterie pour 25w d’éclairage. j’aimerais que quelqu’un imagine la catastrophe ecologique d’une France avec 9millions de candélabres solaires….

  • Bonjour,
    Votre étude inclut elle le coût du réseau d’alimentation (souterrain en particulier), indispensable pour le déploiement d’un éclairage traditionnel ?

    • Bonjour, merci pour votre lecture. l’étude inclut tous les postes cités dans l’article, à savoir :

      Divers postes de dépenses d’investissement sont à prévoir :

      travaux au niveau de l’armoire de commande,
      pose et configuration du tableau de commande,
      tranchée, fournitures et pose de câbles,
      réalisation de massifs de fondation,
      fournitures et pose de supports et de luminaires.

  • Merci pour votre retour.
    L étude est intéressante et la comparaison financière, autant qu environnementale, mérite en effet d être creusée, mais vos hypothèses financières me semblent très optimistes, au moins pour la solution conventionnelle…

  • Bonjour,
    Pouvez vous répondre svp clairement a ces points :
    -que couvre exactement le cout d’entretien d’un ensemble solaire par an?
    50€ par an, vous changez la batterie tous les 2 ans (durée de vie 10 ans)? Il n’y a quasiment aucun frais d’entretien pour un ensemble solaire annuellement (j’ai dit quasiment)sur 30 ans la batterie sera changée 2 fois, soit 2x 150€ (si pas moins…)

    -j’ai le sentiment que l’inflation sur les prix de l’énergie n’a pas été pris en compte dans votre calcul du conventionnel, en tout cas je ne le vois pas clairement explicité : vous semblez faire comme si le prix de l’électricité n’allait pas exploser dans les temps a venir ! Et pourtant c’est la raison principale pour laquelle les gens s’équipent en solaire…

    « prix de l’électricité à plus de 0,30€ le kWh en 2050, contre 0,17€ en 2022. »
    https://www.casam-pro.com/p/prevision-evolution-prix-electricite-2050

    -Enfin, sur le cout global, vous n’incluez pas le cout énergétique! Mais c’est ca dont il s’agit!!

    Le cout « global » inclut la maintenance, ET les dépenses d’énergie, sinon il n’est pas global…

    Le prix d’un ensemble solaire de marque connue ajdhui en F/P est de 2.000€, pas 3.000€

    calculs :
    En 2052 (dans 30ans) le solution solaire aura un cout global de 2000(f/p)+20€/an de maintenance + provision remplacement batterie/etc x30 = 2.600€

    (en plus je me rend compte que votre addition est erronée! 3.000€ + 49.65×30 ca fait 4.489, et pas 5489 !! 20% de diff, une paille… vous n’aimez pas le solaire on dirait 😉 )

    ; a comparer a la solution conventionnelle : 1400€ (f+p)+4100hx37W/1000x((0.17+0.30)/2)x30 (elec) +7*30(abonnement) + 71.67×30 = 4.830€

    Bilan cout global :
    -conventionnel 4.800€, solaire 2.600€, presque du simple au double! ca change la donne non…

    Philipe

    • Bonjour,
      Merci pour votre lecture.

      Un ensemble solaire, posé sur le domaine public, est géré et exploité par une entité publique (collectivité). Il y a donc un coût d’exploitation (forfait) ainsi qu’un coût de nettoyage du luminaire (exemple : 1 passage tous les 4 ans).

      Un ensemble solaire doit être fourni et posé (il n’y a pas que la fourniture), voir le texte de l’article.

      L’addition n’est pas erronée, le coût d’exploitation de 0 à 15 ans n’est pas le même que de 15 à 30 ans (prévoir au bout de 30 années le renouvellement des accessoires solaire soit environ 1/3 du montant initial d’investissement).

      Et le coût énergétique a bien été pris en compte avec un coût moyen de 0,22 €/kWh.

      Le but de l’article est de montrer un rapport entre investissement + fonctionnement FACE à une durée annuelle d’éclairement.

      Merci.

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