Cahier Technique : Connectivité en éclairage extérieur

75 % des installations d’éclairage public en France ont plus de 25 ans et les luminaires sont encore équipés par 15 % à 20 % environ de lampes à vapeur de mercure. Cet éclairage vieillissant pèse lourdement sur le budget des communes : il représente 48 % de la facture d’électricité des petites communes.

La réduction des consommations d’énergie est bien un objectif concret et partagé par tous les acteurs du secteur, mais face à leur incapacité budgétaire à rénover, les villes font parfois le choix d’éteindre aux heures creuses de la nuit. Pourtant, d’autres solutions permettent de concilier économies d’énergie, service et développement durable. En effet, la modernisation de l’éclairage public grâce aux solutions LED permet de réduire immédiatement la facture énergétique des communes et génère des économies d’entretien sur le long terme, et bien plus encore.

Lentement mais sûrement, au fil des installations neuves et des rénovations, le profil « intelligent » de la ville, via l’éclairage et la connectivité, se dessine.

 

Détection et gradation
Avec l’électronique, les propositions de gestion se multiplient, via notamment la détection de présence, première étape vers un fonctionnement intelligent de l’éclairage public. À l’instar de Crolles (Isère), commune de 38 000 habitants qui, en 2015, a mis en place l’extinction de l’éclairage public aux heures creuses de la nuit (de 0 h 30 à 4 h 30 en semaine et de 2 h à 6 h le week-end) en même temps qu’elle lançait des travaux de rénovation. « La ville de Crolles a souhaité initier un projet pilote avec une gestion de l’éclairage public, accompagné de détection de présence », explique Julien Mora, technico-commercial Éclairage public chez Thorn Lighting, qui a suivi le programme du Quartier des Charmanches et rue des Sources. La commune a ainsi remplacé 37 luminaires équipés de ballons fluorescents 125 W BF par des luminaires LED R2L2 (Thorn), en conservant les mâts de 4 m de hauteur ainsi que les mêmes implantations. En parallèle, l’installation a bénéficié d’un système de gestion utilisant la technologie RF, d’un logiciel (CMS) de supervision. Des plages horaires concernant l’abaissement de puissance et la détection ont été ainsi définies :
– 100 % jusqu’à 22 h 00 ;
– 50 % de 22 h 00 à 0 h 30 et 70 % si détection ;
– 0 % de 0 h 30 à 6 h 00 et 50 % si détection ;
– 100 % de 6 h 00 à l’extinction.
« La détection s’effectue par groupe de lampadaires afin de pouvoir gérer au mieux les déplacements des piétons : deux ou trois lampadaires s’allument en même temps, puis donnent le signal aux suivants en fonction du déplacement des piétons », détaille Julien Mora. Le système de contrôle d’éclairage InCity (Zumtobel) gère à distance l’infrastructure d’éclairage avec commutation et gradation individuelles et en groupes qui se chevauchent. Il comprend une interface utilisateur Web qui permet d’obtenir les données du système (lampes, drivers, contrôleurs) et les informations sur le détecteur, d’identifier les pannes, de calculer l’énergie. Il donne également accès à distance au système complet et à son statut.

Un autre exemple d’innovation, à Toulouse cette fois, où la ville a opté pour le système Kara développé par Kawantech. Les capteurs Kara fonctionnent en réseau. Installés sur chaque luminaire d’une zone, ils analysent les objets qui se déplacent dans la rue et communiquent entre eux pour optimiser l’éclairage public. Ainsi, le calculateur de Kara, qui pilote la puissance des LED, peut discerner une voiture, un piéton ou simplement un mouvement de branche d’arbre : les rues connectées deviennent alors intelligentes, avec un éclairage qui s’adapte en temps réel aux besoins des utilisateurs.

Le Street Light Control (SLC) d’Osram permet également la gradation – certains secteurs de la ville, des routes ou des luminaires individuels – et peut générer des économies d’énergie efficaces et constantes, jusqu’à 50 % par an, tout en réduisant les coûts de maintenance. Il offre aussi la possibilité d’effectuer un suivi détaillé et une analyse de l’installation, permettant de simplifier la planification de la maintenance.

La lumière en réseau
De nombreux fabricants de luminaires se sont associés avec des entreprises partenaires spécialisées, comme Osram et Tvilight qui vise la demande croissante en lumière en réseau intelligente. La solution conjointe d’éléments d’éclairage adaptatif avec la technologie de réseau de capteurs et sans fil permet aux systèmes d’être exploités selon les besoins, avec l’efficacité énergétique et l’optimisation d’entretien. La plateforme du logiciel de Tvilight permet au fabricant de luminaires d’offrir un éclairage en réseau intelligent, et d’intégrer des services de ville intelligente dans des domaines tels que le trafic et la gestion de stationnement, la surveillance de la qualité de l’air, etc.

 

Configuration 1 (basée sur CitySense)
Chaque luminaire est équipé d’un détecteur CitySense. Lorsqu’un véhicule, un cycliste ou un piéton est détecté, le luminaire repasse à 100 % du flux. Puis, suite à une période sans détection, les luminaires repassent en mode veille avec un flux réduit. On note sur le graphique que les détecteurs communiquent entre eux en RF (radiofréquence) sans fil (wireless). Ainsi, un détecteur peut informer son (ses) voisin(s) de l’arrivée d’un véhicule, cycliste, personne. Le gateway (la passerelle) recueille les informations des détecteurs pour les envoyer vers le serveur Web sécurisé afin de gérer les luminaires à distance grâce au logiciel CityManager.
Configuration 2 (basée sur CitySense et Skylite)
Principe similaire au 1er, mais le 2e et le 3e luminaire sont équipés d’un controller RF sans fil Skylite. Celui-ci reçoit l’information d’une présence détectée par le capteur CitySense et ajuste son flux lumineux en conséquence. Il communique aussi en RF sans fil et envoie les informations vers le gateway (la passerelle) qui les renvoie vers le serveur en ligne qui permet de gérer les luminaires à distance grâce au logiciel CityManager.
Configuration 3 (basée sur Skylite)
L’ensemble des luminaires sont équipés d’un controller RF sans fil Skylite. Ils communiquent aussi en RF (radiofréquence) sans fil et renvoient les informations vers le gateway (la passerelle) qui les transmet vers le serveur en ligne afin de gérer les luminaires à distance grâce au logiciel CityManager. Dans les trois cas, grâce au logiciel, le gestionnaire du parc d’éclairage public peut régler les paramètres comme le niveau d’éclairement en fonction des heures d’affluence. Il a aussi une visibilité sur le fonctionnement et les consommations des points lumineux.

 

« L’installation d’un matériel intelligent supplémentaire permet d’équiper les colonnes lumineuses et les candélabres existants pour les transformer en groupes polyvalents. Ainsi équipés, il est possible d’imaginer des luminaires mesurant la fréquence du trafic routier et piétonnier, adaptant la lumière en fonction de cette fréquence », explique Stefan Metzner, responsable du département Luminaires extérieurs chez Trilux Allemagne. Aujourd’hui déjà, les luminaires ConStela et ViaCon de Trilux, offrent la possibilité de réaliser de nombreuses applications et fonctions « smart city » : informations sur le statut des lampes, adaptation de l’éclairage par une gestion en continu, activation du mode d’économie d’énergie avec fonction d’abaissement de nuit, entretien et détection précoce de défaillances ainsi qu’une extension possible par des détecteurs de mouvement et des capteurs de lumière du jour. Il est même possible de modifier la température de couleur des luminaires. Stefan Metzner rappelle, à juste titre, qu’il est relativement difficile d’équiper ultérieurement des structures urbaines existantes de fonctions et systèmes intelligents afin de les perfectionner. « Sans oublier, ajoute Stefan Metzner, que les villes intelligentes auront besoin de personnes intelligentes. » 

D’ailleurs, cette génération n’est-elle pas déjà sur le terrain ? Elle interagit avec les nouvelles technologies et infrastructures, avec les nouveaux réseaux et systèmes de commande pour les faire avancer. Ainsi, des ingénieurs conçoivent des luminaires équipés de petits moniteurs et haut-parleurs, fonctionnant en panneaux indicateurs électroniques, et qui assurent un accès Internet sans fil grâce à un routeur Wi-Fi intégré, servent de stations de recharge pour vélos/voitures électriques ou aident à trouver une place de parking en utilisant la technologie des capteurs. La colonne lumineuse Shuffle de Comatelec, par exemple, propose une approche modulaire qui associe une large gamme de fonctions, qu’elles soient liées à l’éclairage ou non. Le système s’articule autour de l’association de trois types de blocs de construction : un module ouvert sur 180°, un module ouvert à 360° et un anneau lumineux. Tous ces modules sont équipés, au niveau de la partie supérieure et de la partie inférieure, d’une interface conique permettant un empilement coordonné. Le câblage d’alimentation électrique et de commande passe d’un module à l’autre, jusqu’aux boîtiers de connexion fixés à l’intérieur de la partie basse de la colonne. Cette base offre également la possibilité d’intégrer plusieurs fonctions : un point de chargement pour les véhicules électriques, un haut-parleur à forte puissance et un détecteur de mouvement infrarouge passif. La vidéoprotection et réseau WLAN (Wi-Fi) peuvent fonctionner de manière indépendante ou en association. Les images captées par la caméra sont ainsi directement transmises via le réseau WLAN. Les différents modules d’éclairage peuvent être commandés par les systèmes de contrôle OWLET dans un réseau local communicant (LuCo ADP) ou à travers un système de télégestion complet (LuCo NDP).

Plus connecté, plus résilient, l’éclairage ouvert à d’autres usages
Dans un contexte où le trafic de données cellulaires devrait être multiplié par 9 d’ici à 2020, les opérateurs du réseau mobile peinent à acquérir de nouvelles stations cellulaires au sein des espaces publics, afin de fournir à leurs clients les meilleures capacités et couverture haut débit mobiles possible. Louer de l’espace à l’intérieur de mâts intelligents leur permet d’accroître leurs réseaux pour que les habitants profitent à la fois de rues éclairées plus sûres et d’une meilleure capacité de données pour smartphones. Ainsi, Philips Lighting et Ericsson ont conjointement présenté un nouveau mât intelligent, Philips lightpole site slim qui associe l’éclairage LED économe en énergie à la technologie cellulaire compacte pour offrir une connexion haut débit ultra-rapide. Nishant Batra, chef des produits d’infrastructure de réseau chez Ericsson, explique que « le mât Philips lightpole site, doté de petites cellules Ericsson entièrement intégrées, permet aux opérateurs de téléphonie mobile de déployer des douzaines ou des centaines de stations cellulaires de manière simple et rapide ».

Différents types de luminaires peuvent être placés dans des positions et à des hauteurs variées sur le mât, afin de garantir un éclairage uniforme des rues. Le mât peut être ajouté en complément de lampadaires déjà en place sans avoir à renouveler le parc existant. L’éclairage peut aussi être contrôlé à distance grâce au système de gestion de l’éclairage public Philips CityTouch dans le Cloud, afin de réaliser des économies d’énergie. Le système communique automatiquement avec chaque point lumineux via le réseau de communication Vodafone, et permet de visualiser et contrôler l’ensemble de l’infrastructure d’éclairage en un simple clic, de manière sécurisée.

Mais les fabricants et les bureaux d’études (que nous n’avons pas pu citer tous ici) ne sont pas les seuls à opter pour un fonctionnement intelligent de l’éclairage. Dans le cadre du marché à performance énergétique avec la Ville de Paris, EVESA a conçu et déployé en 2016 un nouveau système d’asservissement. 20 000 boîtiers intelligents remplacent les anciens boîtiers « Pulsadis » et les ordres d’allumage et d’extinction s’effectuent désormais en mode radio depuis 23 points d’accès haut débit raccordés sur le réseau fibre optique (THD) géré par la Direction des systèmes d’information de la ville. Chacun des boîtiers qui constituent le maillon de ce réseau interconnecté est opérable à distance et permet une communication immédiate avec les 190 000 points lumineux. Il est ainsi désormais possible de commander en temps réel chaque boîtier d’asservissement et de modifier à distance un programme prédéfini! permettant de tenir compte des nouveaux besoins d’allumage ou d’extinction.
Le système d’asservissement repose sur une architecture de réseau maillé et connecté au réseau fibre optique de la Ville de Paris et sa capacité à proposer en permanence le chemin de communication le plus performant avec l’un des 23 PAHD (Point d’accès haut débit) connectés à la fibre. Si un PAHD ou un boîtier est ponctuellement indisponible, les communications trouvent un autre chemin sans interruption de service.
En complément de la commande en temps réel de l’éclairage, la solution permet aussi de synchroniser les horloges des 1 800 contrôleurs de feux tricolores. Cette infrastructure connectée, ouverte et couvrant tout Paris, s’intègre à l’architecture existante et sécurisée et introduit de nombreuses nouvelles opportunités comme la télésurveillance et la régulation des carrefours, la collecte des données mesurées par les capteurs environnementaux (bruit, pollution…) et la surveillance et la commande à distance du mobilier urbain.
Grâce à l’électronique, les possibilités de développer de nouvelles fonctionnalités, bien au-delà de l’éclairage, paraissent ouvertes et l’écart entre les technologies de pointe et la réalité du terrain commence à se réduire, même si on est encore loin d’une connectivité généralisée…

Notre précédent Cahier Technique ici.