9/ Les différentes technologies de lampes

Pour rappel, il existe 3 grandes familles de technologies :

• les lampes à incandescence : anciennes ampoules domestiques, ampoules halogènes. La lumière est produite par un courant électrique qui traverse un filament dans un bulbe.
• les lampes à décharge : tubes fluorescents, fluocompactes, mercure haute pression (ballon fluo), sodium haute et basse pression, halogénures métalliques (HDI, cosmo white…). La lumière est produite par le passage d’un courant électrique dans un gaz contenu dans un tube ou une ampoule.
• les lampes à électroluminescence : LED. La lumière est produite par un dispositif électronique parcouru par un courant électrique.

Certaines caractéristiques sont importantes à connaître

La puissance totale en watt (ampoule + dispositif électronique) : reflète la consommation d’énergie et la facture pour la commune.

Le flux lumineux en lumen : décrit la quantité de lumière émise par la source dans toutes les directions. C’est une donnée qui permet de comparer des lampes issues de différentes technologies mais elle reste liée à la perception humaine des différentes longueurs d’onde et ne permet pas d’apprécier l’impact sur la biodiversité.

L’intensité lumineuse en candela : décrit la quantité de lumière émise dans une direction donnée (information plus rarement disponible). Même remarque que précédemment sur le biais lié à la perception.

Le rendement lumineux en lumen/watt, décrit l’énergie consommée pour produire une certaine quantité de lumière ; elle peut varier en fonction de la température ambiante. C’est une donnée très importante en terme d’efficacité énergétique pour les communes.

La répartition spectrale de la lumière émise, donne la répartition objective des photons par longueur d’onde (le spectre est une information essentielle rarement fournie par les fabricants). La connaissance du spectre permet d’identifier des émissions hors du champ visible par l’homme (dans l’ultra-violet par exemple), d’objectiver les impacts sur la biodiversité, ou d’identifier des émissions dans des longueurs d’onde à effets biologiques sur la biodiversité et notamment sur l’humain (longueurs d’onde dans le bleu).

La présence ou non de mercure, métal extrêmement toxique pour le vivant. Malgré une collecte pour le recyclage grâce à Recylum, seuls 43 % des ampoules seraient collectées (source). Les lampes à vapeur de mercure haute pression (« ballons fluo ») sont interdites à la vente en Europe depuis 2015, mais le mercure reste présent dans certaines lampes à décharge.

La température de couleur (en degré Kelvin) et l’indice de rendu des couleurs sont surtout importants pour l’œil humain : ils sont peu utiles par rapport aux enjeux biodiversité.

Avec l’arrivée des LED produisant une forte intensité lumineuse dans un espace limité, la notion de distribution spatiale de la lumière devient importante. (voir fiche luminaires)

Sur le marché de l’éclairage, la comparaison entre les sources lumineuses reste difficile car les informations ne sont pas toujours homogènes.

Comparaison des différentes sources
Ces données prennent en compte la lumière produite par la source « nue ». Le rendement final doit prendre en compte les pertes de flux dues aux différents systèmes optiques du luminaire.

• Sodium haute pression (SHP) : lumière orange-rose ; traditionnellement la plus répandue en éclairage public (voir la présentation sur le site d’OSRAM).

Le rendement lumineux croit avec la puissance de la lampe et il dépend des modèles.

Exemples :

SHP sans mercure de Philips : 70 W (6300 lm, 90 lm/W) – 400 W (54000 lm, 136 lm/W)

SHP d’OSRAM (VIALOX NAV-T SUPER 6Y) : 50 W (4200 lm, 81 lm/W) – 600 W (90000 lm150 lm/W)

Les sources SHP ont un rendement lumineux élevé, elles émettent peu dans les parties photo-toxiques du spectre (partie gauche : bleu et ultra-violet), elles sont relativement peu perturbantes pour la biodiversité et elles offrent une lumière apaisante.

• Sodium basse pression (SBP) : lumière orange utilisée encore couramment pour l’éclairage public dans certains pays européens ; en France, on la trouve principalement pour l’éclairage des tunnels.

Les SBP sont encore fabriquées par Philips en Europe, mais le marché est malheureusement en déclin malgré les très grandes qualités de ces sources.
Le rendement lumineux croit avec la puissance de la SBP.

Exemples :
SBP Master SOX de Philips : 18 W (1800 lm, 100 lm/W) – 131 W (26200 lm, 206 lm/W)

Les sources SBP permettent une bonne vision des contrastes (lumière peu réfléchie par les particules en suspension dans l’air) mais pas la vision des couleurs.
Les sources SBP ont un rendement lumineux exceptionnel, elles n’émettent pas dans les parties photo-toxiques du spectre, elles ne perturbent pas la biodiversité, elles ne gênent pas les astronomes et elles offrent une lumière apaisante.
Elles devraient a minima être recommandées pour les zones résidentielles et les zones rurales. (cf les luminaires spécifiques pour SBP)

• Lampes à vapeur de mercure (ou ballons fluo) : leur vente est interdite depuis 2015 à cause de leur mauvais rendement lumineux (pas plus de 50 lm/W pour les classiques ampoules de 125 W). La lumière émise est un blanc blafard émis sur l’ensemble du spectre visible avec une proportion d’UV. La large répartition spectrale et la proportion d’UV rendent ces sources très nocives pour la biodiversité.

• Halogénures métalliques : elles offrentune lumière très proche de celle du jour et elles sont fréquemment utilisées en éclairage public ou pour des éclairages spécifiques (stades sportifs, pistes de ski…). Contrairement à la lumière du jour, le spectre est sous formes de raies.

Il existe de nombreuses technologies et modèles dans ce groupe.

Exemples :
MASTER CosmoWhite CPO-TW Xtra Philips  : 60 W (7200 lm, 120 lm/W)
POWERSTAR HQI-T G12 d’OSRAM  : 70 W (5300 lm, 71 lm/W).

Ces sources ont un fort impact écologique du fait de leur proximité avec la lumière du jour (émission sur tout le spectre visible) et leurs émissions dans les courtes longueurs d’ondes (proches de l’ultra-violet).

• LED : en éclairage public, cette source est délicate à comparer avec les sources traditionnelles ci-dessus du fait de son flux très intense et directionnel, contrairement aux ampoules classiques qui émettent dans toutes les directions.

Le rendement énergétique des LED dépend de la température de couleur, de la puissance et de la température de fonctionnement :
– plus la LED est de couleur chaude, moins le rendement lumineux est intéressant,
– les LED de forte puissance utilisées pour l’éclairage public sont bien moins efficientes que les LED domestiques,
– plus il fait chaud, moins les LED émettent de lumens (les données fournies par les fabricants sont obtenues en laboratoire et ne reflètent pas la réalité de terrain).

Les données photométriques des LED sont disponibles de manière aléatoire et hétérogène auprès des fabricants pour un type de luminaire.

Exemples :
Murina d’Eclatec annonce au moins 90 lm/W à 4000°K et au moins 70 lm/W à 3000°K sans donner ni les lumens produits ni la puissance en watt.
Hestia LED de Comatelec-Schreder annonce les lumens émis et les lm/W pour toute sa gamme de puissance et pour 2 températures de couleurs (ex : pour 18W et 3000°K : 1800 lm et 100 lm/W).
CITY-LIGHT PLUS LED d’OSRAM : 3000° K, 29 W pour 1730 lm, soit 59,7 lm/W.

Pourquoi il est déconseillé de généraliser les LED en éclairage public

Plusieurs avis indépendants émettent des réserves sur les LED :

• avis de l’ADEME ;
• avis de l’ANSES suite au travail d’un comité d’experts « Effets sanitaires des systèmes d’éclairage utilisant des diodes électroluminescentes (LED) ».

Les impacts ne concernent pas seulement l’homme : de nombreuses publications scientifiques identifient un risque pour la biodiversité.

Risque photo-biologique
Le risque photo-biologique est lié à l’émission dans la partie bleue du spectre. Ces courtes longueurs d’ondes sont plus toxiques pour la rétine et elles inhibent la production de mélatonine, hormone importante dans le monde du vivant.
Peu de communications existent sur la nouvelle norme de 2014 et les fabricants de luminaires LED ne donnent aucune information sur le sujet.
Le rapport de l’ANSES pointe également le risque d’usure des couches de phosphores des LED blanches qui peut induire une augmentation du risque photo-biologique.
Une récente étude de l’INSERM confirme le risque de dommage rétinien dû à la lumière bleue des LED.

Intensité de la lumière
Les systèmes LED en éclairage public ont des luminances très fortes et ils occasionnent des éblouissements désagréables voir dangereux pour les personnes sensibles (enfants, personnes âgées). Le rapport ANSES pointe le non-respect des règles d’éblouissement.
Les forts contrastes créés rendent difficile la perception dans les zones plus sombres alentour.

Émission sur une large partie du spectre
La lumière « blanche » imitant le jour augmente la pollution lumineuse et l’impact écologique ; le jour est confondu avec la nuit :

• la diffusion dans l’atmosphère de la lumière blanche est plus importante que la lumière orange et elle impacte donc la faune sauvage à plus grande distance ; la lumière blanche augmente le halo lumineux (diffusion Rayleigh : les courtes longueurs d’onde diffusent plus dans l’atmosphère) ;
• l’impact écologique de la lumière blanche et des LED en particulier est plus important comme le montre de nombreuses publications scientifiques (en anglais).

Gain énergétique très discutable et coût élevé par rapport aux sources conventionnelles :
Les luminaires LED ayant les rendements en lumen/W les plus intéressants ne dépassent pas les rendements des sodium, voire leur sont inférieurs. De plus, ces rendements lumineux sont liés à une émission de lumière blanche mimant la lumière du jour avec un fort pic dans la partie bleue du spectre, à fort impactssur la biodiversité et la santé humaine.

Des durées de vie non vérifiables
Les durées de vie annoncées pour les systèmes à LED sont couramment de 100 000 heures. Aucun lampadaire n’a été en service suffisamment longtemps pour confirmer ces prévisions.

Des techniques de recyclage encore au stade de la recherche
Les process industriels du recyclage des LED ne sont pas encore opérationnels, comme le souligne l’organisme Récylum ;  le recyclage actuel, en mélange avec d’autres sources lumineuse, est loin d’être optimal.  En attendant  la mise au point d’une technique qui permette de séparer les divers composant étroitement imbriqués  « on met les ampoules LED de côté dans les entrepôts ... »  comme le rapporte le directeur de Récylum sur le forum Natura Sciences.
Il est légitime de se questionner sur le bénéfice énergétique réel de la révolution LED si l’on prend en compte toutes les étapes de ce changements : démontage et recyclage de luminaires en place (souvent en état de fonctionnement), fabrication et pose de nouveaux luminaires et (dans un futur plus ou moins lointain)  recyclage des LED installées.

Le cas particulier des LED ambre

Plusieurs fabricants proposent des LED « ambre » n’ayant quasiment pas de composante bleue ; comme vu précédemment c’est un avantage pour la biodiversité et la santé humaine. Ces lampes peuvent être indiquées pour des pistes cyclables ou pour des zones résidentielles.

Exemples :

• BRISA BAT RESPONSE de Lightronics
• Bat Lamp de Innolumis