Les enjeux de l’éclairage intelligent pour les villes durables

lampadaires urbains de l’entreprise Sunna Design sont équipés de panneaux solaires photovoltaïques

L'éclairage public est l'un des principaux postes de dépense des villes françaises, mais aussi une problématique essentielle au vu des enjeux écologiques : garantir confort et sécurité sur l'espace public, proposer de nouveaux services tout en réduisant sa consommation d'électricité ainsi que la pollution lumineuse... Voilà la grande équation qui se cache derrière chaque lampadaire. Décryptage.

L’année dernière, Angers Loire Métropole lançait son programme « smart city » visant à faire de la capitale du Maine et Loire l’une des villes les plus connectées de France. Dans ce projet, une attention particulière est accordée à l’éclairage public, entièrement rénové pour devenir plus économe et plus efficace. 30 000 lampadaires vont ainsi être équipés de LED. En parallèle, 10 000 mâts et 5 000 armoires électriques vont devenir connectées et prêtes à accueillir diverses applications tierces.

Même son de cloche plus à l’Est, à Dijon Métropole, où le projet de smart city OnDijon prévoit la remise à jour de 34 000 points lumineux, eux-aussi équipés de LED, ainsi que du dispositif Citybox qui permet d’équiper chaque lampadaire de services supplémentaires : bornes wifi, vidéo-surveillance, capteurs environnementaux pour mesurer la qualité de l’air, sonorisation, etc.

Dans les deux cas, un double-objectif est recherché par les collectivités : faire des économies d’énergie et améliorer le quotidien des habitants. « À lui seul, le remplacement de l’éclairage par des LED doit générer plus de 65 % d’économies d’énergie sur 12 ans » annonce d’ailleurs la mairie de Dijon sur le site de son projet. Sur ce modèle, on assiste d’ailleurs à un mouvement de fonds : Toulouse, Bordeaux, Nantes, Chartres, Mâcon, mais aussi Copenhague et Oslo à l’étranger… nombreuses sont les villes qui repensent leur éclairage public sur ce modèle.

L’éclairage 2.0 pour réduire la facture d’électricité des collectivités

C’est là tout le sujet de l’éclairage intelligent, le smart lighting en anglais, qui peut permettre à un lampadaire de ne déclencher la lumière qu’au passage d’une voiture où d’un piéton, où de permettre de moduler l’éclairage aux abords de certaines zones en fonction des horaires. Grâce aux LEDs et à la technologie, l’éclairage public de nouvelle génération offre deux garanties environnementales : consommer mieux et réduire la pollution lumineuse.

C’est aussi un gain économique non-négligeable pour les collectivités. L’éclairage public représente en moyenne 40 % de la facture électrique des communes françaises. Ces dépenses annuelles en éclairage urbain s’élèvent à près de 2 milliards d’euros sur l’ensemble du territoire, et l’ADEME estime d’ailleurs qu’environ 30% à 40% de cette consommation est gaspillée par des éclairages inutiles ou inefficaces.

C’est que la France ne lésine pas sur cette problématique. Selon l’association française de l’éclairage, on estime à environ 9 millions le nombre de points lumineux éclairant les villes françaises. Or, 75 % de ces lampadaires ont plus de 25 ans et 10 % d’entre eux sont encore des luminaires à vapeur de mercure (dont la mise sur le marché a été interdite en 2012 en raison de leur caractère énergivore et nuisible pour l’environnement). D’ailleurs, des arrêtés et modifications du code de l’environnement parus en Décembre 2018 enjoignent aux collectivités territoriales de remplacer les éclairages obsolètes et énergivores.

Et dans le giron de cette modernisation de l’éclairage, l’idée est de réduire les consommations, de lutter contre la pollution lumineuse mais aussi d’améliorer le quotidien des habitants sans pour autant rogner sur leur sécurité.

"Au minimum, la collectivité peut réaliser 20 à 30 % d’économies grâce à la LED avec un retour sur investissement sur 7 à 8 ans"

Association Française de l’éclairage

Moduler l’intensité lumineuse, le graal de l’éclairage ?

Dans la grande majorité des communes françaises, les luminaires se déclenchent à la tombée de la nuit et s’éteignent au lever du soleil. Un grand gaspillage qui peut être évité de différentes manières. La principale étant de moduler l’intensité lumineuse. Où alors d’éteindre clairement les lampadaires. D’ailleurs, 14 000 communes en France, sur les 35 756 en Métropole, ont décidé de couper leur éclairage public entre une heure et six heures du matin.

Moins radical, la gestion de l’intensité lumineuse est au coeur de la problématique pour l’éclairage public urbain. D’ailleurs, bien avant les éclairages connectés, des solutions ont été testées et proposées pour réduire l’intensité des lampadaires durant la nuit. Ainsi, à l’aide d’un simple variateur de tension au niveau de l’armoire électrique qui alimente un groupe de lampadaire, il est déjà possible de réaliser des économies.

Mais avec les LED, on peut désormais aller encore plus loin puisqu’elles permettent de descendre jusqu’à atteindre 10% de leur puissance nominale et remonter à 100% de manière instantanée. Par ailleurs, les LED consomment deux fois moins que les éclairages traditionnels avec une durée de vie généralement plus importante. « Au minimum, la collectivité peut réaliser 20 à 30 % d’économies grâce à la LED avec un retour sur investissement sur 7 à 8 ans », estimait dernièrement Joël Lavergne, de l’Association Française de l’Éclairage (AFE), à nos confrères de Smart City Mag.

Mais le graal de l’éclairage intelligent, c’est de coupler le lampadaire à LED avec des capteurs de présence qui permettent de réduire l’éclairage à 10% ou 20% de sa puissance durant toute la nuit – voire de l’éteindre complètement dans certaines zones – et de ne le rallumer qu’à la détection d’un mouvement dans un périmètre de quelques mètres autour du lampadaire. Ce peut-être le passage d’un chat, d’un cycliste ou d’une voiture. L’idée est ici de conserver le potentiel sécuritaire de l’éclairage tout en réduisant au maximum la pollution lumineuse et le gaspillage de l’électricité.

Améliorer le quotidien des habitants

Qui dit lampadaire connecté dit aussi monitoring et gestion à distance de ce mobilier urbain. Avec comme but le fait de pouvoir surveiller à distance l’activité et la consommation de chaque lampadaire, de suivre les pannes ou dysfonctionnements en temps réel et d’améliorer ainsi la maintenance des équipements. Ici aussi, la gestion à distance des équipements permet de réduire les coûts de maintenance tout en améliorant la qualité de service.

Un autre objectif recherché par les collectivités au sujet de l’éclairage, c’est l’amélioration des services aux habitants et l’utilisation des lampadaires comme auxiliaires pour la création de nouveaux services. En ce sens, c’est un premier pas pour le développement de villes connectées. Les lampadaires deviennent ainsi des relais pour le wifi, pour la vidéosurveillance, des mobiliers capables de lancer des alertes sonores ou simplement diffuser de la musique. Ils peuvent également être utilisés pour recevoir des capteurs nécessaires pour mesurer par exemple la qualité de l’air.

Un marché qui se développe depuis le début des années 2010, porté par Engie (Ineo), EDF (Citelum), Bouygues Construction (Citybox) ou encore le groupe Vinci (Citeos) qui gèrent les projets des métropoles françaises en partenariat avec des entreprises locales et des sociétés technologiques telles que CapGemini. Dans le domaine de l’électronique embarquée, plusieurs structures se spécialisent également sur ce marché porteur et certains rêvent même d’un déploiement à grande échelle du Li-Fi, l’Internet qui s’obtient grâce à la lumière.

Cependant, cette recherche d’optimisation technologique est-elle absolument nécessaire là où l’objectif premier – la réduction de la consommation, et son corollaire sur le budget des villes, pourrait être amplement satisfaisant. Car la volonté des « smart city » de tout connecter et de tout superviser à distance interroge aussi notre manière de voir le futur de la ville.

Aujourd’hui, la croissance de nos systèmes numériques impose déjà une consommation supplémentaire de l’ordre de 9 % d’énergie par an

Source : The Shift Project

Une limite environnementale à la ville toute technologique ?

Fin janvier 2021, et quelques mois après avoir annoncé vouloir devenir la ville la plus connectée de France, la métropole d’Angers a été victime d’un ransomware, c’est à dire un logiciel malveillant qui a paralysé de nombreux services et ordinateurs de la collectivité. « Le système s’est mis en rade et nous n’avons plus eu accès à rien. Le site Internet, celui des bibliothèques, les services rendus à la population, les logiciels, les ordinateurs…Tout était hors-service », expliquait un élu joint par RTL à ce sujet.

Ces derniers mois, plusieurs villes françaises ont ainsi été victimes de cyberattaques : Annecy, Aix-Marseille, Vincennes, Besançon ou encore La Rochelle en font partie. Mais demain, si l’on estime que tout le mobilier urbain, lampadaires, panneaux d’affichage, arrêts de bus, et même les poubelles ont vocation à être connectés, cette contrainte de sécurité est une question qui n’est pas anodine.

Elle est également liée à une question environnementale. Au même titre que rien ne garantit que les avantages de la 5G soient à la hauteur du coût environnemental qu’elle implique, quid de la multiplication exponentielles de capteurs et d’objets connectés pour régir la ville de demain ? Aujourd’hui, la croissance de nos systèmes numériques impose déjà une consommation supplémentaire de l’ordre de 9 % d’énergie par an, selon les chiffres du Shift Project. Une augmentation qui pourrait être exponentielle avec le développement des villes connectées… sachant qu’il faut aussi prendre en compte les matériaux nécessaires à la conception de ces objets, mais aussi leur réemploi ou recyclage potentiel.

Est-ce que demain, les villes sauront faire face à cette problématique ? Le fait est que certaines innovations connectées recèlent un potentiel de gain environnemental, ce qui semble être le cas des lampadaires intelligents. Mais d’autres services associés à ces lampadaires n’en ont structurellement pas la capacité. Se pose alors la question de la pertinence énergétique des solutions, c’est à dire la différence entre le gain direct en matière de consommation et ce que cela coûte en production et utilisation. Ainsi que ce que cela rapporte ensuite en confort sociétal pour la collectivité.

Et demain, des lampadaires autonomes ?

En ce qui concerne l’éclairage connecté, les gains environnementaux (réduction de la consommation et de la pollution lumineuse) ainsi qu’économique sont évidemment très intéressants. Un autre marché pourrait d’ailleurs se développer sur ce créneau, grâce aux lampadaires autonomes, qui produisent eux-même l’énergie dont ils ont besoin.

Ce créneau porteur s’appelle aux Etats-Unis le « solar lighting as a service ». Un concept qui commence à se développer en France grâce aux efforts de jeunes structures innovantes dont fait partie la startup bordelaise Sunna Design. Elle propose ainsi des lampadaires équipés de panneaux solaires qui vont produire et consommer leur propre énergie et, lorsque c’est possible, réinjecter le surplus dans les réseaux électriques.

Une pratique qui s’adresse principalement aux municipalités, mais aussi aux promoteurs immobiliers et centres commerciaux qui ont alors la possibilité, à minima, de réduire leurs coûts et, dans certains cas, de dégager des revenus supplémentaires grâce à la vente d’électricité issue de leur mobilier urbain.

Pour aller plus loin, on pourrait également miser sur le développement de la bioluminescence afin de proposer un éclairage urbain plus doux et plus économe, au moins la nuit. Mais ça, même si aujourd’hui certaines entreprises commencent à l’explorer, ça n’est pas pour tout de suite.

Guillaume JOLY / https://leshorizons.net