Rénovation du collège Don Bosco à Woluwe-Saint-Lambert [éclairage]

Description

Situé à Woluwe-Saint-Lambert, le bâtiment présente un plan en “T”. Dans les deux branches horizontales du T, se trouvent les classes, quelques bureaux et les cages d’escaliers. Dans la branche verticale du “T”, se trouvent les locaux “annexes” tels que salles de gym, théâtre etc.

La démarche à suivre lors d’une rénovation d’éclairage est expliquée pour une aile de classes.

 L’installation actuelle

 Utilisation des locaux et gestion de commande

Les classes

L’éclairement – Des mesures ont été prises au niveau des bancs, au moyen d’un luxmètre, en divers points et sans apport de lumière extérieure (tentures fermées).

L’ éclairement est en moyenne :

• Sur les plans de travail : de 200 lux, variant de 140 à 240 lux.
  Cette valeur est à comparer à l’éclairement moyen minimum recommandé de 300 lux pour les classes où il n’y a que des cours du jour.

• Sur le tableau : de 110 lux (de 105 à 115 lux)
  Cette valeur est à comparer à l’éclairement minimum moyen recommandé de 500 lux minimum.

L’indice de rendu des couleurs (IRC) – Les indications suivantes ont été relevées sur les lampes : Philips – TDL/18 W/33.
L’ I.R.C.est donc de classe 2, ce qui correspond à un rendu des couleurs compris entre 60 et 80 sur une échelle de 100, ce qui est trop faible. On recommande un I.R.C. supérieur à 80 dans les classes.

L’éblouissement – Les luminaires opalins, sans être très éblouissants, ne sont pas adaptés au travail dans les classes. On recommande plutôt des luminaires avec ventelles.
Les élèves du dernier rang ont dans leur champ de vision plusieurs rangées de luminaires, et subissent, à terme, les désagréments de l’éblouissement.

Les réflexions – Le test du miroir montre qu’il peut y avoir des reflets sur les bancs situés sous les luminaires, lorsque des surfaces brillantes sont utilisées (papier glacé par exemple). Néanmoins, ces réflexions sont dues à l’emplacement des luminaires, et vu la disposition serrée des bancs dans une classe, on ne peut échapper à ces réflexions. Au contraire, avec des luminaires opalins, ces réflexions sont moins importantes qu’avec d’autres luminaires.

La stabilité de l’éclairage – Le clignotement dû à l’utilisation de ballasts conventionnels peut aussi être source d’inconfort à long terme.

Les ombres portées – Il n’y a pas d’ombre portée sur les bancs. L’ombre provenant du corps est compensée par l’éclairage provenant de l’avant, l’ombre provenant de la main est compensée par l’éclairage provenant de l’autre côté.

Enfin, les luminaires opalins, salis par le temps, sont devenus jaunes. Ce qui laisse à désirer au niveau de l’esthétique.
Vu l’état vieillot des classes, il est prévu de les rafraîchir et dans ce contexte, il serait tout à fait inadéquat de laisser les luminaires actuels.

Les couloirs

L’éclairement – L’éclairement est en moyenne de 60 lux variant de 50 à 75 lux.
Cet éclairement est à comparer à la valeur de 100 lux recommandée dans les couloirs.

Néanmoins, le couloir bénéficie pendant quasi toutes les heures de cours d’un éclairage naturel. Un éclairement de 60 lux permet de circuler et sera donc suffisant dans ces conditions.

L’indice de rendu des couleurs (IRC) – Les indications suivantes ont été relevées sur les lampes : “General Electric FC8T9 – CW Rapid Start Cool white”
Selon le catalogue, l’ I.R.C.est donc de 58, ce qui est est suffisant, puisqu’on recommande un I.R.C. compris entre 40 et 60 (classe d’IRC 3) dans les couloirs.

L’éblouissement – On recommande plutôt des luminaires à ventelles dans les circulations. Cependant, les luminaires opalins ne sont pas franchement éblouissants. De plus les couloirs ne servent qu’au passage.

Même si l’installation dans les couloirs n’est pas idéale, le manque de confort, à lui seul, n’est pas suffisant pour justifier une rénovation.

Puissance installée

Une classe avec 2,3 ou 4 baies vitrées dispose respectivement de 2, 3 ou 4 rangées de luminaires. On peut donc calculer la puissance spécifique de n’importe quelle classe.
Une classe avec 3 baies vitrées a une largeur de 6,6 m et une profondeur de 7,7 m. Elle est éclairée par 3 rangées de 3 luminaires de 4 x 18 W.

Puissance spécifique = 3 x 3 x 4 x 21,5*/7,7 x 6,6 = 15,23 W/m²

Cette valeur est à comparer à la valeur de référence de 2,5 W/m²/100 lux, soit 7,5 W/m² (pour 300 lux).

Le couloir de 36 m de long et de 2 m 50 de large est éclairé par 8 luminaires de 1 x 22 W.

Puissance spécifique = 8 x 22 x 1,2*/36 x 2,5 = 2,35 W/m²

Cette valeur est à comparer à la valeur de référence  de 2,5 W/m² (pour 100 lux), (ou 1,5 W pour 60 lux).

Gestion de commande

En observant le mode d’utilisation des locaux et la présence d’éclairage naturel, nous nous sommes posé la question suivante :

“Arrive-t-il qu’un local (ou partie de local) soit éclairé inutilement ou qu’il soit éclairé au-dessus du niveau nécessaire ?”

Nous avons relevé les “disfonctionnements” suivants

• Les classes bénéficient de beaucoup d’éclairage naturel. Les luminaires sont allumés au matin et restent parfois sous tension alors que l’éclairage naturel est suffisant.
• Dans les couloirs, il n’y a pas de minuteries. L’éclairage reste donc souvent allumé inutilement pendant les heures de cours lorsque la lumière du jour suffit, ou après le nettoyage le soir.

La démarche a comporté deux étapes :

1. Des propositions d’installation sont demandées à plusieurs fabricants. Ces propositions seront accompagnées d’une étude photométrique (= étude visant à donner les isolux d’une installation, l’éclairement moyen et l’uniformité). Les différents critères à respecter seront précisés dans la demande. Ces critères concernent aussi bien les niveaux à atteindre pour l’étude photométrique que les critères de qualité du matériel. Les propositions des fabricants doivent être accompagnées de fiches techniques des luminaires ou de catalogues, ainsi que d’une remise de prix.
   Les  études photométriques permettent de choisir la ou les installations qui conviennent au projet en question. Le dimensionnement de l’installation consiste à fixer pour un type de luminaire donné, la puissance unitaire des luminaires et l’emplacement de ceux-ci. En effet, une étude photométrique si elle est réalisée avec le même type de luminaire et avec les mêmes données de base (facteurs de réflexion, coefficient de maintenance, etc.) doit, en principe, être indépendante du fabricant qui la réalise. Seul le rendement de l’appareil du fabricant en question peut changer le résultat final. En pratique, nous avons constaté des différences entre fabricants allant jusqu’à 10 %.
   Les catalogues ou fiches techniques nous ont permis de repérer les marques répondant à nos critères de qualité au niveau du matériel.
   Enfin, les remises de prix nous ont permis de choisir, entre ces marques ; les installations les moins chères.
2. Pour les installations retenues, on a demandé, à l’installateur, un prix de placement. Ce prix de placement plus le prix des luminaires ont permis de déterminer l’installation placée la moins chère.
   Remarque : si l’installateur avait été client de la marque retenue, il aurait été plus intéressant de lui laisser faire la demande de prix. Il aurait alors bénéficié d’un prix “bon client” et il nous aurait remis un prix “matériel + placement”. Mais ici, l’installateur avait l’habitude de travailler avec un fabricant dont le matériel ne garantissait pas tous les critères de qualité que nous exigions.

Une autre façon de procéder aurait été de lui demander le prix sans imposer de marque mais en précisant les critères de qualité que nous exigions du matériel.

Étude préalable

Voici les principaux éléments de l’étude préalable

• Dans les classes, les luminaires sont alimentés par les faux plafonds et l’emplacement des nouveaux luminaires n’est donc pas limité à celui de l’installation actuelle. Si les luminaires sont remplacés par un autre type de luminaire, des dalles d’un autre local seront récupérées pour combler les vides.
• Les classes bénéficient de beaucoup d’éclairage naturel. Il serait donc intéressant de pouvoir commander les luminaires rangée par rangée.
• Dans ce projet, un éclairage spécifique du tableau est doublement recommandé, car il permettra l’amélioration du confort des élèves et la compensation des reflets du soleil sur le tableau.
• Sans connaître l’installation, il n’est pas possible de déterminer s’il est financièrement plus intéressant d’opter pour des luminaires avec ballast électronique ou conventionnel. Aussi avons-nous demandé une étude photométrique avec ballasts électroniques, mais les prix ont été demandés pour les 2 types de ballast.
• Dans les classes où il n’y a que des cours du jour et donc uniquement de jeunes élèves, un éclairement moyen de 300 lux est suffisant. Cette valeur est la valeur minimale de l’éclairement moyen recommandé, mais elle a été jugée suffisante dans notre cas, car l’école bénéficie de beaucoup d’éclairage naturel. Si l’on tient compte d’une uniformité (U_min./U_moy.) de 0,8, l’éclairement minimal (en tous points) est de 240 lux.
• La zone de travail correspond à l’ensemble de la surface du local dont on a retiré 50 cm le long des parois, sauf le long de celle avec fenêtres car les bancs sont placés contre ces parois.

Modèle de courrier aux fabricants

Monsieur,

Concerne : rénovation de l’installation d’éclairage du collège Don Bosco

Je suis chargée de la rénovation dont il est question ci-dessus.

Pourriez-vous me remettre une étude photométrique sur base de vos produits.

Dans les classes, les luminaires formant l’éclairage général seront soit de types “en saillie”, soit de type “à encastrer”, et dans ce cas, ils devront s’intégrer dans le maillage du faux plafond constitué de dalles carrées de 60 cm en laine de roche. La distance entre luminaires devra donc être un multiple de 60 cm.
Ils seront à ventelles blanches avec un angle de défilement maximum de 65°.
Les luminaires “en saillie” seront placés, de préférence, parallèlement aux fenêtres.
Le tableau aura son propre éclairage. On placera des luminaires à réflecteur asymétrique avec tubes fluorescents.
L’éclairage sera réparti sur toute la longueur du tableau vert (longueur = 4 m).
Il sera placé suffisamment près du tableau pour ne pas éblouir l’enseignant.

Dans l’étude, les luminaires seront équipés de ballasts électroniques.

Dans les classes, l’éclairement moyen sera de 300 lux. Le calcul de cet éclairement devra se faire avec uniquement l’éclairage général allumé. L’éclairement minimal (c’est-à-dire en tous points) est de 240 lux sur la zone de travail.
Dans les classes, la zone de travail correspond à la surface du local, de laquelle on retire une bande 50 cm le long de toutes les parois sauf celle avec baies vitrées.

Sur le tableau, l’éclairement moyen recommandé est de 500 lux avec une uniformité (Emin./Emoy.) de 0,5.

Les calculs d’éclairement se feront sur une grille minimale correspondant à la norme NBN L 14 – 002.
Le plan utile se trouve à 80 cm dans les classes et au niveau du sol dans les couloirs. Le facteur de dépréciation doit être pris égal à 0,88.
L’étude photométrique se fera avec des tubes fluorescents de type 840 (IRC compris entre 80 et 90 et température de couleur de 4 000 K).
Les coefficients de réflexion des parois seront de 0,7 (plafond), 0,5 (murs), 0,3 (sol).

L’étude doit être accompagnée des fiches techniques des luminaires ou d’un catalogue.

Pourriez-vous également me remettre votre meilleur prix pour le … au plus tard. Le prix sera donné pour les luminaires avec ballasts électroniques et pour les luminaires avec ballasts conventionnels.
Nous disposons de notre propre équipe de placement. Pouvez-vous, dès lors, nous accorder votre remise ‘installateur’ et nous remettre votre meilleur prix net.

Je vous remercie, et vous prie de croire, Monsieur, en l’assurance de ma meilleure considération.

Annexe : un plan à l’échelle 1/100° avec les luminaires actuels.

Études photométriques

Pour l’éclairage général, 3 installations nous ont été proposées. Voici les éléments essentiels de leur étude photométrique :

Luminaires encastrés de 3 x 18 W
	Classes de 6,7 m x 7,8 m 3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires	Classes de 4,3 m x 7,8 m 3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires	Local 2,2 m x 7,8 m 3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 1 luminaire
Éclairement moyen	302 lux	430 lux	315 lux
Éclairement minimum dans la zone de travail	231 lux (dans les coins, sinon 273 lux)	227 lux (dans les coins, sinon 251 lux)	228 lux (dans les coins, sinon 241 lux)
Puissance spécifique	6,2 W/m²	9,66 W/m²	9,44 W/m²

Luminaires de 1x58W et de 1x36W, selon le local
	Classes de 6,7 m x 7,8 m 3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires de 1 x 58 W	Classes de 4,3 m x 7,8 m 3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires de 1 x 36 W	Local 2,2 m x 7,8 m 3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 1 luminaire de 1 x 58 W
Éclairement moyen	325 lux	299 lux	340 lux
Éclairement minimum dans la zone de travail	251 lux	233 lux (dans les coins, sinon 257 lux)	272 lux
Puissance spécifique	6,43 W/m²	6,44 W/m²	9,79 W/m²

Luminaires de 2 x 36 W ou 2 x 58 W selon le local
	Classes de 6,7 m x 7,8 m 2 rangées (parallèles aux fenêtres) de 3 luminaires de 2 x 36 W	Classes de 4,3 m x 7,8 m 2 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires de 2 x 36 W	Local 2,2 m x 7,8 m 2 rangées (parallèles aux fenêtres) de 1 luminaire de 2 x 58 W
Éclairement moyen	354 lux	333 lux	377 lux
Éclairement minimum dans la zone de travail	251 lux	233 lux (dans les coins, sinon 254 lux)	265 lux
Puissance spécifique	8,27 W/m²	8,59 W/m²	8,39 W/m²

Pour l’éclairage spécifique du tableau, une seule bonne solution nous a été proposée : 2 luminaires avec 1 lampe de 58 W et réflecteur satiné à distribution asymétrique avec ventelles blanches.

Ces luminaires sont placés à 1 m 10 du tableau. Ils permettent d’atteindre, avec l’éclairage général allumé, un éclairement moyen de 250 à 300 lux. Ce niveau n’est pas celui recommandé par les normes mais ce dernier n’est quasi pas atteignable avec des luminaires classiques pour tableaux.

Vérification de la qualité des luminaires

Pour toutes les offres retenues, nous avons ensuite vérifié les différents critères de qualité du matériel. Cette vérification se fait dans les catalogues ou sur les fiches techniques.

Nous avons vérifié les critères suivants :

• le rendement des luminaires est de minimum  70 % (luminaires à ventelles planes),
• le réflecteur est en aluminium satiné,
• l’indice de protection est de minimum IP20,
• la résistance aux chocs est d’au moins 0,5 joule,
• les luminaires sont de classe I (nous disposons d’un conducteur de terre),
• les autres appareils du réseau électrique doivent être protégés contre les signaux haute fréquence. Les luminaires doivent porter le label “énec”,

• l’accès aux lampes et à ses équipements doit être aisé. Exemple : diffuseur rabattable et décrochable des 2 côtés sans outils.

N.B. : Il n’y avait aucune vérification à faire au niveau de l’inflammabilité, vu que les luminaires seront montés soit sur un faux plafond traditionnel (à lamelles métalliques ou sur un faux plafond en gyproc).

Prix nets des luminaires

• luminaire à ventelles blanches 1 x 36 W et ballast électronique : 52 € (HTVA), (27,275  € avec ballast conventionnel),
• luminaire à ventelles blanches 1 x 58 W et ballast électronique : 56,25 € (HTVA), (33,55 € avec ballast conventionnel),
• luminaire à ventelles blanches 2 x 36 W et ballast électronique :  53,8 € (HTVA), (34,6 € avec ballast conventionnel),
• luminaire à ventelles blanches 2 x 58 W et ballast électronique :  57,8 € (HTVA), (40,3 € avec ballast conventionnel),
• luminaire à ventelles blanches 3 x 18 W et ballast électronique : 164,2 € (HTVA),  (136,2 € avec ballast conventionnel),
• luminaire avec réflecteur satiné à distribution asymétrique 1 x 58 W : 69,6 € (HTVA), (48,9 € avec ballast conventionnel).

Prix du placement

• démontage d’un appareil + placement d’un luminaire en saillie : 62,5 € (HTVA),
• démontage d’un appareil + placement d’un luminaire encastré : 25 € (HTVA).

Prix total : luminaires + placement

Choix des luminaires

La première solution a pour avantage de pouvoir réaliser une commande séparée pour 3 rangées parallèles aux fenêtres et ainsi de mieux profiter de l’apport en éclairage naturel. Mais le coût est trop élevé.

La 2° solution a l’avantage également de proposer 3 rangées de luminaires. Elle est moins chère que la première solution mais plus chère que la 3°.

La 3° solution est la moins chère mais ne possède que 2 rangées.

Suite au calcul du temps de retour d’une commande de l’éclairage en 3 rangées parallèles, on a choisi de ne pas réaliser cette commande séparée. Dès lors, on a proposé au responsable technique la 3° installation pour l’éclairage général.

De plus, deux luminaires de 1 x 58 watts seront placés devant le tableau.

Choix des ballasts

Un calcul de rentabilité a été réalisé pour une classe de grandeur moyenne : de 4,3 m x 7,8 m.

Le surinvestissement pour un luminaire avec ballast électronique par rapport à un luminaire avec ballast conventionnel n’est récupéré qu’en 10 ans, grâce à la diminution des consommations.

Le responsable technique ne les a donc pas retenus.

Remarque sur le tableau de calcul

• Le prix du ballast est compris dans le prix du luminaire. Dans le calcul, on a donc compté 0 € pour un ballast conventionnel, et pour le ballast électronique, on a compté la différence entre le luminaire avec ballast électronique et celui avec ballast conventionnel, de laquelle on retire la prime accordée par le distributeur pour l’utilisation de ballasts électroniques.
  Prime : 75 € par  kW installé initialement : 75 x (6 x 4 x 21,5/1 000)/6 = 6,45 € .
  Prix du ballast électronique : (53,8 – 34,6) – 6,45 = 12,75 €.
• Le nombre de jours d’utilisation annuels = 38 x 5/2. La division par 2 tient compte de la proportion de temps où l’éclairage est allumé par rapport au temps où les locaux sont occupés.

* tient compte de la proportion de temps où l’éclairage est allumé par rapport au temps où les locaux sont occupés,

** tient compte de la consommation du ballast,

*** les lampes sont remplacées par le père Lambrechts lui-même.

Pour chacun des “disfonctionnements” de la gestion de commande actuelle, relevés dans le diagnostic, on cherchera une solution parmi les différents suivants :

• horloge générale,
• zonage et commande séparée des différentes zones,
• éclairage à 2 composantes (éclairage ponctuel) permettant un niveau d’éclairement général plus faible,
• commande séparée des différentes rangées d’éclairage parallèles aux fenêtres,
• minuteries,
• détecteurs de présence,
• dimming en fonction de la lumière du jour.

Un calcul de rentabilité permet de décider des éléments retenus.

Malheureusement, à l’heure actuelle, il n’existe pas de logiciel pour évaluer les économies réalisables par la gestion en fonction de la lumière du jour dans toutes les circonstances !

Choix de la gestion de commande

Dysfonctionnement n°1. Les classes bénéficient de beaucoup d’éclairage naturel. L’éclairage naturel vient des 2 côtés : d’un côté, il y a des baies en façade avant, de l’autre côté la paroi entre classe et couloir est vitrée sur la partie supérieure, le couloir possédant lui-même une paroi vitrée en façade arrière. Cependant, les luminaires sont allumés au matin et reste parfois sous tension lorsque l’éclairage naturel est suffisant.

> Commande des luminaires par rangées parallèles aux fenêtres

Nous n’avons pas envisagé le dimmage de l’éclairage en fonction de l’éclairage naturel car le temps de retour de cette rénovation est généralement élevé. De plus, le temps d’occupation est ici très faible, ce qui augmente encore le temps de retour. Enfin, les budgets d’une école sont limités.

Dysfonctionnement n°2.  Les couloirs bénéficient de beaucoup de lumière du jour. Cet éclairage naturel suffit amplement à partir d’une certaine heure (au plus tard à 9 h 00) et jusqu’à une certaine heure (au plus tôt à 16 h 00) variant au cours des saisons.
L’éclairage est allumé le matin à l’heure du début des cours.
Les luminaires actuels sont commandés par des interrupteurs à deux directions (donc pas de minuterie).
Ils restent donc souvent allumés inutilement pendant les heures de cours ou après le nettoyage le soir.

> Placement d’une horloge sur le circuit des luminaires des couloirs

Cette horloge pourrait être couplée à des détecteurs de présence au plafond permettant un contrôle après les heures de classe.
Cette solution aurait l’avantage de supprimer les interrupteurs qui sont souvent démolis dans les couloirs.
Cet élément de gestion ne fera ici que peu d’économie d’énergie. Nous n’avons donc pas fait de calcul de rentabilité.

Calculs de rentabilité

Commande par “rangées” parallèles aux fenêtres

Nous avons estimé qu’on pouvait gagner un tiers de la consommation annuelle de l’installation d’éclairage.

Le surcoût de placement par l’installateur du collège pour le câblage des luminaires en trois rangées et 3 interrupteurs plutôt qu’en une seule est de 87,5 €.

Nous avons fait un calcul de rentabilité pour les classes de 6,7 m x 7,8 m :

Horloge sur le circuit des couloirs

On a estimé que le placement de l’horloge permettrait de gagner 1 h/jour d’éclairage sur les 9 couloirs du bâtiment.

Le coût d’une horloge placée est de 62,5 €.