Détecteurs de mouvement et de présence/absence [Eclairage]


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Utilisation

Les détecteurs de présence, associés ou pas à des boutons poussoirs, permettent d’aider les gestionnaires de bâtiments dans leur “quête” à l’économie d’énergie. Ces dernières années, leur domaine d’applications s’est considérablement étendu. En effet, outre la commande de l’éclairage intérieur et extérieur, ils sont actuellement utilisés pour la commande d’automatismes tels que :

  • la gestion de la ventilation, dans les locaux à occupation intermittente comme les salles de conférence par exemple ;
  • la régulation des installations de chauffage et de climatisation ;
  • le déclenchement de l’alarme, puisque ce même principe est utilisé pour la détection d’intrusion ;
  • jusqu’au déclenchement de la chasse des toilettes, … pour utiliser l’eau de ville à bon escient, bien sûr,… et non pour enregistrer la fréquence et la durée des utilisateurs !

En éclairage, le détecteur de présence allume les luminaires lors de l’entrée de l’occupant et les éteint quelques temps après sa sortie. Une temporisation à l’extinction est nécessaire pour ne pas réduire la durée de vie des lampes par des cycles d’allumage/extinction trop fréquents. Par exemple, une absence de 1 ou 2 minutes ne peut entraîner l’extinction des lampes.

Calculs

Les économies engendrées par le placement de détecteurs de présence se situent, selon certaines sources, entre 35 et 45 %. Pour analyser au cas par cas l’intérêt de placer des détecteurs de présence.

À noter, toutefois, qu’un détecteur a sa consommation propre. S’il est de bonne qualité, cette consommation est réduite (< 1W).


Principe de fonctionnement

Dans le jargon des professionnels, un détecteur de mouvements se différencie d’un détecteur de présence par sa grande sensibilité.

Différentes technologies existent sur le marché. La technologie à infrarouge (IR) est la plus répandue dans le domaine de l’éclairage. Cependant, quelques applications de gestion d’éclairage, comme dans les sanitaires par exemple, font appel aux technologies ultrasoniques (US), combinées IR et US ou encore sonore.

En général, l’électronique des détecteurs permet de développer des logiques de gestion de l’éclairage en détection de présence ou d’absence. En d’autres termes :

  • Pour une gestion de présence, le détecteur peut travailler seul. Dès qu’une personne entre dans la zone de détection, l’éclairage est allumé. Ce principe est applicable dans les locaux où les détections sont fréquentes, mais de courte durée.
  • Pour une gestion d’absence, le détecteur doit être combiné avec un système de commande volontaire (type bouton-poussoir). Une personne entrant dans un local avec accès à la lumière naturelle peut choisir d’allumer ou pas l’éclairage en fonction du niveau d’éclairement régnant dans le local. Si elle choisit d’allumer, le détecteur ne coupera l’éclairage qu’après un délai réglable d’absence de la personne. Ce principe permet, en général, de responsabiliser les occupant.
  • Ces détecteurs permettent en réalité  d’imaginer toute sorte de fonctionnement. Par exemple, pour des couloirs : en cas d’absence la lumière est dimmée (intensité réduite) et dès détection de présence, l’éclairage est remis à 100 %. L’extinction arrive seulement en cas d’absence plus longue.


Technologies des détecteurs

Détecteur  à infrarouge (IR)

Schéma détecteur  à infrarouge.

Ils détectent le mouvement du corps humain par la mesure du rayonnement infrarouge (= chaleur) émis par le corps humain.

Ils sont dits “passifs” car ils n’émettent aucune radiation, contrairement aux détecteurs à infrarouge actif de type “barrière”. Ils mesurent le rayonnement infrarouge émis par les surfaces chaudes.

Ils fournissent une indication de changement d’occupation d’un lieu : absence ou présence. Ils ne permettent pas de connaître le taux d’occupation d’un local ou le nombre d’occupants.

Photo détecteur  à infrarouge.

Plus précisément, les détecteurs de mouvement à infrarouge comportent un certain nombre de facettes sensibles. Leur rayon d’action est ainsi découpé en une série de segments. C’est le passage d’un corps (et donc de chaleur) du rayon de vision d’une facette vers celui d’une autre facette qui permet de détecter le mouvement.

La sensibilité d’un détecteur dépend donc du nombre de segments sensibles. Par exemple, un détecteur dont le rayon de détection est découpé en peu de segments risque de ne pas détecter une personne se dirigeant vers lui.

Pour certains modèles perfectionnés, cette sensibilité est réglable. Le réglage sera différent selon le type de local : dans un bureau où les mouvements sont parfois minimes (travail sur ordinateur, par exemple) on le réglera sur une forte sensibilité, tandis que dans un local sujet à des courants d’air, on le réglera sur une sensibilité plus faible.

La limite d’utilisation des détecteurs IR réside dans son incapacité à effectuer une détection au travers d’une paroi par exemple. C’est le cas dans les sanitaires ou les bureaux paysagers aménagés avec des cloisons antibruit ou des armoires hautes.

Détecteurs ultrasoniques (US)

Schéma détecteurs ultrasoniques.

Les détecteurs US sont de type émetteur/récepteur et fonctionne sur le principe de l’effet Doppler. Toute onde ultrasonique (32 kHz à 45 kHz) émise par le détecteur qui rencontre un objet sur son parcours, “rebondit” en direction inverse avec une fréquence différente. Le détecteur est capable de mesurer l’écart de fréquence et de générer ainsi un signal de présence. Les détecteurs US ont une portée limitée mais peuvent détecter des mouvements mineurs et ce même autour de certains obstacles.

Détecteurs à double technologie

Schéma détecteurs à double technologie.

Les détecteurs de présence à infrarouges risquent de ne pas détecter les mouvements légers. Par contre des détecteurs à ultrasons peuvent être trop sensibles et risquent de déclencher l’allumage de l’éclairage lors du passage “d’une mouche”. Pour éviter cet inconvénient tout en gardant une sensibilité importante, certains détecteurs, appelés “détecteurs à double technologie” combinent ultrasons et infrarouge.
Cette combinaison permet d’augmenter la fiabilité des détecteurs et élimine les détections indésirables.

Détecteurs sonores

Comme son nom l’indique les détecteurs sonores réagissent au bruit. Cette technologie pourra être utilisée dans les sanitaires par exemple. Pratiquement, on n’utilisera qu’un seul détecteur de ce type dans les communs des sanitaires sans être obligé d’en placer un dans chaque WC. Le moindre bruit émis au travers des parois des WC permettrait de pouvoir prolonger la lecture de son journal en toute quiétude (“pour les amateurs de sieste au WC, dorénavant s’abstenir !”).

Détecteurs “intelligents”

Ce type de détecteur à double technologie enregistre pendant plusieurs mois le mode d’occupation du local et adapte automatiquement sa sensibilité.


Types de détecteurs

On distingue deux familles d’équipement :

Les détecteurs à pouvoir de coupure (peut couper l’alimentation de la lampe)

Les détecteurs montés à  la place des interrupteurs

Ceux-ci se placent dans les circulations, sanitaires, petits bureaux etc. On profite du câblage existant laissé par l’interrupteur classique pour commander les luminaires. Il est un fait certain qu’en conception, pour autant que les utilisateurs acceptent de ne plus pouvoir intervenir dans la commande des luminaires, on placera directement le détecteur à proximité des luminaires pour réduire le câblage et permettre aussi une amélioration de la modularité de la commande (changement facile de l’emplacement du détecteur).
L’ensemble de l’interrupteur automatique est composé de 3 parties : un mécanisme, un capteur et une plaque de recouvrement.

Mécanisme … Capteur … et … Plaque de recouvrement.

Certains modèles possèdent, en plus de la détection automatique, un bouton de commande manuelle. La commande peut alors se faire automatiquement ou manuellement. La commande manuelle peut être verrouillée.
On trouve deux types de capteurs

  • Un capteur qui permet une détection horizontale seulement.
    C’est ce capteur qui est généralement placé dans les locaux intérieurs.
  • Un capteur qui permet une détection horizontale et verticale (surveillance en zone basse).
    Celui-ci s’utilise pour détecter une présence dans des escaliers par exemple.

Les détecteurs placés au plafond

Photo détecteurs placés au plafond.

Dans les entrepôts de grand volume ou les bureaux aménagés de cloisons montant à mi-hauteur, le champ de vision d’un détecteur à infrarouge de 90° risque d’être masqué. Il est dès lors recommandé d’utiliser des détecteurs panoramiques dont l’angle d’ouverture est de 360°.

Ils seront également utilisés dans les grands locaux tels que salles de sports de manière à pouvoir couvrir l’ensemble de l’espace.

Les détecteurs intégrés dans le luminaire

Photo détecteurs placés dans le luminaire.

Ce type de détecteur commande directement et individuellement le luminaire sur lequel il est monté. Dans la nouvelle norme EN 12464-1 l’éclairage individuel prend toute son importance par le fait que la zone de travail est précise et peut être mobile. De ce fait, le détecteur “embarqué” permet d’améliorer la gestion de présence individuellement.

Les détecteurs gradables (agit sur la commande 1-10V du ballast dimmable)

Les détecteurs gradables

Photo détecteurs gradables.

On rencontre deux types de détecteurs gradables :

  • analogique : connecté au ballast électronique dimmable, ce type de détecteur agit comme le potentionmètre (ou dimmer) sur le ballast en faisant varier la tension de commande de 1 à 10 Volt,
  • digital : connecté à un ballast type DALI ou sur un réseau type DALI, ce genre de détecteur peut agir sur un ou des groupes de luminaires.

Les multidétecteurs

Photo multidétecteurs.

À l’heure actuelle, de part la percée effectuée par les réseaux d’éclairage (ON, DALI, …), les détecteurs combinent plusieurs fonctions afin de commander, de réguler, de gérer un ou des groupes de luminaires :

  • la détection de présence,
  • la régulation en fonction du niveau d’éclairage naturel,
  • la réception IR d’un signal de commande à distance (télécommande).

Caractéristiques générales des détecteurs infrarouges (IR)

Un détecteur placé sur une paroi verticale est caractérisé par :

  • un angle de détection horizontal,
  • une portée latérale,
  • une portée frontale.

Un détecteur placé au plafond est caractérisé par :

  • un rayon d’action de 360°,
  • un diamètre de détection maximal (ou couverture maximale (en m²)) pour une hauteur maximale.

Lorsqu’on diminue la hauteur d’installation, la zone de couverture diminue, mais la sensibilité augmente.
Par contre, au-delà de la hauteur maximale, la sensibilité n’est plus suffisante.

Attention : le détecteur ne traverse aucune cloison, pas même en verre !

Si plusieurs détecteurs sont placés dans un même lieu, il est intéressant de prendre un modèle de détecteur avec un mécanisme “maître” (ou “master”) et un ou plusieurs avec mécanisme “esclave” (ou “slave”). Un détecteur avec mécanisme “maître” est plus cher, mais les mécanismes “esclave” sont beaucoup moins chers, ce qui rend l’ensemble intéressant économiquement.

Y a-t-il des différences entre détecteurs pour la gestion de l’éclairage et détecteurs pour la gestion de la ventilation ?

Les sondes utilisées dans un but de gestion de l’éclairage ne possèdent pas de temporisation à l’enclenchement/déclenchement. Le détecteur possède une temporisation après le dernier mouvement. Pour certains modèles, cette temporisation est réglable  (de 5 secondes à 5 minutes par exemple). La temporisation peut aller jusqu’à 30′ pour les modèles perfectionnés.

De plus, elles intègrent souvent un détecteur de luminosité : en général, le détecteur comporte un interrupteur crépusculaire dont le seuil de luminosité peut être réglé (de 5 à 1 000 lux par exemple).

En éclairage, il existe deux types de mécanismes :

  • Un mécanisme avec triac qui ne permet de commander que des lampes à incandescence ou halogène 230 V.
  • Un mécanisme avec relais qui permet de commander également des lampes fluorescentes.

Si les sondes destinées à la régulation de la ventilation sont d’un principe identique, elles intègrent par contre des temporisations à l’enclenchement et au déclenchement nécessaires pour éviter des sollicitations trop fréquentes du système de ventilation.

Ces temporisations sont généralement réglables de quelques minutes à une dizaine de minutes.

À noter qu’il existe des bouches de soufflage qui intègrent une sonde de présence directement :

Photo bouches de soufflage avec détecteur.


Emplacement

L’espace couvert par un détecteur détermine l’emplacement des détecteurs.
Les détecteurs doivent être placés de manière à couvrir tout l’espace à détecter.

Exemple.
On souhaite placer des détecteurs de présence pour commander l’éclairage du hall ci-dessous.

Caractéristiques du détecteur :

Interrupteurs automatiques 

  • Angle de détection : 180°
  • Portée latérale : 2 x 6 m
  • Portée frontale : 12 m

Schéma emplacement des détecteurs.

Trois détecteurs seront placés. Ils couvriront l’ensemble du hall.

Le choix de l’emplacement du détecteur a une grande importance sur son bon fonctionnement. Il ne faut pas que le détecteur soit influencé par une source de lumière permanente (dans ce cas, croyant l’éclairage suffisant, il ne commandera pas l’allumage) ou encore par un mouvement en-dehors de la zone commandée (ouverture de porte, …).

On peut souhaiter réaliser un zonage dans un même local. Dans certains cas, ce zonage peut être réalisé uniquement en choisissant bien l’emplacement des détecteurs; dans d’autres cas il faudra placer des “jalousies” sur le détecteur, de manière à ce qu’il ne voit que d’un seul côté.


Schémas de raccordement (en gestion de l’éclairage)

Situation 1 : il n’y a qu’un seul détecteur

Selon le type de mécanisme, le raccordement du détecteur se fait avec 2 ou 3 conducteurs

  • Un mécanisme avec triac (pour lampes à incandescence ou halogènes 230 V) doit être raccordé à la phase, un conducteur sort vers les lampes (= raccordement 2 fils).
  • Un mécanisme avec relais (pour lampes incandescentes, halogènes et fluorescentes) doit être raccordé à la phase et au neutre (ou 2° phase), un conducteur sort vers les lampes (= raccordement 3 fils).

Montage à 2 fils.

Montage à 3 fils.

Application en rénovation lorsqu’on utilise des interrupteurs automatiques :

Lorsqu’on utilise un mécanisme à relais (montage à 3 conducteurs obligatoire pour tubes fluorescents par exemple), et lorsqu’on utilise des interrupteurs automatiques) il faudra vérifier qu’une phase et un neutre (ou 2 phases) arrivent bien à l’interrupteur existant.
En effet, dans certains types de câblage (“câblage par le haut”), un seul fil arrive à l’interrupteur.

Dans ce cas, il faudra tirer un nouveau conducteur entre les lampes et le(s) détecteur(s), ce qui augmente les coûts, surtout lorsque les câbles sont encastrés.

Situation 2 : il y a plusieurs détecteurs

S’il y a plusieurs points de détection dans un même lieu, on monte les détecteurs en parallèle, ou encore on monte un détecteur avec mécanisme “maître” et un (ou plusieurs) détecteur(s) avec mécanisme “esclave” :

Détecteurs en parallèle

Montage à 2 fils.

Montage à 3 fils.

En plus de la phase (et éventuellement du neutre ou d’une deuxième phase) qui arrive au détecteur, on doit disposer d’un conducteur entre les détecteurs.

Application en rénovation lorsqu’on utilise des interrupteurs :

Si l’installation existante comporte des interrupteurs à deux directions, utilisés lorsque deux interrupteurs commandent les mêmes lampes, on dispose déjà de ce câble dans l’installation existante (câble à 3 conducteurs). Si l’installation comporte des interrupteurs-inverseurs, utilisés en plus des interrupteurs à deux directions lorsque plus de deux interrupteurs commandent les mêmes lampes, on dispose également de ce câble.
Par contre, si dans l’ancienne installation, les luminaires sont commandés par un seul interrupteur il faudra tirer ce conducteur entre les détecteurs ; ce qui engendre un surcoût.