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L'énergie à découvert

 | 
Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Septième partie. Usages de l'énergie et efficacité énergétique

3. Efficacité énergétique : l’éclairage

Georges Zissis

Texte intégral

1En ce début du XXIe siècle, le monde de l’éclairage électrique est à nouveau en effervescence, comme il le fut déjà au début du siècle précédent avec la démocratisation de la lampe à incandescence. Aujourd’hui, alors que l’incandescence tire sa révérence après 150 ans de bons et loyaux services, nous vivons une vraie révolution grâce à l’arrivée des « intrus » venant du monde des semi-conducteurs : les Diodes Électroluminescentes (LEDs) et leurs cousines organiques (O-LEDs).

Le constat

2Aujourd’hui, l’éclairage consomme plus de 3 400 T Wh d’énergie électrique par an. Cette quantité représente approximativement 19 % de la production globale d’électricité mondiale ; ce qui correspond à près de 2 à 3 % de la consommation énergétique annuelle globale de notre planète. Ainsi, cette production d’énergie électrique, pour satisfaire les besoins en éclairage de l’humanité, entraîne inévitablement une pollution de l’environnement. On estime donc que l’éclairage est indirectement responsable de l’émission des quelques 1 500 millions de tonnes de CO2 qui accélèrent inexorablement le changement climatique. Notons cependant que même l’éclairage des populations qui n’ont pas l’électricité (on estime leur nombre à près de 1,5 milliard de personnes) et qui utilisent encore des lampes à pétrole, alourdit la situation avec une émission annuelle additionnelle de 400 millions de tonnes de gaz à effet de serre. Ajouter à cela qu’en éclairant nos villes et nos bâtiments, la lumière diffuse vers le ciel et les étoiles disparaissent (surtout dans un environnement urbain pollué), et, qu’en éclairant les arbres, la faune et la flore qui entourent notre écosystème dans son intégralité en sont influencées. Nous savons aujourd’hui que l’impact de l’éclairage sur notre environnement n’est pas négligeable.

3Toutefois, l’Homme ayant une relation très intime avec la lumière, nous avons aujourd’hui la certitude que ses besoins en éclairage ne feront que croître. Ceci est facile à expliquer, en premier lieu en raison de la croissance prévue de la population mondiale. Ajoutons à cela qu’à l’image de nos villes qui brillent de toutes les couleurs pendant la nuit, la lumière artificielle est un signe extérieur de richesse. Par conséquent, sans action coordonnée mondialement, nous pouvons nous attendre à un doublement de la demande dans les deux décennies à venir. Il s’agit d’un constat fort inquiétant qui impose la prise de résolutions rapides.

Les actions

4Certaines études, tenant compte de l’augmentation de la demande de l’humanité en éclairage, montrent qu’en utilisant simplement de façon plus raisonnée les sources existantes, nous pourrions économiser de 10 à 15 % de l’énergie consommée pour l’éclairage dans la décennie à venir. D’autres études donnent des résultats inverses et ceci est intimement lié au comportement et aux réactions de l’utilisateur final qui sont parfaitement imprévisibles. Quand l’incitation ne marche plus, il faut passer à la vitesse supérieure et supprimer les lampes énergivores. Le bannissement de nos marchés des ampoules à incandescence, qui ne transforment que 2 à 5 % de l’électricité en lumière utile, a été la première action dans cette direction. La « mort annoncée » de cette ampoule « historique » a mis sur le devant de la scène les autres technologies d’éclairage basées sur les décharges électriques luminescentes. Il s’agit de produits matures qui marquent aujourd’hui un palier dans l’évolution de l’efficacité lumineuse*. Dans ce contexte, cette action n’est pas encore suffisante pour freiner l’augmentation de la demande. Concevoir et produire en série de nouvelles sources de lumière plus efficaces et les intégrer dans un système d’éclairage « intelligent » semble être une solution durable. Les nouvelles technologies, et plus précisément les LEDs* et les O-LEDs*, vont dans ce sens. En devenant sources de lumière, ces composants électroniques constituent les ingrédients de base pour la conception des systèmes intelligents et optimisés. À titre d’exemple, là où une lampe à incandescence transformera seulement 2 % de l’électricité en lumière utile pour l’éclairage, une LED blanche atteindra 30 %. Et, en tenant compte de la réponse de notre œil, pour 1 W électrique absorbé, la lampe à incandescence produira un flux lumineux* de 12 lumens (lm), tandis qu’une LED intégrée dans un système d’éclairage en produira plus de 90 lm. Nous espérons que dans le futur proche ce flux dépassera 110 lm par watt électrique absorbé.

Fig. 1 – La ville de Shanghai brille de toutes les couleurs la nuit, mais les étoiles ne sont plus visibles sur un ciel terne. Photo G. Zissis, 2007

5En 1968, la première LED produisait une très faible lumière rouge ; impossible même de songer à une application éclairagiste. L’invention de la LED bleue en 1992 ouvrit la voie vers la production de la lumière blanche. L’éclairage devint ainsi une cible accessible. Aujourd’hui, des produits éclairagistes fiables et dignes de ce nom sont produits en série et commercialisés, des installations pilotes ont démontré la validité du concept, la technologie se démocratise et les prix baissent. La LED devient un produit «  tendance » incontournable. Cependant, des efforts considérables de recherche sur la qualité et la standardisation de ces nouveaux composants sont nécessaires.

Fig. 2 – Une O-LED* diode électroluminescente organique verte produite au laboratoire LAPLACE. Photo Georges Zissis, 2011

6Pendant ce temps, les recherches sur les O-LEDs, des feuilles de plastique qui émettent de la lumière, sont particulièrement actives. Imaginez une feuille plastique, légère, transparente pouvant épouser la forme de n’importe quelle surface et émettant une lumière douce, colorée ou non ; capable de se transformer en miroir ou bien d’afficher des informations. Nul doute que les O-LEDs constitueront la prochaine grande avancée du domaine de l’éclairage dans les dix prochaines années.

7De plus, il ne faut jamais oublier que le système d’éclairage futur issu de ce processus d’optimisation globale doit satisfaire les besoins en lumière tout en respectant les ressources énergétiques et environnementales, contribuer à la qualité de vie de l’Homme et être au service de l’utilisateur. Ainsi, si l’on veut réussir le pari d’un meilleur système d’éclairage, économe, respectueux de l’environnement et contribuant à l’amélioration de la qualité et du confort de vie, nous devons traiter tous les aspects d’un système complexe, ce qui ne peut se faire que par le biais d’une étude vraiment pluridisciplinaire qui irait des sciences « dures » (physique, matériaux, optique, photométrie…) aux sciences humaines et sociales (phycologie, ergonomie, sociologie…) en passant par les sciences biomédicales (physiologie, neurosciences, anatomopathologie, ophtalmologie…) ainsi que l’économie et la législation.

Bibliographie

Références bibliographiques

• G. ZISSIS et X. DE LOGIVIERE – Diodes électroluminescentes LED pour l’éclairage : panorama et tendances technologiques, Techniques de l’Ingénieur, 2011.

• J.-J. DAMELINCOURT, G. ZISSIS, CH. CORBE et B. PAULE – Éclairage d’intérieur et ambiances visuelles, Lavoisier, 2010.

• G. ZISSIS – Sources de lumière et éclairage : de la technologie aux économies d’énergie, Nouvelles Technologies de l’Énergie 4, Lavoisier, 2007.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – La ville de Shanghai brille de toutes les couleurs la nuit, mais les étoiles ne sont plus visibles sur un ciel terne. Photo G. Zissis, 2007
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11126/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 353k
Légende Fig. 2 – Une O-LED* diode électroluminescente organique verte produite au laboratoire LAPLACE. Photo Georges Zissis, 2011
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11126/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 195k

Auteur

Physicien, Professeur des Universités, LaPlaCE, Université Toulouse 3, Toulouse.
georges.zissis@laplace.univ-tlse.fr

© CNRS Éditions, 2013

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