Choisir entre les différents types de programme de maintenance

Planifier la maintenance, pourquoi ?

Lorsque l’on planifie une maintenance, on désire définir :

  • le surdimensionnement initial de l’installation
  • l’intervalle de temps entre deux nettoyages des luminaires
  • l’intervalle de temps entre deux nettoyages des parois
  • l’intervalle de temps entre deux relamping (remplacement de toutes les lampes)

La détermination de ses valeurs passent par le calcul des paramètres suivants :

  • LLMF = facteur de maintenance du flux lumineux de la lampe
  • LSF = facteur de survie de la lampe
  • LMF = facteur de maintenance du luminaire
  • RSMF = facteur de maintenance des parois du local
  • MF = facteur de maintenance de l’installation (MF=LLMF.LSF.LMF.RSMF)

En effet, il est toujours nécessaire de surdimensionner un système d’éclairage. La  quantité de lumière émise va en effet diminuer au cours du temps, et cela pour plusieurs raisons (vieillissement de l’appareillage, encrassement des luminaires…). Dans les calculs, ce surdimensionnement est pris en compte via le facteur de maintenance MF :

Emoyen initial = Emoyen requis / MF

Avant de procéder à un relamping, il sera possible d’améliorer l’efficacité en service de l’installation, de retrouver une partie de son efficacité en pratiquant un nettoyage des luminaires ou des parois du local.

Enfin, quand l’efficacité du système sera devenue trop faible, il y aura lieu d’effectuer un relamping. Celui-ci devra permettre de restituer à l’installation une efficacité proche de celle qu’il avait initialement.

Le processus menant à la détermination de ces différents facteurs peut être schématisé comme suit :

Le but du jeu étant d’optimiser la valeur du facteur de maintenance tout en définissant des intervalles de temps cohérents. Ce processus devra être réalisé pour toute nouvelle conception. En effet, il n’existe malheureusement pas de recette miracle pour planifier la maintenance.

Une fois la valeur de facteur de maintenance déterminée, celle-ci peut être utilisée dans un logiciel de simulation de l’éclairage (par exemple Dialux) pour définir le nombre de lampes et de luminaires utilisés. À partir de ces valeurs, il est possible de faire l’étude économique de chaque système et de son programme de maintenance, et ainsi de déterminer le meilleur d’entre eux.

À défaut des valeurs issues des catalogues, le CSTC et la CIE ont publié des rapports reprenant les valeurs (LLMF, LSF, LMF, RSMF) à utiliser pour planifier la maintenance d’un système d’éclairage. Ces dossiers donnent les valeurs moyennes à utiliser et, comme expliquer par la suite, il y a lieu de modifier ses valeurs pour tenir compte de la valeur de la durée de vie moyenne d’une lampe en particulier.


La maintenance préventive

Application

Ce type de programme peut être envisagé pour les grandes installations, lorsqu’il est acceptable qu’un certain nombre de lampes des lampes soit hors services.

Procédure

Le renouvellement des lampes (relamping) est réalisé avant la fin de leur durée de vie moyenne et un nettoyage des luminaires est planifié de manière régulière. La périodicité de ce renouvellement peut être fixée en fonction de deux critères de planification complémentaires. Le système est composé de deux catégories de lampes, celles hors services et celles ayant brulé un certain nombre d’ heures.

Critères de planification

Deux critères complémentaires peuvent être utilisés ici :

  • Le flux lumineux minimum émis par l’ensemble de l’installation (produit du facteur de maintenance du flux lumineux de la lampe (LLMF) et du facteur de survie des lampes (LSF).

 

  • Le pourcentage admissible de lampes défectueuses.  Ce critère, en plus d’influencer l’efficacité du système d’éclairage, a un impact certain sur l’esthétique de l’installation. Si on opte pour ce type de programme de maintenance, il faut garder à l’esprit qu’il ne sera pas possible de conserver un système sans lampes défectueuses pendant toute la période précédent le relamping.

La maintenance curative

Application

Ce type de programme est en général utilisé pour les installations où il n’est pas acceptable que certaines lampes soient hors service. Il sera facilement mis en œuvre pour de petites installations. Un relamping complet de l’installation sera néanmoins tôt ou tard obligatoire (vieillissement de l’appareillage, notamment électrique, équipement dépassé, …)

Procédure

Les lampes défectueuses et l’appareillage électrique défaillant sont remplacés au coup par coup et un nettoyage des luminaires est planifié de manière régulière. Le système est donc constamment constitué de lampes ayant brulé un nombre d’heures différent.


La maintenance mixte

Application

Ce type de programme est en général mis en place dans le cas d’installation où il n’est pas acceptable que certaines lampes soient hors service et où l’on désire planifier un relamping régulier.

Procédure

Une combinaison des deux procédures précédentes. Les lampes défectueuses sont remplacées au coup par coup et un nettoyage des luminaires est planifié de manière régulière. Le système est donc constamment constitué de lampes ayant brûlé un nombre d’heures différent. Un relamping est prévu à intervalle fixe.

Critère de planification

Étant donné que les lampes hors services sont continuellement remplacées, le flux lumineux restant de l’ensemble de l’installation (cf. ci-dessus) tendra vers une certaine valeur. Cette valeur est dans la plupart des cas acceptable, comme le montre le graphique suivant (1 000 h de fonctionnement par an). Cette valeur ne servira généralement pas de critère de planification.

LLMF : facteur de maintenance du flux lumineux de l’installation

(flux en service) = (flux initial) . LLMF

Les valeurs indiquées ici sont des moyennes.

Les lampes aux halogénures métalliques font exception. Dans ce cas, pour contrer les effets de la diminution de leur flux lumineux, il serait par exemple nécessaire de surdimensionner l’installation (sensée fonctionner au moins 18 000 h) de 35 %, ce qui du point de vue de l’énergie est inacceptable. Dans ce cas, un relamping devra être envisagé avant que le facteur de maintenance du flux lumineux ne descende sous une certaine valeur (NB : énergétiquement les lampes fluocompactes deviendraient dans le cas contraire plus efficaces, avec une efficacité lumineuse moyenne en service de 56.07 lm/W (0.89*63) contre 55.42 lm/W (0.68*81.5) pour les halogénures métalliques).

Pour les autres lampes, le critère de planification sera plutôt le pourcentage de lampes changées avant relamping. Ce critère influencera essentiellement le bilan économique de l’installation. Il peut par exemple sembler naturel d’effectuer un relamping juste avant la fin de vie moyenne des lampes. En effet, c’est vers cette période que le plus grand nombre de lampes devra être remplacé. Une autre manière de faire est d’envisager un relamping avant que X % des lampes n’ait été changé. C’est ce que montre le graphique suivant dans le cadre d’un système fictif.


Éviter les consommations excessives liées au surdimensionnement

La surconsommation initiale n’est pas une fatalité. Les choix relatifs au mode de gestion de l’éclairage ou le recours à des technologies proposées par certains constructeurs permettent d’économiser l’énergie liée au surdimensionnement. Le principe est à chaque fois le même, dimmer les luminaires de manière à ne fournir que le niveau d’éclairement nécessaire :

Gestion classique : les luminaires sont alimentés à puissance constante, le niveau d’éclairement varie d’une valeur excessive à la valeur à maintenir.

Gestion avancée : les luminaires sont alimentés à puissance variable de manière à toujours fournir exactement le niveau d’éclairement nécessaire. La puissance est déterminée soit en temps réel par mesure de la luminance, soit par calcul théorique.

Mesure de la luminance au niveau de chaque luminaire

Une manière de lier l’éclairage artificiel à l’éclairage naturel est d’équiper chaque luminaire muni d’un ballast électronique dimmable d’un capteur qui mesure la luminance. Le capteur agit directement sur le ballast du luminaire et régule le flux lumineux pour maintenir en permanence l’éclairement recommandé. (Il existe également des systèmes à régulation centrale, mais ce système a l’avantage d’être très simple et bon marché. Il faudra néanmoins réaliser la phase de réglage initiale avec soin !)

Quand ce genre de système est choisi, il permet de limiter la surconsommation initiale. En effet, le réglage sera réalisé de manière à fournir les lux suffisant sur le plan de travail. Le vieillissement et l’encrassement des appareils conduiront à une baisse du niveau d’éclairement qui sera compensée par l’augmentation du flux émis par la lampe.

Bien sûr il est toujours nécessaire de surdimensionner l’installation et donc de réaliser une planification correcte de la maintenance.

Par calcul théorique

Certaines firmes proposent des solutions basées sur des calculs théoriques. Les ballasts à commande numérique sont alors commandés selon une fonction qui assure un niveau d’éclairement constant et consomment uniquement l’énergie minimale nécessaire.

Selon un des constructeurs, sur 15 ans, cette méthode permet d’économiser jusqu’à un tiers des frais d’exploitation des luminaires. Nous n’avons pu nous procurer les études ayant conduit à la détermination des modèles théoriques, il nous est donc difficile de nous prononcer plus favorablement pour ce genre de solution. Quoi qu’il en soit, cette piste d’économie très intéressante est à explorer.

À noter que ce genre de fonction, comme il se base sur des calculs théoriques, sera moins précis que la technique de mesure de la luminance. En effet, à l’intérieur d’une famille de lampes, les différents spécimens posséderont déjà des caractéristiques pouvant être fortement différentes.

Planifier un programme de maintenance de l’éclairage

Planifier un programme de maintenance de l'éclairage


Cette page montre comment utiliser les fichiers permettant de planifier un programme de maintenance en utilisant la durée de vie moyenne annoncée par le fabricant.


Déterminer les valeurs du facteur de survie catalogue

Les valeurs utilisées par défaut pour planifier la maintenance sont des valeurs moyennes issues d’un rapport de la ouverture d'une nouvelle fenêtre ! CIE. Quand on parcourt le catalogue de l’un ou l’autre des constructeurs de lampes, on se rend compte qu’à l’intérieur d’une catégorie de lampe, il existe une grande diversité de valeur de durée de vie moyenne (exception faite des lampes incandescentes et halogènes qui présentent une durée de vie moyenne toujours proche de 1 000 heures pour les premières et de 2 000 heures pour les secondes).

À l’aide de ce fichier Excel, il est possible de déterminer les valeurs du facteur de survie correspondant à la durée de vie moyenne catalogue et de les utiliser dans les deux fichiers Excel présentés dans la suite de cette page et qui permettent de planifier un programme de maintenance. En effet, la durée de vie moyenne est définie comme étant la durée de fonctionnement pour laquelle le facteur de survie de la lampe est de 0.5.

Dans ce fichier Excel, deux couleurs ont été utilisées pour les tableaux :

  • Les tableaux gris vous permettent d’insérer les données correspondantes à votre projet.
  • Les tableaux jaunes servent à afficher les résultats.

Tableau 1 : type de lampe et durée de vie moyenne catalogue

Le premier tableau présenté dans le fichier Excel vous permet d’indiquer le type de lampe que vous voulez choisir ainsi que la durée de vie moyenne annoncée par le constructeur.

Tableau 2 : résultats

Le tableau 2 reprend :

  • la durée de vie moyenne telle que définie par la ouverture d'une nouvelle fenêtre ! CIE
  • les valeurs du facteur de survie ouverture d'une nouvelle fenêtre ! CIE et catalogue en fonction de la durée de fonctionnement

Il vous est alors possible de copier les valeurs de facteur de survie catalogue pour les insérer dans l’un des deux fichiers Excel présentés ci-dessous. Pour insérer les valeurs, il vous faudra sélectionner les cellules correspondantes, appuyer sur le bouton droit de la souris, sélectionner l’option « Collage spécial », puis l’option « Valeurs ».

1 : Copie des valeurs

2 : Collage spécial des valeurs


Planifier une maintenance préventive

Dans ce fichier Excel, trois couleurs ont été utilisées pour les tableaux :

  • Les tableaux turquoise donnent des informations sur les choix que vous devez faire (définition des différentes catégories d’environnement…).
  • Les tableaux gris vous permettent d’insérer les données correspondantes à votre projet.
  • Les tableaux jaunes servent à afficher les résultats

Les différentes étapes menant à la planification de la maintenance

Définition de la catégorie d’environnement

Le tableau juste au dessus vous permet de voir dans quelle catégorie se situe votre bâtiment.

Définition du nombre d’heures de fonctionnement par an du système d’éclairage

Le tableau au dessus vous permet de voir combien d’heures par an fonctionne le système d’éclairage en fonction du type d’activité.

Choix du type de lampe et insertion des valeurs de facteur de survie

Trois graphiques, basés sur les valeurs de la ouverture d'une nouvelle fenêtre ! CIE, vous sont présentés dans le but de vous aider à faire le meilleur choix.

Le premier graphique donne l’évolution du facteur de maintenance du flux lumineux (pourcentage du flux initial émis en service) de chaque type de lampe au cours des années.

Plus la pente est horizontale, plus la lampe conserve son flux initial. Cela permet de réduire le surdimensionnement initial et donc de :

  • limiter l’investissement et les coûts énergétiques de fonctionnement
  • et/ou de rallonger la période entre deux relamping et de diminuer les frais de maintenance.

Le deuxième graphe donne l’évolution du facteur de survie des lampes (la chance qu’elle continue à marcher jusque-là) en fonction des années de fonctionnement.

Plus la pente est horizontale, et moins il est nécessaire de remplacer souvent les lampes. Il est intéressant de noter que la hiérarchie des lampes fonctionnant le plus longtemps est très proche celle des lampes opérant le mieux durant toute leur durée de vie.

Le troisième tableau donne l’évolution du pourcentage de lampe hors services pour le nombre d’années de fonctionnement.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix des lampes dans le cadre de la planification d’une maintenance.

Une fois le type de lampe sélectionné, vous pouvez vous référer au catalogue de l’un ou l’autre fabricant, y trouver la durée de vie moyenne de la lampe que vous allez installer et utiliser le fichier Excel décrit précédemment.

Choix de l’intervalle de temps entre deux relamping

Pour vous aider dans ce choix, deux graphiques vous sont présentés :

Le premier permet de voir l’évolution du facteur LLMF*LSF (c’est-à-dire la proportion du flux initial du système maintenu en service) et du pourcentage de lampe hors service. La périodicité du relamping est définie comme l’intervalle de temps qui précède l’instant où l’un de ces deux facteurs atteint une certaine valeur limite (définie par vos soins).

Une fois la cadence du relamping définie et sélectionnée, il est possible d’observer grâce au deuxième graphique les conséquences de votre choix.

Ce graphique est suivi d’un tableau reprenant les valeurs clefs du système.

Choix des facteurs de réflexion des parois du local

Il est possible de choisir entre plusieurs jeux de valeurs. Juste avant, les coefficients standards sont rappelés.

Choix du système d’éclairage et de la périodicité du nettoyage des parois

Ce graphique permet de voir en une seule fois l’influence du choix du système d’éclairage et de la périodicité du nettoyage des parois.

En ce qui concerne le système d’éclairage, plus la composante directe sera prédominante, plus celui-ci sera efficace et peu sensible à l’encrassement du local.

Pour ce qui est de la périodicité du nettoyage des parois du local, pour être efficace, celui-ci devrait être réalisé tous les 0.5 ans. Ceci ne semble pas réalisable dans la pratique et il n’est donc pas nécessaire de porter une grande attention à ce facteur.

Choix du type de luminaire et de la périodicité de leur nettoyage

Tous les luminaires ne sont pas égaux vis-à-vis de leur empoussièrement. Le dernier graphique présenté vous permet de choisir celui qui résistera le mieux à la poussière et fournira tout au long de son utilisation le flux le plus important (qui possédera le plus grand LMF).

En ce qui concerne le nettoyage des luminaires, une bonne stratégie est de prévoir celui-ci tous les deux ans.


Planifier une maintenance curative

Dans ce fichier Excel, trois couleurs ont été utilisées pour les tableaux :

  • Les tableaux turquoise donnent des informations sur les choix que vous devez faire (définition des différentes catégories d’environnement, …).
  • Les tableaux gris vous permettent d’insérer les données correspondantes à votre projet.
  • Les tableaux jaunes servent à afficher les résultats.

Les différentes étapes menant à la planification de la maintenance

Définition de la catégorie d’environnement

Le tableau juste au dessus vous permet de voir dans quelle catégorie se situe votre bâtiment.

Définition du nombre d’heures de fonctionnement par an du système d’éclairage

Le tableau au dessus vous permet de voir combien d’heures par an fonctionne le système d’éclairage en fonction du type d’activité.

Choix du type de lampe et insertion des valeurs de facteur de survie

Deux graphiques, basés sur les valeurs de la CIE, vous sont présentés dans le but de vous aider à faire le meilleur choix.

Le premier graphique donne l’évolution du facteur de maintenance du flux lumineux du système (tient compte en même temps du LSF et du LLMF de chaque sorte de lampe), pour chaque type de lampe, au cours des années.

Pour pouvoir interpréter correctement ce graphe, il est nécessaire de l’analyser en parallèle avec le deuxième graphique.

Le deuxième graphe donne le nombre (cumulé) de lampes changées tout au long du fonctionnement du système.

Il faut bien se rendre compte qu’ici, contrairement à ce qui a été dit dans le cas d’une maintenance préventive, il ne faut pas simplement rechercher le type de lampe qui présentera une courbe de LLMF la plus horizontale possible.

En effet, une telle logique conduirait à choisir des lampes incandescentes ou halogènes. Mais si on regarde le second graphique, on s’aperçoit que pour maintenir un flux acceptable tout au long de la durée de fonctionnement de l’installation à l’aide de ces lampes, il sera nécessaire de les remplacer très souvent. Ceci amènera à des surcoûts importants par rapport aux autres types de lampes.

Si on analyse correctement ces deux graphiques, on se rend compte que les lampes fluorescentes triphosphores constituent généralement le maître achat :

  • très bon maintien du flux lumineux,
  • très bonne durée de vie moyenne.

Deux qualités auxquelles il ne faut pas oublier de rajouter :

  • large gamme de température de couleur envisageable,
  • bon indice de rendu des couleurs,
  • et surtout haute efficacité lumineuse.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix des lampes dans le cadre de la planification d’une maintenance.

Une fois le type de lampe sélectionné, vous pouvez vous référer au catalogue de l’un ou l’autre fabricant, y trouver la durée de vie moyenne de la lampe que vous allez installer et utiliser le fichier Excel décrit en premier.

Choix de l’intervalle de temps entre deux relamping

Pour vous aider dans ce choix, deux graphiques vous sont présentés :

Le premier permet de voir l’évolution du facteur LLMF (c’est-à-dire la proportion du flux initial du système entier maintenu en service) et du pourcentage de lampe ayant été changée. La périodicité du relamping est définie comme l’intervalle de temps qui précède l’instant où l’un de ces deux facteurs atteint une certaine valeur limite (définie par vos soins).

Une fois la cadence du relamping définie et sélectionnée, il est possible d’observer grâce au deuxième graphique les conséquences de ce choix.

Ce graphique est suivi d’un tableau reprenant les valeurs clefs du système.

Choix des facteurs de réflexion des parois du local

Il est possible de choisir entre plusieurs jeux de valeurs. Juste avant, les coefficients standards sont rappelés.

Choix du système d’éclairage et de la périodicité du nettoyage des parois

Ce graphique permet de voir en une seule fois l’influence du choix du système d’éclairage et de la périodicité du nettoyage des parois.

En ce qui concerne le système d’éclairage, plus la composante directe sera prédominante, plus le système sera efficace et peu sensible à l’encrassement du local.

Au niveau de la périodicité du nettoyage des parois du local, pour être efficace, celui-ci devrait être réalisé tous les 0.5 ans. Ceci ne semble pas réalisable dans la pratique et il n’est donc pas nécessaire de porter une grande attention à ce facteur.

Choix du type de luminaire et de la périodicité de leur nettoyage

Tous les luminaires ne sont pas égaux vis-à-vis de leur empoussièrement. Le dernier graphique présenté vous permet de choisir celui qui résistera le mieux à la poussière et fournira tout au long de son utilisation le flux le plus important (qui proposera le plus grand LMF).

En ce qui concerne le nettoyage des luminaires, une bonne stratégie est de le prévoir tous les deux ans.

Choisir le programme de maintenance [Eclairage]

Pour chaque topologie, il est nécessaire de réaliser une étude permettant de définir quel sera le type de programme à appliquer (maintenance curative, maintenance préventive, combinaison de ces deux programmes). Cette étude permettra de définir, en plus du type de maintenance optimal :

  • L’intervalle de temps entre deux relamping
  • L’intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des parois
  • L’intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires

Cela dans le but d’optimiser la valeur du facteur de maintenance.

Comme vu précédemment certaines caractéristiques du système ne résultent pas d’un choix de l’utilisateur. C’est le cas notamment :

  • de la catégorie d’environnement
  • du nombre d’heures de fonctionnement de l’installation

Pour diminuer la consommation électrique du système d’éclairage, il est néanmoins possible de jouer :

Dans la suite de cette page vous trouverez une telle étude. Celle-ci a été réalisée dans le cas d’un système d’éclairage comprenant des lampes fluorescentes triphosphores.

Calculs

Pour apprendre à utiliser les fichiers Excel permettant de planifier la maintenance, cliquez ici !

Calculs

Pour accéder au fichier Excel permettant de planifier une maintenance préventive ou mixte (curative et préventive), cliquez ici !

Calculs

Pour accéder au fichier Excel permettant de réaliser cette comparaison, cliquez ici !

Exemple de planification de la maintenance

Méthodologie

L’étude présentée ici se base sur trois étapes. Pour chacun des couples (type de maintenance, valeurs des critères de planification), il y a lieu :

  1. de déterminer la valeur du facteur de maintenance, des intervalles de nettoyage, de la périodicité du relamping. Cette étape est réalisée à l’aide de deux fichiers Excel accessible ci-dessus ;
  2. dimensionner l’installation (nombre de luminaires, de lampes, puissance installée) grâce à un logiciel tel que Dialux qui permet de tenir compte du facteur de maintenance de l’installation ;
  3. faire l’étude économique du système ;
  4. comparer les différents systèmes à l’aide du troisième fichier Excel référencé ci-dessus.

Données du problème

  • Coût moyen du kWh (prix en mars 2006, pour une consommation électrique située entre 100 et 700 MWh) : 0.103 €/kWh.
  • Coût de la main-d’œuvre : 30 €/h.
  • Durée de l’intervention :
    • 30 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement curatif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 15 €/lampe,
    • 10 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement préventif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 5 €/lampe,
    • 1 h par luminaire à installer, ce qui conduit à un coût d’installation de 30 €/luminaire.

Les prix repris ici sont HTVA et correspondent à des types de lampes et de luminaires bien précis. Ils devront donc être adaptés en fonction des choix du responsable.

En ce qui concerne le prix moyen du kWh d’électricité, celui-ci varie en fonction de la consommation totale d’électricité. Pour en savoir plus à ce sujet, une étude réalisée par l’ ouverture d'une nouvelle fenêtre ! ICEDD et disponible sur le site de la ouverture d'une nouvelle fenêtre ! CWaPE permet de déterminer la valeur du kWh moyen en fonction de la tranche de consommation totale.

Caractéristiques du système

  • Dimensions du local : 20*15*2.8 m3.
  • Catégorie d’environnement : normale.
  • Durée de fonctionnement par an : 3100 h.
  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeur standard) :
    • Plafond : 0.7,
    • Murs : 0.5,
    • Sol : 0.2.
  • Lampes utilisées :
    • Type : fluorescente triphosphore,
    • Coût hors taxe :6.85 €/lampe,
    • Puissance : 28 W/lampe.
  • Luminaires utilisés :
    • Luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement),
    • Coût hors taxe : 150 €/luminaire,
    • Puissance (lampe incluse) : 32 W/luminaire.
  • Pas de nettoyage des parois du local.
  • Intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires : 0.5 an. Ceci correspond à un facteur de maintenance des luminaires de 0.91.

Comme dit précédemment, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Cette option ne semblant pas être envisageable en pratique, nous considérons que ce nettoyage n’est pas effectué.

Hypothèses

Nous supposons ici que l’appareillage électrique reste en état de fonctionnement durant toute l’étude.

Dans le cas d’une maintenance curative, nous supposons que les lampes hors services sont remplacées juste avant la fin de chaque intervalle de 1 000 heures.

Programme 1 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 80 % de la valeur initiale

Calcul du facteur de maintenance

Le respect de ce critère conduit à la nécessité de réaliser un relamping tous les 5 ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF*LSF (celle qui entre en jeu dans la détermination du facteur de maintenance de l’installation) est ici de 0.84.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes hors services avant intervention. Dans le cas présent, cette valeur est de 6.03 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance prennent les valeurs suivantes :

LLMF
0.9
LSF
0.94
LMF
0.91
RSMF
0.83
MF
0.64
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 110 luminaires,
  • 110 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 520 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 110*150 = 16 500 €
Achat des lampes 110*6.85 = 753.50 €
Installation des luminaires 110*30 = 3 300 €
Total
20 553.50 €
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.520 = 10 912 kWh/an
Coût de fonctionnement 10 912*0.103 = 1123.936 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 110*6.85 = 753.5 €
Remplacement lampes 110*5 = 550 €
Total sur 5 ans 1303.5 €
Total par an
260.7 €/an

Programme 2 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 90 % de la valeur initiale

Calcul du facteur de maintenance

Le respect de ce critère conduit à la nécessité de réaliser un relamping tous les 2 ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF*LSF (celle qui entre en jeu dans la détermination du facteur de maintenance de l’installation) est ici de 0.90.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes hors services avant intervention. Dans le cas présent, cette valeur est de 0.93 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance prennent les valeurs suivantes :

LLMF
0.92
LSF
0.99
LMF
0.91
RSMF
0.83
MF
0.69
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 99 luminaires,
  • 99 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 168 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 99*150 = 14 850 €
Achat des lampes 99*6.85 = 678.15 €
Installation des luminaires 99*30 = 2 970 €
Total
18 498
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.168 = 9 820.80 kWh/an
Coût de fonctionnement 9 820.80*0.103 = 1011.542 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 99*6.85 = 678.15 €
Remplacement lampes 99*5 = 495 €
Total sur 2 ans 1 173.15 €
Total par an
586.575 €/an

Programme 3 : Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans

Calcul du facteur de maintenance

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF (celle qui entre en jeu dans la détermination du facteur de maintenance de l’installation) est ici de 0.90.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes changées avant intervention. Dans le cas présent, cette valeur est de 104.89 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance prennent les valeurs suivantes :

LLMF
0.9
LSF
1
LMF
0.91
RSMF
0.83
MF
0.68
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 100 luminaires,
  • 100 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 200 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 100*150 = 15 000 €
Achat des lampes 100*6.85 = 685 €
Installation des luminaires 100*30 = 3 000 €
Total
18 685
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.2 = 9 920.00 kWh/an
Coût de la consommation électrique 9 920.80*0.103 = 1 021.760 €/an
Achat des lampes  
  • Sur 10 ans
100*(104.89/100)*6.85 = 718.497 €/(10 ans)
  • Sur 1 an
718.497/10 = 71.497 €/an
Remplacement lampes  

 

  • Sur 10 ans
100*(104.89/100)*15 = 1 573.35 €/(10 ans)
  • Sur 1 an
1 573.35/10 = 157.335 €/an
Coût de fonctionnement 1 250.945 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 100*6.85 = 685 €
Remplacement lampes 100*5 = 500 €
Total sur 10 ans 1 185 €
Total par an
118.5 €/an

Programme 4 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important

Calcul du facteur de maintenance

Entre 6.5 et 6.8 ans, le service de maintenance devra remplacer un peu plus de 50 % des lampes dans le cadre d’une maintenance curative. Il semble naturel de réaliser une maintenance préventive au bout de 6.5 ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF.

La valeur minimale de LLMF est de 0.90, comme dans le cas précédent.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampe changée avant intervention. Dans le cas présent, ce dernier vaut 50.13 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont identiques à ceux du cas précédent.

LLMF
0.9
LSF
1
LMF
0.91
RSMF
0.83
MF
0.68
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 100 luminaires,
  • 100 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 200 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 100*150 = 15 000 €
Achat des lampes 100*6.85 = 685 €
Installation des luminaires 100*30 = 3 000 €
Total
18 685
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.2 = 9 920.00 kWh/an
Coût de la consommation électrique 9 920.80*0.103 = 1 021.760 €/an
Achat des lampes  
  • Sur 6.5 ans
100*(50.13/100)*6.85 = 343.391 €/(6.5 ans)
  • Sur 1 an
343.391/6.5 = 52.829 €/an
Remplacement lampes  
  • Sur 6.5 ans
100*(50.13/100)*15 = 751.95 €/(6.5 ans)
  • Sur 1 an
751.95/6.5 = 115.684 €/an
Coût de fonctionnement 1 190.274 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 100*6.85 = 685 €
Remplacement lampes 100*5 = 500 €
Total sur 6.5 ans 1 185 €
Total par an
182.308 €/an

Programme 5 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées

Calcul du facteur de maintenance

Le remplacement des lampes doit dans ce cas être effectué tous les 4.5 ans

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF*LSF.

La valeur minimale de LLMF est encore une fois de 0.90.

Ce graphique permet également de déterminer le pourcentage de lampes changées avant intervention. Dans le cas présent, ce dernier vaut 3.3 %.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont identiques à ceux du cas précédent.

LLMF
0.9
LSF
1
LMF
0.91
RSMF
0.83
MF
0.68
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 100 luminaires,
  • 100 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 200 W.
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 100*150 = 15 000 €
Achat des lampes 100*6.85 = 685 €
Installation des luminaires 100*30 = 3 000 €
Total
18 685
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 3 100*3.2 = 9 920.00 kWh/an
Coût de la consommation électrique 9 920.80*0.103 = 1 021.760 €/an
Achat des lampes  
  • Sur 4.5 ans
100*(3.3/100)*6.85 = 22.605 €/(4.5 ans)
  • Sur 1 an
22.605/4.5 = 5.023 €/an
Remplacement lampes  
  • Sur 4.5 ans
100*(3.3/100)*15 = 49.5 €/(4.5 ans)
  • Sur 1 an
49.5/4.5 = 11 €/an
Coût de fonctionnement 1 037.783 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 100*6.85 = 685 €
Remplacement lampes 100*5 = 500 €
Total sur 4.5 ans 1 185 €
Total par an
263.33 €/an

Programme 6 : Relamping juste avant que le LLMF ne descende sous les 0.95

Dans ce cas, aucune lampe ne claquera avant le relamping. La maintenance sera donc de type préventif.

Calcul du facteur de maintenance

Le remplacement des lampes doit dans ce cas être effectué tous les ans.

Le graphique suivant permet de suivre l’évolution au fil du temps de la valeur de LLMF.

La valeur minimale de LLMF est encore une fois de 0.95.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont identiques à ceux du cas précédent.

LLMF
0.95
LSF
1
LMF
0.91
RSMF
0.83
MF
0.72
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 99 luminaires,
  • 99 lampes.

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 3 128 W.
Étude économique du système

L’installation sera donc la même que celle du programme 2. Les coûts d’investissement et de fonctionnement seront donc identiques. Les coûts relatifs à la maintenance augmenteront.

Enfin, par rapport au programme 2, l’impact écologique sera plus négatif. En effet cette solution conduit à la production de plus de déchets et aussi à la nécessité de produire plus de lampes, et donc d’augmenter la quantité d’énergie grise relative à ce système d’éclairage.

Synthèse

 

Programme 1
Programme 2
Programme 3
Programme 4
Programme 5
    Remplacement préventif des lampes avant que LLMF*LSF ne descende sous les 0.8
Remplacement préventif des lampes avant que LLMF*LSF ne descende sous les 0.9 Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées
 

Dimensionnement

Périodicité relamping 5 2 10 6.5 4.5
MF
0.64 0.69 0.68 0.68 0.68
Pourcentage de lampes hors services avant relamping (maintenance préventive) (%)
6.03 0.93      
Pourcentage de lampes changées avant relamping (maintenance mixte) (%)     104.89 50.13 3.3
Nombre luminaires (= nombre lampes)
110 99 100 100 100
Puissance installée (W)
3520 3168 3200 3200 3200
Investissement Investissement (€)
20 553.50 18 498 18 685 18 685 18 685
 

Fonctionnement

Énergie consommée par le système (kWh/an)
10 912 9 820.80 9 920 9 920 9 920
Coût de la consommation électrique(€/an) 1 123.936 1 011.542 1 021.760 1 021.76 1 021.76
Coût achat et remplacement des lampes (€/an)     228.832 168.513 16.023
Coût de fonctionnement (€/an) 1 123.936 1 011.542 1 250.945 1 190.274 1 037.783
Relamping Coût de la maintenance (€) 1 303.5 1 173.15 1 185 1 185 1 185
Coût de la maintenance (€/an) 260.7 586.575 118.5 182.308 263.33  

Le graphique suivant permet de comparer les différents programme de maintenance :

 

Le programme le plus intéressant économiquement est donc le programme 5, c’est-à-dire un remplacement curatif des lampes et un relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées.

Ce graphique montre tout l’intérêt d’assurer un facteur de maintenance élevé. En effet, si on étudie en détail les coûts de fonctionnement, on s’aperçoit que la facture électrique représente toujours la part la plus importante de ceux-ci.

Il montre également l’intérêt d’un remplacement curatif des lampes, qui permet à moindres frais de maintenir le facteur de maintenance à une valeur acceptable.

Économiquement, la fréquence des relamping est d’une grande importance et vouloir maintenir un facteur de maintenance élevé en augmentant celle-ci ne semble pas être la solution optimale.

Enfin, rappelons qu’une telle étude doit être menée pour chaque réalisation et que les résultats obtenus ici ne sont pas applicables de manière générale.

Choisir entre les différentes caractéristiques influençant le programme de maintenance [Eclairage]

Choisir entre les différentes caractéristiques influençant le programme de maintenance [Eclairage]

Le type de lampe

Il y a lieu de considérer ici sept grandes catégories de sources lumineuses  :

En ce qui concerne les deux autres types de lampes :

  • Les lampes à induction présentent un prix et une durée de vie élevés. Elles seront utilisées quand la maintenance est difficile, ou coûteuse, et dans des situations requérant de longues périodes de fonctionnement.
  • Les lampes au sodium haute pression possèdent un très mauvais IRC. Elles sont principalement utilisées pour l’éclairage des autoroutes, car l’efficacité lumineuse doit être très élevée et que le rendu des couleurs n’est pas primordial.

Du point de vue de la maintenance, les différents types de lampes vont se distinguer par leur :

  • facteur de survie
  • facteur de maintien de flux lumineux

Il est important de noter que les tables permettant de calculer le facteur de maintenance d’une installation reprennent des valeurs moyennes par catégorie de lampe. Dans les faits, il existe une grande dispersion autour de ces valeurs moyennes.

Par exemple, les halogénures métalliques possèdent les caractéristiques suivantes :

  • Une durée de vie moyenne comprise entre 10 000 et 18 000 heures et donc un facteur de survie (LSF) variant fortement d’une lampe à l’autre (la durée de vie moyenne est définie par un LSF de 0.5).

durée de vie moyenne de lampes aux iodures métalliques

Le schéma ci-dessus montre la chute du flux lumineux de différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.

  • Une durée de vie utile comprise entre 6 000 et 10 000 heures et donc un facteur de maintien du flux lumineux variant fortement d’une lampe à l’autre (la durée de vie utile est définie par un LLMF de 0.8).

Evolution du pourcentage de lampes survivantes pour différents lots de lampes aux iodures métalliques d'un fabricant donné.

Le schéma ci-dessus indique l’évolution du pourcentage de lampes survivantes pour différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.

Les différents types de lampes sont également définis par leur efficacité moyenne. En pratique, il y aura lieu de comparer le produit de ces trois facteurs, comme le montre le graphique suivant :

Il est essentiel de garder à l’esprit que ce graphe se base sur les valeurs moyennes de l’efficacité, du facteur de maintenance du flux lumineux et du facteur de survie de chaque type de lampes.

Ce graphique montre que selon la durée de fonctionnement (avant relamping ou remplacement complet du luminaire) souhaitée, le type de lampe le plus efficace sera différent.

Par exemple si l’installation est sensée fonctionner 13 000 heures, alors le type de lampes le plus efficace (en moyenne) sera celui des fluorescentes triphosphores (1.12 fois plus efficace que les lampes sodium haute pression et 1.71 fois plus que les lampes aux halogénures métalliques).

Si le système est sensé fonctionner 3 000 heures, alors le type de lampes le plus efficace sera celui des halogénures métalliques, qui sera 1.06 fois plus efficace que le type fluorescente triphosphore et 1.25 fois plus efficace que les types flocompacte et sodium haute pression.

Il est essentiel de garder à l’esprit que les courbes donnant le pourcentage de flux lumineux restant en fonction de la durée de fonctionnement n’auront pas toutes la même allure. Ce serait donc une erreur de s’intéresser uniquement à l’efficacité lumineuse initiale des lampes.

Ce diagramme permet également de voir simplement que les lampes incandescentes classiques et halogènes possèdent de très mauvaises caractéristiques (faible efficacité, diminution rapide du flux lumineux, et facteur de survie très bas).

Calculs

Si vous voulez comparer des lampes de type différent en fonction de leur efficacité lumineuse. (xls)

Lampes halogènes classiques ou lampes aux halogénures métalliques

Méthodologie

L’étude présentée ici se base sur quatre étapes. Pour chacun des couples (type de maintenance, valeurs des critères de planification), il y a lieu :

  1. de déterminer les valeurs du facteur de survie des lampes choisies en fonction de la durée de vie annoncée par le constructeur ;
  2. de déterminer la valeur du facteur de maintenance, des intervalles de nettoyage, de la périodicité du relamping. Cette étape est réalisée à l’aide de deux fichiers Excel ;
  3. dimensionner l’installation (nombre de luminaires, de lampes, puissance installée) grâce à un logiciel tel que Dialux ;
  4. faire l’étude économique du système à l’aide d’un troisième fichier Excel.

Données du problème

  • Coût moyen du kWh (prix en mars 2006, pour une consommation électrique située entre 100 et 700 MWh) : 0.104 €/kWh.
  • Coût de la main-d’œuvre : 30 €/h.
  • Durée de l’intervention :
    • 30 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement curatif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 15 €/lampe ;
    • 10 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement préventif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 5 €/lampe ;
    • 1 h par luminaire à installer, ce qui conduit à un coût d’installation de 30 €/luminaire

Les prix repris ici sont HTVA et correspondent à des types de lampes et de luminaires bien précis. Ils devront donc être adaptés en fonction des choix du responsable.

En ce qui concerne le prix moyen du kWh d’électricité, celui-ci varie en fonction de la consommation totale d’électricité. Pour en savoir plus à ce sujet, une étude réalisée par l’ICEDD disponible sur le site de la CWaPE permet de déterminer la valeur du kWh moyen en fonction de la tranche de consommation totale.

Caractéristiques du système

  • Dimensions du local : 7*6*2.8 m³.
  • Catégorie d’environnement : propre.
  • Durée de fonctionnement par an : 2 580 h.
  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeur standard) :
    • Plafond : 0.7
    • Murs : 0.5
    • Sol : 0.2.
  • Luminaires utilisés :
    • Luminaires à ventilation forcée de type downlight pouvant accueillir des lampes halogènes ou des lampes à halogénures métalliques
  • Pas de nettoyage des parois du local.
  • Intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires : 1 an. Ceci correspond (pour les luminaires choisis et la catégorie d’environnement) à un facteur de maintenance des luminaires de 0.99.

Comme dit précédemment, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Cette option ne semblant pas être envisageable en pratique, nous considérons que ce nettoyage n’est pas effectué.

Hypothèses

Nous supposons ici que l’appareillage électrique reste en état de fonctionnement durant toute l’étude.

Dans le cas d’une maintenance curative, nous considérons que les lampes hors services sont remplacées juste avant la fin de chaque intervalle de 1 000 heures.

Les lampes utilisées

Comme dit précédemment, les luminaires choisis ici peuvent aussi bien accueillir des halogènes ou des halogénures métalliques. Les luminaires, peu importe le type de lampes qu’ils accueillent, présentent le même rendement et la même courbe photométrique (distribution à caractère intensif).

Si la topologie du système d’éclairage est imposée par des critères esthétiques, il y a lieu de choisir des lampes possédant des flux lumineux équivalents. Ce choix est de plus conforté par le fait que nous utiliserons le même type de luminaire et donc la même courbe photométrique (à peu de chose près) à caractère intensif. Augmenter le flux des lampes aura pour conséquence première d’augmenter l’éclairement dans l’axe du luminaire et ne permettra donc pas d’utiliser moins de luminaires.

Notre choix se portera donc sur les lampes suivantes :

Lampe halogène
Lampe aux halogénures métalliques
Puissance luminaire (W)
300
82
Flux lumineux (lm)
5 600
5 900
Efficacité lumineuse (lm/W)
18.67
71.95
Température de couleur (K)
2 900
4 200
Indice de rendu des couleurs
100
85
Durée de vie moyenne (h)
2 000
9 000
Prix lampe (€ HTVA)
5.36
28
Prix luminaire (€ HTVA) 147
159.25

Programme 1 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF descende sous la barre des 0.9

Il n’est malheureusement pas possible de satisfaire ce critère avec les lampes halogènes, à moins de les remplacer tous les 4 mois.

Programme 2 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF descende sous la barre des 0.76

> Système réalisé à base de lampes halogènes

Dans ce cas, il est nécessaire de réaliser un relamping tous les 6 mois.

Caractéristiques du système d'éclairage avec relamping.

Avant le relamping, 22 % des lampes seront hors services.

La valeur minimale de LLMF*LSF est de 0.76.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont :

LLMF
0.97
LSF
0.78
LMF
0.99
RSMF
0.94
MF
0.7
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 8 luminaires
  • 8 lampes

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 2 400 W
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 8*147 = 1 176 €
Achat des lampes 8*5.36 = 42.88 €
Installation des luminaires 8*30 = 240 €
Total
1 458.88
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 2 400*2.58 = 6 192 kWh/an
Coût de la consommation électrique 6 192*0.103 = 637.776 €/an
Coût de fonctionnement 637.776 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 8*5.36 = 42.88 €
Remplacement lampes 8*5 = 40 €
Total sur 0.5 an 82.88 €
Total par an
165.76 €/an

> Système réalisé à base de lampes à halogénures métalliques

Dans ce cas, il est nécessaire de réaliser un relamping tous les 1.5 ans.

Caractéristiques du système d'éclairage avec relamping.

Avant le relamping, 9.51 % des lampes seront hors services.

La valeur minimale de LLMF*LSF est de 0.81.

Dans ce cas, les facteurs permettant le calcul du facteur de maintenance sont :

LLMF 0.89
LSF
0.90
LMF 0.99
RSMF 0.94
MF 0.75
Simulation dialux

L’installation sera composée de :

  • 8 luminaires
  • 8 lampes

Caractéristiques du système :

  • Puissance installée : 656 W
Étude économique du système
Investissement
Achat des luminaires 8*159.25 = 1 274 €
Achat des lampes 8*28 = 224 €
Installation des luminaires 8*30 = 240 €
Total
1 738
Coût de fonctionnement
Énergie consommée par le système 656*2.58 = 1 692.48 kWh/an
Coût de la consommation électrique 1 692.48*0.103 = 174.325 €/an
Coût de fonctionnement 216.197 €/an
Coût de la maintenance
Achat lampes 8*28 = 224 €
Remplacement lampes 8*5 = 40 €
Total sur 1.5 an 264 €
Total par an
176 €/an
Comparaison

Schéma, comparaison économique des différents programmes.

Cet exemple montre à quel point les halogènes donnent des résultats médiocres tant du point de vue énergétique qu’économique. L’utilisation d’halogénures métalliques à leur place permet de diminuer la consommation énergétique du système de près de 75 %. Et cela, pour un surcoût à l’investissement d’environ 230 €.

Il est à noter que les 5 % gagné sur la valeur du facteur de maintenance n’ont pas permis de réduire le nombre de luminaires. Cela est dû à la topologie du système (disposition rectiligne, dimensions du local…) et à la nécessité de satisfaire les critères de confort visuel (un facteur de maintenance de 0.84 aurait permis de limiter le nombre de luminaires à halogénures métalliques à 6).

Cela montre bien que la planification de la maintenance ne se limite pas à la détermination du facteur de maintenance. Elle permet également de déterminer la périodicité de la maintenance et les coûts qui lui sont liés. Dans le cas qui nous occupe, les surcoûts rattachés à l’achat d’halogénures métalliques, une dizaine d’euros par an, sont largement compensés par la diminution de la facture électrique.

Comme le montre le graphique suivant, l’utilisation d’halogénures métalliques plutôt que d’halogènes est rentabilisée en un an. On aura ainsi économisé (investissement compris) 160 € en un an, 922 en deux.

Les résultats calculés ici se basent sur l’emploi de lampes aux halogénures métalliques possédant une dure de vie moyenne (9 000 heures) assez faible si on la compare aux standards de sa catégorie. En effet, la plupart des halogénures métalliques possèdent une durée de vie moyenne de 18 000 heures.

Ces lampes présentent tout de même un bon indice de rendu des couleurs ainsi qu’une température de couleur plus proche de celle de la lumière naturelle.

Les fichiers ayant permis la réalisation de cette étude sont accessibles ici :

Calculs

Pour apprendre à utiliser les fichiers Excel permettant de planifier la maintenance.

Calculs

Pour déterminer les valeurs du facteur de survie catalogue.

Calculs

Pour planifier une maintenance préventive ou mixte.

Le graphique suivant montre qu’il existe une grande dispersion autour de ces valeurs moyennes :

Pour finir, il ne faut pas oublier que d’autres facteurs jouent également dans le choix d’une lampe :

  • Indice de Rendu des Couleurs
  • Spectre lumineux complet et régulier

Le type de luminaire

Il y a lieu de considérer ici 7 grandes catégories de luminaires :

Illustration luminaire tube nu.

Tube nu.

Illustration luminaire ouverts sur le dessus.

Luminaires ouverts sur le dessus
(ventilés naturellement).

Illustration luminaire fermé sur le dessus.

Luminaires fermés sur le dessus
(non ventilés).

Illustration luminaires fermés IP2X.

Luminaires fermés IP2X,
protégés contre les corps solides
supérieurs à 12 mm.

Illustration luminaires fermés IP5X.

Luminaires fermés IP5X,
protégés contre la poussière.

Illustration luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut.

Luminaires assurant
un éclairage indirect
ou vers le haut.

Illustration luminaires à ventilation forcée.

Luminaires à ventilation forcée.

Le choix du type de luminaire revêt d’une importance capitale, surtout dans les locaux de catégorie « normal  » et « sale « . Ce choix influence directement la valeur du facteur de maintenance des luminaires (LMF).

Par exemple, si la catégorie d’environnement est sale et que les luminaires sont nettoyés tous les 3ans, les pertes engendrées par l’empoussièrement de ceux-ci seront de :

  • 15 % si l’on utilise des luminaires à ventilation forcée.
  • 21 % si l’on utilise des luminaires fermés IP5X.
  • 27 % si l’on utilise des tubes nus.
  • 32 % si l’on utilise des luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement).
  • 35 % si l’on utilise des luminaires fermés IP2X.
  • 48 % si l’on utilise des luminaires fermés sur le dessus (non ventilés).
  • 55 % si l’on utilise des luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut.

Pour un même intervalle de nettoyage des luminaires, mais pour un environnement normal cette fois, les pertes engendrées seront de :

  • 10 % si l’on utilise des luminaires à ventilation forcée.
  • 16 % si l’on utilise des luminaires fermés IP5X.
  • 21 % si l’on utilise des tubes nus.
  • 26 % si l’on utilise des luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement).
  • 27 % si l’on utilise des luminaires fermés IP2X.
  • 39 % si l’on utilise des luminaires fermés sur le dessus (non ventilés).
  • 45 % si l’on utilise des luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut.

Pour un environnement propre, les pertes vont de 5 à 26 % et pour un très propre de 2 à 15 %.

En règle générale, le classement des luminaires en fonction du facteur de maintenance (LMF) donnera :

Type de luminaire
LLMF moyen
Luminaires à ventilation forcée. 0.948
Luminaires fermés IP5X, protégés contre la poussière. 0.890
Tube nu. 0.874
Luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement). 0.845
Luminaires fermés IP2X, protégés contre les corps solides supérieurs à 12 mm. 0.820
Luminaires fermés sur le dessus (non ventilés). 0.781
Luminaires assurant un éclairage indirect ou vers le haut. 0.757

Comme dans le cas du choix du type de lampe à utiliser, il y a lieu de faire attention au rendement des luminaires. Il est cependant plus difficile ici de tirer des conclusions générales étant donné la dispersion de la valeur des rendements dans une gamme donnée.


Le système d’éclairage

On distingue ici trois types de systèmes d’éclairage :

  • Les systèmes directs.
  • Les systèmes indirects.
  • Les systèmes mixtes.

Pour ce qui est des systèmes mixtes, il existe théoriquement une infinité de possibilités. Nous ne nous occuperons ici que des trois cas types suivants :

  • Cas 1 : 100 % direct, 0 % indirect.
  • Cas 2 : 50 % direct, 50 % indirect.
  • Cas 3 : 0 % direct, 100 % indirect.

Du point de vue de l’énergie, plus la composante directe de l’éclairage est importante et plus l’efficacité du système est grande. En effet, dans un système à composante indirecte non nulle, avant d’atteindre la tâche à éclairer, la lumière est réfléchie. Ce mode d’éclairage a donc un moins bon rendement et demande, à niveau d’éclairement égal, une puissance installée supérieure à celle du système direct.

L’éclairement dépend dans ce cas fortement des coefficients de réflexion des parois sur lesquelles la lumière est réfléchie. L’état de propreté des parois aura donc une influence directe sur les valeurs d’éclairement atteintes (via le RSMF), comme le montre l’exemple suivant :

Exemple montrant l’influence du système d’éclairage sur les valeurs de RSMF à utiliser.

Soit un système possédant les caractéristiques suivantes :

  • Environnement normal
  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeurs standards) :
    • Plafond : 0.7
    • Murs : 0.5
    • Sol : 0.2

Les valeurs de RSMF vont alors suivre les évolutions suivantes :

Valeurs de RSMF.

Si on planifie un nettoyage des parois tous les 3 ans, les pertes engendrées par l’empoussièrement du local seront de :

  • 10 % dans le cas d’un système d’éclairage direct
  • 17 % dans le cas d’un système d’éclairage 50 % indirect et 50 % direct
  • 28 % dans le cas d’un système d’éclairage indirect

Il est à noter que du point de vue du confort, l’utilisation d’un système d’éclairage mixte va conduire à des différences de luminance nettement moins marquées que dans le cas d’un éclairage direct. Le système mixte est surtout avantageux dans des pièces à plafond haut et évite la perception d’une zone sombre au plafond. Il est cependant nécessaire de garder à l’esprit qu’une faible proportion de flux vers le haut suffit généralement et qu’une proportion de 50 % vers le haut est certainement une valeur trop importante.

À ce sujet, il peut être intéressant de se tourner vers les réglementations. Celle relative aux lieux de travail indique que pour un éclairement de la tâche de 500 lux, les zones environnantes immédiates (bande de 0.5 m autour de la zone de travail) doivent présenter un éclairement de 300 lux, soit 60 % de la première valeur. Il est donc évident que l’éclairement du plafond devra être largement inférieur à 50 % de la valeur d’éclairement de la tâche. La composante indirecte ne devra servir qu’à éviter la création d’une ombre sur le plafond.


La catégorie d’environnement

Catégorie d’environnement

Les coefficients de réflexion des parois d’un local jouent un rôle important sur l’éclairage. L’empoussièrement de celui-ci va conduire à la réduction des facteurs de réflexion du local, et donc à la réduction du niveau d’éclairement atteint. Cette déperdition va dépendre :

  • des proportions du local
  • du facteur de réflexion de chacune des parois du local
  • du type d’éclairage choisi (direct, indirect…)
  • et surtout de la catégorie d’environnement dans laquelle on se trouve (la nature et la densité de la poussière étant des facteurs prépondérants)

On distingue quatre catégories d’environnement :

Très propre Hôpitaux (zones d’interventions), centres informatiques.
Propre Bureaux, écoles, hôpitaux (zones communes), magasins, laboratoires, restaurants, salles de conférence.
Normal Salles d’assemblage.
Sale Ateliers mécaniques, fonderies, laboratoires chimiques.

Le type d’environnement a une grande importance, mais il ne résulte malheureusement pas vraiment d’un choix.

Par exemple pour un système possédant les caractéristiques suivantes :

  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeur standard) :
    • Plafond : 0.7
    • Murs : 0.5
    • Sol : 0.2
  • Système d’éclairage 50 % direct, 50 % indirect
  • Nettoyage des  parois du local tous les deux ans

Les pertes du à l’empoussièrement des parois seront de :

Pertes du à l'empoussièrement des parois.

Soit en résumé :

  • 5 % dans le cas d’un environnement très propre
  • 9 % dans le cas d’un environnement propre
  • 17 % dans le cas d’un environnement normal
  • 25 % dans le cas d’un environnement sale

La catégorie d’environnement va donc influencer directement la valeur du facteur de maintenance du local (RSMF). Mais comme le montre le graphique précédent, de manière générale, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Ce qui dans la pratique ne semble pas envisageable.

La catégorie d’environnement joue également sur le taux d’encrassement des luminaires. Si l’on analyse plus en détail l’évolution du facteur de maintenance des luminaires (LMF) on s’aperçoit qu’il est intéressant de pratiquer un nettoyage des luminaires tous les 6 mois, comme le montre le graphe suivant (catégorie d’environnement « sale « ) :


Le nombre d’heure de fonctionnement

Le tableau suivant indique, dans le cadre d’activités typiques, le nombre d’heures de fonctionnement de l’installation d’éclairage :

Activité Période d’occupation Gestion en fonction de la lumière du jour Heures de fonctionnement
Shift inclus Nombre de jours Heures/jour Oui/non Heures/an
Industrie
  Continu

365

24

Non

8760

  Process

365

24

Oui

7300

  2 shifts

310

16

Non

4960

  6 jours/semaine

310

16

Oui

3720

  1 shift

310

10

Non

3100

  6 jours/semaine

310

10

Oui

1760

  1 shift

258

10

Non

2580

  5 jours/semaines

258

10

Oui

1550

Commerce
  6 jours/semaine

310

10

Non

3100

Bureaux
  5 jours/semaine

258

10

Non

2580

258

10

Oui

1550

Écoles
  5 jours/semaine

190

10

Non

1900

190

10

Oui

1140

Hôpitaux
  7 jours/semaine

365

16

Non

5840

365

16

Oui

3504


Planification du programme de maintenance

Pour chaque topologie, il est nécessaire de réaliser une étude permettant de définir quel sera le type de programme à appliquer (maintenance curative, maintenance préventive, mix de ces deux programmes). Cette étude permettra de définir, en plus du type de maintenance optimal :

  • L’intervalle de temps entre deux relamping
  • L’intervalle de temps entre deux nettoyages consécutifs des parois
  • L’intervalle de temps entre deux nettoyages consécutifs des luminaires

Cela dans le but d’optimiser la valeur du facteur de maintenance.

Comme vu précédemment certaines caractéristiques du système ne résultent pas d’un choix de l’utilisateur. C’est le cas notamment :

  • de la catégorie d’environnement
  • du nombre d’heures de fonctionnement de l’installation

Pour diminuer la consommation électrique du système d’éclairage, il est néanmoins possible de jouer :

  • Sur le type de lampes utilisé
  • Sur le type de luminaires utilisé
  • Sur le système d’éclairage utilisé
  • Et dans une certaine mesure sur les coefficients de réflexion des parois du local

Dans la suite de cette page, vous trouverez le résumé d’une telle étude. Celle-ci a été réalisée dans le cas d’un système d’éclairage comprenant des lampes fluorescentes triphosphores.

Pour accéder à l’étude complète, est accessible dans la page « Exemple de choix du programme ».

Calculs

Pour apprendre à utiliser les fichiers Excel permettant de planifier la maintenance.

Calculs

Pour accéder au fichier Excel permettant de planifier une maintenance préventive.

Calculs

Pour accéder au fichier Excel permettant de planifier une maintenance mixte (curative et préventive).

Exemple de planification de la maintenance

Méthodologie

L’étude présentée ici se base sur trois étapes. Pour chacun des couples (type de maintenance, valeurs des critères de planification), il y a lieu :

  1. de déterminer la valeur du facteur de maintenance, des intervalles de nettoyage, de la périodicité du relamping. Cette étape est réalisée à l’aide de deux fichiers Excel.
  2. dimensionner l’installation (nombre de luminaires, de lampes, puissance installée) grâce à un logiciel tel que Dialux.
  3. faire l’étude économique du système à l’aide d’un troisième fichier Excel.

Données du problème

  • Coût moyen du kWh (prix en mars 2006, pour une consommation électrique située entre 100 et 700 MWh) : 0.104 €/kWh
  • Coût de la main-d’œuvre : 30 €/h
  • Durée de l’intervention :
    • 30 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement curatif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 15 €/lampe
    • 10 minutes par lampes dans le cas d’un remplacement préventif, ce qui conduit à un coût de remplacement de 5 €/lampe
    • 1 h par luminaire à installer, ce qui conduit à un coût d’installation de 30 €/luminaire

Les prix repris ici sont HTVA et correspondent à des types de lampes et de luminaires bien précis. Ils devront donc être adaptés en fonction des choix du responsable.

En ce qui concerne le prix moyen du kWh d’électricité, celui-ci varie en fonction de la consommation totale d’électricité. Pour en savoir plus à ce sujet, une étude réalisée par l’ICEDD disponible sur le site de la CWaPE permet de déterminer la valeur du kWh moyen en fonction de la tranche de consommation totale.

Caractéristiques du système

  • Dimensions du local : 20*15*2.8 m3
  • Catégorie d’environnement : normale
  • Durée de fonctionnement par an : 3100 h
  • Facteurs de réflexion des parois du local (valeurs standards) :
    • Plafond : 0.7
    • Murs : 0.5
    • Sol : 0.2
  • Lampes utilisées :
    • Type : fluorescente triphosphore
    • Coût hors taxe :6.85 €/lampe
    • Puissance : 28 W/lampe
  • Luminaires utilisés :
    • Luminaires ouverts sur le dessus (ventilés naturellement)
    • Coût hors taxe : 150 €/luminaire
    • Puissance (lampe incluse) : 32 W/luminaires
  • Pas de nettoyage des parois du local
  • Intervalle de temps entre deux nettoyages successifs des luminaires : 0.5 an. Ceci correspond à un facteur de maintenance des luminaires de 0.91.

Comme dit précédemment, pour être efficace, le nettoyage des parois doit être effectué tous les 0.5 ans. Cette option ne semblant pas être envisageable en pratique, nous considérons que ce nettoyage n’est pas effectué.

Hypothèses

Nous supposons ici que l’appareillage électrique reste en état de fonctionnement durant toute l’étude.

Dans le cas d’une maintenance curative, nous estimons que les lampes hors services sont remplacées juste avant la fin de chaque intervalle de 1 000 heures (ce qui correspond au pas de simulation).

Les différents programmes de maintenance

  • Programme 1 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 80 % de la valeur initiale
  • Programme 2 : Remplacement préventif des lampes avant que le facteur LLMF*LSF ne descende sous la barre des 90 % de la valeur initiale
  • Programme 3 : Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans
  • Programme 4 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important
  • Programme 5 : Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées
  • Programme 6 : Relamping juste avant que le LLMF ne descende sous les 0.95

Dans le cas du programme 6, aucune lampe ne claquera avant le relamping. La maintenance sera donc de type préventif.

Le remplacement des lampes devra dans ce cas être effectué tous les ans.

L’installation sera donc la même que celle du programme 2, avec des coûts d’investissement et de fonctionnement identiques. Les coûts relatifs à la maintenance augmenteront.

Enfin, par rapport au programme 2, l’impact écologique sera plus négatif. En effet, cette solution conduit à la production de plus de déchets et aussi à la nécessité de produire plus de lampes, et donc d’augmenter la quantité d’énergie grise relative à ce système d’éclairage.

Synthèse

    Programme 1
Programme 2
Programme 3
Programme 4
Programme 5
    Remplacement préventif des lampes avant que LLMF*LSF ne descende sous les 0.8
Remplacement préventif des lampes avant que LLMF*LSF ne descende sous les 0.9 Remplacement curatif des lampes et relamping tous les 10 ans Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant le remplacement le plus important Remplacement curatif des lampes et relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées
 

Dimensionnement

Périodicité relamping 5 2 10 6.5 4.5
MF
0.64 0.69 0.68 0.68 0.68
Pourcentage de lampes hors services avant relamping (maintenance préventive) (%)
6.03 0.93      
Pourcentage de lampes changées avant relamping (maintenance mixte) (%)     104.89 50.13 3.3
Nombre luminaires (= nombre lampes)
110

99

100 100 100
Puissance installée (W)
3520 3168 3200 3200 3200
Investissement Investissement (€)
20 553.50 18 498 18 685 18 685 18 685
 

Fonctionnement

Énergie consommée par le système (kWh/an)
10 912 9 820.80 9 920 9 920 9 920
Coût de la consommation électrique (€/an) 1 123.936 1 011.542 1 021.760 1 021.76 1 021.76
Coût achat et remplacement des lampes (€/an)     228.832 168.513 16.023
Coût de fonctionnement (€/an) 1 123.936 1 011.542 1 250.945 1 190.274 1 037.783
Relamping Coût de la maintenance (€) 1 303.5 1 173.15 1 185 1 185 1 185
Coût de la maintenance (€/an) 260.7 586.575 118.5 182.308 263.33    

Le graphique suivant permet de comparer les différents programmes de maintenance :

Calculs

 Pour accéder au fichier Excel permettant de réaliser cette comparaison.

Le programme le plus intéressant économiquement est donc le programme 5, c’est-à-dire un remplacement curatif des lampes et un relamping juste avant que 5 % des lampes aient été changées.

Au bout de 15 ans, ce programme permet une économie de :

  • 800 € par rapport au programme 3
  • 1 100 € par rapport au programme 4
  • 1 700 € par rapport au programme 2
  • 2 200 € par rapport au programme 1

Ce graphique montre tout l’intérêt d’assurer un facteur de maintenance élevé. En effet, si l’on étudie en détail les coûts de fonctionnement, on s’aperçoit que la facture électrique représente toujours la part la plus importante de ceux-ci.

Il met également en exergue l’intérêt d’un remplacement curatif des lampes, qui permet à moindres frais de maintenir le facteur de maintenance à une valeur acceptable.

Économiquement, la fréquence des relamping est d’une grande importance et vouloir maintenir un facteur de maintenance élevé en augmentant celle-ci ne semble pas être la solution optimale.

Enfin, rappelons qu’une telle étude doit être menée pour chaque réalisation et que les résultats obtenus ici ne sont pas applicables de manière générale.