Blog 24 mars 2016

Réduction de l’éclairage : un argumentaire économique

Getting to grips with the facts and figures of LED vs retro-reflective

Le TSRGD offre aux collectivités locales et aux gestionnaires d’actifs la possibilité de désilluminer certains panneaux et balises, ce qui semble représenter des économies évidentes… mais est-ce au détriment de la sécurité routière ?

Des modifications récentes et proposées à la réglementation ont réduit les conditions dans lesquelles l’éclairage des panneaux et balises (dans certaines situations) est obligatoire. Cet assouplissement transfère la responsabilité décisionnelle et le risque associé à la désillumination vers la collectivité locale ou le gestionnaire d’actifs. Deux choix s’offrent immédiatement à eux : continuer à éclairer les panneaux et balises pour lesquels l’obligation a été supprimée, ou désilluminer et recourir à des matériaux rétro-réfléchissants.

Cet assouplissement a entraîné une augmentation de la disponibilité et des opportunités pour les balises rétro-réfléchissantes, c’est-à-dire des balises non éclairées qui réfléchissent la lumière incidente sur leur surface pour signaler les zones dangereuses. De nombreux fournisseurs proposent également des matériaux rétro-réfléchissants pour tous types de panneaux de signalisation. Ces produits présentent l’avantage non négligeable d’éliminer totalement les coûts d’électricité en cours. Cependant, plusieurs autres facteurs doivent être pris en compte lors de cette décision.

Les matériaux rétro-réfléchissants présentent des limites techniques et, s’ils ne sont pas maintenus propres, à l’abri de la saleté, des graffitis et même de la rosée, leur efficacité est considérablement réduite. De nombreux facteurs, tels que le positionnement, les niveaux d’éclairage ambiant et l’angle par rapport à l’observateur, influent sur la visibilité du panneau ou de la balise pour un usager de la route de nuit. Les surfaces réfléchissantes n’offrent pas une solution adéquate pour signaler les zones de danger potentiel aux piétons ou aux cyclistes ; elles posent également un problème pour les conducteurs de véhicules de grande taille, dont le siège est bien plus haut que les phares.

Les recommandations du DfT concernant la suppression de l’éclairage direct indiquent : «il est recommandé qu’une analyse de risque rigoureuse sous-tende toute décision en ce sens, au cas par cas».

Une note complémentaire du Traffic Signs Manual, chapitre 3, précise : «certains panneaux peuvent être situés à des endroits où ils ne recevront pas un éclairage suffisant des phares et il pourrait être prudent de prévoir un éclairage direct indépendamment des exigences réglementaires.»

L’analyse économique

Les restrictions budgétaires des collectivités locales rendent de plus en plus difficile l’entretien des actifs existants, l’exploitation des avancées technologiques et le bénéfice des nouveaux développements de produits. De nombreuses options sont disponibles pour réduire les coûts liés à l’exploitation et à la maintenance des panneaux et balises éclairés. Cet article vise à cerner les postes de coûts d’exploitation des balises et panneaux à éclairage interne traditionnel, et à évaluer l’analyse économique de l’utilisation de produits rétro-réfléchissants par rapport aux retrofits LED de ces systèmes. Pour ce faire, plusieurs hypothèses ont été formulées ; elles sont répertoriées en annexe de cet article.

Les facteurs de sécurité liés à la désillumination et les options disponibles pour réduire les coûts tout en maintenant les panneaux directement éclairés sont également examinés.

Les coûts d’exploitation associés à une balise traditionnelle ou à un panneau éclairé extérieurement peuvent être répartis comme suit :

Coûts d’énergie
Taxe CRC (liée à la consommation d’énergie)
Coûts de nettoyage
Quote-part des coûts de remplacement de lampes en cours
Quote-part des coûts de panneaux/balises en cours

Balises

Les balises à éclairage interne comprennent une base, ou fondation, et une «tête» en polymère. La base contient un Gear Tray et loge traditionnellement 2 ou 3 lampes fluorescentes, qui peuvent être alimentées par un ballast magnétique ou haute fréquence. La tête est un composant peu coûteux de la balise, fabriqué en grande série. Éclairée, la balise paraît lumineuse et uniforme, alertant les conducteurs d’une zone de danger potentiel, visible sous tous les angles.

La tête d’une balise a généralement une durée de vie de 10 ans. Au-delà, la tête peut être détachée de la base et une nouvelle tête peut être facilement installée.

La consommation d’énergie est calculée à partir de la puissance consommée (30 watts en circuit pour 2 lampes PL de 11 W) et du nombre d’heures de fonctionnement par an (4 500 heures pour une exploitation du crépuscule à l’aube).

Lorsque la saleté, la poussière et les débris se déposent sur la surface de la tête de balise, la quantité de lumière transmise diminue. Il est donc nécessaire de nettoyer périodiquement la surface extérieure de la balise. La fréquence de nettoyage requise dépend de l’environnement local, mais un régime de nettoyage typique serait de 1 nettoyage par an.

La quote-part des coûts liés au remplacement des lampes et de la tête de balise est calculée en tenant compte de la durée de vie prévue du produit et de l’utilisation annuelle. Un aperçu des coûts est présenté ci-dessous :

La figure 2 montre que les coûts liés à l’énergie représentent 47 % du total des coûts d’exploitation. Pour réduire les coûts tout en maintenant la conformité aux réglementations et la sécurité des usagers de la route, il est important de cibler chaque poste de dépense individuellement, en commençant par la consommation électrique.

BALISES RÉTRO-RÉFLÉCHISSANTES

Les balises rétro-réfléchissantes éliminent totalement les coûts liés à l’énergie et aux changements de lampes. En revanche, les coûts associés au nettoyage et au remplacement régulier des balises après dommages augmentent significativement.

Avec une balise à éclairage interne, l’accumulation de saleté réduira progressivement la transmission de lumière à travers la tête de balise. Or, les propriétés réfléchissantes d’une balise rétro-réfléchissante exigent que la surface soit relativement propre. Cela justifie donc une fréquence de nettoyage accrue et des coûts de maintenance plus élevés dans ce domaine. Le remplacement périodique de la balise entière sera nécessaire à mesure que la surface réfléchissante se dégrade (environ 10 à 12 ans). Comme les coûts de la balise rétro-réfléchissante sont nettement plus élevés que ceux d’une tête de balise en polymère, les coûts de remplacement en cours sont également plus importants.

Notons qu’après un incident, il peut être nécessaire de remplacer la balise, car la surface réfléchissante peut être endommagée, ce qui augmente encore les coûts. D’un point de vue critique pour la sécurité, un incident grave peut couper la balise, la détachant complètement du sol. Dans le cas d’une balise rétro-réfléchissante, le danger reste alors totalement non signalé, alors que lorsque la tête est arrachée du sol, la platine de base restera éclairée, remplissant une fonction similaire à un cataphote et offrant une visibilité résiduelle.

La figure 3 montre que, bien que les coûts énergétiques soient éliminés, d’autres augmentent significativement :

Le coût d’exploitation annuel total est réduit d’environ 33 %. Cependant, lorsque l’on tient compte des coûts initiaux élevés liés à la suppression ou à la sécurisation de l’alimentation existante et au coût de la nouvelle balise, le retour sur investissement devient difficile à justifier.

BALISES LED RETROFIT

Les retrofits LED offrent l’avantage d’un coût initial relativement faible tout en procurant des bénéfices en termes de réduction de la consommation d’énergie. De plus, le maintien de la configuration de la balise à éclairage interne apporte les avantages supplémentaires évoqués en matière de visibilité, sans nécessiter de temps ni de ressources pour réaliser une évaluation des risques détaillée.

La conversion en LED par le biais d’un retrofit de lampe (par rapport aux remplacements de Gear Tray) permet une installation extrêmement simple tout en maintenant les coûts bas. Cela permet également à l’installateur de conserver deux sources lumineuses fusibles séparées plutôt qu’une seule, comme recommandé dans le rapport CSS, garantissant ainsi qu’en cas de défaillance d’une lampe, un éclairage résiduel subsiste.

La figure 4 montre comment le coût global est réduit, équivalant à une économie de plus de 40 % :

Les périodes de retour sur investissement pour l’ensemble des calculs comparatifs sont résumées dans le graphique ci-dessous :

Des économies de fonctionnement peuvent être réalisées grâce à la désillumination et l’investissement en capital peut soutenir l’utilisation de balises rétro-réfléchissantes, mais cela offre-t-il une solution adéquate pour tous les usagers de la route, et notamment les usagers non motorisés ?

Panneaux

Les matériaux de signalisation rétro-réfléchissants offrent un niveau d’éclairage comparable à l’éclairage direct dans de nombreuses situations, mais ne fournissent pas en eux-mêmes un éclairage suffisant pour justifier la suppression de tout éclairage. Il convient de déterminer la méthode d’éclairage appropriée pour chaque situation.

Les détails complets figurent dans le TSRGD. En résumé, les conditions dans lesquelles l’éclairage des panneaux reste obligatoire sont les suivantes :

Panneaux d’avertissement et de réglementation où le gabarit de hauteur est limité
Panneaux réglementaires critiques pour la sécurité
Panneaux réglementaires terminaux, tels que Céder le passage, Sens interdit, Limitations de vitesse
Panneaux d’autoroute
Panneaux sur balises à éclairage interne

La plupart des panneaux éclairés existants contiennent des tubes fluorescents doubles qui peuvent facilement être remplacés par des lampes retrofit LED pour réduire la consommation d’énergie et les interventions de maintenance nécessaires pour remplacer les lampes. Les niveaux d’éclairage requis pour les panneaux éclairés intérieurement ou extérieurement sont spécifiés dans la norme BS EN 12899-1, et toute mise à niveau ou option de retrofit envisagée doit être conforme à cette norme. Les chiffres de dépréciation du flux lumineux (L80) doivent également être pris en compte et intégrés dans les calculs de coût global sur la durée de vie et de retour sur investissement.

La consommation d’énergie d’un panneau éclairé traditionnel est calculée sur la base de 15 watts en circuit (pour 1 lampe PL de 11 W) et du nombre d’heures de fonctionnement par an (4 500 heures pour une exploitation du crépuscule à l’aube). Un aperçu des coûts est présenté ci-dessous.

Comme pour le système de balise traditionnel, les coûts liés à l’énergie représentent près de la moitié du total des coûts d’exploitation d’un panneau. L’électricité, combinée aux coûts de maintenance, constitue un poste cible essentiel pour de nombreuses collectivités locales souhaitant réduire leurs dépenses de fonctionnement.

PANNEAUX RÉTRO-RÉFLÉCHISSANTS

Les panneaux rétro-réfléchissants éliminent totalement les coûts liés à l’énergie et aux changements de lampes. En revanche, une augmentation significative des coûts de nettoyage et de remplacement après dommages est à prévoir.

Des préoccupations de sécurité se posent pour les conducteurs de véhicules de grande taille, dont les phares sont bien plus bas que leur position assise. Les matériaux rétro-réfléchissants sont excellents pour renvoyer la lumière directement vers la source lumineuse avec un faible angle de réflexion, ce qui fonctionne bien pour les conducteurs de voitures. Cependant, dans les poids lourds, les bus et autres grands véhicules, les niveaux de lumière renvoyés au conducteur sont souvent nettement plus faibles. Comme pour les balises rétro-réfléchissantes, la signalisation des dangers pour les cyclistes ou les piétons est insuffisante.

La figure 7 montre que, bien que les coûts énergétiques soient éliminés, d’autres augmentent significativement.

PANNEAUX LED RETROFIT

Les retrofits LED offrent l’avantage d’un coût initial relativement faible tout en procurant des bénéfices en termes de réduction de la consommation d’énergie et de maintenance. Cette réduction des coûts d’exploitation permet aux collectivités locales de maintenir leurs panneaux éclairés sans avoir besoin de les désilluminer ou de les remplacer entièrement. La conversion en LED par le biais d’un retrofit de lampe (par rapport aux remplacements de Gear Tray) permet une installation extrêmement simple tout en maintenant les coûts bas.

La figure 8 montre comment le coût global est réduit, équivalant à une économie de plus de 40 %.

Les périodes de retour sur investissement pour les trois calculs comparatifs sont résumées dans le graphique ci-dessous :

L’énergie solaire, les panneaux électroluminescents et l’éclairage basse tension sont d’autres options disponibles qui n’ont pas été prises en compte dans cet article ; il est toutefois supposé que leurs périodes de retour sur investissement seraient similaires à celles calculées pour les installations de produits rétro-réfléchissants.

Conclusions et recommandations

La désillumination de tout dispositif de sécurité routière doit être abordée avec prudence et accompagnée d’évaluations des risques appropriées, en tenant compte de l’environnement, de l’usage de la zone, de l’impact de la saleté et de la pollution sur les matériaux rétro-réfléchissants, ainsi que du rapport coûts/bénéfices global.

Les solutions non éclairées constituent des options viables à envisager dans le cadre des évaluations des risques de conception pour les nouvelles installations. Cependant, les calculs montrent que pour les installations existantes, il n’y a aucun avantage financier à désilluminer, en raison des coûts initiaux élevés liés au changement et du fait que l’investissement a déjà été réalisé pour l’alimentation électrique de l’unité.

Il a été démontré que le recours à une solution éclairée peut être la solution la plus rentable, et continue de garantir la sécurité routière pour tous les usagers, notamment les piétons, les cyclistes et les conducteurs de véhicules de grande taille.

Références et lectures complémentaires :

CSS SL5/2007 Guidance on the lighting requirement for traffic signs and bollards (2007)
Traffic Sign Regulations General Directions, 2002, Amendment 2 (2011)
Traffic Signs Manual Chapters 3 and 4