Dossier - Août-Septembre 2013
Détecteurs de présence, de mouvement… et de luminosité
Edito
"Un nouvel éclairage sur la normalisation du bâtiment intelligent"
Les actions en faveur de l’intelligence du bâtiment se multiplient. Depuis plus d’un an, IGNES organise chaque mois des Matinales du Smart Home pour que les acteurs de ce métier partagent leurs expériences et contribuent à la création d’une filière française forte autour du réseau intelligent dans la maison.
Par ailleurs, avec le Syndicat de l’éclairage, IGNES formalise un document traitant des problèmes de compatibilité entre sources d’éclairage (les nouvelles lampes à économie d’énergie) et appareillages de contrôle (variateurs de lumière, interrupteurs crépusculaires, détecteurs de présence et de mouvement).
Enfin, depuis plusieurs années, des groupes de travail œuvrent au niveau international (CEI) pour définir les spécifications de compatibilité entre les systèmes de contrôle et les lampes LED (compatibilité qui existait avec les lampes incandescentes et halogènes).
Les nouvelles sources d’éclairage (dont les lampes à LED) comportent des dispositifs électroniques qui génèrent des problèmes de compatibilité entre appareillages de contrôle et installation électrique. Il y a en effet un vrai problème d’adaptation des nouvelles technologies aux installations électriques existantes. Le travail actuel, qui consiste à décrire les interfaces entre l’appareillage de contrôle et les lampes fluocompactes ou à LED et à définir pour celles-ci des performances minimales, devrait être achevé en septembre 2014, lorsqu’apparaîtra l’étape du Règlement 1194-2012 ayant pour objet le bannissement progressif des lampes halogènes les plus énergivores… Bannissement qui pourrait être total en 2016, sachant que le législateur européen reste prudent sur le fait d’éliminer les sources lumineuses « à bas prix » en faveur de sources beaucoup plus onéreuses : il a prévu de revoir cette étape au plus tard en septembre 2015.
L’avènement de cette étape sera fortement conditionné, par la capacité pour les utilisateurs, de trouver des sources lumineuses compatibles avec les installations existantes,
La réglementation prévoit également qu’à partir de septembre 2014, tous les appareillages de contrôle des lampes seront compatibles entre eux. Il faut à cet effet disposer d’un référentiel permettant aux fabricants d’affirmer que leurs produits fonctionnent correctement avec les LED. Ce référentiel servira aussi à la surveillance des marchés.
L’enjeu normatif de la bonne adaptation des nouvelles technologies de lampes s’avère extrêmement intéressant du fait des économies d’énergie qu’elle procure et de la pérennité annoncée des sources (pour les LED, on parle d’une durée de vie de 20 000 heures, voire de 50 000 heures).
Un dernier point concerne les courants d’appel et les harmoniques que les LED impactent fortement. La compatibilité électromagnétique fait l’objet de travaux au sein du Comité Technique IEC TC 77. Des travaux qui supportent la directive CEM fixent les taux d’émission.
Notons enfin trois tendances fortes qui marquent le marché.
L’un des grands défis de demain sera de pouvoir embarquer plus de fonctions dans le détecteur tout en réduisant l’énergie qu’il consomme pour remplir ses fonctions. Une seconde tendance concerne la mutualisation des fonctions pour des raisons d’économies d’énergie et d’économies de ressources : dans un bâtiment tertiaire ou industriel, on peut trouver dans une même pièce plusieurs détecteurs… destinés l’un à assurer la sécurité anti-intrusion, l’autre à allumer la lumière ou le chauffage quand on en a besoin. Mais les technologies diffèrent, tant et si bien que l’on ne souhaite pas être sujet à des déclenchements intempestifs de l’anti-intrusion, alors que pour la détection de mouvement, on souhaite au contraire allumer la lumière le plus vite possible. Mais il y a là un vrai défi technologique pour cette mutualisation qui doit être obtenue à un prix attractif.
Nous allons enfin connaître le déploiement de réseaux de gestion du bâtiment intelligent et la segmentation des détecteurs, entre détecteurs stand-alone, et détecteurs communicants capables de remonter des informations à un organe central. Se pose ici la question de l’interopérabilité entre les différents systèmes de gestion du bâtiment (éclairage, chauffage, climatisation, sécurité des biens et/ou des personnes…). Les fabricants auront à travailler avec des réseaux ouverts et pour le moins, des réseaux interopérables. Pour cela aussi IGNES et ses adhérents travaillent d’arrache pied !
Nadine Bravais
IGNES
Détecteurs de présence, de mouvement… et de luminosité
Le marché de la détection de présence et de mouvement est propulsé par la quête aux économies d’énergie et par les exigences de conformité à la RT2012… Mais aussi de confort visuel et de sécurité : prévenir de l’arrivée d’un tiers, éclairer des passages sombres ou dangereux (escaliers, parking…).
« Les infrastructures, bâtiments résidentiels et tertiaires représentent plus de 40 % de l’énergie consommée en France, et produisent près de 25 % des émissions CO2. De plus, l’éclairage consomme en moyenne 16 % de l’énergie globale de l’habitation », déclare Damien Lacoste-Cabezuelo, chef de produits confort & sécurité chez ABB qui justifie ainsi la demande forte de détecteurs de mouvement et de présence. Mais comment les distinguer ? Par l’amplitude du mouvement qui active le détecteur. Un mouvement de moins de 5 cm suffit pour être « vu » par un détecteur de présence. En revanche, avec les détecteurs de mouvement, les amplitudes de déplacement doivent être plus importantes, de l’ordre de 50 cm.
Les détecteurs de présence peuvent allumer ou éteindre l’éclairage. Une sortie supplémentaire sert au déclenchement de la ventilation ou du chauffage. En utilisation tertiaire (bureaux, salles de classe, etc.), le détecteur tient aussi compte de l’apport de lumière naturelle. Les économies d’énergie sont optimisées : on apporte la seule quantité de lumière requise au confort de l’occupant.
Certains détecteurs de présence dédiés aux salles de classe ont 3 circuits : côté fenêtre, du fait d’apport de lumière naturelle, le détecteur coupe l’éclairage artificiel au moment opportun. Côté mur, les élèves ne bénéficient pas de suffisamment de lumière extérieure : l’éclairage est enclenché jusqu’au moment où la luminosité est suffisante pour éteindre la totalité de l’installation d’éclairage. Le troisième circuit est dédié au tableau : le professeur conserve ce circuit de manière indépendante.
Le détecteur de mouvement détecte quant à lui les mouvements d’une personne en marche. Il s’installe à l’extérieur ou dans les circulations. Lui aussi intègre un détecteur de luminosité pour déclencher l’allumage lorsque la luminosité est insuffisante. S’il ne détecte plus personne, il s’éteint après un certain laps de temps.
Le besoin de confort concerne aussi une clientèle de particuliers dans le logement individuel : on éclaire une terrasse quand on reçoit, ou quand on fait le tour des lieux. Mais cette fonction de confort ne concerne que 5 % du marché, sachant que les autres 95 % se rapportent aux besoins d’économies d’énergie.
Attention : ce marché diffère de celui de la détection d’intrus vouée au déclenchement d’une alarme. Certes, dans les hôpitaux, le besoin existe d’assurer la sécurité des patients n’ayant pas nécessairement la capacité d’allumer, d’éteindre, voire de maintenir ouvert l’éclairage.
Mais quel marché ?
Le marché de la détection, comme celui du contrôle de l’éclairage, connaîtraient une croissance de l’ordre de 20 à 30 % par an.... Le premier moteur de cette croissance a été la norme NF C 15 100 qui demande un préavis d’extinction pour les minuteries dans les habitations collectives. Les installateurs ont adopté la solution de facilité avec la détection de mouvement dans les couloirs et les halls d’entrée des bâtiments. Est ensuite venue se greffer la RT2012 avec la demande d’équipement des parkings et parties communes en détecteurs de mouvement à compter du 1er janvier 2013. Puis l’arrêté du 25 janvier 2013 relatif à l’éclairage nocturne des bâtiments non résidentiels, fait suite à celui qui a obligé l’an passé toutes les zones commerciales à éteindre leurs enseignes lumineuses entre 1h et 6 h.
« Suite à de nombreuses visites de chantiers et en me fondant sur le nombre de logements et le nombre de produits nécessaires, j’ai estimé le marché des détecteurs de présence et de mouvement aux alentours de 30 M€ pour le résidentiel et le tertiaire », explique Benjamin Nicklin, gérant d’offres chez Schneider Electric. « Cette estimation personnelle permet de fixer un ordre de grandeur ». Pour sa part, Hervé Thomas, directeur général de Steinel, estime que « le marché français de la détection de présence ou de mouvement serait voisin de 50 M€ ».
Ce marché se répartit entre des spécialistes, BEG, Theben, Steinel, et les généralistes : ABB, Hager, Havells-Sylvania, Legrand, Schneider Electric...
Le généraliste fournit des produits pour l’ensemble du bâtiment : le spécialiste ne satisfait que la gestion de l’éclairage. Ainsi, BEG totalise 300 à 400 références différentes pour répondre aux besoins de toutes les niches de marché et s’adapter à toutes les demandes, là où le généraliste ne propose que quelques dizaines de détecteurs pour répondre aux besoins. À ce propos, Arnaud Rigal, responsable Marketing de l’offre de gestion d’éclairage, spécialiste du marché tertiaire assure que sa société, Legrand, « est un fabricant généraliste qui évolue vers la spécialité de la gestion de l’éclairage. Il y a bien longtemps que Legrand offre des détecteurs, mais voici peu, une nouvelle démarche a été structurée, l’offre a été complétée ».
Regard sur l’offre des spécialistes
« Dans le domaine de la gestion de l’éclairage, qui représente les deux tiers de son chiffre d’affaires, Steinel a été la première société à introduire la détection intégrée à un luminaire en 1987 », affirme Hervé Thomas. « En 1999, Steinel inventait la détection par hyperfréquences qui permet de détecter à travers le verre et le plastique, rendant possible l’intégration à l’intérieur du luminaire ». D’où les offres de luminaires à détection embarquée et de détecteurs individuels. Pour chacune d’elles, deux technologies : l’infrarouge et l’hyperfréquence. Parmi les produits phares : l’IR Quattro Slim, premier détecteur ultraplat (4 mm) servant à la détection de présence sur 4 m x 4 m, le SensIQ pour couvrir la façade d’une plate-forme logistique, les projecteurs à LED à détection intégrée, la gamme des hublots à détection RS Pro…
Pour sa part, « BEG développe une très large gamme de produits adaptés à chaque local », affirme Ludovic Becourt, responsable du pôle Prescription, pour qui « la gestion de l’éclairage, de la présence ou du mouvement regroupe un ensemble de fonctions nées du tertiaire où les dépenses en énergie électrique sont importantes. Il ne faut par gérer de la même façon un bureau, une salle de réunion, un couloir, un sanitaire... ou un entrepôt. Il y a un produit spécifique pour chaque local ».
Considéré comme spécialiste des produits d’automatisme pour la performance énergétique des bâtiments, Theben est, quant à lui, leader sur le marché de la minuterie d’escalier en Europe avec plus de 60 millions de pièces vendues… Fonction associée aux détecteurs dans le cas d’une rénovation ou remplacée par des détecteurs de présence. Thierry Leroy, directeur du marketing chez Theben, précise : « Theben AG a décidé en 2007 de faire l’acquisition de l’inventeur du détecteur de présence, la société suisse HTS qui a déposé des brevets s’y rapportant voici vingt ans. Nous avons découvert alors que le détecteur de présence ou le détecteur de mouvement pouvait avoir d’autres fonctions que celles d’enclencher la lumière et de la couper en fin de temporisation. Nous rentrions dans le domaine du haut de gamme avec une vraie valeur ajoutée ».
Zoom sur les offres des généralistes
ABB désigne sous le vocable « détecteurs de mouvement » : les « détecteurs de présence » en général à l’intérieur du bâtiment et les « détecteurs de passage » dédiés aux personnes se déplaçant généralement en extérieur (et que d’autres baptisent détecteurs de mouvement). Ils se déclinent en détecteurs de luminosité d’entrée de gamme, détecteurs de présence associant un mécanisme de gradation de luminosité, détecteurs de passage à angles de détection compris entre 70 et 280 degrés. D’autres produits sont capables d’une détection en champ arrière, c’est-à-dire dans une petite zone située derrière le détecteur.
Chez Hager, nous avons remarqué un détecteur infrarouge avec deux zones de détection, chacune étant caractérisée par son niveau d’éclairement. Application aux salles de classe. On peut lui adjoindre une troisième zone proche du tableau.
Les lampes et les luminaires, c’est l’affaire de Havells-Sylvania qui a signé un partenariat avec la société CP Electronics. « Notre objectif : proposer une solution complète de gestion d’éclairage, admet Bertrand Leplay, chef produits. Ainsi, l’OriDIM est une gamme tout-en-un permettant de contrôler jusqu’à 4 canaux dans une même pièce ».
Quant au groupe Legrand, il a acquis en 1996 une société américaine leader de la gestion d’éclairage, The WattStopper qui avait la maîtrise de l’ultrason. « Quand le développement de la gestion de l’éclairage est venu à l’ordre du jour pour le marché hors-USA, nous avons capitalisé sur l’expérience de cette société », développe Arnaud Rigal. Son offre est désormais présentée par usages, selon le mode d’installation (au plafond, sur le mur en saillie ou encastré) et selon la nature des espaces (avec ou sans luminosité naturelle) : lieux de passage (hall, escalier, couloir en longueur, espace de grande hauteur, toilettes, salle de bains, vestiaires...), lieux de passage dans des locaux humides (parking, laboratoire, cave...), lieux de travail (bureau individuel, salle de classe, open space), extérieur et locaux humides.
Schneider Electric, enfin, a pénétré ce marché via le rachat d’un spécialiste de la détection : Merten. Son offre s’étage sur plusieurs niveaux : des détecteurs simples embarqués dans l’appareillage électrique pour une utilisation dans des logements, un corridor ou un cellier, une entrée de garage, lorsqu’on pénètre dans le logement les mains chargées et que l’on a besoin d’allumer la lumière rapidement.... Des détecteurs de mouvement où plusieurs canaux sont possibles, l’un pour la gestion de l’éclairage, l’autre pour la gestion de la VMC. En haut de gamme se positionne la détection de présence dans les bureaux.
Les technologies en présence
Une technologie est largement appliquée : l’infrarouge passif. Le détecteur n’émet pas d’onde, mais capte les émissions infrarouges du corps humain à l’aide de composants optiques. La cellule est constituée de zones de détection actives (visibles) et de zones passives (invisibles) et les signaux qu’elles émettent sont traités par un microprocesseur qui décide de la présence ou du mouvement dans une zone de détection.
À noter que l’infrarouge est à proscrire dans les pays chauds où l’écart de température entre le corps à détecter et l’ambiante peut être trop faible pour la détection.
Avec les hyperfréquences ou les ultrasons, le détecteur émet une onde qui « rebondit » sur un corps. Il suffit ensuite d’analyser l’onde de retour : si celle-ci est modifiée, c’est qu’il y a eu un mouvement.
Sarlam, marque du groupe Legrand, propose des luminaires intégrant la brique des hyperfréquences : le détecteur hyperfréquence est embarqué dans le hublot LED. Les ondes qui ont la propriété de traverser les cloisons sont vouées à la sécurisation des sites sensibles (escaliers, couloirs, halls, caves, parkings...), autorisant aussi une fonction d’accueil par éclairage automatique des locaux. Mais il est des situations où la technologie hyperfréquence n’est pas adaptée : la présence de fenêtres, portes, parois fines… à travers lesquelles passent les ondes, entraînant des allumages intempestifs.
Selon Séverine Lienhart, chef de produit gestion d’énergie chez Hager, « les hyperfréquences font leur apparition pour des utilisations en extérieur, dans des parkings car la différence de température entre les automobiles et l’ambiante est bien souvent insuffisante pour enclencher l’éclairage par infrarouge ».
Pour sa part, Steinel ne recommande pas l’utilisation de l’hyperfréquence en extérieur, car les ondes sont perturbées par de nombreux phénomènes naturels. Le détecteur hyperfréquence risque de déclencher l’éclairage de manière intempestive lorsque la pluie tombe ou que le vent agite les arbres.
Pour ses produits ECO 2, Legrand combine deux technologies : l’infrarouge et les ultrasons pour atteindre une sensibilité de détection plus grande. Cette « Dual Tech » est destinée aux bureaux, aux salles de réunion, à tous les espaces où il y a peu de mouvements. Le détecteur à ultrasons perçoit l’effet Doppler, c’est-à-dire le changement de fréquence de l’onde ultrasonore au moment où elle frappe le corps en mouvement. L’écart de fréquence entre signal émis et signal reçu est caractéristique du mouvement.
Élimination des signaux parasites
Steinel arrive sur le marché avec le premier détecteur de présence humaine, fruit de 5 années de recherche. Il sera capable de détecter des silhouettes humaines, et de les compter. La détection se fera à l’aide de caméras infrarouges floutées pour maintenir le respect du droit à l’image. Elle s’appuiera sur des bibliothèques de postures et de silhouettes afin de prendre une décision en cas de détection de présence humaine. Les applications seront illimitées : climatisation et régénération de l’air afin de maintenir une bonne qualité de l’air dans les locaux… Jusqu’aux ascensoristes qui s’y intéressent pour la gestion fine des mouvements de chaque ascenseur. Les entrepôts sans présence humaine n’auront quant à eux plus besoin d’être éclairés, sauf lors de l’intervention d’un technicien.
KNX, le protocole standard du bâtiment tertiaire
Le détecteur KNX devient fournisseur d’informations au bâtiment. Grâce à KNX, la gestion de l’éclairage comme l’ensemble des autres applications pour le bâtiment communiquent : le détecteur de présence déclenche l’éclairage d’un bureau en tenant compte de la luminosité ambiante, et implique le système de climatisation qui passe du mode Économique au mode Confort.
Le réseau sans fil
EnOcean a développé voici 12 ans, un protocole radio autorisant une communication sur une portée de 30 m dans un bâtiment. « Il est faible consommateur d’énergie, souligne Emmanuel François, Sales Manager West Europe, d’où la possibilité de disposer de capteurs et d’émetteurs autonomes en énergie... et notamment de détecteurs de présence alimentés par une cellule photovoltaïque ». Plus de câbles à tirer ! Dans une pièce, on peut placer un détecteur de présence et un récepteur, modifier les cloisons et déplacer aussitôt les détecteurs de présence sans avoir à tout recâbler, puisqu’il n’y a pas de câblage.
EnOcean produit des modules qui équipent les détecteurs de présence de Paul Hochköpper, Eltako, Vitec, Echoflex... L’offre EnOcean comporte en outre deux détecteurs de présence radio vendus en OEM. Parmi ses projets, celui d’un collège à Asnières doté de 900 détecteurs de présence intégrés par Distech Controls. Un projet de la société Vitec motivé par l’implantation rapide des détecteurs (pas de câbles) et l’absence de maintenance.
Jean-Claude Festinger
Entreprises mentionnées
ABB
BEG
CP Electronics
Distech Controls
Echoflex Solutions
Eltako GmbH
EnOcean
Hager
Havells-Sylvania
HTS (High Technology Systems SA)
Legrand
Merten
Paul Hochköpper & Co KG
Sarlam
Schneider Electric
Steinel
The WattStopper
Theben
Vitec
