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Éclairage éconergétique sur les fermes laitières
Table des matières
Notions de base sur l'éclairageL'éclairage influence beaucoup la production laitière. De légères modifications des systèmes d'éclairage permettent de réduire la facture énergétique de l'exploitation. Un système d'éclairage éconergétique bien conçu peut se traduire par des niveaux d'éclairement accrus, un troupeau plus performant et une réduction des coûts de l'énergie. La présente fiche technique suggère comment modifier le système d'éclairage de manière à abaisser les coûts de l'énergie de 15-75 %. Elle décrit les différents systèmes d'éclairage, tels que l'éclairage incandescent, l'éclairage fluorescent, l'éclairage au moyen de lampes fluorescentes compactes ou de tubes fluorescents, l'éclairage à décharge à haute intensité et l'éclairage à diode électroluminescente (DEL). Elle donne aussi un exemple du coût que représente le remplacement d'un système d'éclairage incandescent par un système d'éclairage fluorescent. TerminologiePour être à même de réaliser des économies d'énergie, il est important de comprendre les termes relatifs à l'éclairage.
Pour réduire les coûts de l'énergie, il faut rechercher une efficacité maximale, c.-à-d. un maximum de flux lumineux par unité de puissance consommée par la lampe (lm/W). Le tableau 1 et la figure 1 renseignent justement sur l'efficacité et diverses caractéristiques des différentes sources d'éclairage. | Haut de la page | Types d'éclairageÉclairage incandescentCompte tenu du niveau d'éclairement relativement élevé qui est exigé de nos jours dans les étables et de la nécessité de laisser les lumières allumées plus longtemps, l'efficacité des anciennes ampoules incandescentes de style Edison à convertir l'énergie en lumière n'est que de 5 %. Le reste est perdu en énergie thermique. Les ampoules incandescentes présentent aussi l'inconvénient d'attirer les insectes, dont les mouches, de telle sorte qu'elles sont vite enduites d'une couche de saleté qui réduit encore davantage la quantité de lumière qu'elles émettent. La figure 2 présente des photos d'ampoules incandescentes et du problème occasionné par la saleté. La durée de vie utile des ampoules incandescentes est relativement courte si on la compare à celle d'autres sources d'éclairage (tableau 1). Par exemple, on peut s'attendre à ce qu'une ampoule de 100 W, conçue pour fonctionner 1 000 heures (longévité nominale normale) dure 63 jours à raison de 16 heures/jour. Les lampes de longue durée d'une longévité nominale de 5 000 heures éclairent en principe pendant 312 jours, mais la quantité de lumière réellement émise est réduite d'environ 25 % par rapport à une lampe d'une durée de 1 000 heures.
Figure 1. Lumens/watt des sources d'éclairage qu'on trouve habituellement sur les fermes.
Figure 2. Les systèmes
d'éclairage incandescents économiques à l'achat coûtent
cher à entretenir et à faire fonctionner. Remarquer l'accumulation
de saleté sur cette ampoule de longue durée. Éclairage fluorescentL'éclairage fluorescent devrait être la principale source d'éclairage dans les étables laitières. Les lampes fluorescentes sont très éconergétiques comparativement aux ampoules incandescentes. Elles s'assortissent d'une grande longévité (quand les luminaires sont installés et entretenus correctement) et offrent une bonne qualité de lumière aux animaux. Voici quelques raisons qui justifient le passage d'un éclairage incandescent à un éclairage fluorescent :
| Haut de la page | Types de lampes fluorescentesLes lampes fluorescentes utilisées sur les fermes sont de deux types : les lampes fluorescentes compactes et les lampes fluorescentes tubulaires. Lampes fluorescentes compactesLes lampes fluorescentes compactes (FC) offrent une bonne efficacité énergétique et peuvent remplacer facilement les ampoules incandescentes. Elles s'assortissent soit d'un ballast électronique, soit d'un ballast électromagnétique (figure 3).
Afin de choisir une lampe FC de la bonne puissance, déterminer le flux lumineux (en lumens) émis par les ampoules incandescentes utilisées jusque-là et partir de ce flux lumineux pour trouver la puissance correspondante de la lampe FC (tableau 2). Figure 3. Lampe fluorescente compacte dans un luminaire résistant à l'humidité. (Source: Agviro, Inc.) Source : Hydro One Powersaver
À ce jour, le réglage (ou gradation) de l'intensité lumineuse des lampes FC n'a pas donné de très bons résultats. L'on s'attend toutefois à ce que les chercheurs remédient à ce problème. Seuls les systèmes FC identifiés comme se prêtant à la gradation conviennent à cet usage. Les lampes FC constituent un bon choix dans les étables laitières lorsqu'on peut s'accommoder de faibles niveaux d'éclairement. Toutefois, si la gradation de la lumière est nécessaire, la solution pourrait être d'utiliser une combinaison d'ampoules incandescentes et de lampes FC (figure 5). Au moment de moderniser le système d'éclairage, garder à l'esprit que les systèmes utilisant des lampes FC ont une durée de vie utile plus courte et coûtent plus cher à remplacer que les systèmes d'éclairage fluorescents T8 (tubes ordinaires de 1,2 m ou 4 pi de long). Voir la section qui suit pour plus de détails. Lampes fluorescentes tubulairesLes tubes fluorescents viennent en différentes longueurs et diamètres. En général, ce sont les tubes de 1,2 m (4 pi) de long qui sont utilisés sur les fermes. Le diamètre des tubes est mesuré en huitièmes de pouce. Les tubes fluorescents T12 (pour 12 huitièmes de pouce ou 1 ½ po), l'ancienne norme, sont actuellement remplacés par les T8 (pour 8 huitièmes de pouce ou 1 po) et les T5 (pour 5 huitièmes de pouce) (figure 4). Ce sont là les dimensions normalisées que l'on trouve sur le marché. Figure 4. Diamètre des tubes fluorescents. Figure 5. Combinaison d'ampoules incandescentes et de lampes fluorescentes compactes dans une étable laitière. Figure 6. Tubes fluorescents T8 dans une étable laitière. Dans les étables où la hauteur du plafond est inférieure à 3,7 m (12 pi), il est aujourd'hui recommandé d'utiliser des tubes fluorescents T8 assortis de ballasts électromagnétiques dans des luminaires de fibre de verre ou de plastique à l'épreuve des intempéries, qui présentent un joint d'étanchéité entre le verre de protection et la lampe. Il est par ailleurs important de veiller à ce que le luminaire soit pourvu de huit agrafes qui maintiennent le verre de protection et protègent la lampe de l'air ambiant de l'étable. En général, ces luminaires :
Les tubes fluorescents T8 constituent la solution de rechange éconergétique idéale aux ampoules incandescentes, aux lampes fluorescentes compactes et aux tubes fluorescents T12. Pour leur part, certains tubes fluorescents T5 sont plus courts que les tubes T12 et T8. Ils produisent plus de lumière, offrent un meilleur rendu des couleurs (davantage de couleurs vraies) et une plus grande efficacité énergétique. Ils se prêtent aussi mieux à la gradation et maintiennent leur niveau d'éclairement mieux que ne le font les systèmes à tubes T12 et que la plupart des systèmes à tubes T8. Ils offrent 95 % de leur flux lumineux initial après 8 000 heures, soit au terme de 40 % de leur longévité moyenne. Il n'est toutefois pas recommandé d'utiliser des tubes T5 dans des luminaires étanches à la vapeur, du fait de la chaleur qui se dégage de ces tubes. Leur utilisation sur les fermes doit par conséquent se limiter à des environnements propres et secs. L'on s'attend à ce que les chercheurs remédient à ce problème et au manque de fiabilité des tubes T5. Des tubes fluorescents se prêtant à la gradation sont actuellement à l'essai dans plusieurs installations de production commerciale de dindons en Ontario. L'avantage de l'utilisation de gradateurs tient à la possibilité de simuler l'aube et la brunante en élevant ou en abaissant progressivement l'intensité lumineuse. Des commandes à cellule photoélectrique peuvent être utilisées avec un éclairage fluorescent dans les étables dotées de fenêtres et de rideaux. Les commandes à cellule photoélectrique permettent de réduire l'intensité lumineuse ou d'éteindre les lumières lorsque les niveaux de lumière naturelle sont suffisants. Tirer ainsi parti de la lumière du jour fait économiser encore plus d'énergie et d'argent. | Haut de la page | Éclairage à décharge à haute intensité (DHI)Dans les étables où le plafond est à plus de 3,7 m (12 pi) de haut, dans les étables laitières à logettes et les remises de machinerie, par exemple, on peut envisager d'utiliser des luminaires à DHI, notamment des luminaires utilisant des lampes aux halogénures métalliques (HM) et des lampes au sodium à haute pression, qui sont plus éconergétiques. Non seulement ces luminaires sont-ils faciles à installer et à entretenir, mais il en faut un moins grand nombre pour fournir le même niveau d'éclairement. Voir les figure 7 et figure 8. Les luminaires aux halogénures métalliques fonctionnent soit avec un ballast ordinaire soit avec un ballast d'amorçage. Un ballast d'amorçage fait économiser environ 12,5 % d'énergie, soit 50 W pour un luminaire à lampe aux HM de 400 W. ![]() Figure 7. Luminaires à lampe aux halogénures métalliques. Figure 8. Luminaires au sodium à haute pression (émettent une lumière jaune). (Source : Agviro, Inc.) Éclairage à diode électroluminescente (DEL)Les systèmes d'éclairage à diode électroluminescente ne sont pas encore utilisés dans les installations d'élevage de bétail et de volaille. Des recherches sont nécessaires pour déterminer si cette technologie convient aux applications agricoles. Les lampes à DEL peuvent avoir une très grande efficacité énergétique (50 lumens/W) et peuvent durer jusqu'à 100 000 heures, soit largement plus que pour les autres systèmes d'éclairage. Si cette technologie peut être adaptée aux environnements des bâtiments d'élevage, on peut s'attendre à ce que l'éclairage à DEL procurera tôt ou tard aux producteurs des économies d'énergie importantes. Les DEL sont offertes sous forme de projecteurs ou en bandes (figure 9) et en couleurs monochromatiques. Elles peuvent s'utiliser avec un gradateur. Figure 9. DEL en bande. (Source : GVA Lighting Inc.) Voici certains des avantages des DEL :
| Haut de la page | Minuteries et capteurs de mouvementPour rendre un système d'éclairage éconergétique, il faut aussi s'intéresser aux minuteries à régler en fonction des besoins du troupeau laitier et aux capteurs de mouvement dans les zones où travaillent le personnel, comme les corridors et les entrées. Voici un aperçu des dernières innovations :
Certains systèmes d'éclairage éconergétiques, comme les lampes fluorescentes compactes et les tubes fluorescents, fonctionnent mal ou s'allument mal lorsqu'il fait froid, à moins que des ballasts d'allumage au froid ne soient installés. Les coûts sont récupérés plus vite dans le cas des lumières qui restent allumées longtemps tous les jours et à longueur d'année que dans le cas des lumières qui ne restent allumées que brièvement. Plus les coûts d'un système d'éclairage sont récupérés rapidement, plus grand sera l'attrait du nouveau système pour la plupart des propriétaires et des exploitants de fermes. Un moyen facile de passer à un système d'éclairage plus éconergétique consiste à remplacer les ampoules incandescentes par des lampes fluorescentes compactes (FC) et des ballasts offrant un flux lumineux équivalent. Les lampes FC peuvent être vissées dans les douilles existantes. Leur utilisation ne nécessite aucun recâblage. Le coût moyen d'une lampe FC varie de 4 à 15 $ selon sa puissance (en Watts). Une lampe FC a une longévité nominale de 10 000 heures. Les autres systèmes d'éclairage éconergétiques requièrent des adaptations. L'installation de tubes fluorescents ou de systèmes d'éclairage à décharge à haute intensité (DHI) oblige à procéder au recâblage et à refaire la conception de l'éclairage pour s'assurer que les surfaces sont éclairées uniformément à la bonne intensité lumineuse. La puissance des lampes FC pour douilles à vis peut être de 5-28 W et celle des lampes FC pour douilles à baïonnette peut aller jusqu'à 55 W. En gros, un ratio de 3:1 permet d'établir une correspondance entre les puissances (en Watts) des ampoules incandescentes et des lampes FC. Les ampoules incandescentes peuvent être économiques quand la lumière n'est allumée qu'occasionnellement, comme dans les locaux d'entreposage. Les lampes à DHI offrent certains avantages sur les lampes FC, notamment un flux lumineux accru et une moins grande sensibilité aux températures de départ et de fonctionnement. Par contre, il leur faut plus de temps pour se réchauffer et se rallumer après extinction, elles offrent un moins grand choix de températures de couleur, procurent un moins bon rendu des couleurs. De plus, certaines de ces lampes se caractérisent par un papillotement à une fréquence de 120 Hz. Les nouvelles lampes aux halogénures métalliques qui font leur apparition sur le marché peuvent résoudre certains de ces problèmes. Les systèmes DHI conviennent bien aux endroits comme les étables à logettes ou les étables à stabulation libre et à certaines salles de traite pourvues de plafonds hauts. Le tableau 3 indique les intensités lumineuses minimales requises pour différentes tâches et différents lieux de travail dans une exploitation laitière. Éclairage de jour longDurant l'hiver, les vaches réagissent au raccourcissement du jour en réduisant leur consommation d'aliments. Quand elles mangent moins, elles produisent moins de lait. Un éclairage reproduisant un jour long (de 16 à 18 heures) augmente la production laitière en simulant les conditions estivales. Des études montrent qu'un éclairage de jour long peut amener une augmentation de la production de lait de l'ordre de 5 à 16 %. Il est possible d'ajouter des cellules photoélectriques à la plupart des systèmes d'éclairage. Celles-ci sont particulièrement bien adaptées aux étables à logettes, aux étables à stabulation libre, aux étables à stabulation entravée et aux salles de traite. Les cellules photoélectriques sont encore plus avantageuses quand elles sont conjuguées à des systèmes de réglage de l'intensité (comme il s'en fait pour certains tubes fluorescents). Les cellules photoélectriques captent la quantité de lumière ambiante. Elles transmettent l'information sur le niveau d'éclairement à un panneau de commande programmé de manière à maintenir l'éclairement des surfaces au delà d'un seuil donné (en lux ou en pieds-bougies). Quand la lumière naturelle tombe en deçà du seuil qui a été programmé, le panneau de commande transmet un signal au système d'éclairage pour que les lumières s'allument. En l'absence d'un gradateur, les lumières émettent leur plein flux lumineux. L'installation d'un gradateur permet de régler l'éclairage de manière à obtenir le seuil d'éclairement des surfaces programmé. Avec un gradateur, les lumières éclairent de plus en plus au fur et à mesure que l'intensité de la lumière naturelle diminue, jusqu'à ce que le seuil d'éclairement programmé soit atteint. Dans les zones nécessitant un lavage sous pression, des appareils d'éclairage étanches à l'eau sont nécessaires pour éviter que l'eau ne pénètre dans les appareils. Le tableau 3 qui suit indique les intensités lumineuses recommandées sur une ferme laitière pour optimiser la production laitière, réduire les coûts au minimum et maximiser l'efficacité énergétique. | Haut de la page | (Source: ASAE, 1993; NFEC, 1993; MWPS, 1992; Leech et Person, 1993) Coûts des améliorations et des nouvelles installations éconergétiquesSur une ferme laitière, les coûts d'installation dans chacune des trois rangées et de fonctionnement d'un système d'éclairage incandescent utilisant des ampoules longue durée de 10-100 W ont été comparés aux coûts associés à un système fluorescent tubulaire à un tube de largeur. Voir le tableau 4 ci-dessous. Les calculs tiennent compte d'un coût de l'électricité de 0,0953 $/kWh (tarif de mars 2005) et d'une durée de fonctionnement du système d'éclairage de 18 heures par jour en moyenne. Chaque ampoule incandescente longue durée de 100 W procure à peine plus de 1 200 lumens. Ce système coûterait environ 450 $ à installer et 1 918 $ annuellement à faire fonctionner. L'installation de 20 tubes T8 de 1,2 m (4 pi) fournirait un niveau d'éclairement accru (l'augmentation allant jusqu'à 44 %). Ce système T8 coûterait 2 400 $ à installer et seulement 511 $/année à faire fonctionner. Sur une période de 2 ans, le passage d'un système d'éclairage incandescent à un système d'éclairage fluorescent de type T8 procurerait une économie de plus de 800 $. Il faut 1,7 année pour récupérer, à même
les économies réalisées, 100 % du capital
nécessaire aux améliorations énergétiques.
Dans le cas d'une nouvelle installation, si l'on retranche le coût
initial d'un système d'éclairage incandescent du coût
en capital du système d'éclairage fluorescent, on obtient
une période de récupération des coûts encore
plus courte, soit de 1,4 année. RésuméDes modifications dans l'éclairage des fermes laitières peuvent se traduire à la longue par des économies d'énergie intéressantes. Les producteurs peuvent facilement réduire de 75 % leur facture énergétique en passant d'un système d'éclairage incandescent à des tubes fluorescents de type T8. L'utilisation de gradateurs permet aussi d'abaisser les coûts de l'énergie. Ces modifications, conjuguées à d'autres améliorations rendent les systèmes d'éclairage des exploitations laitières plus éconergétiques. Il s'ensuit un gain de productivité pour les fermes, une augmentation des produits d'exploitation et un abaissement des coûts de l'énergie. | Haut de la page | Sans frais : 1 877 424-1300 Local : 519 826-4047 Courriel : ag.info.omafra@ontario.ca |
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