L' ECLAIRAGE EN MILIEU RURAL
Introduction
L'éclairage est considéré comme allant de soit dans les pays industrialisés. Il est difficile pour beaucoup de gens d'imaginer vivre la nuit sans pouvoir obtenir la lumière en appuyant sur un bouton. Le réseau électrique est cependant inexistant dans de nombreuses zones rurales des pays émergents et il y a de fortes chances pour qu'il le reste dans un avenir proche. Il est même difficile pour les foyers des zones urbaines d'avoir accès a des sources d'énergie propre car ils ne sont pas connectes au réseau ou disposent d'une fourniture peu fiable d'électricité. L’utilisation de lampes á basse L'éclairage des zones rurales dans les pays consommation au Népal Facilite les émergents est souvent assure par des bougies ou des études. lampes à pétrole, Dans une moindre mesure, on Photo : Practical Action Népal. utilise le biogaz, des groupes électrogènes a moteur diesel et des systèmes d'énergie renouvelable. Des lampes de poche alimentées par des piles jetables qui coutent cher, sont utilisées comme source d'éclairage mobile, pour une utilisation intermittente. L'accès aux produits énergétiques modernes est entrave par la faiblesse des chaines d'approvisionnement du marché, une connaissance insuffisante des technologies actuelles et un manque d'accès au financement pour les consommateurs et les entrepreneurs. La lumière est un rayonnement électromagnétique; l'œil humain est sensible à un spectre de couleurs comme celles de l'arc-en-ciel. Lorsque ces couleurs sont mélangées, elles forment la lumière blanche. Il y a plus d'énergie dans l'extrémité bleue/violette du spectre que dans l'extrémité rouge. Donc, il faut en général plus d'énergie pour le composant bleu-violet nécessaire a la production de ce qui apparait a l'œil comme étant de la lumière blanche. La qualité de la lumière (en terme de couleurs) influe donc sur les besoins en énergie ; si la couleur n'est pas importante, alors il est, au moins en théorie, plus efficace d'utiliser la couleur rouge ou orange. C'est en fait une pratique habituelle pour l'éclairage des rues OU l'on utilise des lampes à faible consommation d'énergie, à savoir les lampes à vapeur de sodium jaune orangée, Pour les usages domestiques, les gens préfèrent payer plus pour avoir des lampes blanches ou blanchâtres. L'intensité de la lumière, ou le pouvoir éclairant d'une source lumineuse dans n'importe quelle direction, est habituellement mesurée en candela, qui, bien que sa définition scientifique soit rigoureuse, peut être pensée, pour des raisons pratiques, comme 'puissance lumineuse', c'est-àdire l'énergie produite par une bougie standard à la cire de paraffine. Le flux d'émission lumineuse est mesure en lumen, que l'on définit comme la vitesse d'écoulement de la lumière à partir d'une source lumineuse d'l candela, émise dans un angle solide d'l stéradian. Une
Qu’est-ce que la lumière ?
Practical Action, The Schumacher Centre for Technology and Development, Bourton on Dunsmore, Rugby, Warwickshire, CV23 9QZ, UK T +44 (0)1926 634400 | F +44 (0)1926 634401 | E infoserv@practicalaction.org.uk | W www.practicalaction.org ______________________________________________________________________________________________ Practical Action is a registered charity and company limited by guarantee. Company Reg. No. 871954, England | Reg. Charity No.247257 | VAT No. 880 9924 76 | Patron HRH The Prince of Wales, KG, KT, GCB
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explication approximative plus facile à comprendre serait d'imaginer une bougie d'l candela installée au sommet d'un abat-jour conique, dont les pans se situeraient a 70 degrés l'un de l'autre. Le rayon conique émis, divergeant a environ 70 degrés et éclairant une surface d'l m2, serait d'environ 1 lumen. Les lampes sont souvent mesurées en lumens. Une autre unité de mesure de la lumière est le lux qui représente la zone éclairée, Quand on veut mesurer l'intensité lumineuse dans une pièce plutôt que la puissance d'une lampe, on peut utiliser le lux. Il y a trois grands principes physiques par lesquels on peut produire de la lumière : • l'incandescence • la fluorescence • l'électroluminescence Le principe de l'incandescence dépend du chauffage d'une source à une température avoisinant les 2000, 4000 ou 6000 °C pour l'obtention d'une lumière respectivement rouge, jaune ou blanche. Des exemples typiques sont ceux des bougies et des lampes ayant une flamme brillante (la lumière est produite par des particules incandescentes de carbone dans la flamme) et les ampoules à incandescence ou un filament de tungstène est chauffe (dans un environnement sous vide ou rempli de gaz inerte basse pression pour empêcher le filament de s'oxyder ou de se consumer) par un courant électrique le traversant. Toutes les sources de lumière incandescente, que ce soient des flammes ou des filaments chauffes a l'électricité, ont tendance à produire plus de chaleur que de lumière et présente donc un taux de conversion énergie vers lumière relativement inefficace.
Comment produire de la lumière
La fluorescence survient sous certaines conditions lorsqu'une 'lumière froide' peut faire briller un matériau. La fluorescence est un phénomène dans lequel les atomes d'un gaz, vaporeux ou solide, sont excites de manière à émettre de la lumière. Dans quelques cas, comme les lampes à décharge à vapeur de sodium et de mercure (utilisées habituellement pour l'éclairage des rues) la lumières est émise par la vapeur contenue dans un tube en verre. Dans d'autres cas, comme les lampes tubes fluorescentes utilisées communément, la lumière ultra-violette, qui est invisible a l'œil, est émise en excitant les atomes de vapeurs au mercure a l'intérieur du tube, et cela en retour fait que le revêtement translucide blanc du tube devient fluorescent avec une couleur blanchâtre. Autrement dit, le revêtement convertit une lumière ultraviolette invisible en lumière blanche visible (ou presque blanche). La plupart des processus fluorescents impliquent des dépenses d'énergie, ils sont donc accompagnes par la production de chaleur. (La fluorescence non électrique est utilisée lorsque les manchons des lampes à pression et des lampes à gaz sont chauffes et émettent une lumière plus brillante et plus blanche qui ne serait produite qu'en raison de leur tempe- rature.)
Photo : Practical Action Nepal / Rakesh Shrestha
Une lampe alimentée au biogaz á Banderawella, au Sri Lanka. Le biogaz est amené directement dans la maison et utilisé pour la cuisine et l’éclairage. Photo : Practical Action / Zul.
Au Népal, une lampe à LED facilite la préparation du dîner.
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Les diodes électroluminescentes (LED) émettent de la lumière en réponse a un courant électrique (ou électroluminescence) lorsque des électrons se recombinant aux trous libèrent les photons. La couleur de la lumière dépend de l'énergie des photons, qui est déterminée par le saut que les électrons font dans le semi-conducteur. Les avantages des LED par rapport aux autres possibilités d'éclairage portent sur leur faible demande en énergie, leur longue durée de vie, leur robustesse et leur fiabilité. Les LED gagnent en popularité grâce à leur faible exigence énergétique bien que leur disponibilité soit encore limitée dans beaucoup de régions et qu'elles soient toujours relativement chères. Actuellement, les LED à haut rendement coutent environ deux fois plus que des LED ordinaires et sont plus chères que les ampoules à incandescence. Bien que les LED consomment très peu d'énergie compare aux ampoules incandescentes, l'efficacité lumineuse (lumens/watt) peut varier considérablement entre les différents produits. Il peut aussi y avoir un fort degré de variation parmi chaque lot de produits. Type d’éclairage Bougie Lampe à huile (mèche) Lampe-tempête (mèche) Lampe á huile (manchon) Lampe gaz (manchon) Lampe fluorescente 3W Lampe fluorescente 40W Lampe fluorescente 100W Lampe fluorescente 15W Lampe fluorescente 30W Lampe á vapeur de Mercure 80W Lampe á vapeur de Sodium basse pression (SOX) 35W Diode électroluminescence 1W Source d’énergie Cire de Paraffine Pétrole Pétrole Pétrole GPL (ex butane ou biogaz) Electricité Electricité Electricité Electricité Electricité Electricité Electricité Intensité (lumens) 1 1-10 10-100 1000 1000 10 400 1300 600 1500 3200 4500 Efficacité (lumen/W) 0.01 0.01-0.1 0.1-0.2 1 1 3 10 13 40 50 40 128
Electricité
25 - 50
25 – 50
Le nombre et la configuration des diodes varieront en fonction des lampes. La lumière émise par des LED est très directionnelle, ce qui n'est pas toujours approprie pour l'éclairage général d'une pièce ; des abats-jour réfléchissants peuvent améliorer la situation. Un des projets de Practical Action au Népal a fait la promotion des lampes à LED avec trois diodes et des batteries rechargeables fabriquées par des membres compétents des
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communautés locales en partenariat avec Krishna Grill & Engg. (P) Ltd., une entreprise manufacturière locale. Light up the World, une autre organisation, qui encourage les communautés pauvres du Népal à utiliser l'éclairage par LED, a utilisé de simples générateurs actionnes a la main pour entrainer des systèmes d'éclairage à basse énergie dans les régions éloignées du pays. Pour des raisons pratiques, les options d'éclairage se réduisent généralement soit à des lampes générées par des combustibles, soit à des lumières électriques. Le tableau I indique les options et leur capacité respective d'éclairage. Pour l'utilisateur, ce qui est plus important que l'efficacité en lumen/watt, c'est le cout par lumen. Cependant, ceci est difficile à déterminer car les prix varient en fonction du lieu d'achat des articles, de la quantité achetée et même de la durée de vie réelle de l'article. Les options d'éclairage a mèche, comme les lampes à pétrole et les bougies, sont souvent les sources d'énergie en watts les moins onéreuses, ce qui compense partiellement leur inefficacité, mais pas leur faible qualité de lumière. Les lampes à pression à pétrole émettent une lumière de meilleure qualité, mais elles sont désagréablement bruyantes et produisent trop de chaleur dans les climats tropicaux ; elles utilisent aussi beaucoup plus de carburant que les lampes a mèche et elles sont difficiles à allumer. Les lampes à gaz sont une alternative un peu plus chère mais plus pratique. Toutes les lampes à combustion et les bougies représentent un risque réel d'incendie et contribuent à la pollution de l'air ambiant intérieur et aux problèmes de sante en résultant. Elles émettent aussi des gaz à effet de serre qui augmentent les températures mondiales et modifient les régimes climatiques. Le pétrole et le butane sont couteux et quelque fois manquent dans les pays émergents, Non seulement il est nécessaire d'acheter le carburant, mais cela peut aussi signifier un long trajet jusqu'au marché pour l'acquérir, C'est pourquoi la seconde partie de ce memo ire technique porte sur l'utilisation de l'éclairage électrique dans les zones rurales situées 'hors réseau'.
L'éclairage électrique dans les zones rurales
Les lampes solaires photovoltaïques Les lampes solaires sont un système tout en un renfermant les batteries de stockage, les commandes ainsi que le dispositif d'éclairage, Elles sont également simples d'utilisation et ne requièrent aucune installation. Les lampes solaires sont largement disponibles. Practical Action (alors dénommée ITDG) a formé un partenariat avec Sollatek, une société spécialisée dans la fabrication de matériel électronique et solaire, pour développer deux versions d'une lampe solaire robuste, la Glowstar et la Glowstar Plus. Le prix d'une lampe á énergie solaire peut all er de moins de 10 £ á plus de 100 £ avec une efficacité variable.
Les systèmes électriques domestiques Il est possible d'installer dans beaucoup d'endroits des systèmes à faibles couts qui nécessitent une petite quantité d'électricité provenant généralement d'une source d'énergie renouvelable ainsi qu'un éclairage fluorescent (ou de plus en plus des LED). Ils sont quelquefois fournis sous forme de kit et sont relies a un mini réseau
Essai d’une lampe solaire à LED au Népal. Photo : Practical Action Népal.
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ou à leur propre source d'énergie comme une turbine éolienne ou un panneau solaire, lorsque celle-ci est valable. Il est important que le lieu d'installation et la quantification des panneaux solaires et des éoliennes soient réalisés correctement pour que ces technologies puissent fonctionner efficacement.
Les batteries
L'énergie générée par un panneau solaire ou une turbine éolienne doit être stockée jusqu'à ce qu'on en ait besoin et ceci est possible grâce aux batteries. Les lampes solaires comportent une batterie rechargeable incorporée. Il est possible d'utiliser des piles jetables (par exemple des piles sèches) qui sont achetées déjà chargées et que l'on jette lorsqu'elles sont vides. Elles sont simples d'utilisation mais extrêmement chères en termes de couts énergétiques électriques et doivent être transportées et distribuées dans les zones rurales, ce qui augmente encore plus leur cout et qui rend leur approvisionnement incertain. Une fois qu'elles ont été utilisées, reste le problème de leur élimination. Les piles rechargeables (ou accumulateurs) sont plus rentables que les piles jetables mais il est alors nécessaire de disposer d'un chargeur. Les deux principales options possibles sont : • des accumulateurs au nickel-cadmium • des accumulateurs au plomb Les accumulateurs au Ampoules Fils électriques nickel-cadmium sont fluorescentes et interrupteurs Panneau en général moins Photovoltaïque largement disponibles (sauf pour remplacer les piles sèches) et sont plus chers à l'achat, mais ils peuvent être plus robustes et supportent mieux les mauvais traitements que les Petits appareils Contrôleur accumulateurs au électriques tels que des radios ou des plomb. Ils se téléphones déchargent portables peuvent cependant tout seuls être chargés à Accumulateur assez rapidement partir de certains dispositifs. quand ils ne sont pas utilisés. L'électricité provenant d'un Un système solaire sommaire pour l’éclairage. accumulateur au Illustration : Practical Action / Neil Noble. plomb peut couter au moins un vingtième a un cinquième de plus, pour la même quantité d'énergie que celle fournie par des piles primaires (sèches). Les accumulateurs au plomb sont semblables aux batteries utilisées dans les voitures et très souvent, ce sont les batteries de voiture qui sont utilisées dans les systèmes d'éclairage car c'est le type de batterie le plus largement disponible. Pour la plupart des besoins d'éclairage, elles représentent l'option la plus économique et la plus simple. Les accumulateurs au plomb sont également disponibles comme batteries a décharge profonde, avec une durée de vie plus longue que les batteries de voiture, et si on les entretient correctement, ils ont tendance à mieux convenir pour un stockage général de l'énergie électrique. La plupart des accumulateurs au plomb ou au nickel-cadmium doivent être régulièrement contrôlés en ce qui concerne leur niveau d'électrolyte et recouverts avec de l'eau distillée ou
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