L'architecture à deux nœuds dans l’éclairage public : une plateforme pour la ville intelligente ?

On a beau parler de villes intelligentes depuis des années, force est de constater que rien ne s’est encore concrétisé. On notera tout de même que les communes se sont attelées à remplacer les lampes à incandescence de l’éclairage public par des lampes à LED. Sachant que l’éclairage public représente à lui seul 30 % du budget énergétique d’une commune, le passage à la LED signifie non seulement une importante économie d’énergie, mais surtout une importante économie de coûts pour un poste de dépense souvent déficitaire.

Selon le fabricant de composants électroniques TE Connectivity, l’avenir de l’éclairage public se jouerait sur la capacité de contrôle. Une meilleure maîtrise de l’éclairage public permettrait en effet de réaliser davantage d’économies. Ce point devrait en toute logique être intégré dans les projets de villes intelligentes. On voit par ailleurs de plus en plus de villes et de gouvernements créer des départements dédiés à l’éclairage public et dotés de budgets en conséquence. Malgré tout, cela ne suffit pas encore à donner une impulsion forte à la ville intelligente.

Le plus intéressant développement qu’a connu l’industrie ces dernières années est sans doute l’architecture à deux nœuds. En servant de support à tout un écosystème composé de nœuds de communication et de capteurs innovants et interopérationnels, cette architecture pourrait devenir l’épine dorsale de la ville intelligente de demain.

L’interopérabilité, c’est justement la raison d’être du consortium Zhaga, avec, notamment, la publication de la première édition de son « Livre 18 » (Figure 1) en 2017. TE Connectivity a alors lancé son module d’interconnexion pour éclairage public Endurance S et Signify son ballast Xitanium SR. Pour la première fois, des solutions étaient spécialement créées pour l’éclairage public à LED. Ce n’est toutefois qu’en 2019, avec la parution de la seconde édition du Livre 18, que l’architecture à deux nœuds a pu être entièrement constituée.

La clé de voûte de cet écosystème est le protocole de communication entre luminaires. DALI est un protocole d’éclairage très populaire depuis de nombreuses années. Bien que DALI-2 soit une solution multimaître, ce protocole n’a pas de hiérarchie intégrée. Lorsque plusieurs dispositifs de contrôle sont connectés au bus, le pilote ne répond qu’à celui qui communique en dernier. Or, cette situation ne peut se produire dans le contexte d’un réseau d’éclairage public.

Le protocole de communication numérique D4i, fruit d’un partenariat entre Zhaga et DALI Alliance, permet de remédier à cette situation en créant une hiérarchie entre deux dispositifs de contrôle connectés à un même bus. Comme le montre l’architecture Zhaga en illustration (figure 1), le ballast est maintenant alimenté en permanence. En règle générale, un bloc d’alimentation AUX 24 VCC est intégré au pilote, même si un bloc d’alimentation séparé est également possible. Ainsi, il reste toujours un rail 24 V disponible pour créer des conceptions de nœuds de communication et de capteurs utilisables en dehors des périodes d’obscurité. Le câblage est grandement simplifié du fait que les deux dispositifs de commande et le pilote soient connectés au même bus de communication.

Dans sa deuxième édition, le Livre 18 définit également la puissance que le pilote doit livrer à partir de l’alimentation AUX et de l’alimentation du bus DALI, ainsi que la puissance que les différents types de dispositifs de contrôle sont autorisés à tirer du système. L’ensemble est contrôlé par un programme de certification : les pilotes sont certifiés D4i par la DALI Alliance, tandis que les luminaires et les dispositifs de contrôle sont certifiés Zhaga-D4i par le Zhaga Consortium.

Depuis plusieurs décennies, la norme ANSI C136.10 permet de disposer d’interfaces alimentées orientées vers le haut. C136.41 est une mise à jour de cette norme, créée il y a huit ans, afin de permettre les contacts de signalisation et les commandes de gradation. Or, cette architecture à deux nœuds autorise désormais aussi les dispositifs de détection qui nécessitent un champ de vision vers le bas. C’est ainsi que nous voyons maintenant apparaître des capteurs de mouvement, mais d’autres innovations arrivent. Par exemple, le conseil municipal de Lake Macquarie (Australie) a organisé un hackathon dont l’objectif est de créer des capteurs utilisables dans le cadre d’un programme de ville intelligente et adaptés aux luminaires à double interface installés dans toute la ville.

De nombreuses régions ayant adopté la norme ANSI C136.41, la troisième édition du Livre 18 du consortium Zhaga fournit une description détaillée d’une architecture hybride à deux nœuds. Ainsi, avec l’interface Zhaga présentée dans cette édition en plus de l’interface ANSI vers le haut, nous disposons de toutes les définitions relatives au câblage et aux exigences d’un dispositif de contrôle.

Zhaga planche à présent sur la prochaine édition de son livre où il sera question d’adapter cette architecture à d’autres formats que les têtes de cobra. Par exemple, l’éclairage traditionnel fait intégralement partie de l’éclairage public et gagne même en popularité, mais il présente des défis pour l’architecture à deux nœuds.

TE Connectivity offre des solutions pour les platesformes d’interconnexion pour éclairage public Zhaga et ANSI. Pour l’interface Zhaga, TE Connectivity propose la gamme de produits LUMAWISE Endurance S. Ce système se compose d’un connecteur à monter sur le luminaire, comme illustré à gauche de l’image ci-dessous (figure 2).

TE Connectivity a déjà commercialisé la deuxième génération de ce produit qui se dote à présent d’une entrée à double fil, d’un joint amélioré pour certaines configurations de montage et d’une rondelle de blocage unique pour un trou de montage simple sans particularité. L’entrée à deux fils est conçue spécifiquement pour l’architecture à deux nœuds et autorise une connexion en guirlande pour créer le bus D4i et le rail 24 V_CC. Ce connecteur est destiné aux applications Zhaga qui utilisent le protocole D4i. Lorsque les utilisateurs disposent d’une application différente ou d’un protocole de communication propriétaire, TE Connectivity propose une version adaptée (afin de ne pas compromettre l’architecture Zhaga et d’en pérenniser l’interopérabilité). TE Connectivity fournit également un capuchon d’étanchéité, des bases et des dômes de différentes tailles.

Pour l’interface ANSI, on se dirigera plutôt vers la gamme LUMAWISE Endurance N ou des connecteurs de gradation (figure 3).

TE Connectivity propose des connecteurs de gradation standard à cinq ou sept pôles ainsi que des versions rotatives pour les photocellules orientées vers le nord. Il existe même une version installable sans outil qui connaît un franc succès sur le marché nord-américain. Afin de compléter sa gamme de produits, l’entreprise propose également depuis peu l’interface originale C136.10 à 3 pôles. Enfin, TE Connectivity produit aussi des bases et des couvercles de différentes tailles et couleurs, ainsi qu’une gamme de capuchons de court-circuit (avec et sans protection contre les surtensions) et des capuchons de circuit ouvert.

Conclusion

Une nouvelle ère s’annonce enfin pour l’éclairage public grâce à des avancées technologiques plus importantes au cours de ces dix dernières années qu’elles ne l’ont été durant les six décennies précédentes. Il reste à espérer que ce soit la plateforme de lancement ou du moins le coup d’étrier dont avait besoin la ville intelligente pour enfin se développer.

À propos de l’auteur

Jonathan Catchpole travaille au sein du groupe industriel TE Connectivity. En sa qualité d’architecte système, il est en contact direct avec les clients et s’attache à comprendre leurs applications, leurs produits et leur technologie. Fort de sa connaissance des tendances du marché, Jonathan adapte les feuilles de route de l’industrie afin d’optimiser l’accompagnement des clients. Depuis 5 ans, son principal centre d’intérêt est l’éclairage et plus particulièrement l’éclairage public. Au cours de ses 23 années de carrière chez TE Connectivity, Jonathan a principalement occupé des postes de direction en ingénierie. Il a notamment dirigé des équipes chargées de développer des produits pour les industries (rail, énergies renouvelables, entraînements et commandes, pompes et éclairage). Jonathan est ceinture noire en lean design et titulaire d’un diplôme de spécialisation en génie mécanique et de fabrication de l’Université de Brighton (Royaume-Uni).