Les Led dans le balisage des côtes.

Les premières grandes innovations dans le domaine de l'éclairage ont été réalisées par Augustin Fresnel (1788 -1827). Je citerai les lentilles à échelons, les combustibles et les cuves à mercure.
L'évolution suivante a été l'arrivée de l'électricité dans le balisage. Les premiers essais ont été fait en Grande Bretagne en 1859 au phare de South Foreland (Douvre). Intéressé par ce nouvel éclairage, Leonce Reynaud (1803-1880) électrifie le premier phare français en 1863 (phare de la Hève). D'autres phares seront électrifiés par la suite mais le problème réside dans la difficulté au raccordement sur le réseau de distribution.
Mais l'arrivée de l'électricité a facilité l'automatisation. Celle ci a débutée en 1936 et le dernier phare a été automatisé en 2012. Ce qui a entraîné la disparition des gardiens. Le but de cette évolution a ainsi été atteint, la diminution des frais d'exploitation.

Les gestionnaires et responsables du balisage souhaitent encore réduire les frais de gestion, ils se sont tournés vers les modèles de lampes, grandes consommatrices d'électricité. Ils ont utilisés des lampes halogènes. Actuellement, l'évolution en cours est le remplacement de ces lampes par des Led.

Je me propose de montrer ce qui se fait, dans ce domaine, aux Etats Unis et en France.

Les Led.

La première lampe Led est créée en 1962. Il s'agit d'une émission de lumière provoquée par le passage d'un courant dans un semi-conducteur (phénomène découvert en 1907). Les couleurs obtenues sont le rouge, le vert et le jaune. Les applications se trouventalors dans les voyants de nombreux équipements.
Après de nombreuses recherches et l'utilisation d'autres composants pour la confection des semi-conducteurs, la Led bleue est créée dans les années 1990. La voie est ouverte à la Led blanche. Cette Led va permettre des avancées dans de nombreuses applications comme les écrans TV et l'éclairage.

Les points forts de ce type de lampe sont l'alimentation en très basse tension, la faible consommation, pas de dégagement de chaleur et une très grande durée de vie (jusque 50 000 heures).
L'intensité lumineuse d'une Led est faible et sa puissance est inférieure à 1W.
Au début des années 2000, des Led de fortes puissances ont vu le jour (>2 W). Ces Led ont un rendement exceptionnel. Par exemple 130 lumens/watt (*)  contre 15 lumens/watt pour une lampe à filament de tungstène de 60 W. Elles seront placées sur de petits radiateurs.
(*) Le lumen (lm) est l'unité de puissance lumineuse et l' intensité lumineuse est le Candela (cd).

Les réalisations aux Etats Unis.

Aux Etats Unis, l'évolution s'est faite en deux étapes.
La première étape a commencé au début des années 60 pour s'intensifier dans les années 1970 et 1980. Il s'agissait d'automatiser les phares.
La seconde évolution a été de remplacer le système placé précédemment par un système à Led.
Lors de la première étape, le service technique des U.S. Coast Guard a opté pour une transformation radicale des optiques.
Ils ont supprimé les lentilles et tout le système de rotation et ils ont installé un modèle industriel, par exemple le VRB 25 (fabriqué par Vega). Ce système compact et rotatif est équipé d'une lentille de Fresnel en acrylique. Il a été surnommé "plastic lens" par les américains.
Cette lentille peut avoir de 6 à 8 faces, colorées ou obstruées, ce qui permet de générer le caractère de chaque feu.
Il permet une portée de 15 à 22 miles avec une lampe halogène de maximum 100 W.

Les avantages de ce système sont :

- Alimentation basse tension et utilisation possible avec des panneaux solaires.
- Lentilles de différentes couleurs ( blanche, rouge et verte).
- Vitesse de rotation réglable.
- Il peut être équipé d'un échangeur de lampes pouvant en contenir 6.
- Tout en un et facile à automatiser.
- Plus de maintenance des optiques ni du système de rotation.
- La durée de vie des lentilles est de 5 à 7 ans, du moteur d'entraînement et des lampes (avec changeur) de 20 ans.

Wood End Lighthouse, Cape Cod (MA)

Boon Island Lighthouse (ME)

C'est en 2008 que la seconde étape a débuté.
Le phare de White Island (New Hampshire) a été équipé par un système à Led, le VLB 44.
Celui ci remplace le VRB 25 en offrant les mêmes avantages, les Led en plus.
Ce modèle est un feu à Led rythmé plus de rotation de l'optique) et une lentille en acrylique est utilisée pour optimiser la lumière émise.


En fonction de la couleur et de la puissance demandées, on obtient jusque 1800 Candela/couche.
Les avantages de ce système sont :

- Alimentation basse tension de 12V avec une consommation de 10 W par couche.
- Prévu pour panneaux solaires.
- Lentilles de différentes couleurs ( blanche, rouge, verte et jaune).
- Une à 8 couches de Led pour une portée maximum 14 miles.
- Le caractère d'identification du phare est programmable.
- La durée de vie est d'environ 10 ans et ne demande aucune maintenance.

Sabik LED 350 à Passage Island light station, Isle Royale in Lake Superior.

Goat Island, ME près de Cape Porpoise Harbor.

La société Tideland a mis au point un modèle de Led qui ne demande pas la suppression des lentilles. Il s'agit du modèle MaxiHalo-60 II LED.

Ce montage de Leds éclaire à 360° et peut être monté dans un système à lentilles de Fesnel.

Il est utilisé par la Société Artworks Florida lorsque la réplique fabriquée doit être utilisée dans un phare en activité.
Le travail de la Société Artworks Florida est décrite dans une page spécifique.

Le développement des leds pour la navigation est en pleine expansion. Voici quelques exemples.

Sabik Marine, cette Led SLU_36 permet de remplacer les lampes sans enlever l'optique de Fresnel.

Sabik Marine, cette Led VLB_92 remplace l'optique de Fresnel, portée de 13 milles à 22 milles.

Sabik Marine, ce système VLS_46 sert de guidage avec un faisceau très étroit.

Les réalisations en France.

Les nouveaux systèmes à LED sont réalisés par le CEREMA (Centre d'étude et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement - ex Cetmef) et EVOSENS (Evolutive Sensor).
Le tableau ci dessous montre l'efficacité des différentes lampes utilisées depuis l'électrification des phares. On compare la lampe à incandescence du début aux lampes au sodium qui sont les plus récentes.
Ce que le tableau ne montre pas, c'est que la consommation des Led a été divisée par 3 comparée aux halogènes.

Les informations reçues montrent qu'il y a 3 modèles de Led utilisés dans le balisage en France. La société Vega est présente en France mais pas encore utilisée.

Le premier modèle est  fabriqué par une société finlandaise (Sabik).
Ce système modulaire est destiné à une utilisation sur des structures fixes ou flottantes.
Il peut être constitué d'une rangée de Led (photo) à trois rangées. La couleur émise est blanche, rouge, verte ou jaune.
Tout cela est fonction de l'utilisation.

Le système peut être commandé par GSM et contenir un GPS pour une localisation de la bouée .

Les avantages de ce système sont :

- une alimentation en basse tension (8 à 32 V) et une faible consommation (6 W par couche). Ce qui est indiqué pour une alimentation par panneaux solaires.
- Il peut être équipé de secteurs.
- Sa durée de vie est estimée à 10 ans et ne demande pas de service.

Ce modèle a été installé sur la balise La Plate (Raz de Sein) en 2014. On voit le système à led et les panneaux solaires.

Le second modèle est une réalisation de Evosens.
Il s'agit d'une Led de puissance entourée d'une optique secondaire. Celle ci dirige le faisceau latéralement. La photo ci dessus montre l'effet de cette optique.
Cette Led est conçue pour remplacer les lampes halogènes de 10, 20, 40 et 90 W.

Les caractéristiques de ce modèle sont :

- Il est placé dans les feux d'horizon ou de direction ayant une distance focale de maximum 0,25 m.
- Il peut également être placé dans un faisceau tournant jusqu'à une focale de 0,35 m.
- Il existe en 3 couleurs (blanche, rouge et verte).
- Pour la couleur blanche, il a une consommation de 3 à 30 W et fournit une lumière de 180 à 1420 lm.
- Le système est monté sur refroidisseur.
- Il se substitue à l'ancienne lampe.
- Sa durée de vie est de 10 ans et ne demande aucune maintenance.

Le système est opérationnel depuis 2013 et 600 exemplaires seront installés.

Utilisation sur le feu d'alignement du Petit Minou (Brest).

Le troisième modèle est également réalisé par Evosens.

Il est constitué de 8 Led de puissances positionnées sous forme d'une galette sur 360°.
Une lentille secondaire est nécessaire afin d'obtenir une source lumineuse constante sur les 360°.

Plus puissant que le précédent, il permet de remplacer les lampes halogènes de 180 et 650 W.

Les caractéristiques de ce modèle sont :

- Il est placé dans les feux d'horizon ou faisceau tournant ayant une distance focale de 0.1 m à 0,7 m.
- Il est placé dans les feux de direction ayant une distance focale de 0.1 m à 0,5 m.
- Il existe en 3 couleurs (blanche, rouge et verte).
- Alimentation de 20 à 36 V.
- Pour la couleur blanche, il a une consommation de 35 à 180 W et il fournit une lumière de 63 lm/W.
- Le système est monté sur refroidisseur avec ventilation forcée.
- La source lumineuse ne remplace pas simplement l'ancienne lampe. Elle doit être installée avec son support. Celui ci permet sa mise en focale dans l'optique.
- La durée de vie des Led utilisées est estimée à 70.000 heures. La durée de vie conseillée dans cette utilisation est de 10 ans.
- Le système ne demande aucune maintenance.

Le système est opérationnel depuis 2014 et 175 exemplaires seront installés.

Utilisation au phare de Kermorvan (Le Conquet).

Qu'en est il maintenant de l'avenir des feux tournants ? Voici les choix qui ont été faits.

Il a été décidé de conserver les sources lumineuses aux halogénures métalliques, pour des raisons économiques. Les responsables estiment que les feux tournants actuels restent les plus efficaces tant au niveau portée qu'au niveau des optiques. Ceux ci sont inaltérables, les lentilles en acrylique jaunissent.
Le prix est encore trop élevé pour remplacer le couple lampe et optique par un système industriel si on souhaite une portée supérieure à 20 miles.
Toutefois, la transformation pourrait se faire dans certains cas.

Conclusions.

L'évolution américaine a amené deux réactions.
Du point de vue de l'aide à la navigation, les systèmes utilisés ont fait leur preuve. Les utilisateurs ne s'en sont pas plains. Ils y ont vu parfois une meilleure visibilité et une plus longue portée. Ils constatent simplement que la lumière est différente.
Les buts sont aussi atteints, économies en énergie et moins de maintenance.

Du point de vue des enthousiastes de phares, ils ne sont pas du même avis.
D'abord, avec l'arrivée de l'automatisation, les bâtiments des phares ont été un peu abandonnés. Des associations se sont formées et ont racheté les bâtiments. Ceux ci ont été transformés, soit en musée, soit en "Bed and Breakfast", soit uniquement ouvert au public. L'aération des bâtiments est un grand avantage.
La lanterne, retirée et parfois restaurée, est exposée au public (*). Cela fait le bonheur de tous. Mais lorsque la montée au phare est possible, montrer une lanterne presque vide donne l'impression qu'il manque quelque chose d'important. Cela n'a plus le charme des optiques de Fresnel.
Dans certains phares, ces associations remontent l'optique dans la lanterne. Je pense que cela se fait dans des phares sont déclassés.
(*) Si l'optique n'est pas exposée près du phare, elle est envoyée au Coast Guard Museum à New London, CT.

L'approche française est bien différente. L'utilisation des Led dans les phares se fait de manière progressive. Les deux systèmes utilisés et développés par Evosens permettent de maintenir l'optique en place. Ils ont des avantages certains :

- une durée de vie plus longue, 10.000 heures contre 2.000 heures pour une lampe halogène.
- Une réduction de la consommation énergétique et une alimentation basse tension. Ceci permet l'utilisation de batteries solaires.
- L'absence de filament permet un feu qui s'éteint et s'allume plus vite. Le rythme est plus franc, donc une meilleure visibilité du caractère.
- L'absence de filtres colorés entraîne une meilleure stabilité des couleurs dans le temps.

Tout ceci donne des avantages non négligeables au niveau des coûts en matériel et en maintenance. C'est peut être là que le problème va se poser.
En effet, lors du passage du feu à pétrole à la lampe à incandescence, les gardiens ont pu réduire la fréquence du nettoyage des optiques. Ceux ci n'étant plus enfumées ni "graissées" par le brûleur. Suivant le phare, la fréquence des grands entretiens est passée de 1 ou 2 par mois à deux par an.
Depuis le retrait des gardiens, qu'en est il actuellement de la fréquence de nettoyage des optiques ?

De quoi l'avenir sera t il fait ?
Nul ne le sait. Il faudra attendre la suite des avancées technologiques.
Celle ci va entrainer la baisse des prix des systèmes à Led de puissance et l'on dépassera peut être la portée de 20 miles.

Remerciements.

La rédaction de cette page n'a pas été facile, il me semble que j'ai touché un sujet tabou, surtout du côté américain. Je remercie les personnes ci dessous.

Pour les Etats Unis :
- Arlyn Danielson, Coast Guard Curator du Coast Guard Museum.
- Terry Pepper, ‎Executive Director at Great Lakes Lighthouse Keepers Asociation. Il a un très beau site sur les phares américains.
- Jim Wolfrum, très beau site sur les phares américains et canadiens.

Ces trois contacts m'ont renseignés les personnes qui sont en charge de ce travail au sein des Coast Guard. Aucune ne m'a répondu.

Pour le France :
- Monsieur Vincent Roget de la société Gisman. Cette société représente Vega (Nouvelle-Zélande).
- Monsieur Frédéric Berier, directeur de la société Evosens.
- Monsieur Yves-Marie Blanchard, Responsable du pôle 'Equipements' CEREMA/DTecEMF.
- Monsieur Louis Cozan, ancien gardien de phare, pour ses précieuses informations et le partage de son expérience.