L'évolution dans l'éclairage et l'arrivée des leds (1).

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. Les premiers essais ont été fait en Grande Bretagne en 1859 au phare de South Forelan (Douvre). Intéressé par ce nouvel éclairage, Léonce 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 leds.

Le 10 octobre 2013, l’Organisation des Nation Unies signe la convention de Minimata. Elle demande de réduire drastiquement l’utilisation du mercure. Elle entre en vigueur le 16 août 2017. Des solutions sont, depuis, apportées dans différents pays. On pense à la cuve à bain d'huile.

Les leds.

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 trouvent alors 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 leds de fortes puissances ont vu le jour (>2 W). Ces leds 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 son intensité est le Candela (cd).

L’évolution technologique.

Les avancées technologiques sont grandes. C'est également le cas dans le domaine des phares. Cette première page montre ce qui s'est fait au début dans ce domaine.

Les réalisations 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.
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 a 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.

Le système est installé à Boon Island lighthouse. Sur la photo, on voit le changeur de lampes.

La seconde évolution a été de remplacer le système placé précédemment par un système à leds. Cette étape a débuté en 2008.
Le phare de White Island (New Hampshire) a été équipé par un système à leds, le VLB 44.
Celui-ci remplace le VRB 25 en offrant les mêmes avantages, les leds en plus.
Ce modèle est un feu à leds 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).
- Un système à 8 couches de leds 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.

Les réalisations en France.

Les premiers systèmes à leds ont été 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.

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

Voici le premier modèle réalisé par 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 ont été installés.

Utilisation au phare de Kermorvan (Le Conquet).

Le second modèle est constitué de 8 leds 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 leds 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 ont été installés.

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 lorsque 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 leds dans les phares s'est faite 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 ?

D'abord, la technologie évolue vite. Ensuite, on sait que la société Evosens a arrèté son développement de leds. Les services français se sont tournés vers un autre fabriquant. Ces sujets sont traités dans une seconde page.

Remerciements.

La rédaction d'une telle page n'est pas 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 renseigné les personnes qui sont en charge de ce travail au sein des Coast Guard. Aucune ne m'a répondu.

Pour le France :
- 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.