Contexte du projet et description
de la technologie

L'éclairage de scène consomme beaucoup d'énergie électrique, dont une grande partie est dégagée sous forme de chaleur. La firme Theatrixx de Montréal a pressenti Hydro-Québec dans le cadre du projet IDÉE en vue de faire la démonstration, au Club Soda de Montréal, d'une nouvelle technologie dans ce domaine, soit l'éclairage à diodes électroluminescentes (DEL) couleur.

La technologie conventionnelle consiste en un projecteur doté d'une lampe à incandescence d’une puissance pouvant varier de 500 à 2000 watts selon le luminaire sélectionné. Si on prend un luminaire type généralement utilisé (ETS Source 4), il produit 7 824 lumens de lumière blanche pour une consommation de 750 watts, soit une efficacité lumineuse de 10,43 lumens par watt. Pour réaliser un éclairage de couleur, on place un filtre de polycarbonate ou de polyester communément appelé gélatine, devant le faisceau du projecteur qui filtre les longueurs d'onde non souhaitables. Selon la compagnie Rosco, qui fabrique des filtres, la lumière transmise par le filtre rose #342, par exemple, représente 16 % de la lumière totale produite par le projecteur. C'est donc dire qu'un projecteur à incandescence doté d'un tel filtre fournit approximativement 7 824 lumens x 0,16 = 1 252 lumens de lumière rose et donc qu'il a une efficacité de 1,67 lumens par watt (1252 lumens / 750 watts). Enfin, pour chaque couleur que l'on souhaite utiliser, on doit faire appel à un projecteur distinct doté du filtre correspondant.

La technologie à DEL fonctionne sur un autre principe, en produisant la couleur souhaitée directement ou par agencement de couleurs de base. Les projecteurs de la série Selador, par exemple, font appel à un jeu de sept couleurs de base. De plus, ces projecteurs ne consomment que 140 watts, ce qui représente d'importantes économies d'énergie, et ils dégagent moins de chaleur sur le plateau de spectacle.

Objectifs du projet

1. Valider que la technologie à DEL convient à ce genre d'utilisation et qu'elle répond aux exigences des éclairagistes en vue d'en faciliter l'intégration.
2. Démontrer l'efficacité énergétique de la technologie afin d'en faciliter la diffusion.
3. Acquérir 16 projecteurs Selador modèle X7tra 11 et faire former, par la société Theatrixx les éclairagistes du Club Soda.
4. Évaluer les économies d'énergie et comparer les données photométrique propres aux deux technologies avec l'aide du Laboratoire des technologies de l'énergie.

Protocole d'évaluation déployé sur le site de démonstration

Les éclairagistes ont installé et utilisé les appareils à DEL pour environ 80 spectacles d'artistes de tous les genres (humoristes, musique rock, etc.). On a mesuré la consommation totale de l'éclairage pendant chacun des spectacles. Il est à noter que l'éclairage de scène comprenait à la fois des luminaires à incandescence et des luminaires à DEL, car les techniciens craignaient de ne pas être en mesure de produire les effets souhaités. Or, ceux-ci ont été étonnés de constater qu'un seul des luminaires à DEL pouvait produire une multitude de couleurs. Le projet a fait appel au luminaire à DEL modèle X7tra 11, dont les caractéristiques sont présentées au tableau 1. Il comporte un total de 38 DEL de sept couleurs primaires. La couleur blanche est obtenue en combinant simultanément ces sept couleurs primaires. L'appareil est commandé au moyen du protocole de communication DMX512. Celui-ci permet de faire passer dans un seul câble 512 canaux d'information comportant chacun 256 niveaux (0 correspondant à une intensité de 0 % et 255, à 100 %). On peut se représenter un canal comme étant un gradateur possédant 256 niveaux. Puisque sept couleurs sont disponibles dans le luminaire à DEL, celui ci peut produire plus de 16 millions de teintes ou couleurs différentes sans recourir à des gélatines de couleur. (256 x 256 x 256 en RBG ou 256 à la puissance 7 avec les luminaires Selador.

Tableau 1 : Caractéristiques du luminaire à DEL à sept couleurs primaires alimenté en courant alternatif

Couleur primaire		Nombre de DEL	Lumens (total)	Watts	Lumens/watt
	Blanc	38	2 525	140	18,0
1	Rouge	4	360	15	24,6
2	Rouge-orange	4	480	15	32,9
3	Ambre	12	840	45	18,5
4	Vert	6	600	22	27,4
5	Cyan	3	300	11	27,4
6	Bleu	6	210	22	9,6
7	Indigo	3	48	11	4,4

Résultats

Synthèse
Le tableau 2 compare l'efficacité lumineuse en lumens/watt des différentes technologies. Pour la couleur blanche, l'efficacité lumineuse s'avère plus élevée avec la technologie conventionnelle, tandis que pour les autres couleurs, la technologie DEL possède nettement l'avantage.

Tableau 2 : Comparaison de la technologie à DEL et de la technologie conventionnelle à incandescence

Type de source	Couleur	Lumens	Transmission	Lumens/watt
Incandescente (750 watts) DEL (140 watts)	Blanc Blanc	7 824 2 525	100 % s. o.	10,43 18,04
Incandescente (750 watts) DEL (140 watts)	Bleu Bleu	313 210	4 % s. o.	0,42 9,5
Incandescente (750 watts) DEL (140 watts)	Vert Vert	548 600	7 % s. o.	0,73 27,3
Incandescente (750 watts) DEL (140 watts)	Rouge-orange Rouge-orange	548 480	14 % s. o.	0,73 21,8

Figure 1 : Comparaison de l’efficacité lumineuse des deux technologies

Autres observations :

• En moyenne, de 10 à 15 luminaires sont allumés en tout temps pendant un spectacle. À raison de 750 watts par luminaire à incandescence, cela représente une puissance totale de 11,25 kW (15 x 750 watts).
• Pour une durée de fonctionnement de 6 heures par jour de spectacle, la consommation quotidienne est de 67,8 kWh (11,25 kW x 6 h).
• Selon l'hypothèse d'un prix de l'électricité de 8,5 ¢/kWh, le coût par jour de spectacle est d'environ six dollars (67,8 kWh x 0,085 $/kWh).

Conclusion et mises en garde

• Un facteur dont il faut tenir compte dans toute comparaison de la technologie DEL à la technologie classique est la durée de vie. Un luminaire à DEL du type utilisé dans le cadre du projet a une durée de vie de 50 000 heures. La durée de vie d'une ampoule à incandescence de 750 watts est de l'ordre de 300 heures et son coût est de 30 $. Quant aux gélatines utilisées pour obtenir la couleur désirée, elles durent 60 heures et coûtent 1,25 $ chacune.
• Une année compte environ 200 jours de spectacle, ce qui correspond à 1200 heures de spectacle par année (200 jours x 6 h/jour).
• La technologie DEL permet ainsi de réduire les frais d'entretien liés au remplacement des ampoules et des gélatines, comme le démontre le tableau 3.

Tableau 3 : Comparaison des frais d'entretien

	Incandescence	DEL
Puissance (watts) Heures d'utilisation par année Coût du luminaire (dollars) Ampoules Nombre d'ampoules Coût annuel des ampoules (dollars) Coût annuel de remplacement des ampoules (dollars)	750 1 200 275 4 120 40	140 1 200 2 300 – – –
Coût total des ampoules (dollars) Gélatines Nombre des gélatines Coût annuel des gélatines (dollars) Coût annuel de remplacement des gélatines (dollars)	160 20 25 –	– – – –
Coût total des gélatines (dollars)	25	–
Coût total (dollars) (gélatines + ampoules)	185 $	–

• Si l'on tient compte de la chaleur dégagée par les appareils et du coût de climatisation qui y est associé, la technologie DEL permet d'économiser 80 $ annuellement (tableau 4).

Tableau 4 : Comparaison des frais annuels d'électricité par luminaire

	Incandescence	DEL
Consommation des luminaires (kWh) Consommation de la climatisation (kWh) Consommation totale annuelle (kWh)	900 257 1 157	168 48 216
Coût total (dollars) (électricité à 8,5 ¢/kWh)	98	18

• La technologie DEL permet des économies plus importantes en ce qui concerne le remplacement des gélatines et des lampes et l'entretien en général qu'en matière d'efficacité énergétique. La période de récupération des sommes investies dans la technologie DEL (tableau 5) est de l'ordre de 8 ans (2 300 $ – 275 $)/(283 $ – 18 $) si l'on tient compte de l'ensemble des facteurs. La rentabilité est plus difficile à justifier si l'on se base strictement sur l'économie d'énergie.

Tableau 5 : Rentabilité de l'éclairage à DEL

	Incandescence	DEL
Coût du luminaire (dollars)	275	2 300
Coût annuel total pour l'énergie et l'entretien (dollars)	283	18
Période de récupération de l'investissement	8 ans

• Les systèmes d'éclairage de scène à DEL ne remplaceront pas tous les luminaires traditionnels ; selon les éclairagistes du Club Soda, le taux de substitution devrait se situer autour de 50 %.
• Cette nouvelle technologie permet de créer des effets lumineux qu'il était impossible de produire avec la technologie traditionnelle à incandescence.
• Les éclairagistes du Club Soda considèrent que cette technologie a atteint la maturité et ils affirment qu'ils n'hésiteraient pas à la proposer à leurs collègues.
• Les objectifs de ce projet ont été atteints dans la mesure où l'on a fait la démonstration que la technologie à DEL est plus efficace et qu'elle peut être acceptée par le milieu.

Retombées pour Hydro-Québec

• Économies d'énergie.
• Démonstration de la popularité croissante des appareils à DEL dans tous les marchés de l'éclairage.
• Démonstration de l'implication d'Hydro-Québec dans le monde du spectacle en ce qui concerne non seulement l'énergie, mais également les effets bénéfiques de l'intégration de nouvelles technologies.

Note importante : La technologie DEL étant en évolution fulgurante, le coût des équipements baisse continuellement, ce qui raccourcit la période de récupération de l'investissement.

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