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Éclairage public solaire vs éclairage public alimenté par le réseau : une analyse complète du coût total de possession pour les achats municipaux
Introduction
Les budgets d'éclairage municipal sont soumis à une forte pression. Avec l'expansion des villes vers les zones périurbaines et rurales, les responsables des achats sont de plus en plus confrontés à un choix binaire : étendre le réseau électrique ou déployer l'énergie solaire. Un mauvais choix peut entraîner des dépassements de coûts supérieurs à 40 % de l'estimation initiale sur une durée de vie de 15 ans. Cet article propose un cadre structuré d'analyse du coût total de possession (CTP) – couvrant les dépenses d'investissement, les coûts d'exploitation, la maintenance et le calcul du délai de récupération – afin d'aider les ingénieurs et les responsables des achats à prendre une décision éclairée et étayée par des données avant la finalisation des spécifications.
Le contexte de décision : pourquoi le coût total de possession (TCO) est plus important que le prix affiché
L’extension du réseau et l’éclairage public solaire présentent des différences notables sur un bon de commande. Un lampadaire LED raccordé au réseau peut coûter entre 150 et 400 dollars l’unité ; un lampadaire solaire tout-en-un comparable peut coûter entre 350 et 900 dollars l’unité, selon la capacité de la batterie, la puissance des panneaux et le système de contrôle. Dans un budget détaillé, l’option solaire apparaît souvent plus onéreuse.
Toutefois, les comparaisons de prix unitaires sont structurellement trompeuses pour les infrastructures. L’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) souligne dans son rapport « Coûts de production d’énergie renouvelable 2023 » que les coûts d’investissement initiaux ne représentent qu’une fraction des dépenses totales du cycle de vie des systèmes énergétiques hors réseau ; les coûts d’exploitation et de financement prédominent souvent sur un horizon de 10 à 20 ans.
Les véritables variables de décision sont :
- Distance du point de raccordement au réseau le plus proche — Les coûts liés au génie civil et aux câbles augmentent de façon non linéaire au-delà de 500 mètres
- Évolution des tarifs locaux de l'électricité — Les Perspectives énergétiques mondiales 2023 de l'AIE prévoient une volatilité persistante des prix de l'électricité commerciale en Asie du Sud-Est, en Afrique subsaharienne et en Amérique latine
- Accès à la maintenance et coût de la main-d'œuvre — Pour les axes routiers situés dans des zones à faible densité ou isolées, les interventions correctives par incident peuvent coûter 3 à 8 fois plus cher que dans les centres urbains (Banque mondiale ESMAP, Rapport sur les tendances du marché solaire hors réseau, 2022)
- Structure de financement du projet — Les projets financés par des subventions peuvent pondérer les dépenses d'investissement différemment de ceux financés par des obligations municipales.
Une analyse TCO appropriée normalise ces variables sur une période commune, généralement de 15 ans, en accord avec les hypothèses de durée de vie nominale des LED et des batteries LiFePO₄.
Comparaison des CAPEX : Éclairage public solaire vs. Éclairage public raccordé au réseau
Éclairage public raccordé au réseau : éléments du budget d’investissement
Le prix du luminaire ne représente qu'une seule ligne. Une installation complète alimentée par le réseau comprend généralement :
- Tranchées et conduits : 15 à 60 $ par mètre linéaire selon l'état du sol et le type de revêtement routier
- Câble MT/BT : 8 à 25 $ le mètre pour un câble blindé à 4 conducteurs (prix du marché, 2023-2024)
- Transformateur et armoire de distribution : 3 000 $ à 12 000 $ par zone d’alimentation (amorti sur les poteaux)
- Poteau et fondation : 200 $ à 600 $ par point selon la hauteur et la classe de charge du vent
- Luminaire (LED): 150 à 400 $ par unité, 70 à 150 W typiques pour les routes principales
Pour un corridor routier d'un kilomètre avec des poteaux espacés de 35 mètres (environ 29 poteaux), les dépenses d'investissement liées à l'infrastructure du réseau, hors luminaires, varient généralement de 18 000 $ à 55 000 $ en fonction de la distance de la tranchée et des coûts de génie civil locaux. Ce chiffre n'apparaît pas dans le coût unitaire de l'équipement, mais il est entièrement imputable au projet.</p>
Éclairage public solaire : Structure CAPEX groupée
Un lampadaire solaire tout-en-un intègre le panneau solaire, la batterie, le contrôleur et le luminaire dans un seul ensemble monté sur un poteau. Les coûts d'installation par unité varient généralement :
- Modèle d'entrée de gamme (puissance équivalente à 60–80 W, autonomie de 1 à 2 nuits) : 400 $ à 650 $ installé
- Moyen de gamme (équivalent 80–120 W, LiFePO₄, autonomie de 3 nuits) : 700 $ à 1 100 $ installé
- Spécifications élevées (équivalent à plus de 120 W, autonomie de 5 nuits, variation d'intensité intelligente) : 1 100 $ à 1 800 $ installé
De manière cruciale, Aucun coût d'infrastructure de réseau n'est encouruLes coûts des fondations et des poteaux sont similaires à ceux des systèmes raccordés au réseau. Le seuil de rentabilité des investissements (CAPEX) auquel le coût total d'installation d'un système solaire équivaut au coût total d'installation d'un système raccordé au réseau (installation + infrastructure) est généralement atteint lorsque la distance d'extension du réseau dépasse 200 à 400 mètres par poteau, en fonction des taux civils locaux.
OPEX et maintenance : où les chiffres divergent au fil du temps
Coût de l'énergie : Systèmes alimentés par le réseau
Les lampadaires raccordés au réseau consomment de l'électricité en continu, facturée aux tarifs d'éclairage commercial ou public. Exemple avec un luminaire de 100 W fonctionnant 11 heures par nuit (4 015 heures/an) :
Consommation énergétique annuelle par point: 100 W × 4 015 h = 401,5 kWh/an
À un tarif commercial de 0,10 $/kWh (représentatif des marchés à tarifs plus bas en Asie du Sud-Est et dans certaines régions d'Afrique), cela équivaut à 40,15 $/unité/anÀ 0,15 $/kWh (Europe de l'Est, Amérique latine), ce chiffre passe à 60,23 $/unité/an.
Sur 15 ans, avec une augmentation tarifaire annuelle modeste de 3 %, le coût énergétique cumulé par luminaire se situe à partir d'environ 740 $ à 1 120 $, selon le niveau tarifaire.
Coût énergétique : Éclairage public solaire
Les lampadaires solaires produisent leur propre énergie. Le coût énergétique est pratiquement nul, sous réserve d'un ensoleillement suffisant. Les données du programme POWER de la NASA confirment que la plupart des régions tropicales et subtropicales (entre 15°N et 35°N de latitude, notamment l'Afrique du Nord, l'Asie du Sud et du Sud-Est et l'Amérique centrale) reçoivent un ensoleillement suffisant.4,5–6,5 heures d'ensoleillement maximal (PSH) par jour en moyenne annuelle, ce qui est suffisant pour assurer un éclairage nocturne complet avec des systèmes de batteries de taille appropriée.
Les dépenses d'exploitation pertinentes pour les systèmes solaires sont remplacement de la batterie, qui représente le poste de dépense récurrent le plus important.
Coût de remplacement de la batterie
Les batteries LiFePO₄ (lithium fer phosphate), devenues la norme pour l'éclairage public solaire, sont conçues pour 2 000 à 3 000 cycles à 80 % de profondeur de décharge (DoD) dans des conditions contrôlées, ce qui correspond à une durée de vie d'environ 6 à 8 ans en conditions de cyclage typiques (référence IEEE : Analyse du cycle de vie des cellules LiFePO₄ pour les applications de stockage stationnaire, diverses études de 2019 à 2022). Cela implique un cycle de remplacement de la batterie sur un horizon temporel standard de 15 ans.
Le coût de remplacement d'une batterie se situe généralement entre 80 et 200 dollars par unité (prix de revient), plus la main-d'œuvre. En milieu urbain, le coût total de remplacement peut atteindre 120 à 280 dollars par unité. Dans les zones reculées où les coûts de déplacement sont élevés, ce chiffre peut grimper jusqu'à 350 à 500 dollars par unité.
Maintenance et intervention en cas de panne
Les systèmes raccordés au réseau nécessitent un diagnostic des pannes électriques impliquant à la fois le luminaire et le circuit d'alimentation en amont. En cas de défaut de câble, de déclenchement de disjoncteur ou de problème de transformateur, les délais et les coûts de réparation sont nettement supérieurs à ceux des unités solaires autonomes.
Exemples de référence des coûts de maintenance corrective (Banque mondiale ESMAP, 2022) :
| Événement de maintenance | Système de grille (par événement) | Système solaire (par événement) |
|---|---|---|
| Remplacement de la lampe/du pilote | $30–$80 | $30–$80 |
| Réparation de câbles défectueux | 200 $–1 500 $+ | N/A |
| Défaut du contrôleur/capteur | 50 $–150 $ | 40 $ à 120 $ |
| Remplacement de la batterie | N/A | 120 $–500 $ |
| Inspection annuelle par poteau | 15 $ à 40 $ | 10 $ à 30 $ |
Les systèmes solaires éliminent totalement le risque de défaut des câbles et simplifient la localisation des pannes jusqu'au niveau de chaque poteau.
Calcul du délai de récupération et du coût total de possession sur 15 ans
Exemple de calcul structuré du TCO
L’exemple suivant utilise des hypothèses publiquement défendables pour illustrer la méthodologie du coût total de possession (CTP). Les équipes d’approvisionnement doivent remplacer chaque variable par ses valeurs locales.
Scénario: Projet d'éclairage routier de 50 poteaux, sur un corridor de 2 km, à 400 m du point de raccordement au réseau. Localisation : région tropicale, moyenne de 5,2 PSH/jour (NASA POWER, représentative de l'Asie du Sud-Est péninsulaire). Tarif local de l'électricité : 0,12 $/kWh, avec une augmentation de 3 % par an. Coût de mobilisation de la main-d'œuvre : modéré (route goudronnée accessible).
Les hypothèses sont explicitement énoncées ; les valeurs réelles du projet varieront.
Option de raccordement au réseau – Coût total de possession (CTP) de 15 ans (50 poteaux)
| Article de coût | Coût unitaire | Total (50 pôles) |
|---|---|---|
| Luminaire (LED 100 W) | 280 $ | 14 000 $ |
| Poteau + fondation | 400 $ | 20 000 $ |
| Tranchées (400 m à 30 $/m) | — | 12 000 $ |
| Câble (400 m à 15 $/m) | — | 6 000 $ |
| Armoire de distribution (amortie) | 200 $ par champ | 10 000 $ |
| Sous-total CAPEX | 62 000 $ | |
| Énergie (15 ans, augmentation de 3 %, 0,12 $/kWh) | ~860 $/champ | 43 000 $ |
| Entretien programmé (15 ans) | 400 $ par champ | 20 000 $ |
| Estimation des travaux de maintenance corrective | 250 $/champ | 12 500 $ |
| Sous-total des dépenses d'exploitation (15 ans) | 75 500 $ | |
| Coût total de possession sur 15 ans | 137 500 $ | |
| Coût total par pôle | 2 750 $ |
Option d'éclairage public solaire – Coût total de possession de 15 ans (50 poteaux)
| Article de coût | Coût unitaire | Total (50 pôles) |
|---|---|---|
| Unité solaire tout-en-un (milieu de gamme, LiFePO₄) | 850 $ | 42 500 $ |
| Poteau + fondation | 380 $ | 19 000 $ |
| Main-d'œuvre d'installation | 120 $/champ | 6 000 $ |
| Sous-total CAPEX | 67 500 $ | |
| Coût de l'énergie | 0$ | 0$ |
| Remplacement de la batterie (année 7, estimation) | 220 $/champ | 11 000 $ |
| Entretien programmé (15 ans) | 280 $/champ | 14 000 $ |
| Estimation des travaux de maintenance corrective | 150 $/champ | 7 500 $ |
| Sous-total des dépenses d'exploitation (15 ans) | 32 500 $ | |
| Coût total de possession sur 15 ans | 100 000 $ | |
| Coût total par pôle | 2 000 $ |
Résultat :Dans ces conditions, l'option solaire offre unCoût total de possession (TCO) inférieur de 27 % sur 15 ans (100 000 $ contre 137 500 $) malgré un prix d'achat unitaire plus élevé. Le retour sur investissement simple de la prime CAPEX par rapport aux économies sur les dépenses d'exploitation du réseau se produit à environ année 5–6.
Lorsque la distance de raccordement au réseau descend en dessous de 100 mètres et que les tarifs locaux de l'électricité sont inférieurs à 0,08 $/kWh, l'option de raccordement au réseau peut conserver un avantage en termes de coût global. Les ingénieurs devraient modéliser les deux scénarios avec des données locales avant de finaliser les spécifications.
Aide à la décision : Cadre comparatif et liste de contrôle des achats
Comparaison directe : Éclairage public solaire vs éclairage public sur réseau électrique
| Dimension d'évaluation | LED connectée au réseau | Lampadaire solaire (LiFePO₄) |
|---|---|---|
| Coût initial (équipement uniquement) | Inférieur | Plus haut |
| Investissements en infrastructures | Haut (tranchées, câbles, transformateurs) | Minimaliste |
| Coût énergétique annuel | 40 à 120 $/poteau/an | Efficacement nul |
| Dépendance à la grille | Complet | Non |
| Cycle de remplacement de la batterie | N/A | Tous les 6 à 8 ans (LiFePO₄) |
| Isolation des défauts | Niveau circuit (complexe) | Niveau des pôles (simple) |
| Convient aux zones isolées/hors réseau | Non viable au-delà de ~500 m | Bien adapté |
| Convient aux zones urbaines à forte densité | Rentable | Le coût dépend du tarif |
| Compatibilité avec les commandes intelligentes | Oui (DALI, Zhaga) | Oui (détecteur de mouvement PIR intégré, variateur) |
| Références normatives applicables | EN 13201, IEC 60598 | CEI 62133, CEI 61427 |
| Retour sur investissement typique d'un projet par rapport à la situation de référence | — | 4 à 8 ans (variable selon le scénario) |
| Coût total de possession (TCO) sur 15 ans (scénario représentatif) | Plus élevé dans les couloirs à faible densité | Plus faible dans les environnements hors réseau ou isolés |
Liste de contrôle pour l'évaluation de l'éclairage public solaire
Avant de s'engager dans l'achat de lampadaires solaires dans le cadre d'un appel d'offres public, les responsables des achats doivent vérifier :
- Adéquation des ressources solaires : Les données NASA POWER ou PVGIS ont-elles été utilisées pour confirmer la moyenne annuelle minimale de 4,0 PSH/jour pour le site du projet ?
- Jours d'autonomie spécifiés : La spécification exige-t-elle une autonomie minimale de 2 à 3 jours consécutifs par temps nuageux avec une capacité de batterie de 50 % ?
- Composition chimique de la batterie confirmée :La chimie LiFePO₄ est-elle explicitement spécifiée ? (Évitez les batteries au plomb-acide ou au lithium NMC pour les applications cyclistes en extérieur.)
- Garantie de durée de vie de la batterie :Le fournisseur garantit-il au moins 2 000 cycles avec une rétention de capacité d'au moins 80 % ? Cette garantie est-elle documentée dans l'offre ?
- Évaluations IP et IK vérifiées : Le luminaire et son boîtier de batterie sont-ils conformes aux normes minimales IP65 et IK08 selon les normes IEC 60529 et EN 62262 ?
- Efficacité du conducteur : Le rendement du pilote LED est-il ≥ 92 % à charge nominale, avec un facteur de puissance ≥ 0,95 ?
- Maintien du lumen : La spécification exige-t-elle une durée de vie L70 ≥ 50 000 heures selon les données IES LM-80 ?
- Logique de gradation intelligente définie : Le programme de variation d'intensité lumineuse (par exemple, 100 % de 18 h à 23 h, 50 % de 23 h à 5 h) est-il spécifié dans le contrat ?</p>
- Conditions de garantie : Les garanties du panneau (≥ 10 ans), de la batterie (≥ 5 ans) et du luminaire (≥ 5 ans) sont-elles indiquées séparément ?
- Modèle TCO soumis :Le soumissionnaire est-il tenu de présenter un modèle de coût du cycle de vie sur 15 ans dans le cadre de sa proposition technique ?
Conclusion
Lorsqu'un projet concerne des axes routiers situés à plus de 300 à 500 mètres d'un point de raccordement au réseau électrique existant, ou lorsque les tarifs locaux de l'électricité dépassent 0,10 $/kWh et sont en constante augmentation, l'éclairage public solaire offre généralement un coût total de possession sur 15 ans inférieur à celui des solutions raccordées au réseau, même en tenant compte du remplacement des batteries. Le surcoût lié aux investissements initiaux des systèmes solaires est généralement amorti en 5 à 8 ans grâce aux économies réalisées sur les coûts énergétiques et d'infrastructure.
Pour les projets urbains à forte densité disposant déjà d'une infrastructure de réseau électrique, l'analyse est différente : les systèmes connectés au réseau peuvent conserver un avantage en termes de coûts, et la décision devrait être guidée par un modèle de coût total de possession (CTP) adapté au site plutôt que par des règles empiriques générales. Le cadre présenté ici fournit une méthodologie reproductible que les responsables des achats peuvent adapter aux conditions locales.
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Références
- IRENA · Coûts de production d'énergie renouvelable en 2023 · 2024 · queen.org
- AIE · Perspectives énergétiques mondiales 2023 · 2023 · iea.org
- Banque mondiale ESMAP ·Rapport sur les tendances du marché solaire hors réseau 2022 · 2022 ·esmap.org
- LA PUISSANCE DE LA NASA · Outil d'accès aux données climatologiques (rayonnement solaire de surface, PSH par emplacement) · power.larc.nasa.gov
- PVGIS · Centre commun de recherche de la Commission européenne, Système d'information géographique photovoltaïque · re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools
- Orientation de référence IEEE / Académique Analyse de la durée de vie des batteries LiFePO₄ pour les applications stationnaires et extérieures · Études multiples, 2019-2022 (Google Scholar : « LiFePO4 cycle life outdoor storage »)
- CEI 62133 · Exigences de sécurité pour les piles et batteries secondaires étanches portables · Commission électrotechnique internationale
- CEI 61427 · Piles secondaires et batteries pour systèmes d'énergie photovoltaïque · Commission électrotechnique internationale
- EN 13201 · Norme d'éclairage routier · Comité européen de normalisation
- CEI 60598 / CEI 60529 · Construction des luminaires et classification IP · Commission électrotechnique internationale