FACTEUR DE PUISSANCE D’UN LUMINAIRE : QUE SIGNIFIENT PF ET COS φ ?
Lorsqu’on choisit un luminaire LED, l’attention se porte généralement sur la puissance en watts, le flux lumineux, la température de couleur, l’IRC ou encore l’angle de diffusion.
Une autre caractéristique électrique mérite pourtant d’être examinée : le facteur de puissance, souvent indiqué par les lettres PF ou par le symbole λ.
Le facteur de puissance permet d’évaluer la manière dont un luminaire utilise le courant fourni par l’installation électrique. Plus sa valeur est proche de 1, plus la puissance apparente mobilisée est proche de la puissance active réellement consommée.
Ce critère devient particulièrement important lorsque plusieurs dizaines ou centaines de luminaires sont installés dans un bâtiment.
QU’EST-CE QUE LE FACTEUR DE PUISSANCE ?
Le facteur de puissance correspond au rapport entre :
la puissance active, exprimée en watts ;
la puissance apparente, exprimée en voltampères.
La formule est la suivante :
Facteur de puissance PF = puissance active P / puissance apparente S
Le facteur de puissance est une valeur sans unité comprise entre 0 et 1.
Un facteur de puissance proche de 1 indique que l’installation mobilise une puissance apparente très proche de la puissance active réellement utilisée.
À l’inverse, un facteur de puissance faible signifie qu’un courant plus important doit circuler pour fournir la même puissance active.
QUELLE DIFFÉRENCE ENTRE WATTS ET VOLTAMPÈRES ?
La puissance active en watts
La puissance active, exprimée en watts, correspond à la puissance électrique réellement absorbée et transformée par le luminaire et son alimentation.
Un luminaire annoncé à 20 W consomme approximativement 20 watts de puissance active dans ses conditions nominales de fonctionnement.
La puissance apparente en voltampères
La puissance apparente, exprimée en voltampères ou VA, représente la capacité électrique mobilisée par l’équipement.
En monophasé, elle peut être calculée avec la formule suivante :
S = U × I
avec :
S : puissance apparente en VA ;
U : tension en volts ;
I : courant efficace en ampères.
Un luminaire de 20 W ne mobilise donc pas nécessairement seulement 20 VA. La valeur dépend de son facteur de puissance.
EXEMPLE AVEC UN LUMINAIRE LED DE 20 W
Comparons deux luminaires de même puissance active, raccordés sous 230 V.
Luminaire avec un facteur de puissance de 0,95
puissance active : 20 W ;
facteur de puissance : 0,95 ;
puissance apparente : environ 21 VA ;
courant théorique : environ 0,092 A.
Luminaire avec un facteur de puissance de 0,50
puissance active : 20 W ;
facteur de puissance : 0,50 ;
puissance apparente : 40 VA ;
courant théorique : environ 0,174 A.
Les deux luminaires consomment approximativement 20 W de puissance active. Cependant, le second mobilise presque deux fois plus de courant.
QUELLE CONSÉQUENCE SUR UNE INSTALLATION COMPLÈTE ?
Pour un seul luminaire, l’écart peut sembler faible. Il devient beaucoup plus significatif lorsqu’il est multiplié par une centaine de produits.
Pour 100 luminaires de 20 W :
Caractéristique | PF 0,95 | PF 0,50 |
Puissance active totale | 2 000 W | 2 000 W |
Puissance apparente théorique | 2 105 VA | 4 000 VA |
Courant théorique sous 230 V | 9,15 A | 17,39 A |
Cet exemple est volontairement simplifié. Dans une installation réelle, il faut également considérer :
la répartition des phases ;
les harmoniques ;
les courants d’appel ;
les longueurs de câbles ;
les chutes de tension ;
le type de protection ;
le comportement des drivers ;
la variation éventuelle de l’éclairage.
Il montre néanmoins pourquoi le facteur de puissance doit être étudié à l’échelle de l’installation et pas seulement luminaire par luminaire.
POURQUOI UN MAUVAIS FACTEUR DE PUISSANCE PEUT-IL POSER PROBLÈME ?
Un facteur de puissance faible peut augmenter le courant nécessaire pour une même puissance active.
Cela peut avoir plusieurs conséquences :
sollicitation plus importante des câbles ;
augmentation des pertes électriques dans les conducteurs ;
capacité disponible réduite au niveau des transformateurs ;
dimensionnement plus contraignant des onduleurs et groupes électrogènes ;
augmentation des chutes de tension ;
nombre de luminaires potentiellement limité sur certains circuits ;
qualité de l’énergie électrique plus difficile à maîtriser.
L’effet cumulé doit particulièrement être surveillé dans les bureaux, centres commerciaux, établissements recevant du public, bâtiments industriels, hôtels, musées, écoles ou installations comportant un grand nombre de luminaires LED.
FACTEUR DE PUISSANCE ET COS φ : EST-CE LA MÊME CHOSE ?
Les deux valeurs sont souvent confondues, mais elles ne sont pas toujours équivalentes.
Le cos φ
Le cos φ décrit le déphasage entre la tension et le courant à leur fréquence fondamentale.
Il est particulièrement adapté à l’étude des charges linéaires, lorsque le courant conserve une forme sinusoïdale.
La réglementation européenne utilise notamment le facteur de déplacement, ou cos φ1, défini à partir de la composante fondamentale de la tension et du courant.
Le facteur de puissance total
Le facteur de puissance total tient compte :
du déphasage entre la tension et le courant ;
de la déformation du courant provoquée par les harmoniques.
Or, un driver LED est une charge électronique non linéaire. Le courant qu’il absorbe n’est pas nécessairement parfaitement sinusoïdal.
Pour ce type d’appareil, le PF total donne donc une vision plus complète que le seul cos φ. Les documentations techniques distinguent d’ailleurs le facteur de déplacement du facteur de puissance total, ce dernier tenant compte des harmoniques.
En pratique, une fiche technique sérieuse peut indiquer séparément :
PF ou λ ;
cos φ1 ou facteur de déplacement ;
THD du courant ;
rendement du driver ;
courant d’entrée ;
courant d’appel.
QU’EST-CE QUE LE THD ?
Le THD, ou taux de distorsion harmonique, mesure la déformation d’un signal électrique par rapport à une onde sinusoïdale idéale.
Un driver LED peut présenter un cos φ satisfaisant tout en générant des harmoniques. Il est donc préférable d’examiner conjointement :
le facteur de puissance total ;
le facteur de déplacement ;
le THD du courant.
La norme IEC 61000-3-2 fixe des limites d’émission de courants harmoniques pour les équipements raccordés aux réseaux publics basse tension et absorbant jusqu’à 16 A par phase.
Le respect de cette norme ne dispense toutefois pas de vérifier les valeurs réellement annoncées par le fabricant pour le luminaire ou son driver.
UN FACTEUR DE PUISSANCE ÉLEVÉ SIGNIFIE-T-IL QUE LE LUMINAIRE EST EFFICACE ?
Non. Le facteur de puissance et le rendement sont deux caractéristiques différentes.
Le facteur de puissance
Il indique la relation entre la puissance active et la puissance apparente.
Le rendement du driver
Il indique quelle proportion de la puissance active absorbée est effectivement transmise au module LED.
Un driver peut donc avoir :
un bon facteur de puissance mais un rendement moyen ;
un rendement élevé mais un facteur de puissance insuffisant ;
de bonnes valeurs pour ces deux critères.
Il faut également distinguer le facteur de puissance de l’efficacité lumineuse du luminaire, exprimée en lumens par watt.
Pour comparer deux solutions, il convient d’examiner l’ensemble des performances :
puissance active ;
flux lumineux ;
efficacité lumineuse ;
rendement du driver ;
facteur de puissance ;
THD ;
qualité de la lumière ;
durée de vie ;
réparabilité.
UN MAUVAIS FACTEUR DE PUISSANCE AUGMENTE-T-IL LA CONSOMMATION EN KWH ?
Pas directement de la manière parfois imaginée.
Un luminaire absorbant 20 W de puissance active continue à consommer approximativement 20 W, qu’il présente un facteur de puissance de 0,95 ou de 0,50.
En revanche, un facteur de puissance faible augmente le courant nécessaire. Ce courant supplémentaire peut entraîner :
davantage de pertes dans les câbles ;
une mobilisation plus importante des équipements électriques ;
une diminution de la capacité disponible ;
des contraintes supplémentaires pour l’installation.
Il ne faut donc pas confondre la consommation active du luminaire avec les conséquences électriques d’un mauvais facteur de puissance.
QUEL FACTEUR DE PUISSANCE CHOISIR POUR UN LUMINAIRE LED ?
Il n’existe pas une valeur unique adaptée à tous les produits et à toutes les puissances.
Pour un projet professionnel, on peut généralement rechercher :
PF supérieur ou égal à 0,90 pour un luminaire utilisé à sa puissance nominale ;
PF supérieur ou égal à 0,95 pour les installations importantes ou lorsque la qualité électrique constitue un enjeu particulier.
Ces valeurs sont des objectifs de prescription et non une obligation universelle applicable à tous les luminaires.
Certains petits luminaires décoratifs ou produits de très faible puissance peuvent présenter un facteur de puissance inférieur. L’impact doit alors être apprécié en fonction du nombre total de luminaires installés.
Il est préférable de ne pas évaluer un produit uniquement sur une valeur extraite de sa fiche commerciale. Les conditions de mesure doivent également être connues :
tension nominale ;
puissance de fonctionnement ;
charge du driver ;
niveau de variation ;
configuration du luminaire.
QUE PRÉVOIT LA RÉGLEMENTATION EUROPÉENNE ?
Le règlement européen relatif à l’écoconception prévoit des exigences de facteur de déplacement pour certaines sources lumineuses LED et OLED raccordées directement au secteur.
À pleine charge, les valeurs minimales indiquées sont notamment :
Puissance déclarée de la source | Facteur de déplacement minimal |
Jusqu’à 5 W | Pas de limite |
Plus de 5 W et jusqu’à 10 W | 0,50 |
Plus de 10 W et jusqu’à 25 W | 0,70 |
Plus de 25 W | 0,90 |
Ces seuils concernent le facteur de déplacement et doivent être interprétés en fonction du champ d’application du règlement. Ils ne constituent pas automatiquement une exigence de facteur de puissance total pour tous les luminaires et tous les projets.
Un cahier des charges peut prévoir des performances supérieures lorsque les caractéristiques du bâtiment le justifient.
LE FACTEUR DE PUISSANCE CHANGE-T-IL AVEC LA VARIATION ?
Oui, il peut évoluer lorsque le luminaire ne fonctionne plus à sa puissance nominale.
Un driver affichant un PF de 0,95 à pleine puissance peut présenter une valeur différente :
à 50 % de puissance ;
à 10 % de puissance ;
au niveau minimal de variation ;
lorsqu’il alimente une charge inférieure à sa plage optimale.
Cette question est importante pour les installations fonctionnant longtemps à faible niveau, notamment avec :
DALI ;
variation 1-10 V ;
commandes DMX ;
détection de présence ;
gestion selon la lumière du jour ;
scénarios d’éclairage.
La présence d’un protocole DALI ou DMX ne garantit pas, à elle seule, un bon facteur de puissance. Celui-ci dépend de la conception électronique du driver et de son comportement à la charge utilisée.
Pour un projet exigeant, il peut être utile de demander les valeurs de PF et de THD à plusieurs niveaux de variation.
ATTENTION AU COURANT D’APPEL
Un bon facteur de puissance ne garantit pas un faible courant d’appel.
Au moment de la mise sous tension, les condensateurs présents dans un driver LED peuvent provoquer une pointe de courant très brève mais élevée.
Cette caractéristique peut limiter le nombre de luminaires raccordables à un disjoncteur, même si leur courant permanent reste faible.
Il faut donc vérifier séparément :
le courant nominal ;
le facteur de puissance ;
le courant d’appel maximal ;
la durée de la pointe ;
la courbe du disjoncteur ;
le nombre maximal d’appareillages recommandé par protection.
Le calcul consistant à diviser simplement le calibre du disjoncteur par le courant nominal d’un luminaire est insuffisant.
PEUT-ON CORRIGER LE FACTEUR DE PUISSANCE AVEC UN CONDENSATEUR ?
Cette solution ne doit pas être appliquée automatiquement aux installations LED.
La compensation par condensateurs est principalement utilisée pour des charges inductives. Les drivers LED sont des charges électroniques pouvant produire des harmoniques.
L’ajout d’une compensation mal étudiée peut provoquer :
des résonances ;
des surintensités ;
une dégradation de la qualité électrique ;
des dysfonctionnements ;
une sollicitation anormale des équipements.
En présence d’harmoniques, la correction doit être déterminée à partir de mesures et d’une étude électrique adaptée. Les solutions de filtrage ou de compensation doivent être sélectionnées en fonction de la nature réelle de l’installation.
QUELLES INFORMATIONS RECHERCHER SUR UNE FICHE TECHNIQUE ?
Pour évaluer correctement un luminaire ou un driver LED, recherchez les informations suivantes :
puissance active en watts ;
courant d’entrée ;
facteur de puissance total PF ou λ ;
facteur de déplacement cos φ1 ;
THD du courant ;
rendement du driver ;
courant d’appel et durée ;
nombre maximal de luminaires par disjoncteur ;
puissance en veille ;
plage de charge du driver ;
valeur à pleine charge ;
comportement en variation ;
protocole de commande ;
compatibilité avec l’alimentation de secours.
Un simple intitulé « PF supérieur à 0,90 » reste incomplet si les conditions de mesure ne sont pas précisées.
COMMENT RÉDIGER LE CCTP ?
Voici un exemple de prescription à adapter au projet :
« Le luminaire sera équipé d’un appareillage électronique présentant, à pleine charge et sous tension nominale, un facteur de puissance total PF supérieur ou égal à 0,90. Pour les installations nécessitant une performance électrique renforcée, cette valeur pourra être portée à 0,95. Le fabricant communiquera séparément le facteur de déplacement cos φ1, le THD du courant, le rendement, le courant d’appel et sa durée ainsi que le nombre maximal de luminaires admissible par protection. Pour les appareillages variables, les valeurs disponibles à charge partielle seront également précisées. »
Cette rédaction évite de confondre facteur de puissance, cos φ et rendement.
Elle permet également au bureau d’études et à l’installateur de vérifier la cohérence entre le luminaire, le circuit électrique et les équipements de protection.
QUAND LE FACTEUR DE PUISSANCE DEVIENT-IL PARTICULIÈREMENT IMPORTANT ?
Ce critère doit être étudié avec attention dans les projets comportant :
un grand nombre de luminaires ;
des installations fonctionnant en permanence ;
des circuits fortement chargés ;
des alimentations secourues ;
des groupes électrogènes ;
des onduleurs ;
de longues lignes électriques ;
des systèmes de variation généralisés ;
des équipements sensibles à la qualité du réseau.
Il est également important lors du remplacement d’anciens luminaires. Une puissance LED plus faible ne garantit pas automatiquement un comportement électrique plus favorable.
LE FACTEUR DE PUISSANCE SUFFIT-IL POUR CHOISIR UN LUMINAIRE ?
Non. C’est un critère important, mais il ne doit jamais être étudié isolément.
Le choix d’un luminaire doit également prendre en compte :
le flux lumineux ;
la photométrie ;
l’éblouissement ;
l’uniformité ;
la température de couleur ;
l’IRC ;
le maintien du flux ;
le flicker ;
la compatibilité avec la commande ;
l’indice IP ;
l’indice IK ;
la durée de vie ;
la réparabilité ;
la disponibilité des pièces détachées.
Retrouvez les principales notions indispensables à la prescription dans le Guide de l’éclairage 8-48.
CONSULTER LE GUIDE DE L’ÉCLAIRAGE 8-48 >
FAQ SUR LE FACTEUR DE PUISSANCE DES LUMINAIRES
Qu’est-ce qu’un bon facteur de puissance ?
Pour un luminaire professionnel, un PF supérieur ou égal à 0,90 à pleine charge constitue généralement une bonne base. Une valeur de 0,95 peut être recherchée pour les installations importantes.
Un PF de 1 est-il possible ?
Une valeur exactement égale à 1 est théorique. Certains appareils peuvent s’en approcher fortement, mais la valeur réelle dépend de leur fonctionnement et des conditions de mesure.
PF et cos φ désignent-ils toujours la même valeur ?
Non. Le cos φ mesure principalement le déphasage de la composante fondamentale. Le facteur de puissance total prend également en compte la déformation harmonique du courant.
Un luminaire de 10 W avec un PF de 0,50 consomme-t-il 20 W ?
Non. Il consomme approximativement 10 W de puissance active, mais mobilise environ 20 VA de puissance apparente.
Le facteur de puissance influence-t-il la lumière produite ?
Il n’agit pas directement sur le flux lumineux, la couleur ou l’IRC. Il caractérise le comportement électrique du luminaire.
Un bon facteur de puissance garantit-il l’absence de flicker ?
Non. Le facteur de puissance et le flicker sont deux caractéristiques différentes du driver. Elles doivent être contrôlées séparément.
Le protocole DALI améliore-t-il le facteur de puissance ?
Pas automatiquement. DALI est un protocole de commande. Le facteur de puissance dépend de la conception du driver et de son niveau de fonctionnement.
Pourquoi vérifier le THD en complément du PF ?
Parce que le THD permet d’évaluer la déformation harmonique du courant. Deux drivers présentant un facteur de puissance proche peuvent avoir des comportements harmoniques différents.
Comment mesurer le facteur de puissance ?
La mesure doit être réalisée avec un analyseur de puissance adapté aux charges non linéaires, dans des conditions de tension, de charge et de variation clairement définies.
Le facteur de puissance peut-il limiter le nombre de luminaires par circuit ?
Il peut contribuer à augmenter le courant permanent. Cependant, le courant d’appel est souvent le premier élément limitant lors de la mise sous tension d’un grand nombre de drivers.
BESOIN DE VÉRIFIER OU DE REMPLACER UN LUMINAIRE ?
Une fiche technique ne précise pas le facteur de puissance ? Vous devez comparer plusieurs drivers, contrôler le THD ou vérifier le nombre de luminaires admissible sur un circuit ?
Le Centre de Recherche de Luminaires 8-48 analyse les références, les appareillages, les performances électriques et les contraintes du projet afin d’identifier une solution techniquement cohérente.
L’étude peut notamment prendre en compte :
le facteur de puissance ;
le facteur de déplacement ;
le THD ;
le courant d’appel ;
la puissance et le flux ;
la variation ;
la photométrie ;
les caractéristiques de l’installation.
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