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Les Led, l’éclairage de demain

Des phares de voiture aux luminaires du salon, les Led sont partout. Apprenez comment elles fonctionnent, comment on les fabrique, et les raisons qui font des Led les sources de lumière de choix pour demain. Les paramètres qui distinguent les Led seront aussi passés en revue.

Page 9 / 14 - Flux lumineux, rendement, tension et résistance des Led Sommaire
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Laurent Massol Ingénieur optoélectronique

Parmi les nombreuses propriétés des Led qui entrent en ligne de compte pour effectuer des comparaisons, nous entrons dans les détails pour les principaux éléments : flux lumineux, rendement, tension et résistance.

Flux lumineux (lm)

On exprime le flux lumineux en lumens, et il permet de comparer deux sources de qualité colorimétrique proches (couleur et types de blancs similaires) sans avoir besoin d’autres caractéristiques. Une erreur fréquemment rencontrée est de trouver cette valeur exprimée en candelas.

Pour les Led dédiées à l’éclairage, cette valeur est indispensable et il est rédhibitoire de notre point de vue si elle ne figure pas de façon explicite dans la documentation.

Le flux lumineux permet de donner à l’utilisateur une information sur la quantité d’énergie lumineuse disponible pour réaliser l’application d’éclairage. Les domaines dans lesquels cette information est importante sont l’éclairage général, l’éclairage de surfaces quelconques ou toute autre application d’éclairage, pour lesquels le résultat attendu est une quantité de lumière à un endroit donné.

Cette voiture de la marque BMW arbore des Led dans ses feux.
Cette voiture de la marque BMW arbore des Led dans ses feux. © Nozilla, cc by nc 3.0

Rendement (lm/W)

Depuis le début des années 2010, le rendement apparaît dans les documentations, mais elle reste encore peu présente. Elle peut toutefois se calculer à partir d’informations des constructeurs, mais il faut pour cela prendre quelques précautions, car les propriétés des Led évoluent avec la température.

Intensité (cd)

Cette information est utile pour des applications qui requièrent une visibilité de l’objet éclairant. En d’autres termes, les applications d’éclairage qui ont comme fonctionnalité d’attirer l’œil ou tout autre capteur pour prévenir d’une présence nécessitent cette information. Nous pouvons citer par exemple les applications routières (panneau de sécurité d’autoroute orange clignotant, feux de signalisation routière), des applications de signalisation et de balisage aérien, etc.

Des Led bleues. Pour obtenir cette couleur, on peut utiliser un semi-conducteur en séléniure de zinc (ZnSe), en nitrure de gallium-indium (InGaN) ou en carbure de silicium (SiC).
Des Led bleues. Pour obtenir cette couleur, on peut utiliser un semi-conducteur en séléniure de zinc (ZnSe), en nitrure de gallium-indium (InGaN) ou en carbure de silicium (SiC). © Alexofdodd, cc by nc 3.0

Tension d’alimentation (Vf)

Les Led se pilotent en courant, c’est-à-dire que le courant qui alimente les Led doit être maîtrisé et régulé. La raison est simple : la tension d’alimentation des Led ayant une valeur nominale, mais variable en fonction de la température du semi-conducteur, cette tension diminue lorsque la température du semi-conducteur augmente. Ainsi, si l’alimentation fournit une tension stable à la place d’un courant stable, si le besoin en tension aux bornes des Led devient moins important et si l’alimentation est en mesure de fournir le courant demandé par les Led, pour avoir une tension aux bornes des Led identique même avec un accroissement de chaleur, les Led demandent de fonctionner avec un courant supérieur.

De plus, pour dimensionner les systèmes électroniques d’alimentation des Led, cette information (Vf) est indispensable, ainsi que sa variation en fonction de la température. Certaines Led ont des Vf différentes dues à la technologie du semi-conducteur lui-même (pour des Led rouges, Vf vaut 1,9 V, alors que pour des Led vertes, on a une Vf de 3,5 V).

Led rouges, bleues, jaunes, vertes... De plus en plus de bâtiments arborent des Led à des fins décoratives, comme le BC Place Stadium, un stade à Vancouver, au Canada.
Led rouges, bleues, jaunes, vertes... De plus en plus de bâtiments arborent des Led à des fins décoratives, comme le BC Place Stadium, un stade à Vancouver, au Canada. © Totororo.roro, cc by nc 2.0

Résistance thermique (K/W)

Cette caractéristique est primordiale pour l’intégration des Led dans les applications, notamment lorsque la température de fonctionnement du luminaire est élevée. En effet, la résistance thermique des Led définit leur capacité à extraire la chaleur générée par le semi-conducteur vers l’extérieur du boîtier, pour ensuite être dissipée vers l’extérieur du luminaire. Si les Led intégrées dans une application d’éclairage ont une résistance thermique importante, cela signifie que la température de fonctionnement du semi-conducteur va être élevée par rapport à la température interne du luminaire. Si celle-ci est également élevée, la température de fonctionnement du semi-conducteur peut atteindre des niveaux pour lesquels les caractéristiques optiques (flux, couleur) ainsi que la durée de vie sont fortement détériorées.

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