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Performances des systèmes d’éclairage Led

Dossier - Les Led, l’éclairage de demain
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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.

  
DossiersLes Led, l’éclairage de demain
 

Reléguées au rang de simples indicateurs lumineux jusque dans les années 1990 (présents dans les produits électroniques comme les radios, magnétoscopes et autres afficheurs de voiture), les Led sont en passe de conquérir tous les domaines de l'éclairage.

© Carsten Frenzl, CC BY-NC 2.0

Il n'existe que très peu d'endroits où les Led ne sont pas encore présentes aujourd'hui, que ce soit pour des applications industrielles, médicales, automobiles ou domestiques. Bien sûr, des applications comme les éclairages intérieurs de bâtiments emploient encore majoritairement des technologies anciennes (lampes à incandescence, tubes fluorescents), mais les Led s'y immiscent petit à petit. De là à penser que cette nouvelle technologie remplacera toutes les anciennes sources d'éclairage, il y a un grand pas, et les Led seront plutôt souvent une solution alternative, quelquefois de remplacement évident et souvent apportant des fonctionnalités différentes ou complémentaires.

Rendement de certaines applications d’éclairage à Led. On retrouve des Led dans de nombreux domaines de l’éclairage, chez les particuliers comme chez les professionnels. © Led Engineering Development

Applications qui requièrent de hauts rendements

La forte augmentation du rendement des composants eux-mêmes (Led) s'est accompagnée « naturellement » d'une diminution de la quantité de chaleur à extraire de la Led. Ainsi, non seulement les applications d'éclairage ont gagné en rendement, mais les méthodes d'intégration ont pu certaines fois être simplifiées du fait d'avoir moins de calories à dissiper. Les applications comme les lampes à Led atteignent aujourd'hui des rendements supérieurs à 85 ou 90 lm/W à des prix « raisonnables » (moins de 10 dollars) du fait de cette fabrication simplifiée employant des matériaux peu chers (comme du plastique par exemple).

D'autres applications, comme l'éclairage extérieur autonome (sur batteries avec panneaux solaires), demandent aux concepteurs d'utiliser des Led très performantes pour économiser l'énergie difficilement captée et stockée, et diminuer de ce fait la dimension et le poids des systèmes. Toujours pour ce type d'applications, l'impact de cette évolution se fait également sur le dimensionnement des poteaux (souvent au-delà de quatre mètres) qui peuvent être plus réduits en terme de diamètre (économie de prix).

Éclairage sportif à Led. Les Led s’adaptent particulièrement bien aux vastes salles de sport, car leur durée de vie très longue évite d’importants frais de remplacement. © Led Engineering Development

Des domaines d'éclairage comme les gymnases, les halls de gare ou les bâtiments présentant des plafonds très hauts, où les changements de luminaires sont difficiles à réaliser et nécessitent des moyens coûteux, mais qui peuvent constituer des lieux de prédilection pour les Led en matière de durée de vie. Une condition tout de même : un rendement du luminaire au-dessus de 80 lm/W.

Applications nécessitant des Led de flux important

Certaines applications requièrent des composants capables de générer des flux très importants à partir de surfaces d'émission les plus petites possible. C'est le cas notamment des feux diurnes avant de véhicule, où la mise en forme du faisceau doit être précise (source lumineuse de petite taille) avec une quantité de lumière importante, et donc une sollicitation des composants de forts courants.

L’éclairage avant de voiture nécessite des Leds de flux important, car le faisceau désiré est très précis. © DR

Les Led employées atteignent parfois des flux lumineux supérieurs à 150 ou 200 lumens, voir près de 400 à 500 lumens lorsqu'il s'agit de Led multipuces. Des optiques complémentaires sont utilisées pour mettre en forme le faisceau lumineux et créer des surfaces de forte luminance. D'autres applications comme les éclairages d'appoints (liseuses dans les transports en commun, dans certains véhicules ou dans les avions) demandent aussi des Led ayant de forts flux issus de petite surface d'émission (toujours pour faciliter la mise en forme du faisceau).

Signalisation et balisage : forte intensité, grande directivité

Ce type d'applications est l'un des premiers à avoir intégré les Led comme source lumineuse. Nous pouvons citer en exemple les feux de signalisation routière et les feux tricolores (ou la technologie Led est présente depuis plus de 20 ans) et plus récemment les feux arrière de véhicules.

Une forte intensité lumineuse (de plusieurs dizaines voire centaines de candelas) est requise pour ces applications, qui sont la plupart du temps en extérieur et doivent présenter une excellente visibilité, y compris en plein jour. Parfois, des spécifications complémentaires comme des surfaces de source lumineuse à respecter ou encore des uniformités de cette même surface sont demandées.

Détail de l’éclairage de signalisation routière et de feux arrière de véhicule. Pour ces applications, une grande intensité lumineuse est requise, afin que les objets soient visibles de jour comme de nuit. © Led Engineering Development

Les Led utilisées pour ces applications sont aujourd'hui très souvent CMS, alors qu'au milieu des années 2000, elles étaient majoritairement traversantes. Pour les feux tricolores, elles restent en grande proportion de type traversant.

Applications pour écrans

Au début des années 2010, les premiers écrans à Led (dont les pixels sont réalisés non plus par des cristaux liquides, mais par des puces semi-conductrices) sont apparus, mais la grande majorité des écrans actuellement sur le marché (ordinateurs, télévisions) sont constitués de dalle à cristaux liquides, rétroéclairées par des Led. Le marché des Led pour ce domaine est l'un des plus importants en matière de volume encore aujourd'hui.

Le rétroéclairage d’écran à cristaux liquides est l’un des marchés les plus importants pour les Led de nos jours. © Led Engineering Development

Au départ, des Led de type « side emitting » étaient utilisées, remplacées petit à petit par des Led de type 5630 (ou de boîtier plus petit) plus performantes, diminuant de ce fait leur nombre et le prix des produits.