L’éclairage LED est aujourd’hui la technologie d’éclairage la plus populaire. Presque tout le monde connaît les nombreux avantages offerts par les luminaires LED, notamment le fait qu’ils sont plus économes en énergie et durent plus longtemps que les luminaires traditionnels. Cependant, la plupart des gens n’ont pas beaucoup de connaissances sur la technologie sous-jacente à l’éclairage LED. Dans cet article, nous examinons le fonctionnement de la technologie d'éclairage LED afin de comprendre comment fonctionnent les lumières LED et d'où proviennent tous leurs avantages.
Chapitre 1 : Que sont les LED et comment fonctionnent-elles ?
La première étape pour comprendre la technologie d’éclairage LED consiste à comprendre ce que sont les LED. LED signifie diodes électroluminescentes. Ces diodes sont de nature semi-conductrice, ce qui signifie qu’elles peuvent conduire le courant électrique. Lorsqu’un courant électrique est appliqué aux bornes d’une diode électroluminescente, le résultat est la libération d’énergie sous forme de photons (énergie lumineuse).
Étant donné que les luminaires LED utilisent une diode semi-conductrice pour produire de la lumière, ils sont appelés dispositifs d'éclairage à semi-conducteurs. D'autres lampes à semi-conducteurs comprennent les diodes électroluminescentes organiques et les diodes électroluminescentes polymères, qui utilisent également une diode semi-conductrice.
Chapitre 2 : Couleur de la lumière LED et température de couleur
La plupart des luminaires LED produisent une lumière de couleur blanche. La lumière blanche est classée en différentes catégories selon la chaleur ou la fraîcheur de chaque luminaire (d'où la température de couleur). Ces classifications de température de couleur comprennent :
Blanc chaud – 2 700 à 3 000 Kelvins
Blanc neutre – 3 000 à 4 000 Kelvins
Blanc pur – 4 000 à 5 000 Kelvins
Blanc du jour – 5 000 à 6 000 Kelvins
Blanc froid – 7 000 à 7 500 Kelvins
En blanc chaud, la couleur produite par les LED a une teinte jaune, semblable à celle des lampes à incandescence. À mesure que la température de couleur augmente, la lumière devient plus blanche, jusqu'à atteindre la couleur blanc jour, similaire à la lumière naturelle (lumière diurne du soleil). À mesure que la température de couleur continue d’augmenter, le faisceau lumineux commence à prendre une teinte bleuâtre.
Une chose à noter cependant à propos des diodes électroluminescentes est qu’elles ne produisent pas de lumière blanche. Les diodes sont disponibles dans les trois couleurs primaires : rouge, vert et bleu. La couleur blanche que l’on retrouve dans la plupart des luminaires LED résulte du mélange de ces trois couleurs primaires. Fondamentalement, le mélange de couleurs dans les LED consiste à combiner les différentes longueurs d’onde lumineuses de deux diodes ou plus. Par conséquent, grâce au mélange de couleurs, il est possible d’obtenir l’une des sept couleurs présentes dans le spectre de la lumière visible (les couleurs de l’arc-en-ciel), qui produisent une couleur blanche lorsqu’elles sont toutes combinées.
Chapitre 3 : LED et efficacité énergétique
Un aspect important de la technologie d’éclairage LED est son efficacité énergétique. Comme déjà mentionné, presque tout le monde sait que les LED sont économes en énergie. Cependant, bon nombre de personnes ne réalisent pas à quoi sert l’efficacité énergétique.
Ce qui rend les LED plus économes en énergie que les autres technologies d'éclairage est le fait que les LED convertissent la quasi-totalité de la puissance absorbée (95 %) en énergie lumineuse. De plus, les LED n'émettent pas de rayonnement infrarouge (lumière invisible), qui est géré en mélangeant les longueurs d'onde de couleur des diodes de chaque luminaire pour obtenir uniquement la longueur d'onde de couleur blanche.
D'un autre côté, une lampe à incandescence typique ne convertit qu'une petite partie (environ 5 %) de l'énergie consommée en lumière, le reste étant gaspillé par la chaleur (environ 14 %) et le rayonnement infrarouge (environ 85 %). Par conséquent, avec les technologies d’éclairage traditionnelles, beaucoup d’énergie est nécessaire pour produire suffisamment de luminosité, les LED ayant besoin de beaucoup moins d’énergie pour produire une luminosité similaire, voire supérieure.
Chapitre 4 : Flux lumineux des luminaires LED
Si vous avez déjà acheté des ampoules à incandescence ou fluorescentes, vous connaissez la puissance. Pendant longtemps, la puissance a été la manière acceptée de mesurer la lumière produite par un luminaire. Cependant, depuis l’arrivée des luminaires à LED, cela a changé. La lumière produite par les LED est mesurée en flux lumineux, défini comme la quantité d'énergie émise par une source lumineuse dans toutes les directions. L'unité de mesure du flux lumineux est le lumen.
La raison pour laquelle la mesure de la luminosité est modifiée de la puissance à la luminosité est due au fait que les LED sont des appareils à faible consommation. Il est donc plus logique de déterminer la luminosité en utilisant la puissance lumineuse plutôt que la puissance délivrée. De plus, différents luminaires LED ont une efficacité lumineuse différente (la capacité de convertir le courant électrique en flux lumineux). Par conséquent, des luminaires qui consomment la même quantité d’énergie peuvent avoir un rendement lumineux très différent.
Chapitre 5 : LED et chaleur
Une idée fausse très répandue à propos des luminaires LED est qu’ils ne produisent pas de chaleur, car ils sont froids au toucher. Cependant, ce n’est pas vrai. Comme déjà mentionné ci-dessus, une petite partie de l’énergie injectée dans les diodes électroluminescentes est convertie en énergie thermique.
La raison pour laquelle les luminaires LED sont froids au toucher est que la petite partie de l’énergie convertie en énergie thermique n’est pas trop importante. De plus, les luminaires LED sont équipés de dissipateurs thermiques qui dissipent cette chaleur, ce qui évite la surchauffe des diodes électroluminescentes et des circuits électriques des luminaires LED.
Chapitre 6 : La durée de vie des luminaires LED
En plus d’être économes en énergie, les luminaires LED sont également réputés pour leur efficacité énergétique. Certains luminaires LED peuvent durer entre 50 000 et 70 000 heures, soit environ 5 fois (voire plus) plus longtemps que certains luminaires à incandescence et fluorescents. Alors, qu’est-ce qui fait que les lumières LED durent plus longtemps que les autres types d’éclairage ?
Eh bien, l’une des raisons est liée au fait que les LED sont des lampes à semi-conducteurs, tandis que les lampes à incandescence et fluorescentes utilisent des filaments électriques, du plasma ou du gaz pour émettre de la lumière. Les filaments électriques brûlent facilement après une courte période en raison de la dégradation thermique, tandis que les boîtiers en verre qui abritent le plasma ou le gaz sont très susceptibles d'être endommagés par un impact, une vibration ou une chute. Ces luminaires ne sont donc pas durables, et même s’ils durent suffisamment longtemps, leur durée de vie est nettement plus courte que celle des LED.
Une chose à noter concernant les LED et leur durée de vie est qu’elles ne s’éteignent pas comme les ampoules fluorescentes ou à incandescence (sauf si les diodes surchauffent). Au lieu de cela, le flux lumineux d’un luminaire LED se dégrade progressivement avec le temps, jusqu’à atteindre 70 % de la puissance lumineuse d’origine.
À ce stade (appelé L70), la dégradation lumineuse devient perceptible à l’œil humain et le taux de dégradation augmente, rendant l’utilisation continue des luminaires LED peu pratique. Les luminaires sont donc considérés comme ayant atteint la fin de leur durée de vie à ce stade.
Heure de publication : 27 mai 2021