Des conseils avisés au sujet des LED

Il est primordial de procéder à une sélection judicieuse de LED dotées des caractéristiques requises dans un format adapté à l'application visée. Le coût ne doit pas être le seul facteur pris en considération.

Lance Hemming, Responsable du groupe international de produits pour RS Components, explique :

 

Les LED sont en train de faire une entrée remarquée dans le secteur des applications d'éclairage, aussi bien à l'intérieur qu'en plein air. Qu'il s'agisse de nouvelles constructions ou de rénovations intégrales dans des domaines aussi variés que les espaces de vente, les présentoirs réfrigérés, les restaurants, les musées et galeries et même les avions, les LED sont invariablement envisagées et très largement adoptées.

Le marché de la modernisation est un peu plus lent à en reconnaître les avantages. Certains secteurs, et notamment les initiatives d'éclairage des rues des « villes intelligentes », ont découvert que les coûts d'exploitation inférieurs et la durée de vie supérieure associés aux LED représentent des arguments imparables en faveur de leur adoption, et ce, en dépit d'un investissement initial plus important. Au vu des calculs des fournisseurs, qui illustrent les économies escomptées sur la durée de vie du produit, il est beaucoup moins facile de convaincre monsieur Tout le Monde, qui doit s'acquitter d'une facture de 20 € pour le remplacement d'une ampoule à LED au lieu de 2 € pour une ampoule incandescente.

Bien que le prix reste un problème, la qualité de la lumière générée par les LED commence à renverser la situation et stimuler une adoption plus large des éclairages à LED. La qualité de la lumière est déterminée par divers facteurs, et notamment par la température de couleur, l'indice de rendu des couleurs (CRI), la luminosité et la constance.

La température de couleur se décline aujourd'hui en lumières blanches chaudes, neutres ou froides. La première chose qu'il convient de mentionner est qu'un blanc pur est créé par un mélange de lumière rouge, verte et bleue. L'œil humain est très sensible aux changements de couleur, et certainement plus qu'à de faibles changements de luminosité. En incluant plus de bleu dans le mélange, on obtient un blanc « plus froid », représenté par une valeur de température de couleur corrélé (CCT) plus élevée comprise entre 5 000 et 8 500 K. Moins de bleu, ou plus de rouge, donne un blanc « chaud », qui enregistre une valeur CCT inférieure (comprise entre 2 600 et 3 700 K). Un blanc neutre ou naturel correspond à une valeur de 3 700 à 5 000 K.

L'indice de rendu des couleurs (CRI) est une mesure de la capacité d'une source de lumière à reproduire les couleurs fidèlement. Nous sommes probablement nombreux à avoir acheté un vêtement dans un magasin et à découvrir qu'une fois vu à la lumière du jour, il semble être d'une autre couleur. Ceci est dû au mauvais rendu des couleurs des sources d'éclairage fluorescentes traditionnelles. Un CRI élevé et constant est particulièrement important pour s'assurer que les tons de la peau restent naturels lorsque le niveau de lumière diminue.

À des fins de référence, on notera que la lumière naturelle a un CRI de 100 tandis que les bons vieux réverbères à vapeurs de sodium jaunes ont un CRI de 0. Les lampes incandescentes s'accompagnent d'un CRI supérieur à 95 et restitue relativement bien la plupart des couleurs, à l'exception du bleu foncé. Les lampes halogènes ont un CRI d'environ 90 ou plus. Les lampes fluorescentes blanches froides ont un CRI de 62, et les lampes fluorescentes compactes enregistrent un score d'environ 80.

Les CRI des LED varient en fonction de la technologie employée, et se sont énormément améliorés ces dernières années. Des entreprises telles qu'Osram et Philips peuvent obtenir un CRI typique de 95 pour les LED blanches chaudes, jusqu'à 4 000 K, par exemple. À 5 000 K, ces mêmes fournisseurs, ainsi que des entreprises comme Cree, Rohm et Sharp, produisent des LED affichant des valeurs CRI de 80 ou plus. Quelques-unes atteignent même 90 à 93. Cependant, pour les LED blanches froides de 6 500 K et plus, les CRI sont souvent inférieurs, avec des résultats maximum généralement situés entre 80 et 82.

La constance des couleurs est un autre facteur décisif en matière d'éclairage à LED. Les fabricants produisent des LED afin de répondre à un CCT spécifié mais ne sont pas toujours en mesure de garantir que les puces de différents lots émettront précisément la même couleur. Les variations naturelles affectant les matériaux et procédés peuvent affecter la chromaticité et le flux lumineux. Afin d'obtenir des résultats plus constants, les fournisseurs trient leurs produits en « bacs » contenant des appareils tombant dans une plage très proche du CCT spécifié. Les produits provenant de bacs plus grands, désignés par les appellations blanc chaud, blanc neutre et blanc froid par exemple, sont moins onéreux.

La couleur peut également changer lorsque la température de fonctionnement est plus élevée. Une fois de plus, certains fabricants classifient leurs produits en fonction d'un niveau de performance défini pour une température plus élevée, généralement fixée à 85 degrés C. Il est fort possible que le prix supérieur accompagnant ces produits soit alors jugé acceptable pour la bonne application.

Le marché des LED peut sembler intimidant, car il rassemble des centaines de fournisseurs mondiaux et des dizaines de milliers de familles de produits et de modules. Les principales caractéristiques à considérer pour tout nouveau projet d'éclairage sont les suivantes : CRI, CCT, flux lumineux (production de lumière), efficacité (lm/W), tension directe et angle de vision. Certains de ces aspects sont expliqués plus en détail dans une sélection d'applications présentées ci-dessous.

 

L'art de l'éclairage

Dans des applications destinées à des musées et des galeries d'art, une restitution précise des couleurs est primordiale. Généralement, l'éclairage des musées devrait offrir un CRI de 90 ou plus, avec un CCT compris entre 2 700 et 3 000 K. Plus important encore, il doit être gradable. Une source de lumière idéale produit le même spectre quelle que soit la luminosité.

Les présentoirs alimentaires et unités réfrigérées bénéficient de LED aux CRI et CCT sélectionnés avec soin afin de rendre les aliments et les emballages plus attrayants. Pour les congélateurs, on utilise généralement des couleurs plus froides situées autour de 5 600 K alors que des blancs plus chauds (compris entre 3 000 et 4 000 K) sont utilisés pour la mise en valeur des viandes. Un éclairage à CRI élevé présente les légumes sous leur meilleur jour.

 

 

Figure 1 : Les LED peuvent contribuer à rendre les présentoirs alimentaires plus attrayants, mais aussi réduire les coûts d'exploitation du détaillant. Source : Philips Lighting.

 

On notera que les ampoules incandescentes arborent généralement des teintes jaunes et une réduction de la puissance tend à accroître ce jaunissement. De plus, les ampoules incandescentes émettent des UV et des IR, qui peuvent endommager les œuvres d'art les plus sensibles et accélérer la détérioration des aliments. Il est possible d'installer des filtres, mais ceux-ci ont un impact sur les coûts. À l'inverse, les LED actuelles produisent un spectre plus uniforme et les LED gradables conservent la même couleur à faible intensité.

Passons maintenant aux environnements du secteur de l'hospitalité, et notamment des hôtels, des restaurants, des bars et même des habitations. Lorsque l'on grade des lampes halogènes, le CRI reste le même, mais la température de la couleur change et acquiert une teinte plus chaude et plus détendue. Les gens s'attendent à ce que les lampes réagissent ainsi. Généralement, lorsque l'on grade une LED, la température de la couleur change très peu. Pour ce type d'applications, il convient donc de sélectionner des LED et programmes de gradation modifiant la température de la couleur lorsque l'intensité d'éclairage diminue.

 

Figure 2 : Dans le secteur hôtelier, les LED permettent aux architectes de créer différentes atmosphères pour différents espaces. Source : Osram

 

Diverses solutions sont en train d'émerger, notamment en termes de mélange des couleurs à l'aide d'une matrice de teintes réglable comportant diverses températures de couleurs et des produits optiques secondaires soigneusement assortis. Les émetteurs compacts produisent apparemment les meilleurs résultats. Bien entendu, le système électronique de contrôle est essentiel pour régler la gradation et la couleur.

 

De haut vol

L'un des principaux attraits des LED vient de leur capacité de contrôle et de réglage dynamique, de telle sorte que les niveaux d'éclairage et la température de la couleur puissent être ajustés en fonction des besoins. Il s'agit également d'un produit contribuant grandement à la réduction de la consommation énergétique de nombreuses applications, et notamment de l'éclairage des rues et des espaces extérieurs, ainsi que des éclairages d'urgence et de sécurité.

Le secteur de l'aviation a adopté les LED, qui se sont avérées populaires dans les cabines transportant les passagers. La capacité de contrôle des niveaux d'éclairage et du CCT améliore l'esthétique et le confort des passagers. Prenons un vol long-courrier décollant dans l'après-midi, avec un éclairage de la cabine proche de la lumière du jour naturelle. À l'heure du dîner, l'intensité de l'éclairage peut être réduite pour produire un éclairage plus chaud et moins intense. Lorsque le vol s'approche de sa destination et que l'équipage entre dans la phase de préparation des passagers à l'atterrissage, l'éclairage de la cabine peut s'intensifier graduellement afin de simuler le lever du jour C'est là une expérience bien plus agréable qu'un réveil brutal provoqué par l'allumage soudain de la lumière !

Des études ont démontré que cette approche contribue à une réduction de la fatigue et des effets du décalage horaire. Elle est également utilisée dans les hôpitaux pour aider les patients à se réveiller de leurs opérations. De même, les panneaux lumineux LED simulant la lumière du jour pour contrer les effets du trouble affectif saisonnier (TAS) sont de plus en plus populaires.

Figure 3 : Les LED peuvent être programmées pour simuler des niveaux d'éclairage naturels au cours de la journée. Les applications de cette technique incluent l'éclairage des cabines d'avions, des hôpitaux et centres de soin, ainsi que le bien-être général. Source : Philips Lighting.

 

Rayon étroit, grande portée

Jetons maintenant un œil sur quelques produits à LED typiques et sur leurs applications. Alors que les dispositifs à rayonnement relativement étroit sont indiqués pour certaines applications, en particulier lorsqu'ils sont utilisés en matrices, certains scenarios d'éclairage, tels que les projecteurs, nécessitent un grand angle de vision pour prodiguer un rayonnement plus uniforme.

Osram Opto Semiconductor a développé une gamme de LED offrant un angle de vision de 150 o, spécialement conçue pour une utilisation au sein de projecteurs ou en association avec des optiques secondaires à réflecteur. L'Oslon SSL 150 est une gamme d'une puissance élevée de 1 W, offrant un CCT allant de 2 700 K à 5 000 K, et un CRI généralement compris entre 90 et 96, bien que certaines versions offrant des CRI de 70 ou 83 soient également disponibles. Ces dispositifs, d'une efficacité élevée pouvant atteindre 125 lm/W, peuvent être achetés individuellement sur des rouleaux ou installés en matrices ou en grappes.

Pour les applications nécessitant les valeurs CRI les plus élevées, il est possible de sélectionner des LED de la gamme Oslon d'Osram Opto, qui se targuent d'un CRI de 95 et couvrent des CCT allant de 2 700 K à 4 000 K. Pour un CCT de 5 000 K, Cree et Rohm proposent des dispositifs s'accompagnant d'une valeur CRI de 90 ou 93. La gamme Xlamp de Cree est composée de pièces spécialisées provenant d'un bac étroit de 5 000 K qui peuvent être fournies avec une tension directe pouvant atteindre 36 V et une efficacité d'une valeur maximale de 117 lm/W. En revanche, les LED à bas prix de Rohm, destinées à des applications plus générales, sont caractérisées par une efficacité de 61 ou 75 lm/W et une tension directe de 3,3 V.

Les LED de puissance moyenne (0,1 à 0,5 W) dérivées des dispositifs bas de gamme à bas prix, émergent aujourd'hui sous différents formats de « qualité d'éclairage" et sont communément utilisés pour créer des modules d'éclairage linéaires. Rapprochées et utilisées ensemble, les LED de puissance moyenne créent un éclairage plus uniforme qu'un nombre moins important de LED haute puissance plus espacées.

La gamme Osram Duris est un exemple classique : les dispositifs d'origine Duris E3 sont très demandés pour le remplacement rentable de tubes fluorescents linéaires T5 et T8. Dotés d'un angle de rayonnement de 120 o, ces dispositifs à bas coût sont disponibles en CCT de 3 000 à 6 500 K et représentent une source de lumière homogène. La version à 5 000 K, par exemple, bénéficie d'un CRI de 72 et d'une efficacité de 110 lm/W. La gamme Duris P5 offre des versions plus efficaces pour les applications professionnelles, à l'intérieur comme à l'extérieur. La gamme Duris S5 est, quant à elle, une variante plus compacte.

Pour obtenir plus d'informations sur les gammes de LED disponibles et dotées des caractéristiques requises pour votre prochain projet, consultez le site web de RS Components. Il est possible d'y appliquer des filtres pour réduire le choix. Vous pouvez ainsi choisir d'afficher les options en fonction de la couleur, du CCT, du flux lumineux, de la tension directe et, bien entendu, du fabricant.