La science des LED
Science de la lumière
Le saviez-vous ?
Ce récapitulatif des principaux termes du « langage lumière » vous donnera un rapide aperçu des différentes technologies, du savoir et des critères de qualité d'éclairage des lampes.
FAQ-Lichtwissen
Dès 1840, une demande de brevet fut déposée pour la première lampe à incandescence. La version développée par Thoma Alva Edison conquit le monde entier au cours des années 1880.
Le principe de la lampe à incandescence est très simple : un courant électrique circule dans un mince filament en tungstène qui se trouve généralement au centre
de l'ampoule en verre. Il échauffe le filament à tel point que celui-ci se met à rayonner.
POUR ET CONTRE
Les lampes à incandescence ont un cout de production peu cher et leur durée de vie est d'environ 1 000 heures. Cela signifie qu'avec une durée de fonctionnement moyenne de 2,7 heures par jour, vous devez remplacer la lampe à incandescence au bout d'une année.
Le principal inconvénient de la lampe à incandescence : elle devient très chaude et seuls 5 à 10 % de l'énergie sont transformés en lumière visible. Autrement dit, la majeure partie de l'énergie se perd en chaleur inutilisée. Cette raison a finalement provoqué l’interdiction générale des lampes à incandescence dans l'UE.
La lampe halogène est un perfectionnement de la lampe à incandescence. Toutes deux font partie de la famille des émettrices de chaleur
dont la lumière est générée par échauffement d'un filament en tungstène. Ces lampes produisent une lumière blanche chaude, brillante et agréable avec
un excellent rendu des couleurs.
COMPARAISON CHIFFRÉE
- Les lampes à incandescence ont une efficience lumineuse de 12 lm/W, tandis que les lampes halogènes atteignent, avec 25 lm/W, pratiquement le double.
- Les lampes à incandescence ont une durée de vie de 1 000 heures, celle des lampes halogènes peut aller jusqu'à 5 000 heures.
LAMPES HALOGÈNES HAUTE TENSION
Pour une tension de 230 - 240 volts, il existe de nombreuses versions de lampes halogènes – avec réflecteurs dépolis ou clairs par exemple, mais également avec lampe à économie d’énergie ou ampoule « crayon » halogène.
Les lampes halogènes énergétiquement peu efficaces partagent le même sort que les lampes à incandescence : depuis septembre 2009, elles sont interdites à la vente. À partir de 2016, seules les lampes halogènes des classes d'efficience énergétique B et C seront encore autorisées. Après cela, à quelques exceptions près, celles de la classe C seront également vouées à disparaitre.
LAMPES HALOGÈNES TBT
« Beaucoup de lumière avec une petite lampe ». Depuis 1980, les lampes halogènes TBT pour systèmes rails ou sur câble sont en vogue.
Les lampes TBT sont proposées avec ou sans réflecteurs, en métal ou en verre miroité, avec différents angles de diffusion et avec plusieurs tailles de réflecteur. Elles sont toutes équipées d'un culot à broches.
Depuis septembre 2009, suite aux dispositions légales de l'UE , toutes les lampes halogènes TBT dépolies sont retirées du marché. Leur retrait complet s'effectue en plusieurs étapes jusqu'en 2016.
Le principe de la lampe à économie d'énergie, connue sous le nom de « lampe fluocompacte » - ou plus simplement LFC – fut découvert dès 1850
par le physicien Heinrich Geißler. Ce n'est que plus de
cent ans plus tard qu'on utilisera les lampes fluorescentes – aussi appelées « tubes néon » – et ce principalement dans le domaine industriel.
Entre 1980 et 1990, on développa les lampes fluocompactes LFC ou lampes à économie d'énergie à partir des lampes fluorescentes. Par rapport à la lampe à incandescence,
elles réduisent la consommation de courant de 70 à 80 %.
LES PROBLÈMES DE LA LAMPE À ÉCONOMIE D'ÉNERGIE
La lumière de la lampe à économie d'énergie est produite par une décharge électrique de très basse tension dans un gaz. L’effet produit est que le mercure est d'abord chauffé puis est condensé dans la lampe. C'est la raison pour laquelle la plupart des lampes à économie d'énergie ont besoin d'un certain temps pour atteindre leur pleine puissance. Selon la température ambiante, ce processus peut prendre jusqu’à cinq minutes.
Afin d'améliorer le comportement à l'allumage, il existe des lampes à économie d'énergie « préchauffées », elles sont toutefois très sensibles aux commutations (cycles allumage, extinction) La conséquence : le vieillissement rapide des lampes. Ceci signifie que la durée de vie moyenne d'une lampe à économie d'énergie dépend en priorité de son utilisation. Sa durée de vie fluctue entre 3 000 et 15 000 heures.
Outre le mercure et l'allumage lent, c'est surtout la lumière froide qui plaide en défaveur des lampes à économie d'énergie. Cette couleur froide n'est pas due à un écart de température de couleur, mais au spectre lumineux discontinu. Cela signifie que selon le type de lampe et sa spécification, certaines longueurs d'ondes et donc certaines couleurs de la lumière visible font défaut. La conséquence est que les objets éclairés par une telle lampe paraissent froids ou peu naturels.
L'abréviation LED vient de « Light Emitting diode » (diode électroluminescente). La diode émettrice de lumière est un composant semi-conducteur électronique. On en trouve aujourd'hui dans pratiquement tout appareil électronique.
Les premières diodes lumineuses son apparues dans les années 1960 lorsque
les voyants lumineux firent leur apparition.BIVERGENZ®plus : Déjà à l'époque, c'est leur longue durée de vie de 100 000
heures et plus firent leur succès.
DES PROGRÈS FULGURANTS Autres aspects intervenant dans le bilan écologique positif : les lampes LED supportent des commutations fréquentes sans dommage, ne contiennent pas de mercure et consomment peu de courant – 30 % en moins si on la compare avec une lampe à économie d'énergie, et jusqu'à 85 % en moins par rapport à une lampe à incandescence.
Il n'est pas possible d'obtenir toutes les couleurs avec une LED. C'est pourquoi, cette technologie a été ignorée pendant longtemps pour la production de « lumière blanche » et comme produit de substitution des lampes. Ce n'est qu'en 1995 qu'un mélange de phosphore spécial permit d'obtenir pour la première fois de la lumière blanche à partir de LED bleues. Cette découverte marqua le démarrage en flèche et le succès des LED.
De manière similaire aux lampes à incandescence et aux lampes à économie d'énergie, les LED vieillissent mais dans des proportions bien différentes. La durée de vie moyenne d'utilisation d'une LED (dans une lampe) est de 25 000 heures.
Une lampe traditionnelle dans un ménage type est allumée en moyenne environ 2,7 heures par jour. On peut donc partir de l'hypothèse de 1 000 heures de fonctionnement par an. Sur cette base, il est possible d’atteindre les durées de vie suivantes:
- 10 à 25 ans pour la lampe LED
- 4 à 8 ans pour la lampe è économie d'énergie
- 1 an pour la lampe à incandescence
Vous connaissez l'unité kelvin [K] qui est le relevé de température sur les thermomètres. Cette unité de mesure sert aussi pour la température de couleur de la lumière. Plus la valeur est basse, plus la lumière paraît « chaude ». Les lampes LED LEDON produisent une agréable lumière blanche chaude, identique à celle d'une lampe à incandescence.
Quelques chiffres pour vous orienter dans les températures de couleur:
- Lumière d'une bougie : 1 500 kelvins
- Lampe à incandescence 60 watts : 2 680 kelvins
- Lampe halogène : 3 000 kelvins
- Soleil mi-journée : 5 500 Kelvin
Pour décrire le rendu des couleurs des sources lumineuses, on a développé l'indice de rendu des couleurs [Ra]. Celui-ci se base sur la mesure de la lumière avec différentes longueurs d'ondes ou de couleurs (tons pastel). Bien qu'il ne tienne pas compte de l'intégralité du spectre lumineux, l'indice de rendu des couleurs est une bonne méthode pour évaluer la qualité de lumière.
Les critères de qualité des indices Ra :
- L'échelle de base sont les lampes à incandescence. Celles-ci ont un indice Ra = 100.
- Les lampes ayant un indice de rendu des couleurs Ra supérieur à 80 offrent déjà une très bonne qualité de lumière.
- Les lampes LED LEDON atteignent des indices Ra = 80 à Ra = 90.
- Notez que les lampes à incandescence et les lampes halogènes émettent très peu de lumière bleue, ce qui rend la distinction entre le bleu et le noir parfois difficile. Ce défaut a été pris en compte et corrigé sur les lampes LEDON LED.
Le flux lumineux d'une lampe mesure la quantité de lumière (en lumens [lm]) et se mesure indépendamment de la direction de rayonnement. Le flux lumineux d'une lampe à incandescence de 40 watts est d'environ 400 lumens. Mais comme la lumière rayonne dans toutes les directions, une bonne partie de la lumière se perd dans le luminaire ou dans l’abat jour. Seule une petite partie du flux lumineux est utilisée pour l'éclairage proprement dit.
- Le flux lumineux n'est pas totalement comparable entre deux lampes et la luminosité peut varier en fonction de la manière d’utilisation.
- La luminosité d'une lampe se définit par la capacité d’éclairage qui en résulte.
L'intensité lumineuse définie la partie du flux lumineux émise dans une direction donnée. C'est pourquoi l'intensité lumineuse dépend largement des éléments qui guident le flux lumineux. Un exemple typique est l’abat jour d'un luminaire qui la lumière provenant de la lampe vers le bas. L'unité de mesure de l’intensité lumineuse est le candela [cd].
Intensités lumineuses types:
- Une bougie standard atteint une intensité lumineuse de 1 cd.
- Une lampe à incandescence de 100 watts atteint 1 100 cd.
La puissance de l’éclairage est le flux lumineux qui éclaire un point sur une surface donnée. Il est mesuré en lux [lx] et se calcule en flux lumineux par mètre carré [lm/m²].
Le flux lumineux est l'indicateur de la puissance lumineuse d'un luminaire. Dans beaucoup d'applications, la lampe LED peut avantager la qualité d’une lumière dirigée. C'est ce qui explique le rendement élevé des lampes LED de LEDON : dans une suspension, une lampe LED LEDON de 6 watts atteint un flux lumineux supérieur à celui d'une lampe à incandescence de 60 watts.
Flux lumineux types :
- Journée d'été sans nuages : > 100 000 lx
- Journée d'été nuageuse : > 20 000 lx
- Crépuscule : 400 lx
- Bureau : 500 à 1 500 lx
- Nuit étoilée : 0,2 lx
La densité lumineuse mesure l'impression de luminosité d'une surface donnée. Chaque surface absorbe une partie du flux lumineux et réfléchit la part résiduelle. La couleur et la constitution matérielle de la surface éclairée déterminent le pourcentage d'absorption (absorption lumineuse) et de réflexion (rayonnement lumineux). On désigne par densité lumineuse l'impression de luminosité perçue par l'œil provenant de la part réfléchie du flux lumineux. C'est ainsi que dans une pièce au sol foncé, la lumière d'une lampe paraît nettement plus foncée que dans une pièce au sol clair.
- La densité lumineuse se mesure en candelas par unité de surface [cd/m²].
- Une distribution harmonieuse de la luminosité rend une pièce agréable et visuellement plus intéressante.
Toutes les indications en watts des appareils électriques et par conséquent des lampes chiffrent la puissance absorbée. Elles indiquent donc la puissance consommée, et non la puissance de sortie. Pour juger de l'efficacité d'un luminaire, il faut calculer le rapport entre le flux lumineux et la puissance absorbée. La valeur désignée par efficience lumineuse est indiquée en lumens par watt [lm/W].
- Plus l'efficience lumineuse est élevée, plus la lampe est efficace.
- Les lampes LED de LEDON dépassent 60 lm/W.
- Les lampes à incandescence arrivent à peine à 12 lm/W, les lampes halogènes à 20 lm/W.
- La plupart des lampes à économie d'énergie affichent entre 40 et 50 lm/W.
QUESTIONS FRÉQUEMMENT POSÉES
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