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La technologie LED

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La révolution des sources lumineuses

Les LED (diodes électroluminescentes) sont la source lumineuse du présent et de l'avenir : elles se caractérisent par une taille très réduite, une efficacité élevée, une longue durée de vie et une grande facilité de contrôle en termes d'intensité, de tonalité et de couleur.

Elles offrent également puissance, faible consommation, flexibilité d'utilisation ; contrairement aux lampes à décharge, elles peuvent être rallumées lorsqu'elles sont chaudes et sont capables d'émettre une pleine luminosité immédiatement après l'allumage ; toutes ces caractéristiques les rendent adaptées à une très large gamme d'applications dans le domaine de l'éclairage.

Une technologie innovante

Bien qu'elles émettent de la lumière comme les sources lumineuses classiques, les LED ont peu de choses en commun avec les lampes familières telles que les lampes à incandescence ou à décharge.

De manière constructive, il s'agit de puces électroniques constituées de couches adjacentes de composants semi-conducteurs spéciaux. Lorsqu'elles sont traversées par un courant électrique, les LED émettent un rayonnement lumineux selon un processus appelé "électroluminescence".

L'efficacité lumineuse bénéficie du fait que l'émission a lieu dans la plage de 180 degrés ; en outre, dans les modules LED, le rayonnement lumineux est émis dans une direction, tandis que le rayonnement thermique est dissipé dans la direction opposée.

Affirmation globale

Au niveau mondial, l'utilisation des LED a considérablement augmenté ces dernières années, passant d'une part de marché de 5 % en 2013 à près de la moitié des ventes en 2019, avec une part croissante de luminaires LED intégrés.

Très rapidement, les LED sont devenues la première source de lumière, une dynamique accélérée dans les pays de l'Union européenne par l'interdiction progressive d'autres sources à faible rendement comme les lampes à incandescence et les lampes halogènes.

L'affirmation des LED a également été facilitée par la baisse continue des prix, grâce aux économies d'échelle générées par des volumes de vente très élevés : en effet, on estime qu'en cinq ans seulement, 38 milliards de produits à base de LED ont été vendus. En 2019, au niveau international, les ventes de LED ont franchi une étape historique, dépassant les 10 milliards d'unités entre les sources lumineuses (lampes, tubes, modules) et les luminaires.

es OLEDs se profilent à l'horizon

Alors que les LED sont des sources lumineuses ponctuelles, la technologie OLED (diode électroluminescente organique) offre une innovation supplémentaire avec des sources lumineuses planes. Il est ainsi possible, comme pour un matériau de construction, d'incorporer des couches OLED extrêmement fines dans d'autres composants, ce qui ouvre de toutes nouvelles voies pour le développement d'écrans et de luminaires.

Déjà utilisées dans les luminaires design, on estime que les OLED seront de plus en plus utilisées pour l'éclairage de grandes surfaces dans les années à venir en raison de leurs caractéristiques distinctives : elles fournissent un rendu des couleurs uniforme et élevé et une lumière pratiquement sans éblouissement ; le plein rendement lumineux est immédiat ; la gradation est facile en faisant varier le courant de fonctionnement et il y a une flexibilité maximale dans le contrôle des couleurs.

Enfin, les OLED sont respectueux de l'environnement car ils ne contiennent pas de mercure ni d'autres substances nocives et sont entièrement recyclables.

L'efficacité comme facteur décisif

Partant de données qui étaient déjà meilleures que celles des autres technologies, l'efficacité des LED a encore été améliorée ces dernières années.

Selon le modèle, les LED disponibles sur le marché résidentiel ont une efficacité de plus de 100 lumens par watt, et depuis 2010, l'efficacité moyenne des LED s'est améliorée de 6 à 8 lm/W par an.

Dans certains pays, l'efficacité des LED disponibles pour un usage résidentiel varie déjà entre 110 lm/W et 130 lm/W. Pour atteindre les objectifs ambitieux du scénario de développement durable (SDD), les fabricants se sont déjà engagés à atteindre des valeurs de 160 lm/W d'ici 2030.

Pour comprendre les progrès réalisés, on doit savoir que l'efficacité des lampes fluorescentes compactes est d'environ 60 lm/W et les lampes halogènes sont inférieures à 20 lm/W ; elles dissipent la majeure partie de leur énergie en chaleur, ce qui explique pourquoi elles ont été les premières à être interdites sur le marché européen (source : AIE).

Variation des couleurs et couleur de la lumière

Une caractéristique révolutionnaire est que, grâce aux LED, n'importe quelle couleur de lumière peut être produite, contrairement aux sources de lumière traditionnelles.

Les LED existent en différentes couleurs selon le type de semi-conducteur utilisé, qui détermine la longueur d'onde dominante et donc la couleur de la lumière émise. En outre, selon la composition et la longueur d'onde de la couleur dominante, la lumière blanche émise par une LED peut prendre différentes teintes.

S'il y a une forte proportion de tons bleus dans le spectre, la lumière est perçue comme un "blanc froid" ; plus la proportion de couleurs à ondes longues est élevée, plus la lumière paraît "chaude".

La norme CEI EN 12464-1 donne une référence numérique aux différentes nuances de lumière, qui sont classées en fonction de leur "température de couleur", exprimée en degrés Kelvin (K). En règle générale, plus la température de couleur est élevée, plus la lumière est froide. Une distinction est faite entre

  • blanc chaud : température inférieure à 3 300 kelvins ;
  • blanc neutre : température comprise entre 3 300 et 5 300 kelvins ;
  • blanc lumière du jour / blanc froid : température supérieure à 5 300 Kelvin.
Avantages du contrôle

Les luminaires à LED offrent également des caractéristiques qui modifient les processus de contrôle et de surveillance conventionnels.

Dans le cas d'une commande automatique en fonction de la présence dans les bureaux, par exemple, le délai d'extinction des luminaires à tubes fluorescents ne peut pas être trop court : une valeur d'au moins 15-20 minutes permet d'éviter des commutations trop fréquentes qui endommageraient les tubes.

L'avènement des plafonniers à LED permet de raccourcir considérablement le délai d'extinction, sans effets négatifs sur la durée de vie des sources lumineuses.

Luminaires LED à gradation

Les luminaires à LED à gradation doivent être conçus pour la gradation. Les pilotes de LED à gradation et les sources de LED peuvent être identifiés par les symboles appropriés.

Rendu des couleurs

La valeur de rendu des couleurs (généralement indiquée par Ra) dépend principalement de la composition spectrale de la lumière artificielle et évalue dans quelle mesure l'éclairage reproduit les couleurs naturelles par rapport à une source lumineuse de référence.

Des valeurs de Ra = 100 indiquent un très bon rendu des couleurs : les sources lumineuses modernes à LED présentent de très bonnes valeur

Règlement unique sur l'éclairage

En décembre 2019, le règlement UE 2019/2020 est entré en vigueur, intégrant dans un seul texte - le règlement unique sur l'éclairage - tous les éléments de la législation sur l'écoconception touchant les produits du secteur de l'éclairage qui étaient jusqu'alors couverts par différents règlements (CE 244/2009, CE 245/2009 et UE 1194/2012).

Les nouveaux critères entrent en vigueur le 1er septembre 2021 avec l'abrogation simultanée des règlements précédents. L'objectif principal du règlement est la simplification afin de rendre la législation plus facile à appliquer et à vérifier par les autorités nationales.

Notant la transition en cours vers la technologie LED, L'objectif est de disposer en Europe de produits durables et innovants qui peuvent être réparés et remplacés par des sources lumineuses.

L'art. 4 examine la question de la suppression des sources de lumière et des unités de lumière alimentation séparée en définissant des caractéristiques telles que :

  • possibilité de remplacement sans dommage permanent pour le conteneur ;
  • accessibilité à des fins d'essai
  • l'amovibilité à la fin de sa vie utile.

C'est précisément l'évolution vers la technologie LED qui a rendu nécessaire la clarification de certaines définitions :

  • Par "source lumineuse", on entend un composant électrique qui émet de la lumière ou, pour les sources lumineuses non incandescentes, qui est réglé pour émettre de la lumière (ou les deux). Ne sont pas considérés comme des sources lumineuses les puces LED, les matrices LED ou les boîtiers LED ; les produits contenant une ou plusieurs sources lumineuses qui peuvent être retirées à des fins de test ; les pièces qui émet de la lumière contenue dans une source lumineuse dont elle ne peut être retirée pour être vérifiée en tant que source lumineuse ;
  • Le "produit contenant" comprend une ou plusieurs sources lumineuses ou un ou plusieurs ballasts séparés, ou les deux. C'est le cas pour les luminaires qui peuvent être démontés afin de vérifier séparément la source lumineuse, ou pour les appareils ménagers qui contiennent une source lumineuse. Toutefois, si un produit conteneur ne peut être démonté pour vérifier la source lumineuse et le ballast séparé, il est considéré comme une source lumineuse ;
  • Par "appareillage", on entend un dispositif, physiquement intégré ou non à la source lumineuse, qui convertit l'alimentation secteur en format électrique requis par la source lumineuse. Cela peut inclure la transformation de la tension d'alimentation et de déclenchement, la limitation du courant de fonctionnement et de préchauffage, la prévention du démarrage à froid, la correction du facteur de puissance et/ou la réduction des interférences radio.

Avec l'entrée en vigueur du règlement relatif à l'éclairage unique, les autres sources lumineuses seront progressivement supprimées et notamment

  • à partir du 1er septembre 2021, les lampes halogènes à culot R7s d'une puissance supérieure à 2 700 lm ;
  • à partir du 1er septembre 2023, les tubes fluorescents de 18, 36 et 58W avec culot G13 et les lampes halogènes avec culot G9, G4 et GY6.35.

La mesure prévoit également des seuils d'efficacité plus élevés pour les sources LED et l'introduction d'exigences visant à limiter le scintillement des sources lumineuses.

Durée de vie

Pour les sources lumineuses de type LED (et OLED), le règlement UE 2019/2020 définit la " durée de vie " avec le paramètre L70B50, c'est-à-dire le nombre d'heures entre le début de l'utilisation et le moment où, pour 50 % de la population de la source lumineuse, le rendement a progressivement diminué jusqu'à une valeur inférieure à 70 % du flux lumineux initial. A partir du 1er septembre 2021 la durée de vie doit être indiquée sur la source elle-même.

Situation et perspectives

Ces dernières années, le domaine des sources lumineuses a connu une grande évolution.

La directive européenne 2005/32/CE et le règlement CE n° 244 de la Commission qui en découle ont déterminé le retrait progressif du marché des lampes à faible efficacité.

n. 244 de la Commission ont déterminé le retrait progressif du marché des lampes à faible rendement ; après plus de 100 ans de présence sur le marché, cela a signifié le retrait de la technologie incandescente et, dans une large mesure, également de la technologie halogène ; une initiative nécessaire pour les sources qui dissipaient en chaleur la majeure partie de l'énergie utilisée et ne convertissaient qu'une petite partie en rayonnement lumineux.

Ventes par type de source dans le scénario de développement durable 2010-2030 (source : AIE)

Cette décision a entraîné une réduction des émissions de CO2 estimée à 32 millions de tonnes pour les pays de l'UE et une économie sur les factures d'énergie d'environ 11 milliards d'euros ; il a également été calculé que, d'ici 2020, la réduction de la consommation d'électricité serait de 80 milliards de KWh, soit l'équivalent des besoins totaux de 23 millions de ménages européens et la production annuelle de vingt centrales électriques de 500 MW.  Même dans le domaine de l'éclairage technique des grands bâtiments, la transition est en cours ; dans son scénario de développement durable, l'AIE estime que d'ici 2030, la technologie LED représentera environ 80 % du marché et les sources fluorescentes environ 20 % du total.

Références

Règlement (UE) 2019/2020 de la Commission du 1er octobre 2019 établissant des exigences d'écoconception applicables aux sources lumineuses et aux ballasts séparés conformément à la directive 2009/125/CE du Parlement européen et du Conseil et abrogeant les règlements de la Commission (CE) n° 244/2009, (CE) n° 245/2009 et (UE) n° 1194/2012.