Lampe électroluminescente

La lampe électroluminescente, dite lampe LED (abréviation de l'anglais Light-Emitting Diode) ou lampe DEL (abréviation de « diode électroluminescente »), est un type de lampe électrique qui utilise l’électroluminescence, phénomène opto-électronique issu de la technologie des diodes électroluminescentes.

Lampe à LED CEI GU10.
Lampes à LED à culot à vis Edison E27 (27 mm).
Lampes à LED.
Une ampoule LED à « filaments » 230 volts avec un culot à vis E27 Edison. Les filaments sont les parties « verticales » en jaune pale.
Une ampoule LED équivalente allumée vue au travers d'un filtre.

Pour les articles homonymes, voir Lampe (homonymie).

Lampe à LED GU4.

Historique

Historiquement, l’électroluminescence a d’abord permis l’essor des diodes électroluminescentes pour constituer des voyants lumineux en raison de leur tension d'alimentation adaptée à l'électronique et de leur longue durée de vie (témoins de veille ou de fonctionnement d'appareils électriques, signalisation, etc.). Puis, à la suite des avancées technologiques et de l'augmentation des puissances, des lampes basées sur cette technologie ont été développées et produites de façon industrielle.

À la suite de l'interdiction en Europe des lampes à incandescence classiques en 2012, puis des lampes à incandescence halogènes en 2018, et du fait d'une meilleure durée de vie, d'une consommation plus faible et de prix en baisse, la part de marché des lampes à LED ne cesse d'augmenter, dans le domaine de l'éclairage domestique mais aussi dans des lieux publics comme le métro parisien[1],[2].

Chronologie

Points forts et faiblesses
Comparatif d'efficacités lumineuses et de durées de vie
Technologie Efficacité lumineuse
en lumen/watt		 Durée de vie moyenne
(heures)
Lampe à incandescence 5 à 15 lm/W[7] 1 000 à 2 000 h[8],[9],[10]
Lampe halogène 10 à 25 lm/W[7] 2 000 à 3 000 h[10]
Lampe fluorescente 70 à 120 lm/W[7] 6 000 à 15 000 h[10]
Lampe électroluminescente 20 à 250 lm/W[7] 15 000 à 50 000 h[9],[10],[11]

Avantages
  • Durée de vie plus longue qu'une lampe à incandescence ou fluorescente, la fin de vie se déclarant par une baisse de rendement progressive. Après 30 000 h de fonctionnement, le rendement aura baissé en moyenne de 30 %[12], à condition que les composants électroniques de l'alimentation restent fonctionnels.
  • Faible consommation électrique due à une bonne efficacité lumineuse[13]. Le bon rendement des LED permet par exemple le fonctionnement à partir d'une énergie potentielle gravitationnelle faible comme pour la GravityLight, une lampe sans batterie[14].
  • Sécurité de fonctionnement en très basse tension pour certaines (GU4), directement en 230 volts pour les autres (GU10).
  • Faible production de chaleur[11].
  • Pas de production d’UV[13].
  • Possibilité de produire une grande variété de couleurs par addition de LED de couleurs différentes (souvent rouge, verte et bleue) et par variation des courants alimentant les différentes LED[13].
  • Grand choix de la température de couleur pour les LED blanches allant des blancs chauds aux blancs froids.
  • Possibilité d'alternances allumage/extinction rapides et fréquents sans endommager la lampe.
  • Pleine puissance lumineuse (généralement moins d'une seconde) après l'allumage, contrairement aux ampoules fluocompactes dites « basse consommation » qui affichent généralement 60 % de la puissance lumineuse au bout de 3 à 60 secondes.
  • Impact environnemental plus faible que les lampes fluorescentes, lié notamment à l'absence de polluants comme le mercure. Cependant, l'amélioration de la puissance des LED repose fréquemment sur l'utilisation d'indium, un métal dont les dérivés sont dangereux pour la santé des ouvriers qui le manipulent[15].

Inconvénients
Spectre du rayonnement émis par une lampe à LED blanche de température de couleur 3 135 K
Indice de rendu de couleur (IRC)
Le rendu de couleur des lampes électroluminescentes (comme celui des lampes fluocompactes) est moins bon que celui des lampes à incandescence (traditionnelles et halogènes) dont l’IRC est proche de 100. Le plus fréquemment, les LED blanches sont des LED bleues dont une partie de la lumière produite est transformée par fluorescence en lumière jaune[16] : le spectre est moins régulier que celui d'une lampe halogène. Dans de plus rares applications le blanc est reproduit par trois diodes de couleurs complémentaires ; dans ce cas, l'indice de rendu des couleurs est pire[réf. nécessaire], mais la couleur s'ajuste dans un large gamut pour des effets décoratifs.
Effet de la « lumière bleue »
Le spectre du rayonnement des lampes électroluminescentes se compose d'une fine raie bleue et d'un ensemble jaune-orangé réparti sur une large plage obtenu par fluorescence. Ce principe permet d'obtenir une température de couleur à partir de 2 700 K, ressemblant à celle d'une lampe à incandescence, jusqu'à 6 500 K, ressemblant à la lumière du jour. Ces dernières ont l'avantage d'aviver les couleurs, et ont rencontré un certain succès. Mais, d'une part, un éclairage similaire à la lumière du jour à tout heure du jour et de la nuit a des effets sur le rythme circadien, et d'autre part, la puissance du rayonnement bleu dans une bande étroite, par opposition aux sources où cette puissance est répartie sur une plus large plage, peut avoir, selon certains médecins ophtalmologues, des effets néfastes sur la rétine[17]. L'Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail (ANSES, France) « recommande de limiter l'usage des lampes électroluminescentes les plus riches en lumière bleue[18] », c'est-à-dire celles qui se rapprochent le plus de la lumière du jour (« blanc froid »). Ce conseil coïncide avec les résultats de la recherche ancienne, d'Arie Andries Kruithof (en) qui estimait que les éclairements faibles sont plus agréables avec des températures de couleur relativement basses (« blanc chaud »)[19].
Le physicien Sébastien Point met en cause la méthodologie des articles retenus pour affirmer la toxicité des LED[20],[21]. Il considère que les travaux pour une meilleure compréhension des effets sanitaires des LED doivent continuer mais qu'en l'état actuel des connaissances, le risque est « bien encadré par les normes photobiologiques »[22], sauf en cas d'une maitrise insuffisante des paramètres d'exposition, par exemple dans le cas des lampes torches ou des jouets pour enfants (l’œil de l'enfant collectant plus de lumière que l'œil adulte)[23], ou dans le cadre de certaines pseudo-thérapies comme la chromathérapie[24],[25]. L'affirmation que le spectre des lampes à DEL est plus dangereux pour les enfants que les spectres des technologies plus anciennes (lampes à filament et fluorescentes), plus riche en ultraviolets, est également discutée[26]. De plus, la brillance des ampoules LED étant supérieure à celle d'autres ampoules, il est plus désagréable de les regarder directement, ce qui selon Serge Picaud[alpha 1] « limite probablement leur toxicité »[27].
Les lampes électroluminescentes de forte puissance doivent être refroidies
Les jonctions de semi-conducteur fonctionnent à une température maximale de 120 à 130 °C, au-delà de laquelle elles peuvent être détruites, si un circuit disjoncteur n'intervient pas. Environ la moitié de l'énergie est dissipée en chaleur, à comparer aux 9⁄10 pour les lampes à incandescence. Une lampe de 10 W, équivalent à peu près à 80 W en lampe à incandescence, doit donc évacuer environ 5 W, sans que la diode elle-même ne dépasse la limite de température. Une enveloppe bien conçue permet de le faire pour les faibles puissances, mais pour les fortes puissances, un radiateur encombrant et une ventilation forcée peuvent être nécessaires.
La compatibilité électromagnétique (CEM)
Les diodes électroluminescentes fonctionnent à très basse tension. Les circuits des lampes réduisent la tension d'alimentation par découpage. Certaines lampes « bas de gamme » laissent ces commutations à haute fréquence perturber d'autres appareils, malgré la directive 2004/108/CE sur la compatibilité électromagnétique[28], en particulier, ceux qui fonctionnent par courants porteurs en ligne[29], des récepteurs de radio[30], etc.

Technologies
  • Types de leds
  • Lampe avec LED SMD
  • Lampe avec LED COB sous-alimentée, montrant les LED intégrées

Notes et références

Notes
  1. Directeur de recherche à l'Institut national de la santé et de la recherche médicale, docteur en neurosciences, membre de l'Institut de la vision et du comité scientifique de la Fédération des aveugles et handicapés visuels de France.

Références
  1. « L'ascension sans fin des ampoules à LED », sur Futura, .
  2. « Éclairage led : 5 points-clés et 4 nouveautés », Le Moniteur,‎ (lire en ligne).
  3. (en) Nikolay Zheludev, « The life and times of the LED — a 100-year history » (consulté le ).
  4. « LED / DEL », originedeschoses.com, consulté en janvier 2017.
  5. « Le prix Nobel de physique attribué aux inventeurs de la LED bleue », Le Monde, .
  6. (en) « New light to illuminate the world », sur nobelprize.org, (consulté le ).
  7. [PDF] Voir Efficacité lumineuse page 7, sur europole.net, consulté le 21 mai 2019.
  8. « La véritable histoire de l'ampoule de Livermore », drgoulu.com, .
  9. « Quelle durée de vie réelle pour les ampoules LED ? », sur Natura Sciences (consulté le ).
  10. « Quelle est la durée de vie des ampoules ? Au moins 110 ans ! », sur abavala.com (consulté le ).
  11. « Connaissances de base sur les LED » (version du 8 juin 2014 sur l'Internet Archive), sur osram.fr.
  12. Article sur les bases de la technologie LED, sur le site leclubled.fr.
  13. « Connaissances de base », sur osram.fr (consulté le ).
  14. (en) Oliver Wainwright, « GravityLight: the low-cost lamp powered by sand and gravity », The Guardian,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  15. « L'objet du jour : l'ampoule à LED, par Terra Eco », Le Monde, (consulté le ).
  16. Nicolas Grandjean, « Les LED blanches », Pour la science, no 421,‎ , p. 32-38.
  17. Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail, « Effets sur la santé humaine et sur l’environnement (faune et flore) des diodes électroluminescentes (LED) » [PDF], .
  18. « LED : les recommandations de l’Anses pour limiter l’exposition à la lumière bleue », sur anses.fr, .
  19. (en) Steven Weintraub, « The Color of White: Is there a "preferred" color temperature for the exhibition of works of art? », (consulté le ).
  20. Sébastien Point, « LED toxiques : la France ignore-t-elle l’expertise européenne ? », sur European Scientist.
  21. Sébastien Point, « Lumière bleue et valeur limite d’exposition : réponse à l’Anses », sur filière-3e.
  22. « Faut-il craindre la lumière bleue des LED ? », sur pseudo-sciences.org, (consulté le )
  23. (en) S. Point, Blue light hazard: are exposure limite values protective enough for newborn infants, Radioprotection, 2018.
  24. Sébastien Point, « Exemple d'utilisation inappropriée des lampes à LED : la chromothérapie » [PDF], sur sfrp.asso.fr, (consulté le ).
  25. (en) S. Point, the danger of chromotherapy, Skeptical Inquirer, juillet-aout 2017
  26. Sébastien Point, « Lumière bleue et jeunes enfants : les LEDs sont-elles plus nocives que les autres technologies de lampes ? », sur European Scientist, .
  27. « Le côté obscur des LED », sur sante.lefigaro.fr, (consulté le ).
  28. Directive 2004/108/CE du Parlement européen et du Conseil du 15 décembre 2004 relative ... concernant la compatibilité électromagnétique ..., legifrance.gouv.fr, consulté le 21 juillet 2019
  29. Quand j’allume mes ampoules à LED le CPL (courant porteur en ligne) ne fonctionne plus !, sur deled.pro
  30. Lampes à LED et perturbation radio, sur sonelec-musique.com
  31. (en) Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths : Including Actinides, Elsevier, , 480 p. (ISBN 978-0-444-63705-5, lire en ligne), p. 89

Annexes

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie
  • Sébastien Point, Lumière bleue : éclairage à LED et écrans menacent-ils notre santé?, Bookebook, coll. « Une chandelle dans les ténèbres », .
  • Laurent Massol, Les LED pour l'éclairage, Dunod, coll. « Technique et ingénierie », .


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