Les ampoules à incandescence de 40 watts retirées de la vente après le 31 août

Les ampoules à incandescence d'une puissance égale ou supérieure à 40 watts ne seront plus vendues dans les commerces en France après mercredi, conformément au programme de retrait par étape de ce type de lampes après celles de 100, 75 et 60 watts depuis fin juin 2009.

Le remplacement des ampoules à filament par des ampoules basse consommation devrait être complet fin 2012 dans les commerces, les dernières, celles de 25W devant être retirées de la vente le 31 décembre 2012.

Ce calendrier avait été fixé dans une convention signée le 23 octobre 2008 entre le ministère du Développement Durable et les acteurs de la grande distribution et du bricolage ainsi que l'éco-organisme Récylum, EdF et l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe).

Le remplacement des ampoules à incandescence par des lampes basse consommation devrait permettre à la France d'économiser 8 térawatts-heure de consommation d'électricité, soit l'équivalent de deux fois la consommation annuelle d'électricité des habitants de Paris, selon le ministère.

Trois à quatre fois plus chère à l'achat, une lampe basse consommation consomme cependant quatre à cinq fois moins d'énergie qu'une ampoules à filaments. Et elle dure en général environ 8.000 heures contre 1.000 pour une ampoule à incandescence.

Cependant, à la différence des ampoules classiques - qui doivent être jetées dans la poubelle ordinaire - les ampoules basse consommation usagées, qui contiennent de faibles quantité de mercure, doivent être rapportées dans les magasins.

Sciences et Avenir 31/08/2011

Le retrait de la vente des ampoules à filament (dites aussi à incandescence) a commencé le 30 juin 2009, suite à une décision datant du Grenelle de l’environnement l’année précédente. Il concernait dans un premier temps les ampoules de plus de 100 W. En septembre, la mesure devenait obligatoire dans toute l’Europe et les distributeurs ne pouvaient plus être réapprovisionnés. Le 31 décembre dernier, les derniers modèles encore autorisées, les ampoules de 25 watts, étaient retirées du marché. Certaines lampes halogènes seront même concernées cette année.


[b]Les étapes de l’interdiction vont ainsi se succéder jusqu’à septembre 2016, pour que
les 4,2 milliards d’ampoules utilisées soient à terme remplacées par des ampoules à «efficacité énergétique».
[/b]
Celles-ci se répartissent en trois catégories, comme le détaillait Sciences et Avenir dans son numéro de juin 2009. La première, constituée par les lampes à incandescence «améliorées», de type halogène, permettrait de réaliser 25 % d’économies d’énergie tout en nous inondant d’une lumière similaire à celle de nos chers vieux bulbes. La seconde, constituée par les lampes fluorescentes compactes (LFC) – ou lampes basse consommation (LBC) – économiserait jusqu’à 75 % d’énergie, à condition de faire le bon choix. Enfin, troisième catégorie, les diodes électroluminescentes (LED), basés sur des composés électroniques, dont l'efficacité est en progrès.




SCIENCES ET AVENIR 18/1/2013

Interdites à la vente depuis le 1er janvier 2013, la vente, les ampoules à incandescence sont remplacées par des modèles basse consommation fluocompactes (les plus répandues) et à LED. Ces dernières n’en sont qu'à leurs débuts et les modèles dispensant une luminosité supérieure à celle d’une ancienne ampoule 60 watts sont encore rares.

Trois amis américains, diplômés de l'université de Toronto, voient cependant plus loin et se sont associées pour créer le projet NanoLight visant à produire et commercialiser des ampoules LED de 10 watts (équivalent 75 watts) et 12 watts (équivalent 100 watts). Ils recueillent actuellement des fonds via le site Kickstarter et en profitent pour présenter leurs ampoules à l'aspect inhabituel... que voilà :

L'ampoule NanoLight de 12 W (dans ses deux versions), délivrant une lumière équivalente à une ancienne ampoule à filament de 100W. The NanoLight




La forme générale en bulbe est conservée mais la surface n'est pas ronde : elle est composée de plusieurs polygones sur chacun desquels sont placées trois LED. Ce qui permet de dispenser un éclairage équivalent dans chaque direction autour de l'ampoule. Avec 1800 lumens fournis par la version 12 watts, on ne se fait pas de souci pour la qualité de l’éclairage.

Recherchant à la base un financement de 20.000 dollars, le projet en est déjà à près de 100.000 dollars de promesses de dons....



SCIENCES ET AVENIR 24/01/2013

MONTREAL - Trois Canadiens ont affirmé mercredi avoir inventé l'ampoule la plus économique du monde, d'une puissance de 12 watts mais diffusant autant de lumière qu'une ampoule classique de 100 watts.

Dite Nanolight, l'ampoule est en fait un circuit imprimé parsemé de diodes électroluminescentes (LED), plié comme un origami et qui se branche sur secteur comme n'importe quel luminaire, a indiqué à l'AFP le principal auteur du projet, Gimmy Chu.

L'idée avait permis à ses inventeurs de recueillir plus de 100.000 dollars sur un site américain de financement par le public. Le mois dernier, ils ont reçu des commandes de 3.000 ampoules au total. Nous avions besoin d'une source de lumière allant dans tous les sens, pour imiter l'ampoule à incandescence traditionnelle, a ajouté M. Chu.

Au bout de trois ans de travail sur son projet, il a lancé l'année dernière avec ses partenaires Tom Rodinger et Christian Yan une société devant commercialiser leur invention, vendue 45 dollars l'unité. C'est un peu cher, mais sa durée de vie permet de faire des économies, dit l'inventeur.

Les trois hommes se sont rencontrés à l'Université de Toronto lors de la préparation d'une compétition de voitures à propulsion solaire.


ROMANDIE 6/2/2013

Une start-up française veut bousculer le marché des LED avec ses microfils


PARIS - La start-up Aledia, basée à Grenoble (sud-est de la France) espère percer sur le marché en forte croissance des diodes électroluminescentes (LED) grâce à une nouvelle technologie moins coûteuse utilisant des microfils, dévoilée mercredi. La jeune entreprise prévoit un lancement commercial de son produit fin 2014 ou début 2015, a indiqué son patron Giorgio Anania dans un entretien à l'AFP.

Ce qu'on fait risque de changer une industrie, si on y arrive, c'est un grand pavé industriel qui risque de faire beaucoup de vagues, a fait valoir cet entrepreneur italo-américain. La technologie, fruit de recherches du Commissariat à l'énergie atomique (CEA), combine deux innovations.

Au lieu d'utiliser du saphir très coûteux comme socle des LED, on utilise du silicium, une piste que développent aussi des grands constructeurs. Mais, deuxième progrès, au lieu de déposer le nitrure de gallium luminescent en couche comme habituellement, on le dépose sur des microfils d'un micron de diamètre. C'est comme si on faisait une forêt où chaque arbre émet autour de lui, au lieu d'avoir une plaine qui brille, explique M. Anania.

Parmi les projets similaires, il cite une start-up en Californie, des travaux dans les universités et des petits projets chez des grands groupes.

Selon Aledia, le procédé permet de diviser par quatre les coûts de fabrication des LED, qui ont représenté un marché de 13,7 milliards de dollars en 2012 avec des poids lourds comme Philips, Siemens ou encore des groupes asiatiques.

Sur le marché des lampes et de l'éclairage, qui pèse au total 80 milliards de dollars, la part des LED n'est que de 3 milliards actuellement. Mais en raison de la moindre consommation d'électricité qu'elles permettent d'obtenir, le cabinet McKinsey pense que 70% de ce marché aura été conquis par les LED en 2020.

Dans le même temps, leur prix devient de plus en plus compétitif par rapport aux illuminations conventionnelles: en 2010, les LED coûtaient 13 dollars par unité de référence (le kilolumen). En 2012, c'était 3,50 dollars, atteste M. Anania.



ROMANDIE 27/3/2013

Deux laboratoires situés au Mexique et à Taïwan affirment avoir mis au point le procédé d’éclairage public à Led le plus efficace. Ce système permettrait de réduire de 50 % la facture énergétique d’un lampadaire à Led, tout en assurant une diffusion lumineuse parfaitement uniforme sur la chaussée et un meilleur confort visuel.


Gaspillage d’énergie, éblouissement des conducteurs, pollution lumineuse… L’éclairage public absorbe à lui seul près de la moitié du budget électricité des communes, pour des résultats d’une efficacité discutable. Afin de réduire cette facture énergétique, l’État a incité les collectivités locales à remplacer les lampes à vapeur de mercure par d’autres technologies, telles que les dispositifs à vapeur de sodium. C’est mieux, mais il est possible de faire encore plus d’économies grâce aux Led.


Le lampadaire conçu par les laboratoires de la National Central University de Taïwan et de l’université autonome de Zacatecas (Mexique) est doté d’un caisson réfléchissant (reflecting cavity). Pour minimiser les pertes, le système dirige le faisceau lumineux d'une Led avec des lentilles afin qu’il soit parallèle aux autres (TIR lens). Si un rayon n’est pas correctement diffusé, il va rebondir sur le système de diffusion pour être recyclé (light recycling). Par la suite, il est à nouveau projeté par la surface du caisson (specific diffuser). Optics Express


À l’instar de ce qui se passe dans l’environnement domestique, le sens de l’innovation et de la créativité des chercheurs est sans cesse sollicité par les capacités des diodes électroluminescentes (Led). Avec leurs dimensions réduites, les Led savent se déguiser en ampoules classiques pour offrir un rendu lumineux équivalent aux modèles à incandescence. Elles prennent diverses formes et sont à l’origine de nombreuses astuces pour consommer toujours moins, et éclairer encore plus et mieux.


Pour ce qui est de l’éclairage public, les lampadaires à Led existent déjà. Toutefois, une équipe de chercheurs des laboratoires de la National Central University de Taïwan et de l’université autonome de Zacatecas (Mexique) considère qu'ils ne sont pas optimisés et gaspillent au moins 10 % de l’éclairage produit. En effet, comme les autres systèmes d'éclairage, les Led ne projettent pas forcément leur faisceau lumineux de façon linéaire pour éclairer une zone précise. Au final, ils produisent un vaste halo éclairant au-delà de la chaussée, ayant pour conséquence une pollution du ciel nocturne.


Avec des procédés qu'ils ont imaginés, les chercheurs assurent qu'un lampadaire peut répartir de façon uniforme la lumière sur la chaussée. Selon leurs modèles, ils parviendraient en théorie à réduire à 2 % la perte lumineuse et donc à annuler la pollution lumineuse. C’est pourquoi ils n’hésitent pas à affirmer dans une publication sur Optics Express que «leur concept est le meilleur qui ait été conçu jusqu’à maintenant».


Concrètement, les Led sont encapsulées dans un système de lentilles permettant de guider efficacement les rayons lumineux, puisqu'elles sont dotées d’une technologie baptisée TIR (Total Internal Reflection ou réflexion interne totale). Ce concept leur permet de diriger les faisceaux lumineux de façon strictement parallèle pour chaque Led. Ainsi, il y a moins de pertes de lumière.


Mais ce n’est pas tout, puisque ce système Led TIR est enfermé dans un boîtier réfléchissant. Si un rayon lumineux ne parvient pas à être projeté de façon parfaitement parallèle aux autres, il va ricocher sur la surface de diffusion du caisson pour finalement être projeté, correctement cette fois, par celle-ci. C’est ce procédé qui explique le rendement extraordinaire de ce dispositif d’éclairage.


Les scientifiques affirment dans leur étude que ce procédé permettrait de consommer entre 10 % et 50 % d’énergie en moins que les lampadaires à Led actuels. Selon leurs dires, ce système pourrait améliorer le confort oculaire, éviterait de voiler un ciel étoilé, ou encore d’inonder d’une lumière non désirée les habitations situées à proximité.


Si le modèle numérique a montré une répartition uniforme de la lumière sur la voie publique, et ce quelle que soit l’orientation de l’éclairage, il ne s’agit que de théorie. Toutefois, pour confirmer les résultats de leurs travaux, les chercheurs des deux laboratoires sont en train de concevoir un prototype qui devrait être fonctionnel à partir du mois d’octobre 2013.


En France, l’éclairage public représente 9 millions de points lumineux absorbant une puissance de 1.300 MW, selon les chiffres de l’Ademe. La figure (a) décrit les conséquences de l’éclairage public actuel (b). Le résultat du modèle mis au point par les chercheurs est présenté dans la figure (c) : la surface éclairée est limitée et ciblée, n’occasionnant aucune pollution lumineuse. Optics Express


FUTURA SCIENCES 23/5/2013

PARIS - La RATP a annoncé jeudi avoir débuté la généralisation de l'équipement en lampes à diode électroluminescente, dites à Led, de tout son réseau métro et RER, ce qui devrait d'ici à 2017 faire baisser de 50% sa consommation d'énergie pour l'éclairage.

Cette décision s'inscrit dans notre réflexion sur la réduction de notre consommation d'énergie, initiée en 2007, qui s'est traduite par une expérience pilote à la station Censier-Daubenton, puis par l'équipement en lampes à Led du siège de la RATP et d'ateliers de maintenance, a déclaré François Saglier, porte-parole de la régie. Au delà des gains énergétiques, les lampes à Led dure environ cinq ans contre deux pour les modèles classiques, ce qui va réduire les coûts de maintenance, a-t-il également souligné.

Pour les usagers, le changement n'est pas visible car la qualité de l'éclairage est similaire et les luminaires n'ont pas été remplacés, les partenaires industriels (Philips/Step et Soitec) ayant adapté leurs lampes aux équipements existants.

Une centaine de gares RER et de stations de métro vont être équipées chaque année jusqu'en 2017.

Avec 369 gares et stations équipées à terme, dont 300 km de couloirs et de quais, ce sera le 1er métro au monde à être entièrement équipé en Led, a relevé Stéphane Berlioz-Latour, directeur marketing France de Philips Lighting.

L'équipement en lampes à Led du réseau francilien de transport représente un marché de 11 millions d'euros. A terme, le coût global (achat, consommation, maintenance) de l'éclairage sera divisé par trois, indique la régie.

Les lampes classiques qui vont être remplacées seront toujours confiées à l'éco-organisme Récylum en vue d'un recyclage. Les lampes sont l'équipement électrique qui se recycle le mieux, 90% du produit (verre, métaux, plastiques, terres rares) pouvant être réutilisé, a indiqué Hervé Grimaud, directeur de Recylum.

Le recyclage des sources lumineuses classiques de la RATP devrait ainsi permettre de récupérer, en quatre ans, 31 tonnes de verre, 1,8 tonne de métaux et 100 kg de terres rares.

Jusqu'au 14 juillet, une exposition sur le projet et l'histoire de l'éclairage du réseau RATP est visible à la station Franklin-Roosevelt (lignes 1 et 9).


ROMANDIE 23/5/2013

Des phares de voiture aux luminaires du salon, les Led sont partout. Apprenez comment elles fonctionnent, comment on les fabrique, et les raisons qui font des Led les sources de lumière de choix pour demain. Les paramètres qui distinguent les Led seront aussi passés en revue.

La technologie Led, qui a plus de 100 ans maintenant, n’en finit plus de dévoiler ses performances. Toujours plus efficaces, encore plus fiables, les Led des années 2010 présentent maintenant des colorimétries (et en particulier les Led blanches) leur permettant d’être intégrées dans les applications d’éclairage les plus contraignantes, mais également les plus exigeantes, requérant des niveaux de performances identiques voir supérieurs aux technologies plus traditionnelles (incandescence, fluorescence, décharge).

Des rendements supérieurs à 120 lm/W sur des modèles de Led commerciaux et disponibles à la vente sont désormais possibles, atteindre plusieurs dizaines de milliers d’heures sans pertes trop importantes (inférieures à 30 %) est monnaie courante, et des spectres de Led blanches validés par des concepteurs lumière et autres conservateurs de musée existent et sont disponibles.

Des pays ont été les précurseurs de cette technologie (États-Unis, Japon), notamment dans les années 1950 et 1960 quand les premières Led rouges puis jaunes sont nées, puis dans les années 1990 avec les premières productions de Led bleues et de Led blanches.

Pour l’année 2012, l’Asie représentait plus de 70 % du chiffre d’affaires en matière de revenu pour les sociétés qui fabriquent des Led (fabricants de puces et ceux de Led confondus), et pour 2013, il semble que cette proportion s’accentue encore en défaveur de l’Occident.

Toutefois, la surcapacité de certains fabricants, couplée à une conjoncture économique et à des développements d’applications nécessitant de moins en moins de composants (performances croissantes), nous a plongés dès 2011 dans une période relativement turbulente pour les prévisions de futures performances et de réalisations de chiffre d’affaires. Seules les applications d’éclairage présentent aujourd’hui des marges de progression importantes, d’autant qu’au fil du temps, de nouvelles idées sclérosées jusque-là (par manque de performances, prix trop élevés, etc.) réapparaissent et peuvent être mises sur le marché.

Dans ce dossier, Laurent Massol, auteur du livre Les Led pour l'éclairage, aux éditions Dunod, explique ce qu’est une Led, apporte des précisions sur cette technologie et en explique le fonctionnement, mais balaye aussi les paramètres indispensables à maîtriser pour permettre d’identifier, de sélectionner et d’intégrer des Led dans une application d’éclairage. Les récentes performances des composants et des applications seront ensuite présentées, pour donner au lecteur une vision d’ensemble des paramètres technicoéconomiques de cette technologie.


FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Une Led (light emitting diode, ou encore diode électroluminescente) est un composant électronique qui émet de la lumière à partir d’une excitation électrique.

Un semi-conducteur, fabriqué à partir de l’empilement de couches de différents matériaux et d’épaisseurs différentes, constitue ce que nous pourrions appeler le moteur du composant en créant une jonction semi-conductrice. Celui-ci est soudé sur un support qui est à la fois conducteur de courant et de chaleur, puis protégé par une couche de matériau transparent, permettant de laisser passer la lumière émise (souvent un dôme de silicone dans le cas des Led de puissance).

  Les applications qui utilisent les Led sont très nombreuses, de l’éclairage domestique aux feux de voiture. Led Engineering Development

Cette lumière est relativement monochromatique (sa largeur d’émission en termes de longueur d’onde est étroite, de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres), et pour pouvoir émettre de la lumière blanche, une couche de luminophore permet de convertir cette lumière monochromatique en lumière de plus large spectre (voir l’image ci-dessous).

  Schéma d'une Led de puissance blanche. La couche de luminophore permet d’élargir le spectre d’émission de la Led. Semileds

Suivant les fabricants, l’alimentation électrique du semi-conducteur est faite par l’intermédiaire de fils d’or (de diamètre de quelques dizaines de microns) ou par des méthodes de via électrique au travers du semi-conducteur lui-même, sorte de petits puits métallisés conduisant donc le courant (voir ci-dessous).

En appliquant une polarité aux bornes de la Led et en lui injectant un courant (maîtrisé), le semi-conducteur va émettre de la lumière (relativement monochromatique). Suivant la fabrication du semi-conducteur et des différents matériaux employés, la couleur émise sera différente, allant de l’UV (certaines Led émettent autour de 275 nm) au proche infrarouge (850 nm).

  Schéma d’une Led de puissance blanche. On distingue nettement les via électriques, qui conduisent le courant au travers du semi-conducteur. Nichia

La principale différence entre les Led blanches et les Led de couleur réside dans le fait que les Led blanches possèdent un luminophore supplémentaire de couleur jaune-orange permettant de reconstituer un spectre d’émission relativement plat. Pour cela, le semi-conducteur émet une lumière bleue (et monochromatique), qui est absorbée en partie par le luminophore et transformée par celui-ci en couleurs allant du vert au rouge. La superposition de cette émission et du bleu qui n’a pas été absorbé permet de recréer le spectre de la lumière blanche ou tout du moins de s’en rapprocher (voir la figure ci-dessous).

  Méthode de création d’un spectre de lumière blanche. La Led blanche (a) contient un luminophore (b) qui émet dans des longueurs d’onde différentes de celles produites par le semi-conducteur (ici le bleu, c). Le tout est complémentaire, et permet d’obtenir une lumière blanche (d). Led Engineering Development

Les premières Led blanches, qui étaient fabriquées à la fin des années 1990, mettaient en œuvre des luminophores de qualité toute relative, et le mode de dépôt de ces luminophores, couplé à cette qualité, aboutissait souvent à des spectres bleutés (voir ci-dessus), où la part de bleu non absorbée était difficilement maîtrisable et souvent trop importante (température de couleur froide des Led).

Une autre raison peut être évoquée à cette colorimétrie. Le manque de rendement des puces semi-conductrices bleues de cette époque ne permettait pas de mettre en œuvre des luminophores plus absorbants (afin de restituer les autres couleurs du spectre), qui pour nombre d’entre eux existaient déjà, et étaient issus des technologies précédentes. Il faut rappeler que la société Nichia, actuellement un des leaders dans la fabrication des Led, était avant tout un fabricant de luminophores, notamment pour le marché des tubes fluorescents.


FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Dès lors que le principe de puce semi-conductrice bleue couplée à un luminophore a pris ses marques, de multiples technologies complémentaires sont apparues pour améliorer les rendements, proposer de nouveaux spectres lumineux ou encore améliorer les durées de vie des composants.

Parmi les technologies Led qui sont apparues, nous pouvons citer la technologie flip-chip qui, tout en limitant l’emploi de fils d’or pour l’alimentation, a ouvert la voie de la dissipation de la chaleur se faisant par des thermiques au travers du semi-conducteur lui-même. De nombreuses améliorations sur les luminophores, notamment l’utilisation de différents types mélangés entre eux, ou simplement de nouveaux matériaux, ont abouti à des spectres de Led blanches de plus en plus proches des technologies de type incandescence. Technologies vers lesquelles, naturellement, on a voulu se rapprocher lors de l’arrivée de cette nouvelle méthode d’éclairage que constituent les Led (voir figure ci-dessous).

  Spectre de Led de type blanc chaud. Grâce à diverses technologies, les Led blanches se sont rapprochées des technologies d’incandescence. Dunod

Nous avons décrit brièvement de quoi est constitué une Led, et nous allons balayer cela en détail en faisant un focus sur les Led blanches, pour lesquelles existe une si grande attente de performances pour les applications d’éclairage. Les Led de couleur étant quant à elles réservées aux applications décoratives, architecturales ou de signalisation. Toutefois, il faut garder à l’esprit que les Led sont constituées d’un semi-conducteur bleu, très proche de ceux employés pour la fabrication de Led bleues, ce qui rend les Led blanches relativement proches d’un point de vue comportemental.

  Une Led blanche fonctionnant en courant alternatif à 220 volts (220VAC). On distingue les fils d’or employés pour l’alimentation. Led Engineering Development

Les organes principaux qui constituent une Led sont :

- le semi-conducteur, qui est le moteur de la Led. Convenablement alimenté, il produit une lumière dont la couleur correspond aux propriétés intrinsèques du semi-conducteur ;

- le boîtier de la Led, qui permet de réaliser une protection du semi-conducteur pour l’intégration de la Led dans les applications, mais qui a aussi une fonction importante, qui est de dissiper la chaleur dégagée par le semi-conducteur au travers des pattes d’alimentation ou de pads de dissipation thermique présents chez certains fabricants ;

- la lentille primaire, qui surmonte le boîtier pour encapsuler le semi-conducteur, et éventuellement le luminophore dans le cas des Led blanches, mais aussi les fils d’or d’alimentation pour les modèles qui en possèdent.


FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Comme nous l'avons mentionné précédemment, le semi-conducteur est le moteur de la Led. Il est constitué d’un empilement de différentes couches, et suivant la méthode d’alimentation choisie par le fabricant, la structure du semi-conducteur est différente.

Il existe différents différents types de structure de semi-conducteurs utilisés dans la fabrication des Led (voir l’illustration ci-dessous) :

  Structures de semi-conducteurs les plus répandues : latérale (a), verticale (b) et flip chip (c). Le détail de chaque structure est donné dans le texte ci-dessous. Led Engineering Development

- structure latérale à fil d’or : l’alimentation se fait quasiment sur un même plan, avec un léger décroché pour l’une des deux électrodes pour permettre de réaliser la zone active du semi-conducteur de quelques microns ;

- structure verticale à fil d’or : Dans ce cas, l’alimentation se fait par le dessus du semi-conducteur, qui est soudé sur une embase qui conduit le courant ainsi que la chaleur ;

- structure flip chip : Des microbilles assurent dans ce cas de figure la conduction électrique, le tout se faisant par le dessous de la puce semi-conductrice, anode comme cathode.

Le semi-conducteur produit une lumière relativement monochromatique, et il est possible de créer un grand nombre de couleurs suivant le type de semi-conducteur utilisé.

Toutefois, ils ne se comportent pas de la même manière face aux sollicitations électriques et thermiques. Ainsi, une Led constituée d’un semi-conducteur émettant dans le rouge ou l’ambre est beaucoup plus sensible à la température qu’un semi-conducteur émettant du bleu. Alors que la Led rouge perd plus de 50 % de son flux si le semi-conducteur fonctionne autour de 70 ou 80 °C (par rapport à celui émis pour une température de la jonction autour de 25 °C), un semi-conducteur émettant dans le bleu perdra dans des conditions thermiques identiques de l’ordre de 5 à 10 % de son flux initial (à 25 °C).

En termes de taille, c’est le prix des wafers (les galettes de silicium sur lesquelles sont déposées les différentes couches de matériaux), les technologies mises en jeu et le type de Led qui définissent la taille des semi-conducteurs, qui peut aller de quelques dizaines de microns à deux ou trois millimètres. La difficulté dans les processus de fabrication étant de déposer des couches très fines de matériaux, de façon uniforme et sur des surfaces les plus grandes possible, afin de fabriquer des puces semi-conductrices de performances proches. Ainsi, lors de la découpe de ces puces, la disparité en performances (optiques et électriques) est peu importante et permet de fabriquer des lots de Led complets (diminuant de ce fait les coûts de fabrication).

FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Le semi-conducteur a besoin d’être encapsulé de telle sorte qu’il puisse être alimenté, et surtout que la chaleur qu’il génère (en général de 45 % à 75 % de la puissance électrique consommée, et même jusqu’à 90 % pour certaines Led UV) puisse être dissipée vers l’extérieur.

Il existe aujourd’hui de très nombreux modèles de boîtiers et de formes de Led, fabriqués dans des matériaux différents (résines, céramiques, métaux).

Pour les Led de puissance importante (à partir de 0,25 W de consommation), la tendance est plutôt de s’orienter vers des boîtiers CMS (composants montés en surface), qui ont des capacités d’extraction thermique bien plus importantes que leurs homologues de type traversant.

  Différents boîtiers de Led : traversant (a), CMS sans pad de dissipation thermique de type PLCC4 (b) et CMS avec pad de dissipation thermique de type 5630 (c). Led Engineering Development

Les pattes d’alimentation peuvent servir de dissipation thermique dans le cas des boîtiers traversants, y compris pour des boîtiers CMS, mais c’est d’une efficacité bien inférieure à des pads thermiques situés en dessous de la Led et en contact avec la puce.

Quelques ordres de grandeur en matière de résistance thermique, ce qui représente pour une Led sa capacité à dissiper la chaleur dégagée par le semi-conducteur ; plus la résistance thermique est faible (en kelvin par watt, K/W), plus la capacité de la Led à dissiper la chaleur est importante :

- Led traversantes : souvent entre 150 et 350 K/W ;

- Led CMS sans pad de dissipation thermique : souvent entre 50 et 200 K/W ;

- Led CMS avec pad de dissipation thermique : entre 10 et 80 K/W.

Du côté des matériaux, il existe principalement des boîtiers en résine dure (voir la figure ci-dessous) et en céramique.

À la fin des années 2010, de plus en plus de Led de puissance « intermédiaire » (entre 0,2 W et 0,6 W de consommation) en boîtier céramique ont commencé à faire leur apparition (figure ci-dessous, b), même si dès le début des années 2000, quelques modèles en céramique pour de faible puissance et des puissances intermédiaires existaient déjà.

  Boîtiers de Led CMS de puissance intermédiaire en résine (a) et en céramique (b). Led Engineering Development

Pour les Led de puissance (voir ci-dessous), les boîtiers en céramique sont apparus plus tôt, dès le début des années 2000, pour des raisons de robustesse, de dissipation thermique et de coefficient de dilatation, permettant de rendre les applications d’éclairage performantes dans le temps. Il existe tout de même beaucoup de modèles en résine (parfois pour des raisons de prix).

  Boîtiers de Led CMS de puissance en résine (a) et en céramique (b). Led Engineering Development

Dans les années 2010, en même temps que l’accélération de l’adoption des boîtiers céramiques, les dimensions se sont réduites à des boîtiers de 4 mm à 6 mm de côté.


FUTURA SCIENCES 4/11/2013

En grande partie pour des raisons d’extraction lumineuse, beaucoup de boîtiers de Led intègrent aujourd’hui des lentilles primaires en forme de dôme, et souvent en silicone souple.

De nombreux modèles de boîtiers de Led ont existé et existent encore. On compte notamment ceux intégrant des lentilles de verre (cas des modèles XRE du fabricant Cree dès les années 2002-2003), des lentilles en plastique ne résistant pas à certains processus de refusion des Led (et donc abandonné rapidement, cas de certains modèles de Led du fabricant Osram), des modèles de lentille préformée ou encore des modèles de Led où le haut boîtier est rempli de résine (souple ou dure), et qui constitue la lentille primaire. D’autres méthodes moins courantes consistent à coller ou surmouler des lentilles primaires de forme rectangulaire ou carrée.

  Types de lentilles primaires : verre (a), résine dure préformée (b et c) et silicone (d). Led Engineering Development

L’un des principaux travaux des fabricants actuellement consiste à améliorer encore l’extraction lumineuse, avec également comme objectif de créer des formes de faisceaux particulières directement au niveau de la Led, pour faciliter les intégrations des composants dans les solutions et limiter les pertes optiques.

FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Pour la création d’une lumière blanche, nous avons vu qu’il est souvent mis en œuvre un semi-conducteur bleu, coiffé d’un luminophore. Celui-ci est sous forme de poudre que l’on noie dans un encapsulant (la plupart du temps des silicones ou des résines dures, voire dans certains cas des céramiques particulières).

Les deux principaux types d’évolutions des luminophores de ces dix dernières années sont l’amélioration des matériaux les constituant (nouveaux types de matériaux, nouvelles méthodes de création des poudres) d’une part, et d’autre part les méthodes de dépôt de ces luminophores encapsulés. Les matériaux nouveaux ont permis d’améliorer l’efficacité ainsi que la qualité des blancs obtenus. Quant aux méthodes de dépôt, elles ont accru un peu plus l’efficacité, mais ont avant tout permis de mieux maîtriser l’uniformité colorimétrique du faisceau et ont fait réaliser des économies du point de vue des matériaux.

  Méthodes de dépôt de luminophore : liquide dans le boîtier (a), liquide dans une lentille en résine dure retournée (b), en épaisseur maîtrisée uniquement sur la puce semi-conductrice (c), en spray avec masque (d). Led Engineering Development

L’encapsulation dans un réceptacle est toujours réalisée, mais de moins en moins pour les Led de puissance. Pour les Led de semi-puissance de type 5630, de nombreux modèles emploient encore cette méthode. Pour mieux maîtriser les quantités de matériaux employés et aussi les épaisseurs, les fabricants utilisent aussi une lentille de résine transparente déjà formée et dans laquelle on vient verser le luminophore sous forme de liquide visqueux, puis que l’on recouvre tête-bêche par le boîtier de la Led pour réaliser le collage (liquide dans une lentille en résine dure retournée, dans l’image ci-dessus). Enfin, les deux dernières méthodes consistent à recouvrir de façon sélective (par masque) et en maîtrisant l’épaisseur, soit uniquement la puce semi-conductrice, soit éventuellement de façon un peu plus large.

Au début des années 2010, une autre méthode consiste à déposer le luminophore directement sur le wafer après le processus de croissance épitaxiale. Les avantages sont nombreux, notamment diminuer encore les quantités de matériaux, améliorer la maîtrise de l’épaisseur de luminophore (uniforme sur la puce elle-même, mais également entre Led du même wafer) et gagner du temps de production.


FUTURA SCIENCES 4/11/2013

La documentation des constructeurs de Led n’a pas été créée dans le respect d’une certaine charte, pour la simple et bonne raison qu’il n’en existait pas. Actuellement, c’est plus l’utilisateur final qui a influencé l’ensemble des fabricants à suivre une certaine façon de réaliser cette documentation, mais il reste encore beaucoup de choses qui changent d’un fabricant à l’autre, et qui rendent parfois difficile la lecture de ces documents.

En plus des diverses difficultés liées à la documentation sur les Led, des erreurs grossières apparaissent parfois (unités mal utilisées : un flux en candelas, par exemple) et des incohérences sont présentes lorsque les documentations sont issues de traductions. De plus, les conditions de test de certains paramètres sont parfois différentes (mesure de flux en mode continu ou impulsionnel), et les définitions de ces paramètres sont parfois elles-mêmes ambiguës (résistance thermique entre la jonction et le boîtier externe de la Led, ou entre la jonction et la température ambiante avec une mise en œuvre de la Led sur un support mal défini lui aussi).

  Des guirlandes de Noël placées en rotation. On remarque des Led vertes, bleues ou encore rouges. Il est parfois difficile de s’y retrouver dans les paramètres pris en compte dans la documentation des Led. Duane Schoon, Flickr, cc by nc sa 2.0

C’est dans ce contexte que nous souhaitons apporter des précisions sur les principaux paramètres des Led, sur lesquels il faut être attentif non seulement pour la valeur, mais également pour les unités.

Une liste non exhaustive pourrait être la suivante, sans ordre d’importance, en donnant l’unité :

- flux lumineux : en lumens (lm) ;

- rendement : en lumens par watt (lm/W) ;

- intensité : en candelas (cd) ;

- tension d’alimentation nominale : en volts (Vf pour forward voltage) ;

- résistance thermique : en kelvins par watt (K/W) ;

- coordonnées chromatiques : sans unité, surface délimitée sur le diagramme CIE 1931 (nommé X-Y) par quatre points de façon générale ;

- dérive des coordonnées chromatiques en fonction de la température de la jonction de la Led ;

- température de couleur (corrélée) : en kelvins (K) ;

- courant nominal de fonctionnement : en ampères (A) ;

- courant à respecter pour différentes températures de la jonction semi-conductrice : sous forme graphique ;

- température de stockage et de fonctionnement : en degrés Celsius (°C) ;

- température maximale avant détérioration du semi-conducteur : en degrés Celsius ;

- profil en température permettant de souder les composants dans de bonnes conditions thermiques ;

- forme de l’émission lumineuse, sur un graphique représentant deux directions en général.


FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Parmi les nombreuses propriétés des Led qui entrent en ligne de compte pour effectuer des comparaisons, nous entrons dans les détails pour les principaux éléments : flux lumineux, rendement, tension et résistance.

Flux lumineux (lm) : On exprime le flux lumineux en lumens, et il permet de comparer deux sources de qualité colorimétrique proches (couleur et types de blancs similaires) sans avoir besoin d’autres caractéristiques. Une erreur fréquemment rencontrée est de trouver cette valeur exprimée en candelas.

Pour les Led dédiées à l’éclairage, cette valeur est indispensable et il est rédhibitoire de notre point de vue si elle ne figure pas de façon explicite dans la documentation.

Le flux lumineux permet de donner à l’utilisateur une information sur la quantité d’énergie lumineuse disponible pour réaliser l’application d’éclairage. Les domaines dans lesquels cette information est importante sont l’éclairage général, l’éclairage de surfaces quelconques ou toute autre application d’éclairage, pour lesquels le résultat attendu est une quantité de lumière à un endroit donné.

  Cette voiture de la marque BMW arbore des Led dans ses feux. Nozilla, cc by nc 3.0

Rendement (lm/W) : Depuis le début des années 2010, le rendement apparaît dans les documentations, mais elle reste encore peu présente. Elle peut toutefois se calculer à partir d’informations des constructeurs, mais il faut pour cela prendre quelques précautions, car les propriétés des Led évoluent avec la température.

Intensité (cd) : Cette information est utile pour des applications qui requièrent une visibilité de l’objet éclairant. En d’autres termes, les applications d’éclairage qui ont comme fonctionnalité d’attirer l’œil ou tout autre capteur pour prévenir d’une présence nécessitent cette information. Nous pouvons citer par exemple les applications routières (panneau de sécurité d’autoroute orange clignotant, feux de signalisation routière), des applications de signalisation et de balisage aérien, etc.

   Des Led bleues. Pour obtenir cette couleur, on peut utiliser un semi-conducteur en séléniure de zinc (ZnSe), en nitrure de gallium-indium (InGaN) ou en carbure de silicium (SiC). Alexofdodd, cc by nc 3.0

Tension d’alimentation (Vf) : Les Led se pilotent en courant, c’est-à-dire que le courant qui alimente les Led doit être maîtrisé et régulé. La raison est simple : la tension d’alimentation des Led ayant une valeur nominale, mais variable en fonction de la température du semi-conducteur, cette tension diminue lorsque la température du semi-conducteur augmente. Ainsi, si l’alimentation fournit une tension stable à la place d’un courant stable, si le besoin en tension aux bornes des Led devient moins important et si l’alimentation est en mesure de fournir le courant demandé par les Led, pour avoir une tension aux bornes des Led identique même avec un accroissement de chaleur, les Led demandent de fonctionner avec un courant supérieur.

De plus, pour dimensionner les systèmes électroniques d’alimentation des Led, cette information (Vf) est indispensable, ainsi que sa variation en fonction de la température. Certaines Led ont des Vf différentes dues à la technologie du semi-conducteur lui-même (pour des Led rouges, Vf vaut 1,9 V, alors que pour des Led vertes, on a une Vf de 3,5 V).

   Led rouges, bleues, jaunes, vertes... De plus en plus de bâtiments arborent des Led à des fins décoratives, comme le BC Place Stadium, un stade à Vancouver, au Canada. Totororo.roro, cc by nc 2.0


Résistance thermique (K/W) : Cette caractéristique est primordiale pour l’intégration des Led dans les applications, notamment lorsque la température de fonctionnement du luminaire est élevée. En effet, la résistance thermique des Led définit leur capacité à extraire la chaleur générée par le semi-conducteur vers l’extérieur du boîtier, pour ensuite être dissipée vers l’extérieur du luminaire. Si les Led intégrées dans une application d’éclairage ont une résistance thermique importante, cela signifie que la température de fonctionnement du semi-conducteur va être élevée par rapport à la température interne du luminaire. Si celle-ci est également élevée, la température de fonctionnement du semi-conducteur peut atteindre des niveaux pour lesquels les caractéristiques optiques (flux, couleur) ainsi que la durée de vie sont fortement détériorées.


FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Nous poursuivons notre description des caractéristiques importantes des Led avec des données électriques et optiques : coordonnées chromatiques et température de couleur, courant nominal de fonctionnement, températures de stokage et de fonctionnement et enfin l’émission lumineuse.

Coordonnées chromatiques et température de couleur : Ces informations déterminent la qualité colorimétrique des Led de couleur et des Led blanches. C’est important de les connaître, mais également d’avoir leurs variations en fonction de la température et du courant injecté dans les Led, en particulier pour des applications RGB.

En ce qui concerne la température de couleur (CCT), les valeurs nominales sont données avec des valeurs minimale et maximale sur toute la gamme, mais il est important d’avoir pour un modèle de Led bien précis l’intervalle (plus réduit) correspondant.

   Courant admissible en fonction de la température de jonction dans la Led. On voit que ce courant diminue significativement quand la Led dépasse 80 °C au niveau de la jonction. Led Engineering Development

Courant nominal de fonctionnement : Bien que le courant nominal de fonctionnement soit défini en mode continu la plupart du temps, les fabricants donnent également le maximum admissible en mode continu et pulsé. Ce courant nominal définit le mode « normal » d’alimentation, pour lequel les performances optiques et thermiques ont été validées. Si l’on s’écarte de cette valeur, des courbes dites de « derating » permettent de retrouver les informations à une température donnée (voir figure ci-dessus).

Températures de stockage et de fonctionnement : Les températures maximales de stockage sont souvent importantes (au-delà de 100 °C) et sont accompagnées en général d’un taux d’humidité à ne pas dépasser (permettant aux composants d’être intégrés aux applications et de garder leurs propriétés lorsqu’ils seront en fonctionnement). Il s’agit souvent d’une température ambiante.

En ce qui concerne la température de fonctionnement maximale des Led, il faut être attentif aux conditions que donne le fabricant, notamment s’il s’agit d’une température ambiante (nous avons alors besoin de connaître le design d’intégration de la Led pour évaluer le bon fonctionnement). Si la documentation précise une température maximale de jonction, la valeur de la résistance thermique sera nécessaire pour vérifier que la Led ne s’échauffe pas trop, ainsi que le courant maximal admissible.

Une chose importante : la température de fonctionnement maximale ne signifie pas qu’en dessous de cette valeur, la Led fonctionne « normalement ». Cette valeur représente la limite de fonctionnement au-delà de laquelle le composant à de grandes chances de se détériorer rapidement.

Forme de l’émission lumineuse

  Diagramme d’émission lumineuse d’une Led. Cette figure permet de se faire une idée de la forme du faisceau lumineux émis par la diode. Nichia

Pour exploiter les performances d’une Led au maximum, la connaissance de la forme de son faisceau est importante (voir figure ci-dessus). De plus, cela permet d’évaluer parfois la qualité de fabrication d’une Led, notamment pour les Led blanches, dont la qualité du dépôt de luminophore noyé dans l’encapsulant constitue l’une des difficultés les plus importantes lors de la fabrication des composants.

FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Il existe beaucoup de fabricants et de très nombreux modèles de Led ayant chacun leurs spécificités en matière de flux, de qualité spectrale, de forme d’émission lumineuse ou encore de performances thermiques. Nous allons discuter ici de ces performances, en précisant à chaque fois le type de Led évalué.

    Il existe des voyants Led de différentes tailles et couleurs, notamment pour la mise au point d’interfaces Homme-machine. Nowakowska, Wikimedia Commons, cc by sa 3.0

Le flux lumineux : Les valeurs communément rencontrées courant 2013 pour des Led blanches monopuces (de tension d’alimentation comprise entre 2,9 VDC et 3,5 VDC, en mode continu) sont les suivantes, en fonction des différents courants (considérant des Led de type « top emitting » c’est-à-dire d’émission perpendiculaire au plan de soudure des Led) :

- pour 20 mA, 1 à 4 lumens ;
- pour 60 mA, 5 à 30 lumens ;
- pour 120 mA, 20 à 50 lumens ;
- pour 200 mA, 40 à 70 lumens ;
- pour 350 mA, 80 à 130 lumens ;
- pour 500 mA, 100 à 160 lumens.

Bien entendu, ces valeurs sont des flux lumineux constatés sur des Led du commerce que Led engineering Development a testées, mais dépendent fortement de la colorimétrie (et notamment du type de blanc émis, chaud, neutre ou froid) ainsi que du tri (en flux) réalisé par les fabricants eux-mêmes.

Le rendement (lm/W) : Avant de donner quelques ordres de grandeur, il convient de faire quelques précisions sur ce que nous appelons rendement. En effet, il existe différents types de rendement dans une Led qui correspondent aux différentes étapes de conversion de l’énergie électrique en énergie lumineuse visible par l’œil. Nous allons nous focaliser sur le rendement lumineux global, c’est-à-dire le pourcentage d’énergie électrique injectée converti en lumière. Dans le cas des Led de couleur, nous parlerons en pour cent (mis à part le vert et le rouge pour lequel l’emploi de l’unité lm/W peut être fait) et pour les Led blanches, nous donnerons les deux informations (pour cent et lm/W).

Depuis qu’il est envisageable d’intégrer des Led blanches dans des applications d’éclairage général, le rendement est, avant tous les autres, le paramètre qui intéresse les utilisateurs (tout en garantissant une qualité de la lumière émise).

En ce qui concerne les Led blanches, il a considérablement augmenté depuis 10 ans, passant de moins de 15 lm/W à plus de 120 lm/W à fin des années 2012, pour des composants produisant plusieurs dizaines de lumens en terme de flux, avec des types de blancs neutres (CCT comprises entre 3.500 et 4.000 K).

En 2013, certaines Led blanches atteignent plus de 35 %, ou encore près de 130 lm/W (toujours pour des blancs dont les CCT se situent autour de 4.000 K), mais la grosse majorité est comprise entre 80 et 110 lm/W.

Pour les Led de couleur, beaucoup de progrès ont également été effectués, notamment pour le rouge où certains modèles de Led atteignent plus de 100 lm/W. En ce qui concerne les Led vertes, même constat, avec des valeurs supérieures à 100 lm/W. Pour les Led bleues, la progression a été un peu plus lente et a connu une accélération à partir des années 2010, pour atteindre plus de 50 % de rendement.

La résistance thermique : Elle est le résultat de l’intégration du semi-conducteur dans le boîtier de la Led. Si cette intégration est de qualité, avec des processus de fabrication maîtrisés, il est possible d’atteindre de faibles valeurs de résistance thermique (voir figure ci-dessous), permettant aux composants d’être sollicités de façon importante même s’ils fonctionnement à des températures élevées.

  Résistances thermiques de Led de puissance du marché en 2013. Une faible résistance thermique permet de limiter la diminution des performances. Led Engineering Development

Suivant les types de Led, ces résistances thermiques peuvent être importantes (plus de 400 K/W), mais s’il l’on regarde l’accroissement de température entre la jonction et la carte électronique sur laquelle est soudée la Led, il peut rester raisonnable du fait du faible courant injecté dans la Led (et donc de la faible quantité de chaleur à dégager).

Quelques ordres de grandeur de valeurs rencontrées suivant les modèles de Led :

- Led traversantes 5 mm : de 150 à 400 K/W ;
- Led CMS PLCC4 sans pad de dissipation thermique : de 80 à 200 K/W ;
- Led CMS de type 5630 avec pad de dissipation thermique : de 30 à 80 K/W ;
- Led CMS de puissance avec pad de dissipation thermique : de 4 à 15 K/W.

Des valeurs inférieures à 4 K/W sont rares, mais existent sur des boîtiers de Led particuliers, qui requièrent une dissipation importante au regard des forts courants injectés et donc de la quantité de chaleur à dissiper.

Autre point à noter, la valeur de la résistance thermique des Led est donnée de façon nominale le plus souvent. Mais cette caractéristique évolue avec la température et dans le mauvais sens, c’est-à-dire qu’elle augmente lorsque la température du composant augmente. En conséquence, connaître la valeur maximale que peut prendre cette donnée est important, notamment lors d’applications où la température de fonctionnement est élevée.

La qualité colorimétrique des Led : Si nous mettons de côté les Led de couleur, qui elles aussi se sont améliorées (nombre de couleurs disponibles plus important, largeur spectrale affinée, uniformité des couleurs entre différentes Led d’un lot), les Led blanches ont pu être intégrées dans des applications d’éclairage (voir figure ci-dessous) dès lors que leur spectre s’est approché de celui des technologies employées jusqu’à présent (lampes à incandescence, tubes fluorescents, lampes à décharge).

  Spectre d’une Led de qualité colorimétrique dédiée à l’éclairage intérieur. Les Led blanches commencent à être utilisées pour les applications d’éclairage, car leur spectre lumineux est proche de celui que l’on peut obtenir à l’aide de lampes à incandescence. Seoul Semiconductor

Ces améliorations spectrales ont pu être possibles à partir du moment où les puces semi-conductrices bleues ont atteint des rendements permettant aux luminophores (conversion du bleu en vert et en rouge, entre autres) de ne pas diminuer de façon trop importante le rendement global des Led. De plus, les luminophores eux-mêmes se sont améliorés en rendement et en qualité de restitution de l’énergie absorbée, ce qui a complété la qualité colorimétrique.

FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Reléguées au rang de simples indicateurs lumineux jusque dans les années 1990 (présents dans les produits électroniques comme les radios, magnétoscopes et autres afficheurs de voiture), les Led sont en passe de conquérir tous les domaines de l’éclairage.

Il n’existe que très peu d’endroits où les Led ne sont pas encore présentes aujourd’hui, que ce soit pour des applications industrielles, médicales, automobiles ou domestiques. Bien sûr, des applications comme les éclairages intérieurs de bâtiments emploient encore majoritairement des technologies anciennes (lampes à incandescence, tubes fluorescents), mais les Led s’y immiscent petit à petit. De là à penser que cette nouvelle technologie remplacera toutes les anciennes sources d’éclairage, il y a un grand pas, et les Led seront plutôt souvent une solution alternative, quelquefois de remplacement évident et souvent apportant des fonctionnalités différentes ou complémentaires.

   Rendement de certaines applications d’éclairage à Led. On retrouve des Led dans de nombreux domaines de l’éclairage, chez les particuliers comme chez les professionnels. Led Engineering Development

Applications qui requièrent de hauts rendements : La forte augmentation du rendement des composants eux-mêmes (Led) s’est accompagnée « naturellement » d’une diminution de la quantité de chaleur à extraire de la Led. Ainsi, non seulement les applications d’éclairage ont gagné en rendement, mais les méthodes d’intégration ont pu certaines fois être simplifiées du fait d’avoir moins de calories à dissiper. Les applications comme les lampes à Led atteignent aujourd’hui des rendements supérieurs à 85 ou 90 lm/W à des prix « raisonnables » (moins de 10 dollars) du fait de cette fabrication simplifiée employant des matériaux peu chers (comme du plastique par exemple).

D’autres applications, comme l’éclairage extérieur autonome (sur batteries avec panneaux solaires), demandent aux concepteurs d’utiliser des Led très performantes pour économiser l’énergie difficilement captée et stockée, et diminuer de ce fait la dimension et le poids des systèmes. Toujours pour ce type d’applications, l’impact de cette évolution se fait également sur le dimensionnement des poteaux (souvent au-delà de quatre mètres) qui peuvent être plus réduits en terme de diamètre (économie de prix).

  Éclairage sportif à Led. Les Led s’adaptent particulièrement bien aux vastes salles de sport, car leur durée de vie très longue évite d’importants frais de remplacement. Led Engineering Development

Des domaines d’éclairage comme les gymnases, les halls de gare ou les bâtiments présentant des plafonds très hauts, où les changements de luminaires sont difficiles à réaliser et nécessitent des moyens coûteux, mais qui peuvent constituer des lieux de prédilection pour les Led en matière de durée de vie. Une condition tout de même : un rendement du luminaire au-dessus de 80 lm/W.

Applications nécessitant des Led de flux important : Certaines applications requièrent des composants capables de générer des flux très importants à partir de surfaces d’émission les plus petites possible. C’est le cas notamment des feux diurnes avant de véhicule, où la mise en forme du faisceau doit être précise (source lumineuse de petite taille) avec une quantité de lumière importante, et donc une sollicitation des composants de forts courants.

   L’éclairage avant de voiture nécessite des Leds de flux important, car le faisceau désiré est très précis. DR

Les Led employées atteignent parfois des flux lumineux supérieurs à 150 ou 200 lumens, voir près de 400 à 500 lumens lorsqu’il s’agit de Led multipuces. Des optiques complémentaires sont utilisées pour mettre en forme le faisceau lumineux et créer des surfaces de forte luminance. D’autres applications comme les éclairages d’appoints (liseuses dans les transports en commun, dans certains véhicules ou dans les avions) demandent aussi des Led ayant de forts flux issus de petite surface d’émission (toujours pour faciliter la mise en forme du faisceau).

Signalisation et balisage : forte intensité, grande directivité : Ce type d’applications est l’un des premiers à avoir intégré les Led comme source lumineuse. Nous pouvons citer en exemple les feux de signalisation routière et les feux tricolores (ou la technologie Led est présente depuis plus de 20 ans) et plus récemment les feux arrière de véhicules.

Une forte intensité lumineuse (de plusieurs dizaines voire centaines de candelas) est requise pour ces applications, qui sont la plupart du temps en extérieur et doivent présenter une excellente visibilité, y compris en plein jour. Parfois, des spécifications complémentaires comme des surfaces de source lumineuse à respecter ou encore des uniformités de cette même surface sont demandées.

  Détail de l’éclairage de signalisation routière et de feux arrière de véhicule. Pour ces applications, une grande intensité lumineuse est requise, afin que les objets soient visibles de jour comme de nuit. Led Engineering Development

Les Led utilisées pour ces applications sont aujourd’hui très souvent CMS, alors qu’au milieu des années 2000, elles étaient majoritairement traversantes. Pour les feux tricolores, elles restent en grande proportion de type traversant.

Applications pour écrans : Au début des années 2010, les premiers écrans à Led (dont les pixels sont réalisés non plus par des cristaux liquides, mais par des puces semi-conductrices) sont apparus, mais la grande majorité des écrans actuellement sur le marché (ordinateurs, télévisions) sont constitués de dalle à cristaux liquides, rétroéclairées par des Led. Le marché des Led pour ce domaine est l’un des plus importants en matière de volume encore aujourd’hui.

   Le rétroéclairage d’écran à cristaux liquides est l’un des marchés les plus importants pour les Led de nos jours. Led Engineering Development

Au départ, des Led de type « side emitting » étaient utilisées, remplacées petit à petit par des Led de type 5630 (ou de boîtier plus petit) plus performantes, diminuant de ce fait leur nombre et le prix des produits.

FUTURA SCIENCES 4/11/2013

L’évolution des performances des Led n’est pas encore terminée. Des perspectives prometteuses sont énoncées ici et là, et même si certaines d’entre elles semblent inatteignables (rendement de 250 lm/W par exemple), beaucoup seront dépassées.

Les Led vont apporter dans les années à venir d’autres possibilités d’intégration, de nouvelles manières d’appréhender la lumière, car bien que cette technologie ait plus de 100 ans, son exploitation industrielle en éclairage n’a réellement commencé qu’au début des années 2000.

  Des Led blanches et bleues utilisées pour l’éclairage d’une scène. Bien qu’ayant plus d’un siècle, la technologie Led n’a vraiment été exploitée industriellement que depuis le début du XXIe siècle. Jeff Wilcox, cc by 2.0

Depuis plus de dix ans, Laurent MASSOL sillonne le monde à la rencontre des Led, d’intégrateurs de cette technologie d’éclairage, de chercheurs. De formation technique, il passe une grande partie de son temps au laboratoire de Led Engineering Development à étudier et tester les systèmes, solliciter et décortiquer de nombreux modèles de Led et à rechercher de nouvelles méthodes d’intégration, de nouvelles propriétés de cette belle technologie à exploiter.

Fin 2012, Les Led pour l’éclairage (éditions Dunod), qu'il a écrit, est finalement un condensé de cette expérience passée, et ce dossier a permis au lecteur d’approcher la technologie des Led. Puis, s’il souhaite aller un peu plus loin, cet ouvrage lui fournira des éléments technico-économiques sur les Led et leurs applications.

À découvrir aux éditions Dunod, Les Led pour l'éclairage, un ouvrage de Laurent Massol :



La révolution de l’éclairage est en route, et elle passe par les Led. Cet ouvrage vous expliquera tout ce qu’il faut savoir sur ce sujet, depuis les principes électroniques élémentaires jusqu’aux performances des composants les plus récents. Grâce à ce livre, le lecteur de tout niveau peut comprendre les mesures liées à la lumière et à l’éclairage et le fonctionnement du composant Led, ou encore des Led multipuces et des matrices de Led. Il trouvera aussi des explications sur le passage de la puce au boîtier, sur les optiques primaires et sur l’extraction lumineuse. L’auteur revient aussi sur l’état de l’art et les évolutions récentes des technologies à Led, ainsi que sur les acteurs et tendances du marché.

Parmi ses points forts, le livre inclut un panorama complet qui va des rappels sur la colorimétrie à l’intégration des Led dans une application d’éclairage. On y trouve plus de 250 figures et tableaux en couleurs. C’est en outre un ouvrage pratique, qui porte sur tous les domaines de l’éclairage (intérieur, extérieur, transports, etc.).

FUTURA SCIENCES 4/11/2013

Une lampe qui reste allumée même une fois le courant coupé ? Voici l’objectif de Smart Charge, une ampoule à Led qui pourrait à l’avenir équiper nos maisons, pour éviter de se retrouver dans le noir quand les plombs sautent.

Smart Charge, un système qui permet de toujours rester éclairé, même en cas d'absence d'électricité, essaie en ce moment de lever des fonds sur le site de financement participatif Kickstarter.

 Le projet Smart Charge, qui espère être financé par l'intermédiaire du financement participatif, propose une ampoule capable de rester allumée même en cas de coupure de courant. iFi Systems LLC


L'ampoule proposée est dotée de son propre circuit électrique et d'une batterie pour une totale autonomie. De plus, sa technologie est capable de détecter si l'interrupteur était allumé ou éteint avant la coupure d'électricité. Sa lampe est compatible avec les douilles électriques existantes et avec les interrupteurs de la maison. En cas de coupure de courant, l'ampoule se rappellera si elle était allumée ou éteinte et restera dans cette position, à moins qu'on touche à l'interrupteur. Cette lampe à Led économe en énergie peut fonctionner jusqu'à 40.000 heures (soit 25 ans pour une utilisation normale),ou plusieurs pannes d'électricité.

Smart Charge est né de l'imagination du designer Shailendra Suman, de Caroline du Nord, à qui l'on doit la jauge de réservoir à propane Gas Watch. Le prototype de l’ampoule a nécessité deux années de développement, mais les premiers exemplaires devraient être fabriqués en janvier prochain et envoyés dans la foulée en avril.


 FUTURA SCIENCES 29 DEC.2013

PARIS - La France soutient un report de septembre 2016 à 2018 du retrait prévu par une directive européenne des ampoules éco-halogènes, les plus énergivores encore sur le marché, a annoncé jeudi le Syndicat de l'éclairage.

La décision finale devrait avoir lieu à Bruxelles au printemps, les fabricants d'ampoules devant convaincre suffisamment d'Etats membres pour obtenir ce report qui nécessite une majorité qualifiée, a expliqué à l'AFP Inès de Raguenel, chargée des affaires publiques de la fédération professionnelle.

La France, après un arbitrage entre le ministère de l'Ecologie et de l'Energie et celui du Redressement productif, est donc venue rejoindre le camp de ceux qui plaident pour au moins un report du retrait des rayons de ces ampoules, de catégorie énergétique C (soit le 5e rang sur 7).

La Commission a proposé un report à septembre 2018, mais en ajoutant le retrait de deux types d'halogènes spéciales, celles en forme de crayon et les petites capsules, ce que conteste le secteur.

Le Syndicat de l'éclairage, qui réclamait un report à septembre 2020, met en avant les 1.200 emplois directs menacés dans les deux usines françaises. En l'occurence l'usine Osram à Molsheim en Alsace (900 emplois) et l'usine Dr Fischer (300) à Pont-à-Mousson en Lorraine. Selon l'organisme, 7.300 salariés sont concernés en Europe.

Depuis le retrait progressif des rayons de la technologie historique des lampes à incandescence (entre 2009 et 2012), trois types d'éclairage subsistent: les éco-halogènes, les moins coûteuses qui représentent 70% des volumes vendus, les lampes fluo-compactes à basse consommation et les LED, par ordre de prix.




Romandie 23/1/2014

Les Led (light-emitting diode) sont promises à un bel avenir, c’est pourquoi elles font l’objet de nombreuses études. Des chercheurs français ont réussi à en miniaturiser une à l’extrême, puisqu’elle se compose d’une seule et unique molécule ! Cette prouesse constitue également un pas supplémentaire vers la réalisation de composants pour un futur ordinateur moléculaire.

Les diodes électroluminescentes (Led) sont des composants qui émettent de la lumière lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique, qu'ils ne laissent passer que dans un sens. Les Led occupent une place importante dans notre quotidien, où elles jouent un rôle d'indicateurs lumineux. Elles sont également promises à un bel avenir dans le domaine de l'éclairage, où elles conquièrent progressivement le marché.

    Des Led blanches et bleues utilisées pour l’éclairage d’une scène. Bien qu’ayant plus d’un siècle, la technologie Led n’est vraiment exploitée industriellement que depuis le début du XXIe siècle. Jeff Wilcox, cc by 2.0

Un avantage majeur des Led est qu'il est possible d'en construire de très petite taille, permettant ainsi l'obtention de sources de lumière ponctuelles. Dans ce cadre, une étape ultime de miniaturisation vient d'être franchie par des chercheurs de l’institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (IPCMS), en collaboration avec une équipe de l'Institut parisien de chimie moléculaire : la réalisation de la première Led composée d'une seule molécule.

Pour y parvenir, les scientifiques ont utilisé un brin unique de Polythiophène. Ce matériau bon conducteur de courant, composé d'hydrogène, de carbone et de soufre, est utilisé dans la fabrication de Led commerciales de plus grande taille. Le brin de polythiophène était fixé d'un côté à la pointe d'un microscope à effet tunnel, et de l'autre à une surface en or. Les expérimentateurs ont alors enregistré la lumière émise lors du passage d'un courant au travers de ce nanofil. Ils ont pu constater que le brin de thiophène se comporte comme une diode électroluminescente : la lumière n'est émise que lorsque les électrons vont de la pointe du microscope vers la surface en or. Lorsque la polarité est inversée, l'émission de lumière est négligeable.

  Vue d’artiste de l'électroluminescence d'un fil moléculaire de polythiophène unique suspendu entre la pointe d'un microscope à effet tunnel et une surface en or. Guillaume Schull, IPCMS (CNRS, université de Strasbourg)

En collaboration avec une équipe théorique du service de physique de l'état condensé, les chercheurs ont montré que cette lumière est émise lorsqu'une charge négative (un électron) se recombine à une charge positive (un trou) au sein du nanofil et transmet l'essentiel de son énergie à un photon. Tous les 100.000 électrons injectés dans le brin de thiophène, un photon est émis. Sa longueur d'onde se trouve dans la gamme du rouge.

D'un point de vue fondamental, ce dispositif offre aux chercheurs un outil nouveau pour sonder les phénomènes se produisant lorsqu'un matériau conducteur émet de la lumière. Ceci à une échelle où la physique quantique prend le pas sur la physique classique. Il permettra en outre d'optimiser les matériaux afin d'obtenir des émissions lumineuses plus performantes. Enfin, ces travaux présentés dans la revue Physical Review Letters (également disponible sur arxiv) constituent un premier pas vers la réalisation de composants de taille moléculaire qui combinent propriétés électroniques et optiques. Des composants similaires pourraient être à la base de l'ordinateur moléculaire.

Futura sciences 2/2/2014

PARIS - L'énergéticien français EDF s'est associé au géant néerlandais de l'électronique Philips pour commercialiser en France 600.000 ampoules LED à prix réduit, dans le cadre du mécanisme qui l'oblige à mettre en place et financer des actions d'économies d'énergie.

Ces ampoules économes en énergie seront commercialisées par deux au prix de 9,90 euros, soit 33% de moins que leur prix de vente normal, dans les magasins de trois enseignes partenaires de l'opération (Casino, Castorama et Cora), dès avril et jusqu'à épuisement des stocks.

Chaque lampe vendue bénéficiera d'une participation financière d'EDF et d'un effort commercial complémentaire de Philips et du distributeur pour offrir aux consommateurs la possibilité de s'équiper avec des LED pérennes, puissantes et de qualité, a indiqué EDF dans un communiqué.

Le groupe rappelle être engagé de longue date pour promouvoir la maîtrise de la consommation énergétique des particuliers, avec ces dernières années déjà plusieurs opérations de vente ou de distribution de lampes basse consommation.

Mais sa démarche s'inscrit aussi dans le cadre du mécanisme des certificats d'économies d'énergie (CEE), dispositif gouvernemental qui oblige les fournisseurs d'énergie à réaliser ou faire réaliser par des tiers des économies d'énergie, sous peine de pénalités.

Pour la troisième phase du dispositif des CEE entre 2015 et 2017, le ministre de l'Écologie et de l'Énergie Philippe Martin avait annoncé en décembre un nouvel objectif de 660 térawattheures d'économies, soit un quasi-doublement du rythme annuel actuel.

L'objectif est d'encourager et aider les ménages à rénover leur éclairage domestique, qui représente en moyenne 9% de la consommation d'électricité d'un logement (hors chauffage, cuisson et eau chaude sanitaire), a expliqué EDF.

Une LED consomme jusqu'à 10 fois moins qu'une lampe halogène, dure en moyenne 15 fois plus longtemps et s'allume instantanément, a-t-il précisé.

En Corse et en outre-mer, plus de 2 millions de lampes basse consommation avaient été vendues par EDF de 2005 à 2008, et de nouvelles opérations promotionnelles sont prévues cette année, avec l'objectif d'en vendre 500.000.


romandie 28/3/32014

Lampes fluo-compactes, Led, Oled : dans le secteur de l’éclairage, l’innovation va galopante. Une équipe internationale de chercheurs propose aujourd’hui de s’intéresser à la prochaine génération des technologies d’éclairage : celle des cellules électrochimiques électroluminescentes (Lec).

D’une efficacité redoutable (jusqu’à 300 lumens par watt en laboratoire contre un maximum de 70 lm/W pour les lampes fluo-compactes et pas plus de 20 lm/W pour les lampes à incandescence de nos grands-parents) et d’une durée de vie exceptionnelle (jusqu’à 100.000 heures alors que les lampes fluo-compactes durent au maximum 15.000 heures et les lampes à incandescence pas plus de 1.000 heures), les Led apparaissent aujourd’hui comme des sources d’éclairage idéales. Selon l’Ademe, elles devraient s’imposer dans nos foyers dans moins de 5 ans.

 Les Led, qui ont elles-mêmes succédé aux ampoules à incandescence et aux lampes fluo-compactes, seront-elles bientôt remplacées par des cellules électrochimiques électroluminescentes (Lec) ? Akimbomidget, CC, by-sa 2.5

Pourtant, les Led présentent également quelques défauts. Leur processus de fabrication, par exemple, est relativement énergivore. Car les Led sont des systèmes multicouches complexes dont les méthodes de production nécessitent un vide poussé et de hautes températures. Elles doivent également être protégées de toute exposition à l’air et à l’eau. 

De ce point de vue, les cellules électrochimiques électroluminescentes (Lec) sont des dispositifs beaucoup plus simples. Elles ne comportent qu’une seule couche de matériau actif qui peut être travaillé en solution dans des conditions ambiantes et leurs électrodes peuvent être réalisées à base de matériaux simples comme l’aluminium.

 L’iridium, qui est ici au centre du dispositif Lec, est enveloppé d’une couche organique protectrice. La structure chimique précise de la couche organique permet de sélectionner la couleur de la lumière émise. Université de Bâle

Si, malgré cela, les Lec n’ont pas jusqu’alors attiré l’attention sur elles, c’est que leur durée de vie reste relativement courte. Un défaut que des chercheurs des universités de Bâle et de Valence pourraient bien être sur le point de surmonter. Dans un article publié récemment dans le journal Chemical Science, ils annoncent avoir conçu des Lec à base de composés moléculaires stabilisés par des anneaux aromatiques dont la durée de vie sous forme de film mince est supérieure à 2.500 heures. « Ce n’est qu’un premier pas. Nous pouvons faire beaucoup mieux », assure Edwin Constable, professeur à l’université de Bâle.

Les métaux de transition, qui peuvent former des ions d’une grande variété, sont des matériaux de choix pour la constitution de la couche active de Lec. Après application d’une polarisation, les charges présentes dans la couche active se déplacent vers les électrodes. Elles s’accumulent aux interfaces et provoquent ainsi une importante baisse de potentiel et la formation de zones fortement dopées. L’émission de lumière a lieu dans la zone intrinsèque située entre les zones dopées.

Le ruthénium, un métal de transition de deuxième série est le premier des métaux de transition à avoir été utilisé pour la fabrication de Lec. Celles-ci n’étaient susceptibles d’émettre que dans le rouge ou l'orange. Elles étaient surtout très instables dans des conditions normales d’utilisation. Opter pour un métal de transition de troisième série comme l’iridium a permis aux chercheurs des universités de Bâle et de Valence d’améliorer la stabilité du système et de choisir la couleur d’émission lumineuse grâce à la formation de structures originales. Et l'équipe envisage déjà de remplacer l’iridium par des métaux d’usage courant et beaucoup plus abondants comme le cuivre.

Pour assurer une durée de vie élargie à leurs Lec, les chercheurs des universités de Bâle et de Valence ont donc mis au point des complexes métalliques enrichis d’anneaux aromatiques. Ceux-ci s’organisent entre eux pour former une coque protectrice, un peu comme une fleur dont les pétales se referment sur son cœur pendant la nuit. Une structure qui rend le complexe particulièrement stable et qui permet également de choisir la couleur de la lumière émise selon les composants moléculaires sélectionnés. De quoi faire un pas de plus vers la conception de systèmes émetteurs de lumière blanche.



Futura Sciences 14/3/2015

Paris - Les collectivités françaises se sont bien préparées à l'interdiction prochaine des lampes à vapeur de mercure énergivores pour l'éclairage public, dont une nouvelle étape entrera en vigueur le 13 avril, selon l'Association française de l'éclairage (AFE).

Il resterait moins de 10% de lampes à vapeur de mercure dans le parc d'éclairage extérieur français, soit 900.000 points lumineux sur les 9 millions qui équipent le pays, a indiqué mardi l'AFE. En 2012, il restait encore 3 millions de points lumineux à rénover, a précisé l'AFE.

A partir du 13 avril, la mise sur le marché des lampes à vapeur de mercure et de certaines lampes sodium haute pression ne sera plus autorisée, en application d'une directive européenne qui concerne l'éclairage intérieur et extérieur des collectivités. Les stocks faits par les collectivités et ceux déjà produits et présents sur le sol européen pourront encore être utilisés, mais ne pourront être réapprovisionnés.

Concrètement, à moyen terme, les collectivités qui n'auraient pas encore pris en charge cette évolution de la réglementation n'auront d'autre choix que d'investir dans de nouvelles installations d'éclairage (changement de la source, du luminaire ou du candélabre). Le remplacement de ces lampes très énergivores, par des LED par exemple, permet aux collectivités de réaliser d'importantes économies d'énergie (entre 30 et 60%).

L'AFE cite l'agglomération de Nantes Métropole qui économisera 120.000 euros par an avec le remplacement de ses lampes à vapeur de mercure, sur une facture totale d'éclairage de 5,7 millions d'euros en 2014.



Romandie 7/4/2015

Une percée technologique pourrait remettre en selle les ampoules à incandescence dont la commercialisation a été stoppée en 2013.





Depuis le 1er janvier 2013, les ampoules à incandescence sont mises au rebut, interdites à la vente. De nouveaux moyens d’éclairage ont pris le relais (LFC, LED) dans le but de réduire la dépense énergétique. Il est vrai que les vieilles ampoules ont toujours souffert d’un problème majeur : 95 % de l’énergie qu’elles consomment s’évacue sous forme de chaleur (de rayonnement infrarouge) et seuls 5 % produisaient effectivement de la lumière. Mais des chercheurs du Massachussets Institute of Technology (MIT) et de l’université de Purdue, dans l’Indiana, ont mis au point une nouvelle technique bouleversant ce ratio. L’ampoule à incandescence 2.0 (au moins son prototype) est née.

La nouvelle ampoule contient comme les anciens modèles un filament métallique chauffé qui émet un peu de lumière et beaucoup de chaleur. Mais au lieu de laisser disperser cette chaleur, sous forme de rayonnement infrarouge, un dispositif secondaire entourant le filament permet de capter ce rayonnement pour le renvoyer vers le filament où il est réabsorbé et réémis sous forme de lumière. Le dispositif se compose d’un cristal photonique, une nano-structure composée d’un empilement de couches de matériaux courants qui filtre la lumière selon sa longueur d’onde : elle laisse passer la lumière visible mais bloque les infrarouges.

 Une ampoule à incandescence avec un dispositif photonique. Ognjen Ilic


Ce cristal photonique permet littéralement de recycler la lumière perdue sous forme de chaleur. Les premiers essais réalisés au MIT, faisant l’objet d’une publication dans la revue Nature Nanotechnology, indiquent que les prototypes réalisés ont atteint un rendement de 6,6 % contre moins de 3 % pour une ampoule classique mais les chercheurs estiment pouvoir atteindre un rendement de 40 %. « Nous somme parvenus à recycler de l’énergie qui serait autrement perdue », se réjouit Marin Soljacic du MIT. En plus de servir pour la fabrication d’ampoules, ce procédé pourrait avoir d’autres applications notamment dans le thermo-photovoltaïque et pourrait améliorer le rendement des panneaux solaires. Il faudra toutefois attendre quelques années avant de voir arriver sur le marché ces nouvelles ampoules.


Sciences et avenir 13/1/2016