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RÉSUMÉ
Les LEDs sont considérées comme une technologie d'éclairage d'avenir. Commercialisées depuis près de 20 ans, elles allient plusieurs intérêts : faible consommation d'énergie, longue durée de vie et très faibles rayonnements. La technologie LED est aujourd’hui mature pour trouver des applications dans certains éclairages intérieurs tels que l'éclairage d'ambiance, l'éclairage des plans de travail ou encore le balisage lumineux. Toutefois, dans certains domaines, leur implantation est déconseillée, principalement pour des raisons de rentabilité économique. Architecture, fluorescence, mise en œuvre : cet article présente de manière détaillée les caractéristiques technico-économiques des LEDs, afin de faire le point sur les performances réelles de cette technologie.
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Laurent MASSOL : Dirigeant du bureau d’étude LED Engineering Development
INTRODUCTION
Prolonger le jour par une lumière artificielle est parfois le seul moyen à des populations en voie de développement de permettre à leur jeune génération de suivre un enseignement scolaire. Ainsi, l’association Light up the world se bat depuis plusieurs années afin de proposer à ces populations des systèmes autonomes (panneaux solaires, batteries et modules LEDs) permettant de fournir une lumière « suffisante » à la lecture et l’écriture.
Mais, cet éclairage, « suffisant » dans ce contexte, est bien loin des normes européennes, en vigueur aujourd’hui, applicables à l’intérieur des bâtiments. Néanmoins, cette technologie prometteuse propose une alternative à certaines sources lumineuses, gourmandes en énergie, qui seront bannies petit à petit (lampes à incandescence), suite aux politiques d’économie d’énergie mises en place depuis quelques année (nouvelles réglementations, Grenelle de l’environnement). C’est d’ailleurs un des ses principaux atouts, avec sa durée de vie, qui permettront de réduire fortement des dépenses énergétiques en éclairage, d’abord pour des applications intérieures puis, plus tard, avec l’amélioration des performances, pour des application d’éclairages général et public.
La présence des LEDs (Light Emitting Diode), dont la commercialisation a démarré vers 1996 pour les premières LEDs blanches, est très récente. L’évolution de leurs performances est très rapide (flux lumineux, qualité de l’éclairage, efficacité).
Malgré cela, il existe encore des domaines où leur implantation n’est pas conseillée en terme de rentabilité économique (programmes Caliper aux USA et Citadel, récemment lancés en France). Voici pourquoi cet article expose les éléments technico-économiques, permettant de faire le point sur les performances réelles de cette technologie très prometteuse. Nous nous focaliserons sur l’éclairage intérieur des bâtiments.
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LEDs à l’intérieur des bâtiments
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1. Technologies des LEDs blanches
Les LEDs (Light Emiting Diode) toutes constituées de semi-conducteurs (jonction semi-conductrice polarisée et, au travers de laquelle, un courant passe) émettent une lumière que l’on peut considérer comme monochromatique (largeur spectrale à mi-hauteur entre 15 et 30 nm). Or, il existe différents type de semi-conducteurs, dopés de manière différentes, qui permettent de balayer une bonne partie du spectre visible (du proche UV, à 380 nm, au proche infra-rouge, à 750 nm).
1.1 Reconstitution
Ce mode de fonctionnement est un principe connu depuis longtemps. Il met en œuvre trois semi-conducteurs différents, émettant dans le rouge, le vert et le bleu qui peuvent être contenus soit :
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dans un même composant (nous parlons alors de LED type RGB = Red Green Blue) ;
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chacun dans un composant unique et, dans ce cas, la création de blanc se fait par un système incluant ces trois types de composants.
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Plusieurs inconvénients sont inhérents à ce mode d’éclairage :
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la superposition des trois faisceaux émis par les trois types de semi-conducteurs est délicate à réaliser et, souvent, nous observons de légers décalages entre les couleurs, notamment au niveau des contours ;
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la nécessité d’intégrer trois puces semi-conductrices différentes pour les trois couleurs impose un tri en flux lumineux pour chacune des puces afin de garantir une bonne uniformité colorimétrique du blanc créé par reconstitution ;
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d’un point de vue des conditions de fonctionnement, la chaleur joue également un rôle capital dans les performances à moyen et...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NAKAMURA (S.) - Solid State Lighting and Display Center - Materials and ECE Departments Université de Californie, Santa Barbara.
-
(2) - XIAOHUI (Q.), SIU CHUNG WONG, CHI K. TSE - Color Control System for RGB LED Light Sources Using Junction Temperature Measurement - Department of Electronic and Information Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong.
-
(3) - * - Lighting Research Center – Rensselaer Polytechnic Institute, New York.
-
(4) - BODROGI (P.), CSUTI (P.), SZABO (F.), SCHANDA (J.) - Why does the CIE CRI fail for RGB LED light sources ? - Colour and Multimedia Laboratory, Université de Veszprém (Hongrie).
-
(5) - GASSE (A.) - Le Packaging des LEDs - journée JESSICA (12 nov. 2008).
-
(6) - CRAFORD (M.G.) - LEDs for Solid State Lighting and Other Emerging Applications : Status, Trends, and Challenges - C.T.O....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Université de Californie – Départements Matériels et ECE
https://www.bachelorstudies.fr/universites/Etats-Unis/University-of-California-Los-Angeles-UCLA/
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Rensselaer Polytechnic Institute – Lighting Research Center
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Programme Caliper
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Programme Citadel
2 Données statistiques et économiques
Les éclairages à LEDs représentaient fin 2008 moins de 2 % du marché total.
Les prochaines 4 à 5 années verront une forte augmentation de leurs parts de marchés dans différents domaines (figure 1), notamment pour des applications utilisant, jusqu'à présent, des lampes à incandescence.
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