DG04_Article_Caracteristiques Techniques de l`éclairage

CCIH - Facilitateur URE process -
Facilitateur URE - Article de Fond
Caractéristiques techniques de l’éclairage LED en industrie.
octobre 2013
Notes :
Cet article s'applique à l’éclairage de forte puissance utilisé en industrie et en entreprise.
Il donne des informations techniques de base nécessaires pour bien comprendre ce qu'est un éclairage LED en
industrie, quels en sont les spécificités et les éléments qui déterminent non seulement son efficacité lumineuse et
énergétique mais aussi ses qualités en termes de confort visuel et de sécurité des utilisateurs.
Avertissement :
La technologie LED évolue sans cesse et rapidement. De sorte que certaines caractéristiques dont nous
donnons des informations chiffrées (e.g. puissance, flux lumineux, rendement lumineux, IRC, durée de
vie, prix) seront d’ici peu dépassées. Le lecteur en tiendra compte lors de la lecture de l’article.
Pour éviter toute confusion, nous utiliserons la terminologie suivante tout au long du document.
(terminologie utilisée notamment par l’IBE (Institut belge de l’éclairage) :
Nous parlerons essentiellement des chips LED (source de lumière) des auxiliaires (alimentations stabilisées) et
des Luminaires LED, car ils concernent les éclairages de grande puissance utilisés en industrie.
Nous proposons les informations suivantes :
- la technologie de production de lumière à partir d’une source lumineuse de type LED,
- les caractéristiques des sources lumineuses « chip LED »,
- les composants et caractéristiques des luminaires LED.
- des conseils et avertissements en matière de choix et d’installation de luminaires LED
NB : Nous conseillons vivement de consulter pour information complémentaire l’article de fond :
Caractéristiques techniques de l'éclairage en industrie du site www.energie.wallonie.be.

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1) Production de lumière et chaleur d’une source lumineuse de type LED
LED signifie Light Emitting Diode
Nous appellerons cette source lumineuse « chip LED ».
Un chip LED est un semi-conducteur (diode) qui émet de la lumière
quand du courant électrique (continu) le traverse.
La quantité de lumière générée est à peu près proportionnelle à la
quantité de courant électrique qui traverse le chip LED.
Un chip LED comporte
une jonction semi-conductrice (diode),
un substrat (conducteur thermique),
une connexion électrique et
une optique primaire
Le substrat permet la dissipation de chaleur produite par la jonction. , l’optique
primaire (une petite lentille) permet de protéger la diode,
de collecter et de rayonner la lumière générée par la LED selon un schéma défini.
Un chip LED émet une lumière monochromatique. La couleur de la lumière dépend des matériaux utilisés
pendant la production. Il peut s’agir de toutes les couleurs saturées du spectre visible et du spectre ultra-violet.
La lumière blanche peut être produite de plusieurs manières :
Mélanger des chips LED de couleurs rouge, verte et bleue (RGB) :
Munir un chip LED bleu d’un matériau luminescent (phosphore) qui transforme une partie de la lumière bleue en
lumière blanche La composition du matériau luminescent détermine la température de couleur. :
.
Faire passer la lumière d’un chip LED bleu
à travers une couche extérieure à base de phosphore
(remote phosphor LED) :
Munir un chip LED UV de 3 couches de phosphore qui transforment les UV
en lumière bleu, vert et rouge. La composition des couches de phosphore détermine la température de couleur. :
.

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Production de chaleur :
en fonction de la performance du chip LED,
35 % de l’énergie électrique est convertie en lumière visible rayonnée
65 % de l’énergie est convertie en chaleur dissipée par le substrat
à l’arrière du chip
À titre de comparaison : les lampes fluorescentes rayonnent seulement 25 % de l’énergie électrique sous forme
de lumière visible.
Mais ils rayonnent quelques 40 % de l’énergie sous la forme d’infrarouge ou de rayonnement thermique !.

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2) Caractéristiques des chipsLED
Puissances
Il existe 3 types de chips LED en fonction de leur puissance :
- Low Power chip LED (70 mW à 0,5 W) :
- Power chip LED (quelques W) :
- High Wattage chip LED ( qqs 10zaines de W à qqs 100taines de W) :
Ce type de chip LED est constitué d’un ensemble (pavé)
de Power chips LED fixés à une base et à un refroidisseur communs.
C’est ce troisième type de chips qui est utilisé dans les luminaires LED
qui peuvent remplacer en industrie les luminaires à lampes à décharge
Flux lumineux
Le flux lumineux d’un chip LED est la quantité de lumière émise par la diode et transmise à travers l’optique
primaire..
Il varie de quelques lm (lumens) à plus de 20.000 lm pour les puissances les plus élevées.
Le flux lumineux d’un chip LED baisse progressivement en fonction d’une température de jonction
croissante.
D’où l’intérêt de dissiper efficacement la chaleur produite par la LED ! et de ne pas utiliser des systèmes
LED dans des ambiances surchauffées.
(source ETAP)
NB : on publie actuellement des fiches de caractéristiques donnant des « hot lumens », à savoir le flux lumineux
à une température de jonction de 65°C à 85°C.

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Température de couleur
La gamme des températures de couleurs des chips LED est semblable à celle des tubes fluorescents :
2700 K- Blanc chaud à 6500 K – blanc froid.(K = degré Kelvin).
NB : en fonction du type de chip (voir 1ier chapitre) et de sa qualité de fabrication, il se peut que la température
de couleur de la lumière émise soit différente de celle annoncée dans la fiche technique.
NB : il est possible aussi que cette lumière ne soit pas répartie dans l’espace avec une couleur uniforme.
Ceci peut être du à une mauvaise qualité de la lentille primaire.
NB : la température de couleur peut évoluer dans le temps en fonction de la qualité du chip LED.
Indice de rendu des couleurs (IRC)
L’indice de rendu des couleurs (IRC) d’une source lumineuse traduit la qualité du rendu des couleurs d’objets éclairés par
cette source lumineuse.
Le rendu des couleurs des chips LED varie entre 60 et 98
Il est comparable à celui des lampes fluorescentes.
Bon à savoir…
Un chip LED à température de couleur plus basse (donc blanc chaud) a généralement un rendu des couleurs plus élevé
(meilleur) qu’un chip ayant une température de couleur supérieure (blanc froid).
Rendement lumineux
Le rendement lumineux d’un chip LED s’exprime en lm/w (lumen par watt),
et est appelé Flux lumineux spécifique.
Il est déterminé dans des conditions de référence (25°C de température de jonction Tj ).
Ces conditions sont réalisées en laboratoire mais rarement en réalité.
NB : Dans des conditions d’utilisation réelles, les rendements lumineux seront plus basses.
Le rendement lumineux des LEDs est dégradé lorsque la température de jonction dépasse 25°C.
Le rendement est aussi dégradé par la mauvaise qualité (transparence) de l’optique.
Le rendement lumineux (comme la durée de vie) d’un chip LED est fortement dépendant de la
température de jonction [Tj]
Voici un tableau de comparaison de chute de rendement lumineux de 3 chips LED en fonction de la température
de jonction (55°C, 85°C et 100°C) et de chute de rendement de chips LED et de lampes à décharge en fonction
de leur temps de fonctionnement :
(Source
LABORELEC)