Éclairage à LED
L’ampoule à filament a donné naissance à l’électronique. Puis sont apparus les composants. Développées depuis les années 1960, les LEDs sont la dernière révolution technologique. Aujourd’hui, une diode électroluminescente est bien connue sous le sigle : LED. En anglais, Light-Emitting Diode. Nos amis québécois parlent plutôt de DEL : Diode électroluminescente.
Au sommaire
Comment les LEDs éclairent-elles ? Découvrez :
- les architectures des LEDs,
- leur lumière innovante,
- l’ampoule LED,
- l’éclairage LED de la maison au bureau,
- la lumière extérieure LED dans sa commune.
De la chambre à coucher à la ville lumière du XXIe siècle, voici les usages contemporains de cette nouvelle technologie.
Architectures des LEDs
Diode électroluminescente classique
Qu’est-ce qu’une LED ? C’est la conversion directe de l’énergie électrique en lumière. Elle est à l’état solide. D’où le sigle anglais – SSL – de Solid State Lighting.
En simplifiant, l’architecture d’une diode électroluminescente classique se compose de trois parties :
- une puce émettrice, le cristal semi-conducteur,
- un réflecteur secondaire,
- une lentille en plastique.
À l’origine, elle ne mesurait que 5 mm de diamètre. D’où un premier usage pour les voyants d’ordinateur et d’appareil électroménager. Ensuite, ces LEDs ont d’abord été employées dans pour la signalisation routière :
- les feux tricolores,
- les systèmes d’alerte monocolore.
Les architectes furent les premiers à utiliser les LEDs 5 mm. Grâce à l’avant-gardiste fabricant français LEC de Lyon, les diodes électroluminescentes ont d’abord été intégrées dans le sol. C’était pour le balisage sur le bord des quais :
- gare Montparnasse à Paris en 1990 en lumière verte,
- stations de taxis à Lyon en 1994 en lumière bleue.
Son intensité lumineuse est très importante dans un cône de quelques stéradians seulement.
Dès 1996, les concepteurs lumière français prennent le relais avec des projets plus subtils sur un plan vertical. Exemples :
- barrettes LED vertes dans les joints de la porte de Bourgogne à Bordeaux en 1996,
- points bleus qui suivent la force de Coriolis dans le béton dans un château d’eau à Chavagnes-les-eaux en 1998.
Une seule couleur primaire est employée pour cet éclairage architectural en lumière graphique.
Enfin, d’autres applications apparaissent aussi dans la décoration intérieure. Lorsque le métro arrive à la station de métro Valmy à Lyon, l’éclairage architectural graphique point par point s’allume. Il s’éteint au départ de la rame de la même manière. Une installation de 1997 à découvrir lors d’un voyage dans la cité des Gaules.
Diode à flux élevé, définition
Après les LEDs classiques 5 mm de 0,1 W de puissance, apparaît une deuxième génération de LEDs dans les années 1990 : les LEDs à flux élevé de 1 W.
L’architecture de cette LED reprend les mêmes principes que la diode électroluminescente classique de 5 mm.
Mais, la différence tient en deux points essentiels :
- son support dissipant la chaleur,
- son corps indépendant de la lentille.
La puissance électrique de cette diode est de 1 à 3 W. Son émission de lumière couvre 140° environ.
Fixée au corps de la LED, la lentille primaire joue un rôle très important dans le contrôle de la lumière de la puce de 1 mm2.
À la disposition des opticiens et des éclairagistes, il existe principalement trois photométries :
- Lambert, pour le design d’optique à source ponctuelle, tel un projecteur d’accentuation dans un commerce ou un musée,
- à ailes de chauve-souris, Batwing en anglais, pour des applications spéciales comme la signalisation routière,
- émission latérale, pour le rétroéclairage de panneau ou d’écran lumineux.
Lumière LED, innovation du XXIe siècle
LED light venue du Japon
Dans les années 1990, trois chercheurs japonais, Shuji Nakamura et Takashi Mukai de Nichia et Hiroshi Amano permirent la création d’une diode électroluminescente bleue. Ils utilisent alors la technologie des semi-conducteurs InGaN :
- abréviation de Indium, Gallium, Nitrure,
- la couleur de la lumière varie du bleu au vert,
- sa longueur d’onde dominante se situe entre 450 et 525 nm.
LED blanche
Pourtant, l’éclairage à LED est vraiment né autour de l’an 2000. La diode électroluminescente blanche a alors été possible. Selon un principe similaire au tube fluorescent :
- pour obtenir du blanc,
- une diode bleue est utilisée,
- du phosphore y est ajouté.
Alors, les LED à flux élevé améliorent rapidement leur efficacité lumineuse autant que leurs couleurs.
Pour cette innovation mondiale, le 7 octobre 2014, Shuji Nakamura, Isamu Akasaki et Hiroshi Amano recevront le prix Nobel de physique pour leurs travaux sur les LEDs bleues.
Ampoule LED et projecteurs
LED et couleur
Optimisant la LED à son maximum, le premier projecteur en Europe a été une réglette linéaire du néerlandais Philips. Développé en France à Miribel (01), en 2002 le LEDline offre alors une lumière rasante de 2×3° d’ouverture. Avant, c’était impossible d’avoir un faisceau lumineux aussi serré en éclairage. Une innovation à l’époque !
Grâce à leur côté monochrome, les concepteurs lumières ont d’abord utilisé les LED de couleur : orange, rouge ou bleu, parfois verte. L’éclairage architectural rasant permet de créer des effets de volumes. La gamme de flux lumineux variait alors de 1 à 9 m. Soit une hauteur de balcon jusqu’à une façade de trois étages.
En 2004, la lumière rouge des LED ponctue la double peau des façades Renault Trucks de Bourg-en-Bresse. En arrière de la façade métallique, les luminaires LED éclairent de haut en bas les brise-soleil.
Mais, la lumière blanche accentue aussi la toiture de l’église Saint-Paul à Lyon. Au pied de la flèche, les luminaires LED en lumière rasante soulignent l’ardoise et les sculptures.
LED lumineuse
Depuis l’an 2000, le rapport entre puissance électrique et flux lumineux produit par les LEDs n’a cessé de croître. L’efficacité lumineuse augmentant régulièrement, aujourd’hui, la LED, est la source de lumière la plus lumineuse.
Après l’éclairage architectural des monuments et architectures contemporaines, puis des illuminations de Noël, d’autres usages ont été permis :
- plafonniers en éclairage intérieur,
- lanternes décoratives en éclairage urbain,
- lampadaires fonctionnels en éclairage public,
- projecteurs de grande puissance en éclairage sportif.
En 2021, l’efficacité lumineuse d’une LED était de 130 lm/W. Merci aux inventeurs de la diode électroluminescente blanche, à tous les chercheurs, développeurs et fabricants qui ont permis cette performance !
Ampoule LED et décoration
La plus grande innovation de l’éclairage LED est sans doute la variation de la couleur dans le temps. Elle permet un éclairage dynamique pour créer des scénarios lumineux, ou selon les jours de la semaine.
En 2012, Philips lance la lampe Hue. L’ampoule est pilotable en couleur et en intensité lumineuse depuis un smartphone. Il suffit de télécharger une application iPhone sur Apple.
Depuis quelques années, nous assistons à un retour en force de l’ampoule traditionnelle. Elle n’est plus dotée d’un filament à incandescence, mais d’un filament à LED.
Ainsi, en 2018, le fabricant américain Sylvania offre une gamme complète d’ampoules vintage nommée Toledo.
LEDs en chambre, de la maison au bureau
Matériels d’éclairage LED
Aujourd’hui, il existe une large gamme de matériels d’éclairage à diode électroluminescente :
- projecteur LED,
- plafonnier,
- downlight, lumière depuis un encastré dans un plafond,
- applique,
- réglette,
- ruban,
- suspension,
- lustre,
- lampe de table…
Selon le projet de mise en lumière, un à trois types de ces appareils sont utilisés par l’éclairagiste.
LED et rythme de vie
Dans l’habitat, selon les humeurs du moment, l’éclairage peut être :
- énergisant : lumière blanc froid,
- apaisant : lumière blanc neutre,
- relaxant : lumière blanc chaud.
On parle du changement de la température de couleur avec la lumière.
L’éclairage LED permet ainsi de s’adapter facilement au rythme de vie dans le salon ou dans une chambre.
Pour faire la fête, il prend souvent des couleurs vives et change de couleur rapidement.
Dans les bureaux, la température de couleur peut suivre le rythme circadien et se recentrer sur l’humain. Toujours en utilisant les propriétés non-visuelles de synchronisation de notre organisme à la lumière du jour.
Lumière extérieure LED
LED, du patrimoine à l’architecture
Dans l’architecture, l’éclairage LED peut désormais varier en teinte de blanc. On parle de blanc dynamique. Le meilleur exemple en France est sans doute la cathédrale de Strasbourg.
Ainsi, les concepteurs lumière magnifient le patrimoine. Mais ils n’oublient pas l’architecture contemporaine. Ainsi, la façade du Monde à Paris est habillée d’une média façade tout en douceur.
LED dans la commune
Dans la ville, la lumière extérieure devient intelligente avec les LEDs. Elle permet de s’adapter aux humeurs de la cité.
- Éclairage intense : à la sortie du bureau jusqu’aux heures des restaurants, cinémas et théâtres.
- Éclairage tamisé : au cœur de la nuit, voire qui change de couleur pour préserver la biodiversité.
Exemple d’éclairage public intelligent avec des LED, le quartier Monchat à Lyon.
Dans un espace public, le tapis lumineux de l’Hôtel de la Marine devient un bord de mer. Les séquences d’éclairage changent à la nuit tombée comme une respiration du lieu.
Enfin, dans un jardin, la couleur de la lumière peut souligner les allées tous les jours, ou mettre en valeur les frondaisons des arbres pour une soirée. L’éclairage avec des LEDs devient féerique.
Approfondir le sujet : éclairage LED
- Puce
- Boitier
- Produit
- Rythmes circadiens
- LED et la rétine
- Lumière bleue
- Blanc et couleur
- Consommation énergétique
- Processus de fabrication
- Pôles de compétences
- Coûts de production
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- QFN : Quad Flat No Lead
- 8 questions : éclairage en architecture à Vincent Laganier
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En tête de billet : éclairage architectural en lumière rasante à LED, cathédrale Notre-Dame, Strasbourg, France – Concepteur lumière : Jean-Yves Soetinck, L’Acte Lumière – Photo © Vincent Laganier
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