LED / Technologie LED – Définition, fonctionnement et avantages
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La lumière LED a totalement envahi notre cadre de vie. Moins gourmande en énergie, plus colorée et peu chauffante, elle offre de nombreux avantages. Avec elle, on passe d’un rendement lumineux d’environ 5 % pour les lampes classiques à une efficacité proche des 50 %, ce qui est déjà fort appréciable ! Mais comment fonctionne au juste cette technologie LED ?
Que signifie le terme LED ?
La LED est l’abréviation du mot anglais « Light Emitting Diode » qui se traduit par « diode électroluminescente ». Le bon acronyme francophone est donc DEL. Elle est un composant « optoélectronique », autrement dit un composant électronique dont la fonction est d’émettre la lumière dès qu’il est parcouru par le courant électrique. Les LED sont constituées de diodes particulières. L’une de leurs particularités est qu’elles ne laissent passer l’énergie électrique que dans un sens : de l’anode vers la cathode.
Le rayonnement produit n’est plus du fait de la température. Il est émis par des semi-conducteurs, des matériaux électroniques à mi-chemin entre des conducteurs (métaux) et des isolants (plastiques). La lumière des luminaires LED émane donc de la stabilisation des semi-conducteurs par recombinaison des électrons-trous. Très basse consommation et une longue durée de vie constituent les bases du succès de la technologie LED et de l’éclairage LED.
Comment est née la technologie LED ?
La technologie LED est à l’origine de nombreux accessoires d’éclairage qui trouvent leurs utilisations dans des domaines variés. Déjà en 1962, l’américain Nick Holonyak de "General Electric" développait la toute première diode électroluminescente qui émettait une lumière rouge (la lumière LED rouge), qui constitue la première LED fabriquée à l’échelle industrielle. Le perfectionnement des matériaux semi-conducteurs permettra d’améliorer au fil des ans les performances de la LED découverte. Dix ans après, en 1972, George Craford invente la LED jaune, qui se révèle être une ampoule LED plus puissante que la LED rouge de son mentor Nick Holonyak. À celle-ci succèderont les couleurs vertes et oranges.
En 1993, le Dr. Shuji Nakamura parvient à élaborer à son tour, une LED bleue, ensuite une blanche, et ce fut la naissance de la toute nouvelle génération des lampes d’éclairage LED. À partir de là, la LED trouve de plus en plus d’applications et ne cesse d’être perfectionnée. Sa puissance d’éclairage dépasse désormais celle des anciennes lampes. Les modèles les plus récents proposent une puissance d’éclairage de 130 lumens par Watt. La domotique lui ouvre de nouvelles perspectives. Aujourd’hui, les scientifiques esquissent déjà les futures LED aux applications plus modernes et plus affûtées.
Nos différents types d'Éclairage LED
Comment fonctionne la LED ?
La technologie LED représente l’un des systèmes d'éclairage les plus performants en termes de consommation énergétique, car elle convertit peu d'électricité en chaleur. Ce qui est d’ailleurs logique, car la technologie LED se veut innovante. La LED s’éloigne alors du concept de fonctionnement de ses ancêtres. En conséquence, la lampe à LED se place dès sa sortie en tête des sources de lumière offrant des économies d’énergie en perspective.
Alors, s’agissant de son fonctionnement, quand on branche un luminaire LED, l’électricité atteint et traverse la diode dans le sens passant. Les électrons excités par le courant arrivent par la borne N. Ils sont immédiatement aspirés dans le dispositif luminaire et laissent place à des "trous". Dans la mesure où la diode dans son entièreté n’a plus de zone positive ni de zone négative au sein des électrons, il agit comme un fil conducteur en laissant passer le courant. Cette action, qui permet une séquence d’allers-retours d’électrons répétée à l’infini, fait jaillir la lumière au moment de la jonction, c’est-à-dire à l’instant précis où les électrons rebouchent les trous : on parle de recombinaison « électron-trou ».
Lors de cette transition énergétique, les électrons se stabilisent et libèrent leur trop plein d’énergie. Cela est rendu possible dans une LED grâce à l’émission des photons (molécule source de la lumière) : l’éclairage se met en place. Selon le matériau et les éléments de combinaison utilisés, on obtient une lumière de couleur bien précise !
Quels sont les avantages des éclairages LED par rapport aux autres modes d'éclairage ?
Plusieurs raisons poussent les consommateurs vers le choix des ampoules LED. Leur technologie intelligente et intuitive, leur puissance, leur faible consommation électrique, leur design, leur forme…. Selon des statistiques européennes, la consommation d’un luminaire LED est 10 fois plus faible que celle d’une lampe à incandescence, et 5 fois moins que celle d’une ampoule fluo-compacte. Ce qui explique que les lampes LED soient en général de classe énergétique A, les plus performantes étant notées A++. En somme, vous faites des économies substantielles d’énergie sans perdre en confort lumineux.
L’allumage de la lampe LED est instantané, avec l’intégralité de sa puissance lumineuse, contrairement aux ampoules fluo-compactes qui prennent parfois plusieurs minutes pour diffuser un éclairage maximal. De plus, la durée de vie des luminaires LED est très grande : 1.000 heures pour une ampoule à incandescence, contre 25.000 à 50.000 heures pour la LED. Les cycles d’allumage et d’extinction n’impactent aucunement cette longévité des LED.
La température de chauffe des LED tourne autour de 35°. Il n’existe donc pas de risque de brûlure. Les LED sont en grande partie constituées de composants recyclables. Elles n'émettent pas de rayonnement infrarouge ou UV nuisible, et sont sans mercure. En effet, les luminaires LED sont certifiés par la Commission Européenne (CE) et sont conformes à la norme RoHS qui statue sur la limitation des usages de substances dangereuses. Enfin, les lampes LED sont proposées en une multitude de tailles et de formes, et se déclinent en plusieurs températures de couleur d’éclairage.
Quelles sont les différentes technologies LED ?
On dénombre différentes technologies d’éclairage LED, représentés par des sigles qui leur sont propres : DIP, SMD, Haute puissance ou High Power et COB… Que signifient ces sigles et dans quel cas choisir l’un ou l’autre de ces luminaires ?
Les LED DIP
Les « Dual In-Line Package » ou LED DIP sont les anciens modèles de luminaires à LED. Ils sont en l’occurrence constitués de plusieurs diodes électroluminescentes. Toujours disponibles sur le marché, ces ampoules sont de faible puissance tout en proposant un angle de diffusion assez réduit. Les ampoules à LED DIP ne sont pas en général utilisées comme éclairage principal d’une pièce, mais plutôt comme un éclairage d’ambiance tamisé ou directionnel propice à la mise en valeur des objets de décoration.
Les LED SMD
Parlant des LED « Surface Mounting Device », elles utilisent des éléments électroniques très fins de moins d’un millimètre d’épaisseur, montés sur une surface de circuit imprimé. Les composants sont désignés sous le sigle SMD 2835 ou LED SMD 5050. Les chiffres de ces LED SMD traduisent les dimensions de chaque élément électronique. Le signe SMD 2835 par exemple, a rapport à une puce mesurant entre 2,8 et 3,5 millimètres. On le retrouve pour les rubans LED par exemple. La LED SMD offre un excellent rendement lumineux, qui atteint les 80 lm/W, et un faisceau lumineux plus diffus et plus large que la LED DIP. Ce sont des luminaires qui trouvent en conséquence de multiples applications en matière d’éclairage domestique : appliques murales, plafonniers, éclairage décoratif… Ils représentent aujourd’hui la technologie LED la plus utilisée.
Les LED Haute puissance
Les LED de type « High Power ou Haute puissance » emploient la technologie SMD à laquelle est ajoutée des lentilles optiques capables d’améliorer l’intensité de la lumière émise par la lampe. Les luminaires « High Power » offrent donc une luminosité très forte avec un très bon rendement de l’éclairage. Le seul bémol de cette technologie LED est son angle d’éclairage assez réduit. Ce dispositif est par conséquent privilégié pour les éclairages directionnels qu’offrent les spots LED par exemple
Les LED COB
Les LED dénommées « Chip On Board » ou LED COB englobent la dernière génération des luminaires à LED, et sont donc logiquement les plus performants. Les lampes de ce type utilisent un seul point d’émission de la lumière. Hautement puissante et performante, cette technologie est impliquée dans la fabrication des projecteurs LED, des spots ou encore des appliques murales LED. Leur angle d’éclairage diffère sensiblement d’un luminaire à un autre, selon la forme, la dimension ou la température de couleur. Ce qui confère aux LED COB de multiples applications, à la fois en extérieur qu’en intérieur. Les prix des LED « Chip On Board » étaient au début très élevés, mais deviennent de plus en plus accessibles aux nombreux consommateurs qui apprécient leur mode d’éclairage simple et efficace.
Retenez pour finir que la qualité de la lumière agit énormément sur la santé des personnes. Elle peut éveiller et influer sur nos émotions. Grâce à ses propriétés exceptionnelles d'éclairage, la technologie LED représente aujourd’hui une immense valeur ajoutée, car elle permet à l’utilisateur d'adapter l’éclairage en fonction de ses envies et de ses besoins personnels. Étant donné que la technologie LED est constituée de composants électroniques, elle peut être contrôlée avec précision et peut s'intégrer idéalement dans un système global de gestion de l'éclairage.
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