Lampe électroluminescente

La lampe électroluminescente, dite lampe LED ou lampe DEL, est un type de lampe électrique qui utilise des diodes électroluminescentes, lesquelles mettent en œuvre le phénomène d'électroluminescence.

Historique 
Historiquement, l’électroluminescence a d’abord permis l’essor des diodes électroluminescentes pour constituer des voyants lumineux en raison de leur tension d'alimentation adaptée à l'électronique et de leur longue durée de vie (témoins de veille ou de fonctionnement d'appareils électriques, signalisation). Puis, à la suite des avancées technologiques et de l'augmentation des puissances et du rendement lumineux, des lampes basées sur cette technologie ont été développées et produites de façon industrielle.

À la suite de l'interdiction en Europe des lampes à incandescence classiques en 2012, puis des lampes à incandescence halogènes en 2018, et du fait d'une meilleure durée de vie, d'une consommation plus faible et de prix en baisse, la part de marché des lampes à LED ne cesse d'augmenter, dans le domaine de l'éclairage domestique mais aussi dans des lieux publics comme le métro parisien.

Chronologie 

 1907 : Henry Round est le premier à mettre en évidence un phénomène d'électroluminescence.
 1927 : Oleg Lossev dépose le premier brevet de ce qui sera appelé, bien plus tard, une diode électroluminescente.
 1962 : Nick Holonyak Jr., consultant chez General Electric invente la première LED à spectre visible utilisable.
 Dans les années 1990, les recherches, entre autres, de Shuji Nakamura et Takashi Mukai de Nichia, dans la technologie des semi-conducteurs InGaN permirent la création de LED bleues.

 Le , les trois chercheurs japonais Shuji Nakamura, Isamu Akasaki et Hiroshi Amano à l'origine de la première LED bleue à forte puissance lumineuse ont reçu le prix Nobel de physique.

Points forts et faiblesses

Avantages 

 Durée de vie plus longue qu'une lampe à incandescence ou fluorescente, la fin de vie se déclarant par une baisse de rendement progressive. Après  de fonctionnement, le rendement aura baissé en moyenne de 30 %, à condition que les composants électroniques de l'alimentation restent fonctionnels.
 Faible consommation électrique due à une bonne efficacité lumineuse. Le bon rendement des LED permet par exemple le fonctionnement à partir d'une énergie potentielle gravitationnelle faible comme pour la GravityLight, une lampe sans batterie.
 Sécurité de fonctionnement en très basse tension pour certaines (GU4), directement en  pour les autres (GU10).
 Faible production de chaleur.
 Pas de production d’UV.
 Possibilité de produire une grande variété de couleurs par addition de LED de couleurs différentes (souvent rouge, verte et bleue) et par variation des courants alimentant les différentes LED.
 Grand choix de la température de couleur pour les LED blanches allant des blancs chauds aux blancs froids.
 Possibilité d'alternances allumage/extinction rapides et fréquents sans endommager la lampe.
 Pleine puissance lumineuse (généralement moins d'une seconde) après l'allumage, contrairement aux ampoules fluocompactes dites « basse consommation » qui affichent généralement 60 % de la puissance lumineuse au bout de .
 Impact environnemental plus faible que les lampes fluorescentes, lié notamment à l'absence de polluants comme le mercure. Cependant, l'amélioration de la puissance des LED repose fréquemment sur l'utilisation d'indium, un métal dont les dérivés sont dangereux pour la santé des ouvriers qui le manipulent.

Inconvénients 

 Indice de rendu de couleur (IRC) vers l'an 2000  Le rendu de couleur des lampes électroluminescentes (comme celui des lampes fluocompactes) est moins bon que celui des lampes à incandescence (traditionnelles et halogènes) dont l’IRC est proche de 100. Au début du siècle, les LED blanches étaient des LED bleues dont une partie de la lumière produite était transformée par fluorescence en lumière jaune donnant un spectre moins régulier que celui d'une lampe halogène. Dans de plus rares applications le blanc était reproduit par trois diodes de couleurs complémentaires ; dans ce cas, , mais la couleur s'ajustait dans un large gamut pour des effets décoratifs.

. Le diagramme d'émission ci-contre montre la répartition spectrale sur une LED de 2015.
 Effet de la « lumière bleue »  Le spectre du rayonnement des lampes électroluminescentes se composait d'une fine raie bleue et d'un ensemble jaune-orangé réparti sur une large plage obtenu par fluorescence. Ce principe permet d'obtenir une température de couleur à partir de , ressemblant à celle d'une lampe à incandescence, jusqu'à , ressemblant à la lumière du jour. Ces dernières ont l'avantage d'aviver les couleurs, et ont rencontré un certain succès. Mais, d'une part, un éclairage similaire à la lumière du jour à tout heure du jour et de la nuit a des effets sur le rythme circadien, et d'autre part, la puissance du rayonnement bleu dans une bande étroite, par opposition aux sources où cette puissance est répartie sur une plus large plage, peut avoir, selon certains médecins ophtalmologues, des effets néfastes sur la rétine. L'Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail (ANSES, France) , c'est-à-dire celles qui se rapprochent le plus de la lumière du jour (). Ce conseil coïncide avec les résultats de la recherche ancienne, d' qui estimait que les éclairements faibles sont plus agréables avec des températures de couleur relativement basses ().
 Le physicien Sébastien Point met en cause la méthodologie des articles retenus pour affirmer la toxicité des LED. Il considère que les travaux pour une meilleure compréhension des effets sanitaires des LED doivent continuer mais qu'en l'état actuel des connaissances, le risque est , sauf en cas d'une maitrise insuffisante des paramètres d'exposition, par exemple dans le cas des lampes torches ou des jouets pour enfants (l’œil de l'enfant collectant plus de lumière que l'œil adulte), ou dans le cadre de certaines pseudo-thérapies comme la chromathérapie. L'affirmation que le spectre des lampes à DEL est plus dangereux pour les enfants que les spectres des technologies plus anciennes (lampes à filament et fluorescentes), plus riche en ultraviolets, est également discutée. De plus, la brillance des ampoules LED étant supérieure à celle d'autres ampoules, il est plus désagréable de les regarder directement, ce qui selon Serge Picaud .

 Les lampes électroluminescentes de forte puissance doivent être refroidies Les jonctions de semi-conducteur fonctionnent à une température maximale de , au-delà de laquelle elles peuvent être détruites, si un circuit disjoncteur n'intervient pas. Environ la moitié de l'énergie est dissipée en chaleur, à comparer aux  pour les lampes à incandescence. Une lampe de , équivalent à peu près à  en lampe à incandescence, doit donc évacuer environ , sans que la diode elle-même ne dépasse la limite de température. Une enveloppe bien conçue permet de le faire pour les faibles puissances, mais pour les fortes puissances, un radiateur encombrant et une ventilation forcée peuvent être nécessaires.

 La compatibilité électromagnétique (CEM)  Les diodes électroluminescentes fonctionnent à très basse tension. Certains circuits des lampes réduisent la tension d'alimentation par découpage. Certaines lampes « bas de gamme » laissent ces commutations à haute fréquence perturber d'autres appareils, malgré la directive 2004/108/CE sur la compatibilité électromagnétique, en particulier, ceux qui fonctionnent par courants porteurs en ligne, des récepteurs de radio

Compatibilité avec les variateurs 
Seules les lampes compatibles (dites « dimmable » en anglais) peuvent être utilisées avec un variateur d'intensité.

Technologies 
 Composant monté en surface (CMS) : chaque LED de la lampe se trouve sous forme d'un composant indépendant brasé sur la carte électronique.
  : les LED sont directement brasées sur la carte électronique, ce qui permet un meilleur rendement et diminue le coût de production.

Comparaison avec les anciennes technologies 
Les ampoules à incandescence utilisent 95% de l’énergie qu’elles consomment pour produire de la chaleur. Elles ne nous restituent que 5% de cette énergie sous forme de lumière. À l’inverse, les LED permettent de produire de la lumière sans émettre de chaleur. Jusqu’à 50% de l’énergie utilisée pour un éclairage LED nous parvient sous forme lumineuse.

Notes et références

Notes

Références

Annexes

Articles connexes 
 Diode électroluminescente
 Lampe électrique

Liens externes 

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Bibliographie 
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