Des chercheurs ont trouvé un moyen de produire des ampoules LEDs encore plus compactes tout en fournissant davantage de lumière que les modèles disponibles dans le commerce.
La clé du succès réside dans les transistors qui sont fait d’un matériau semi-conducteur en nitrure de gallium. Aussi, même si les ampoules à incandescence sont totalement interdites dans l’Union Européenne, les lampes à économie d’énergie restent un sujet de discorde. En 2016, la production d’ampoules halogènes de plus de 10 watts doit s’arrêter à son tour.
Les diodes électroluminescentes (LED) ont toutes les chances de devenir la source lumineuse du futur. Les experts estiment que pour une utilisation standard, les lampes à LED dépasseront les ampoules à économie d’énergie traditionnelles pour la première fois à partir de 2015. En 2020, elles devraient s’accaparer jusqu’à 90% du marché de l’éclairage. Ces petites diodes offrent de multiples avantages : ne contiennent pas de substances nocives, consomment moins d’énergie et possèdent une durée de vie largement supérieure aux sources de lumière conventionnelles, entre 15.000 et 30.000 heures. Les chercheurs travaillent également sur la pleine luminosité juste après avoir appuyé sur l’interrupteur.
Les LEDs ont une faiblesse : elles sont extrêmement sensibles aux variations et aux pics de puissance. Pour fonctionner correctement, elles ont besoin d’un pilote (driver) qui assure un approvisionnement constant en courant. Ce pilote qui doit convertir le courant alternatif du réseau électrique en courant continu avec une tension réduite, possède une influence certaine sur le rendement lumineux et la durée de vie de la LED dans son ensemble.
Les exigences imposées à l’électronique du pilote sont par conséquent très élevées. Ce constat a donc incité les chercheurs de l’Institut Fraunhofer de recherche appliquée de Fribourg à concentrer leur attention sur les transformateurs de tension comportant du nitrure de gallium (transistors GaN).
Au cours des tests pratiques, les scientifiques ont constaté que les pilotes qui utilisaient ce nouveau matériau semi-conducteur étaient extrêmement robustes. Les composants GaN peuvent ainsi fonctionner à des courants, des tensions et des températures plus élevés que les transistors en silicium standard. "La chaleur joue un rôle à la fois dans la luminosité et la durée de vie des lampes à LED," a expliqué le Dr Michael Kunzer, responsable du groupe de chercheurs au Fraunhofer IAF.
Les transistors en nitrure de gallium peuvent également commuter à des fréquences élevées. La vitesse de commutation a un impact significatif sur la taille des bobines et des condensateurs intégrés dans les pilotes pour le stockage d’énergie. Dans un pilote à base de GaN, la vitesse de commutation peut être réaliser 10 fois plus rapidement que son équivalent en silicium.
"Appliquer à une surface plus petite, cela signifie qu’il serait possible de rendre le commutateur moins cher. La lampe à LED peut être plus légère et plus compacte tout en offrant la même, voire une luminosité améliorée" a expliqué M. Kunzer. Alors que le composant qui sert à stocker l’énergie joue un rôle déterminant dans les coûts de fabrication, cela pourrait avoir un effet extrêmement bénéfique sur le prix final.
Grâce aux propriétés du nouveau matériau semi-conducteur, Kunzer et son équipe a été en mesure d’accroître l’efficacité du conducteur GaN à 86% – entre une et quatre points de mieux que son équivalent de silicium.
Par rapport aux lampes à LED classiques disponibles sur le marché, les scientifiques ont réussi à augmenter le rendement lumineux : alors que le flux lumineux des lampes à LED comportant du silicium est de l’ordre de 1000 lumens (l’unité utilisée pour mesurer la lumière produite), les chercheurs de l’IAF ont réussi à le porter à 2090 lumens. "20% de la consommation mondiale d’énergie peut être attribuée à l’éclairage ; c’est un domaine où les économies d’énergie sont particulièrement intéressantes. Il ne faut pas sous-estimer le rôle joué par les pilotes LEDs sur l’efficacité, un élément essentiel aux économies d’énergie. En principe, plus le rendement et l’efficacité lumineuse sont importantes, et plus la consommation d’énergie est faible. Si vous pensez que d’ici 2020 les LEDs auront pris près de 90% du marché, il devient évident qu’elles joueront un rôle important dans la protection de notre environnement" a conclu M. Kunzer.
Bizarre de mesurer la performance de ces LED en lumens: il suffit en effet d’avoir une LED 2 fois plus “grosse” pour avoir 2 fois plus de lumen… Ce qui en revanche est beaucoup plus interessant, c’est les lumen/W qui montre l’efficacité énergétique: Le maximum théorique est de 683 lm/W et encore en lumière monochromatique jaune, ou encore ~250 lm/W en lumière blanche. Les lampes à led récentes (blanches) sont un peu au delà de 100 lm/W. Et celles-ci? Quid de la toxicité et de la rareté de l’AsGa?
ainsi le nitrure de gallium ne serait pas un produit “toxique” ? l’on s’en réjouira ! Où en est on de ces histoires de danger éventuel pour les yeux du fait du “type” de lumière émise par les leds , info ou intox ? Les leds n’ont pas de déchéts mercure, mais sont des DEEE, exite t il une filière de recyclage ? Les prix vont ils continuer de baisser ? A quand des leds acceptant les variateurs d’intensité ? Bref, c’est bien, on avance, vive le progrès technique.
On pourrait alimenter tout le réseau éclairage d’une maison en courrant continu de manière à centraliser la conversion alternatif-continu pour de meilleurs rendements et moins de déchets lors du remplacement de lampes LED. Et utiliser des batteries chargées avec des panneaux photovoltaïques sans trop de pertes (onduleurs, pertes de charge de transport,…)?
La DEE existe pour les leds et recylum doit recycler ces produits. Attention nombre de boutique en ligne ne déclare pas la DEEE. Pire encore certains s’installent à l’étranger pour éviter d’adhérer à recylum. Concernant les ampoules compatible variateur elles existent, exemple ici . Il faut aussi savoir que la DEEE a augmenté cette année et personne n’a sourcillé d’un millimetre.
J’ai installé des tubes LED dans mon bureau et je me prépare à le faire dans un centre de santé. Je me souviens avoir lu les aventages des tubes LED : – ils acceptent les éclairages extinctions fréquents. Ce que j’ai pu vérifier. – ils ont un rendement global supérieur à celui des tubes fluorescents. Vrai si on prend en compte des éclairages extinctions fréquents, faux en allumage continu si on tient compte de la totalité de la lumière émise par les tubes. C’est de nouveau vrai dans la plupart des luminaires… – le danger pour les yeux est dû en premier aux UV émis par les LED de mauvaise qualité. Un autre danger est lié à la brillance de la source. Ces deux dangers ne sont réels que pour ceux qui regardent des LED en face ou à travers une surface réfléchissante… – une standardisation en courant continu nécessitera de doubler les installations électriques, c’est difficilement acceptable. On accepte bien que les tubes fluorescents s’étteignent 100 fois par seconde… On les met en duo pour réduire le clignottement. Je croyais que les LED aussi clignottaient ainsi… – Je n’ai jamais changé de tubes LED dans mon bureau depuis 3 ans… Or, ici, la tension électrique joue du yoyo, entre 170 et 270V… Aussi, je ne comprends pas l’intérêt de toute l’électronique ajoutée, sauf pour les fabricants de lampes et de luminaires.
Les leds qui fontionnent avec variateur sont déjà disponibles et ce même pour des ampoules à culot normal ( vis e27 e14 ), j’en ai trouvé ici , mais je suis certaines que d’autres boutiques en proposent, je n’en ai pas vu dans mon supermarché ( mais je suis à la campagne et le choix est restreint, je suis obligé de chercher en ligne pour des produits spécifiques comme ceux la.
jpdebangui Ben, non il faut pas doubler toute l’installation pour passer en continu. La plupart des installations éléctriques séparent déjà les circuits éclérage des prises de courrant. Si on passe tout un circuit d’éclairage en LED en une fois, ca devrait aller. Il faudrait juste encore standardiser la forme sockets des lampes et la tension utilisée,… On pourrait aussi imaginer des cuircuits CC pour les PC, télés, chargeurs GSM,…
Pouquoi pas une installation électrique dédiée éclairage et autres… mais il faudrait alors une harmonisation. Les éclairages basse tension sont en 12 ou 24 V, les PC sont pour la plupart en 19 V, les téléphone portables sont en 5 V… Faut-il continuer ??? D’autre aprt, en basse tension les courants seront plus élevés et les conducteurs pour le 220 V ne seront pas adaptés, il faudra les remplacer par de plus fortes sections. De plus, les normes en courant continu ne sont pas les mêmes qu’en courant alternatif. Il faudra bien deux installations distinctes pour vous suivre.
Jusqu’ou iront les economies d’energie avec les led! Si seulement la fiabitilité pouvais devenir une réaliter, hélas souvent deçu par la durée de vie..
Concernant la suggestion d’Emilou, elle n’est pas mauvaise car les consommation des lampes étant bien moindres, les sections actuellement utiliséen seraient suffisantes. Bien entendu ça ne concernerait que le circuit éclairage. Probablement en 48V qui est +/- un optimum entre la sécurité et les pertes. Les prises normales resteront en 230V. Outre le problème du courant plus intense de la basse tension, le continu pose des probleme de viellissement des contacts électriques, ce qui le rend délicat sur des application plus puissantes. Par ailleurs il ne serait pas surprenant que ce futur circuit basse tension soit construit au travers du réseau ethernet (le POE) qui emmene a la fois l’énergie et la connectivité. Cette techno est déja disponible. D’immenses possibilitées en perspective.
Pour revenir au sujet de l’article, encorre de la com pour avoir des credits. Certes, ce qui est dit n’est pas faux, mais les convertisseurs d’energie bien construits qui utilisent des composants conventionneles sont déja a des rendements aux environs de 90%, sachant que les pertes sur les semiconducteur pesent pour partie seulement, le gain sera forcément faible. (Cela dit c’est bien d’y bosser, mais pour d’autres raisons et d’autres marché) Sur l’éclairage led à proprement parler, c’est sur la LED elle même qu’il reste encore du potentiel de gain, le rendement est encore loin des 100%. @JPdebangui: Les reglettes fluo led adaptables ne sont pas terribles car elles utilisent le ballast du tube d’origine qui n’est pas forcément trés adapté pour optimiser le rendement. De plus elles sont souvent réalisée avec des leds de mauvaise qualité. Contrairement aux ampoules classiques qui ont un rendement à peu prés identique d’une marque à l’autre, dans les leds on peut avoir un fossé gigantesque. Selon ce que j’ai pu constater, une led du commerce actuelle de bonne qualité grosso modo est un peu mieux que ce qu’on obtient avec du fluo récent (T5, ou compact), par contre ç’est souvent plus directif et donc fait la différence.