Dossier - Août-Septembre 2014
Éclairage LED dans l’habitat : des solutions à maturité
Edito
« La LED, des perspectives d’amélioration »
L’arrivée des diodes électroluminescentes, les LED, dans l’habitat marque sans doute le début d’une révolution, mais nous sommes encore loin du niveau de développement que l’on trouve actuellement dans le tertiaire. Le principal frein, le prix. Rappelons que la lampe fluocompacte a mis près de vingt ans à trouver sa place dans l’habitat et les premiers usagers de la LED ont vu leur enthousiasme retomber rapidement, car les premières sources mises sur le marché offraient une piètre qualité, la réglementation n’étant venue que tardivement encadrer les lampes à LED.
Comme la technologie évolue très vite, il est difficile de mesurer des performances telles que la durée de vie de produits, qui changent tous les six mois. Le règlement européen donne des exigences de fonctionnement jusqu’à 6 000 heures. Comment les consommateurs peuvent-ils être tentés alors que les fluocompactes sont garanties 8 000 heures pour certaines et coûtent moins cher ? Cependant, la majorité des lampes LED destinées à l’éclairage domestique offrent aujourd’hui une qualité d’éclairage très satisfaisante.
Les LED fonctionnent en très basse tension, ce qui peut être un avantage pour la sécurité électrique dans le bâtiment ; elles sont insensibles aux chocs, donc plus robustes que les autres sources d’éclairage et elles ne contiennent pas de mercure.
Il reste malgré tout quelques points de vigilance :
- l’Agence internationale de l’énergie a ainsi compilé plusieurs analyses de cycle de vie des solutions d’éclairage permettant de comparer les performances environnementales des lampes incandescentes, des fluocompactes et des LED. L’impact environnemental d’une source lumineuse est principalement déterminé par son efficacité à produire la lumière et sa durée de vie. Bien que plus durables, leur fabrication fait que l’impact environnemental des LED reste aujourd’hui du même niveau que celui des fluocompactes. Certains matériaux utilisés pour la fabrication des LED, tels que l’indium et le gallium, sont considérés comme critiques, car les ressources s’épuisent et ces matériaux ne se recyclent pas. L’enjeu est donc de réduire la quantité de ces matériaux dans la LED et de réussir à les recycler. Les fabricants de LED peuvent agir en prévoyant dès la conception, le démontage et le recyclage de la lampe ;
- l’Anses a mis en garde, en octobre 2010, sur les risques sanitaires liés à la forte proportion de lumière bleue émise par les éclairages à LED de couleur blanc froid et bleu. L’Anses recommande encore d’éviter l’utilisation de ces types de lampes dans les lieux fréquentés par les enfants ou dans les objets qu’ils utilisent (jouets notamment), ainsi que pour les personnes sensibles à la lumière. L’Agence internationale de l’énergie recommande, quant à elle, de se tenir à plus de vingt centimètres des LED.
Les perspectives de baisse de coût et d’amélioration de la qualité restent intéressantes pour la technologie LED avec de nouvelles possibilités telles que des luminaires LED intelligents ou le Li-Fi, qui se développe dans de nombreuses applications, y compris le domestique, et pourrait remplacer le Wi-Fi.
Bruno Lafitte,
ingénieur au service bâtiment de l’Ademe
Éclairage LED dans l’habitat : des solutions à maturité
Mode ou solution technique mature ? Tout comme les usagers ont longtemps hésité à opter pour les lampes fluocompactes pourtant prometteuses en matière de durée de vie de consommation, ils n’ont pas été séduits immédiatement par la LED. Alors que la technologie évolue rapidement, la frilosité et la méfiance se sont installées, tandis que les performances des produits ont atteint une certaine maturité. Mais comment s’y retrouver dans un univers où même le vocabulaire a été modifié ?
Pourquoi ce vent de révolution pour une si petite puce ? Parce que la LED n’est pas une source de lumière comme une autre. Une diode électroluminescente, ou LED (de l’anglais light emitting diode), est un composant électronique capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. L’électroluminescence est obtenue par l’excitation électronique de matériaux appelés semi-conducteurs.
Une LED fonctionne sur le principe d’une jonction PN qui est en fait un semi-conducteur ayant deux régions de conductivité différentes : une de type P constituée essentiellement de charges positives (les trous) et une autre de type N, constituée essentiellement de charges négatives (les électrons), ainsi qu’une région de recombinaison radiative. Sous l’effet d’une différence de potentiel, les électrons se recombinent avec les trous dans la région de recombinaison radiative. Cela engendre un faisceau lumineux, dont la nature dépend des caractéristiques des matériaux constituant la jonction.
Si la diode électroluminescente est bien une nouvelle source de lumière, ce n’est cependant pas une lampe, mais ses performances doivent être appréhendées selon les mêmes caractéristiques : flux et efficacité lumineuse, puissance, durée de vie, qualité de lumière, conditions d’alimentation et de fonctionnement optique, électrique, thermique et mécanique, intégration dans les luminaires, coût. Or, les améliorations des performances de la diode sont interdépendantes : la durée de vie diminue lorsque la température de jonction est élevée, le flux lumineux décroît lorsque la température ambiante augmente, l’IRC varie en fonction de la température de couleur.
Comprendre le vocabulaire
La température de couleur, en kelvins (K), qualifie l’ambiance lumineuse. La température de couleur caractérise la répartition énergétique du rayonnement au sein des différentes longueurs d’onde constituant le spectre d’émission de la source lumineuse. La température de couleur fait appel à la notion de corps noir. À 5 500 K, un corps noir émet à peu près la même quantité d’énergie dans toutes les longueurs d’onde. C’est à cette température que les couleurs nous semblent naturelles. En dessous de 5 500 K, la lumière devient de plus en plus orangée (type lampe incandescente classique) et est perçue comme chaude ; au-dessus de 5 500 K, la lumière devient de plus en plus bleuâtre, et paraît froide. Elle varie des teintes chaudes, à dominante orangée (2 500 K), aux teintes froides, d’un aspect bleuté (5 500 K et plus).
L’indice de rendu des couleurs (Ra ou IRC) est la capacité d’une lampe à restituer fidèlement les couleurs telles qu’elles le sont sous la lumière naturelle. Le maximum est 100. La plupart des lampes à LED pour l’habitat présentent un IRC supérieur à 80. Cependant, les scientifiques ont établi que la définition actuelle de l’IRC n’est pas vraiment explicite en ce qui concerne les LED et procèdent à des recherches pour modifier sa méthode d’évaluation. Certains fabricants de luminaires préfèrent associer l’IRC à la température de couleur, par exemple 77 en blanc froid (5 500 K) et 82 en blanc chaud (3 200 K).
Les lampes à LED, quels critères ?
Ces petites puces ont été introduites dans des ampoules (enveloppes de verre) de formes et de culots identiques à ceux des lampes incandescentes classiques, afin de pouvoir les remplacer sans changer de luminaires, d’où le nom de « lampes à LED ». Les critères de choix, en parallèle du développement des LED, ont un peu changé de nom. Si la puissance existe toujours, elle n’est plus utilisée comme critère de choix de la lampe, puisqu’on s’attache désormais au rendu, et on parle donc de flux lumineux qui est exprimé en lumen (lm) et désormais indiqué sur l’emballage ou sur les sites des fabricants. La durée de vie est très importante, puisqu’on est loin des 1 000 heures de l’incandescence, mais attention, dans le domestique, on n’atteint pas forcément les performances du tertiaire (30 000 ou 40 000 heures) ; l’Ademe parle même à 6 000 heures (soit une durée inférieure à celle des fluocompactes). Or, dans la réalité, les durées annoncées sont bien plus importantes, à l’instar de la Parathom PAR 16 (1) (culot GU 10) d’Osram qui affiche 35 000 heures avec une garantie de cinq ans. Disponible en 5,3 W, elle peut remplacer une halogène de 50 W avec un flux lumineux de 350 lm et trois températures de couleur : 2 700 K (blanc chaud), 3 000 K (blanc neutre) et 4 000 K (blanc froid). De même la Paranthom MR 16 (culot GU 5.3) peut se substituer à une halogène de 35 W en offrant deux températures de couleur chaude de 2 700 K et 3 000 K et, au choix, deux angles d’ouverture de 24 ° ou 36 °.
Chez Toshiba, on annonce d’emblée l’équivalent en puissance : 75 W, par exemple, pour les lampes LED de substitution à culot E27 de 12 W pour un flux de 1055 lm et 2 700 K, avec une durée de vie de 15 000 heures.
Havells Sylvania, de son côté, a créé plusieurs séries de lampes à LED, qui se conjuguent sous toutes les formes et dimensions et rappellent d’ailleurs celles des lampes incandescentes classiques comme la Candle (2), et qui existent dans de petites puissances, 3,5 W équivalant à des 25 W classiques.
Outre-Atlantique, l’américain GE Lighting s’adresse lui aussi aux particuliers avec la série LED Start qui offre des flux de 350 lm pour une consommation de 3,5 W et une classe énergétique A+.
Quant à Aric, il propose Elite (3), 13 W pour un flux lumineux de 1 100 lm, d’une durée de vie de 50 000 heures en version gradable, pour réaliser encore davantage d’économies. Le fabricant français propose également pour la salle de bains, la réglette Pop LED (4) finition chromée de 1 200 lm (18 W) qui limite l’éblouissement.
Et que dire de la gamme des MasterLEDbulb E27 (5) de Philips, qui présente des formes standards (tellement similaires à celles des lampes incandescentes classiques que c’est à s’y méprendre !) en 13 W, 12 W et 8 W. Elles bénéficient d’une qualité de lumière qui crée une atmosphère chaleureuse et accueillante. D’un design à la fois traditionnel et inédit, elles diffusent une lumière chaude dans toutes les directions et constituent donc une alternative idéale aux lampes à incandescence.
Enfin, citons Lifx de Sylvania (6), qui a reçu l’or aux Edison Awards en mai dernier et entre dans le domaine de l’éclairage par Wi-Fi, en permettant de commander les ambiances lumineuses et les couleurs à partir de son Smartphone.
L’Ademe à propos des LED
Si elles sont encore assez peu répandues sur le marché de l’éclairage, les lampes à LED sont de plus en plus performantes et la part de marché des lampes à LED pour l’éclairage pourrait atteindre 45 % en 2016 et 70 % en 2020. L’éclairage domestique devrait constituer, à l’horizon 2016, le plus gros segment de marché des LED, qui seront peu à peu remplacées sur le marché de l’affichage par les OLED.
l Les lampes à LED actuellement mises sur le marché ont généralement une efficacité énergétique supérieure à celle des lampes fluocompactes (60 lm/W), lesquelles sont environ deux fois moins coûteuses. La technologie des lampes à LED évolue rapidement et la majorité des lampes destinées à l’éclairage domestique offrent aujourd’hui une qualité d’éclairage satisfaisante. Par ailleurs, la compacité des LED les rend très intéressantes pour le remplacement des sources encastrées dans les faux plafonds telles que les spots halogènes ou les downlights.
l Les LED fonctionnent en très basse tension, ce qui peut être un avantage pour la sécurité électrique dans le bâtiment. Elles sont insensibles aux chocs, ce qui les rend plus robustes que les autres sources d’éclairage. Les LED de couleur peuvent être employées pour des jeux de lumière sans utilisation de filtre. Enfin, les LED ne contiennent pas de mercure.
l Les progrès à venir sur l’efficacité lumineuse et la durée de vie des LED devraient leur permettre, à terme, d’afficher le meilleur bilan environnemental de toutes les lampes, avec une réduction des impacts environnementaux de 85 % par rapport aux lampes à incandescence. Ce bilan peut également être amélioré par des progrès sur la fabrication et le recyclage. Aujourd’hui, certains matériaux utilisés pour la fabrication des LED, en particulier l’indium et le gallium, sont considérés comme critiques car les ressources s’épuisent. Par ailleurs, ces matériaux ne se recyclent pas. L’enjeu est donc de réduire la quantité de ces matériaux dans la LED et de réussir à les recycler.
Des luminaires durables pour toutes les ambiances
À propos de lumière Wi-Fi, arrêtons-nous un instant sur le système Hue (7) de Philips qui permet de contrôler, créer et personnaliser son éclairage sans fil à partir des Smartphones et tablettes sous iOS et Android, en toute simplicité. Son application intuitive permet de contrôler l’éclairage dans toute la maison. Philips a ouvert son application à travers une plateforme Open Source accessible sur www.meethue.com. Les développeurs peuvent ainsi inventer sans cesse de nouveaux moyens d’améliorer le quotidien grâce à l’éclairage. Il simule la présence grâce au contrôle à distance de l’éclairage, permet de se lever et se coucher en douceur avec la luminothérapie, ou d’harmoniser la lumière avec les variations climatiques. Il permet également d’alerter l’utilisateur lors de la réception d’un e-mail, d’un SMS, d’une notification sur le Web ou de la fin de la cuisson d’un plat, via une légère impulsion lumineuse. Enfin, de nombreuses applications permettent également de synchroniser la lumière avec la musique, la télévision et même les photos. La fonction LightRecipes propose quatre ambiances préprogrammées, qui ajustent la nuance et la luminosité des ampoules de manière à créer un environnement parfaitement adapté à quatre besoins : lecture, concentration, stimulation, détente.
Osram n’a pas oublié l’extérieur de la maison avec le luminaire Noxlite (8) issu de la gamme des Essentiels LED. Orientable, disponible en deux couleurs, IP44, avec une efficacité lumineuse de 70 lm/W, le luminaire s’installe dans les jardins, sur les terrasses. Doté de détection de présence, il permet à la fois l’extinction automatique (et donc des économies en cas d’oubli) et d’avertir en cas d’intrusion. Pour l’intérieur, également équipé de détecteurs de présence, le Rondel (9) s’installe dans les sanitaires (IP44), en plafonnier. Il présente un flux lumineux de 1 100 lm.
Eva Lighting propose, quant à lui, des spots aux lumières douces (températures de couleur de 3 000 K) pour les pièces à vivre : ainsi le spot RyderV2 (10), inclinable à 30°, avec un flux lumineux de 620 lm, ou bien encore Square (11) de 680 lm pour des ambiances intimistes.
Entre tertiaire et domestique, Inverto de Lumiance (12) (Havells Sylvania), élégant et contemporain, offre un large choix de finitions (quatre couleurs standards : noir brillant, blanc mat, argent satiné et rouille mat), de températures de couleur, de filtres et d’optiques, il ouvre tout grand les possibilités de décoration tant à l’intérieur qu’à l’extérieur. Il se décline en applique murale directe/indirecte (1 843 lm), directe ou plafonnier et suspension (955 lm ou 1 130 lm).
Des commandes automatiques grâce à la LED
Pour les parties communes d’habitat collectif, L’Ébénoïd propose le hublot D2L (820 lm pour 11 W), qui constitue une solution idéale pour l’éclairage contrôlé par détecteur et minuterie et pour les environnements exposés au froid (cave, garages, façades) : le nombre d’allumages/extinctions illimité sans usure prématurée de la source.
Mentionnons également l’applique murale Quasar de Performance In Lighting, développée plus loin, dans nos pages « Produits », et qui donne un souffle nouveau au hublot tant en matière de design que de performance.
À noter enfin que XanLite a intégré sur son site grand public un « simulateur de passage à la LED ». L’utilisateur indique, pour chaque pièce de l’habitation, le nombre et le type de lampes dont il est équipé ; le simulateur propose instantanément une source équivalente et les économies réalisées sur l’année. « Et pourquoi ne pas penser l’éclairage autrement ? » C’est ce que propose le fabricant avec Strip LED (13), des rubans lumineux adhésifs. Une pièce peut alors être entièrement éclairée par ce ruban. Découpable, modulable et raccordable, il s’adapte à toutes les envies et à toutes les pièces d’une maison, d’un appartement ou d’un bureau.
Si les premières versions de lampes LED présentaient quelques inconvénients, on voit bien qu’aujourd’hui les couleurs froides et bleues ont fait place aux couleurs chaudes, les blancs sont homogènes, les flux lumineux élevés, les IRC se rapprochent désormais de 90, et surtout, la LED permet de considérables économies d’énergie grâce à sa faible consommation, mais aussi aux possibilités de commandes automatiques, allant de la simple détection de présence jusqu’à la programmation.
Il reste cependant encore quelques hésitations (dues au prix néanmoins en baisse constante) et interrogations quant à leurs performances et à leurs conséquences sur la santé. L’Ademe a récemment publié un avis (voir encadré) qui, loin d’exprimer la méfiance, reprécise les avantages de la petite puce qui monte…
Isabelle Arnaud
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