Sources LED

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Sources LED

septembre 2020Tutoriel Lumière & Vidéo

Comment ça marche ?

LED est l’acronyme des termes anglophones light-emitting diode, ce qui se traduit par « diode émettant de la lumière ». La transposition en français donne DEL, pour diode électroluminescente. Avec la considérable augmentation du flux lumineux qu’il lui est désormais possible de générer, la LED est un composant électronique aujourd’hui très largement répandu comme source lumineuse dans l’univers de l’éclairage de puissance.

UN PEU D’HISTOIRE

Par rapport aux autres sources lumi-neuses, la LED a une histoire récente. C’est en 1907 que l’ingénieur anglais Henry Joseph Round découvre le phénomène optoélectronique. Mais ce n’est que dans les années 1970 que la LED va être adop-tée par l’industrie pour la signalétique, en remplacement des lampes.

Au début des années 1990, l’Américain Shuji Nakamura met au point une LED au nitrure de gallium émettant du bleu avec un excellent rendement de 300 lumens par watt. Par adjonction d’une couche de phosphore, il devient possible de pro-duire de la lumière blanche. La voie est ouverte pour une utilisation en éclairage, et la production de LEDs de puissance commence au début des années 2000, ce qui marque le début de leur usage potentiel en éclairage événementiel et architectural.Pour la première fois dans l’histoire de la lumière artificielle, la technolo-gie offre une solution avec un équi-libre entre le rendement lumineux et la consommation d’énergie. Aujourd’hui, la majorité des luminaires sont équipés de sources LED.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Les LEDs fonctionnent suivant le prin-cipe de l’électroluminescence (fig. 1). La lumière est émise par le passage d’un courant électrique dans la jonction semi-conductrice. Le principe est de produire un déficit d’électrons dans une zone (matériau dopé P) et un excédent dans une autre (matériau dopé N). A la jonction entre les deux matériaux, les « trous » d’électrons se recombinent avec les électrons et génèrent un photon.Chaque LED émet des ondes lumineuses pour ainsi dire d’une seule couleur, dites monochromatiques. La nature des maté-riaux des semi-conducteurs contenus dans la LED conditionne la longueur d’onde émise, et donc la couleur de la LED

DURÉE DE VIE

Les sources à LED disposent générale-ment d’une durée de vie bien supérieure à celles d’une lampe traditionnelle. Toutefois, celle-ci va dépendre des conditions d’utili-sation, et en particulier de la température de fonctionnement. La maîtrise de la tem-pérature des composants électroniques en général est indispensable au bon fonction-nement des systèmes, et il faut éviter de dépasser la température critique, qui mène à la dégradation du composant.Plus la LED va être sollicitée en termes de flux lumineux émis, plus sa température va grimper. Et, bien entendu, une température de fonctionnement élevée va contribuer à la dégrader. Un refroidissement efficace de la source va donc prolonger sa durée de vie.Les principes de refroidissement sont multiples. Le premier est la convection naturelle, c’est-à-dire la circulation de l’air ambiant sur des pièces assurant la conduction des calories (l’air chauffé par le composant monte et laisse la place dans un cycle continu à l’air ambiant, plus froid). Plus la surface d’échange est grande, meilleur est le transfert. La compacité des LEDs n’a pas tendance à favoriser cet aspect des choses, il faut donc adjoindre au semi-conducteur des surfaces de dis-sipation. Certains luminaires, plutôt dans les caté-gories haut de gamme du fait du coût du dispositif, incluent des modules avec flux caloriporteur. Un liquide de refroidissement circule au plus près les zones qui chauffent et évacue l’énergie vers l’extérieur.Les luminaires peuvent être dotés de ventilateurs, qui forcent la circulation de l’air ambiant à travers les modules pour accentuer la dissipation. L’inconvé-nient des ventilateurs est le bruit qu’ils génèrent. Si ce n’est pas un problème lors d’un concert de rock, cela le devient sur un plateau TV ou en théâtre. Différents modes sont donc souvent prévus par les fabricants pour adapter la vitesse du ventilateur et obtenir plus ou moins de silence. Pour préserver la durée de vie de la source LED, le flux lumineux utili-sable est alors réduit, d’autant plus que le ventilateur est bridé dans son débit. Tout est histoire de compromis.

Un article d'

Eric Moutot

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