La lampe Master LEDspot GU10 répond aux critères des matériels devant être mis en œuvre dans le cadre de l’opération standardisée BAT-EQ-26 des Certificats d’économies d’énergie. (Doc. Philips Lighting.)
Sous les appellations de « basse consommation » ou « à économie d’énergie » sont regroupés les lampes fluorescentes (compactes ou tubes), les lampes à Led et quelques modèles de lampes aux iodures métalliques. Pour s’y retrouver et éviter de comparer des choux et des carottes, il faut considérer les caractéristiques techniques de ces sources.
Plusieurs familles peuvent être regroupées sous l’appellation « lampe basse consommation », terme longtemps réservé aux seules fluocompactes.
Pour Luc Soitel, chef de produits Lampes, chez Osram, « se définit ainsi une lampe qui permet d’obtenir des niveaux d’éclairement élevés avec de faibles consommations ». Et « Notamment 80 % de moins que celles d’une lampe incandescente et une efficacité lumineuse d’au moins 60 lm/W », précise Christophe Bresson, directeur de la communication de Philips Lighting.
Tout d’abord, on peut les distinguer selon leur principe de fonctionnement, décharge et électroluminescence. Et les répartir en sous-familles selon leurs formes ou leurs culots : tubes fluorescents, fluo- compactes, iodures métalliques et Led.
La lumière d’une lampe à décharge est produite par le passage d’une décharge électrique provoquée par un appareillage conçu pour remplir ce rôle, dans une ampoule renfermant une ou plusieurs vapeurs métalliques (sodium, par exemple), un ou plusieurs gaz rares et parfois des composés chimiques de nature variée. Il s’ensuit une production de photons, donc de lumière. L’allumage se produit après quelques minutes à froid, voire quelques secondes aujourd’hui grâce à l’électronique.
La couleur de la lumière émise par photoluminescence, par ces lampes dépend du gaz utilisé :
- le néon donne une couleur rouge ;
- le mercure s’approche du bleu tout en produisant une quantité d’ultraviolets importante ;
- le sodium rayonne dans le jaune. Souvent, on le mélange avec du néon pour rendre la lumière orangée ;
- le xénon (employé pour l’éclairage des phares automobiles) est le gaz qui permet de s’approcher le plus possible du blanc pur.
L’électroluminescence est obtenue par l’excitation électronique de matériaux appelés « semi-conducteurs ». Par une modification très précise de leur composition, on influe sur la longueur d’onde émise et donc sur la fréquence du rayonnement émis.
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. La diode ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens et produit un rayonnement monochromatique incohérent à partir d’une transformation d’énergie.
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.
Claire Mendy, chef de produits chez Toshiba, division Lighting, estime qu’une « source à Led peut être considérée comme une lampe basse consommation de par ses performances : une efficacité lumineuse supérieure à 50 lm/W (voir ci-après), une durée de vie allant de 25 000 h à 50 000 h et bien évidemment, de faibles consommations ».
Savoir parler « éclairage »
On a vu récemment, avec la disparition programmée des lampes incandescentes et l’arrivée en force des lampes à Led, les caractéristiques indiquées sur les emballages des lampes ou sur les sites des fabricants se modifier.
En fait, les critères sont les mêmes, mais le législateur (européen) a choisi de caractériser la lumière plutôt que de se cantonner à la puissance (donc à la consommation). Si cette dernière joue toujours un rôle important, ce n’est plus le premier, ni le seul paramètre à prendre en compte. Les notions suivantes sont fondamentales pour pouvoir sélectionner la source la mieux adaptée à l’installation :
• le flux lumineux, en lumens (lm) : quantité de lumière visible totale émise par la source. Ce critère qui est maintenant indiqué sur les emballages des lampes, « permet de comparer les mêmes quantités de lumière émises pour des consommations différentes », explique Luc Soitel (Osram) ;
• l’efficacité lumineuse, en lumens par watt (lm/W) : quotient du flux lumineux émis par la puissance consommée par l’ensemble lampe auxiliaire d’alimentation (ballast) ;
• la durée de vie, en heures (h) : durée au terme de laquelle seulement 50 % du nombre total de lampes continuent de fonctionner, ou au terme de laquelle il ne restera plus que 80 % du flux lumineux initial (ou 70 % pour les sources de lumière à Led). Ce critère normalisé sert à planifier les opérations de maintenance ; pour Thomas de Bueger, directeur commercial Prescription & Retail, GE Lighting, « la durée de vie est un facteur important pour choisir une lampe : plus une lampe dure longtemps et moins fréquentes seront les opérations de relampings (changements de lampes, NDLR). D’où une incidence sur le coût global d’exploitation, et sur les économies obtenues » ;
• la température de couleur, en kelvins (K) : qualifie l’ambiance lumineuse de l’espace éclairé. Elle varie des teintes chaudes, à dominante orangée (2 500 K) aux teintes froides, d’un aspect bleuté (5 300 K et plus) ;
• l’Indice de rendu des couleurs (IRC ou indice Ra) : capacité d’une lampe à restituer fidèlement les couleurs telles qu’elles apparaissent sous la lumière naturelle. Sa valeur maximale est 100.
Fluocompactes : ballast intégré ou séparé ?
Ce sont des tubes fluorescents « pliés » qui existent en deux versions : à ballast séparé pour les usages professionnels, et à ballast intégré en usage domestique. Appelées « lampes basse consommation », « lampes à économie d’énergie » ou encore « LFC » (lampes fluocompactes), elles consomment entre 4,5 et 5,5 fois moins que les lampes incandescentes. Pour Christophe Bresson (Philips Lighting) : « elles ont servi de relais entre l’incandescence et les Led qui sont en train de devenir les lampes de substitution par excellence ».
L’apparition des technologies permettant de réaliser des lampes à fluorescence de petites dimensions a permis d’étendre le champ d’exploitation des lampes fluorescentes en autorisant leur utilisation dans des réflecteurs, et en permettant la conception de produits destinés aux particuliers.
Leur large palette de puissances (de 5 à 120 W pour l’éclairage des bureaux ou l’éclairage extérieur) limite le nombre d’appareils à installer. Elles offrent, en version professionnelle, des durées de vie qui peuvent atteindre 16 000 h, certaines gammes peuvent fonctionner sur minuterie et même sur variateur de lumière, si elles sont montées sur un ballast électronique gradable prévu à cet effet. Leur efficacité lumineuse peut atteindre 80 lm/W.
Les tubes fluorescents : jusqu’à 24 000 h de vie Les lampes à ballast séparé sont équipées de douilles à broches (2 broches en ballasts ferromagnétiques, 4 broches en ballast électronique). Selon la puissance de la lampe, le type de douille change, ces douilles sont munies de détrompeurs qui évitent leur montage sur un appareil équipé d’un ballast inapproprié.
Les lampes à ballast intégré utilisent une douille à vis ou à baïonnette (E27, E14 ou B22) qui permet de les monter en lieu et place de lampes à incandescence. Leurs différentes formes rappellent ces dernières et leur durée de vie varie de 6 000 à 12 000 heures.
Notons, enfin, que les lampes fluo gradables sont définies comme telles et qu’il est déconseillé d’utiliser une lampe non-définie sur un gradateur.Les tubes fluorescents, appelés à tort « néons », sont des lampes rectilignes à double culot, que l’on distingue par leur diamètre et leur type d’alimentation.
À partir de l’électrode (ou cathode) est généré un bombardement d’électrons à l’intérieur du tube. Les électrons heurtent des atomes de mercure produisant des ultraviolets et enclenchent la production de lumière visible par l’intermédiaire de la poudre fluorescente (phosphore) dont est recouverte la paroi du tube. Ainsi, 3 % du flux lumineux sont produits par la décharge à l’intérieur du gaz présent dans le tube (il s’agit d’une lumière bleutée visible seulement dans un tube non revêtu) et 97 % du flux sont produits par le phosphore.
Ces lampes sont définies par leurs diamètres : T8 (diamètre 26 mm, appelé aussi T26), T5, (diamètre 16 mm appelé parfois aussi « T16 » ou « tube électronique ») qui entre dans la catégorie « basse consommation ».
Ils sont montés sur des douilles Fa6 (ou T12 X pour les tubes destinés aux atmosphères déflagrantes), G13 (T8 et T12), G5 (T5), W4,3 (T2) et 2GX13 pour les lampes à fluorescence circulaire de type T5.
La dimension de la surface d’émission de la source lumineuse a une influence directe sur l’intensité lumineuse et, par conséquent, sur la capacité de projection lumineuse de la source. L’évolution technique des tubes fluorescents a donc eu, notamment, des conséquences sur leur diamètre.
Le tube T5 existe depuis 1995, c’est le tube fluorescent le plus performant et fonctionnant exclusivement sur ballast électronique, il a remplacé progressivement les T8. Il est disponible dans des puissances de 10 à 80 W, avec une efficacité lumineuse de 104 lm/W, une durée de vie qui peut atteindre 24 000 h et des températures de couleurs allant de 2 700 à 6 000 K.
Axel Malaterre (Havells-Sylvania) juge que « dans une installation de grande importance, il peut se révéler plus économique que des sources à Led, car encore moins cher à l’achat que les sources Led ».
Iodures métalliques : plus de 90 lm/W
La lampe aux iodures métalliques est une lampe à décharge. Son principe de fonctionnement est donc le même que celui des lampes de cette catégorie. L’ensemble amorceur, ballast conventionnel et condensateur, qui en assure l’alimentation, tend de plus en plus à être remplacé par un ballast électronique. L’ampoule contient de la vapeur de mercure haute pression dans laquelle on a ajouté des iodures (ou halogénures) métalliques, différents selon les fabricants (dysprosium, scandium, sodium, thallium, indium, etc.), ce qui fait que ces lampes ne sont pas toutes interchangeables du fait de leurs différentes caractéristiques.
La lumière est émise, en majeure partie sous forme de rayonnements visibles, mais une petite partie est émise sous forme de rayonnements ultraviolets invisibles. Dans les lampes ellipsoïdales, on tente de récupérer ces rayons en tapissant la paroi intérieure de l’ampoule d’une poudre qui absorbe les UV et les transforme en rayons visibles de couleur chaude. Cette poudre rend l’ampoule opaline.
Elles sont toutes équipées d’un brûleur en céramique qui stabilise la couleur de la lampe dans le temps.
D’une meilleure efficacité lumineuse (jusqu’à 100 lm/W) et moins calorifique que les halogènes, elles consomment 5 fois moins et durent en moyenne 3 à 5 fois plus longtemps (jusqu’à 15 000 h). Dotées d’un IRC supérieur à 90, elles existent en blanc chaud (3 000 K) ou froid (4 200 K) et en version anti-UV (réduction des risques de décoloration des objets ou des matières). Elles sont utilisées dans les commerces, pour l’éclairage d’accentuation et l’éclairage des vitrines.
Avec un ballast électronique à allumage à chaud, le réamorçage est immédiat en cas d’extinction, mais le flux lumineux nominal n’est atteint qu’après plusieurs minutes. Pour Luc Soitel (Osram) « malgré leur haute efficacité lumineuse, avec les derniers développements de la Led, elles vont probablement perdre de leur attrait, compte tenu de leurs consommations ».
Led : les vraies lampes basse consommation ?
Les Led possèdent d’incontestables atouts : faible consommation, forte luminosité, efficience énergétique et durée de vie élevées, miniaturisation, possibilités de réaliser des couleurs saturées et de l’éclairage dynamique, faible poids, résistance aux vibrations, alimentation en très basse tension.
La puce est soit collée sur la surface de la carte de circuit imprimé et les contacts se font dans un bain de brasage (Led SMD)
Les lampes à Led présentent des performances en constant progrès : leur durée de vie peut atteindre 50 000 h, et leur efficacité lumineuse 80 lm/W dans différentes températures de couleur et avec un IRC supérieur à 80.
Les lampes à Led peuvent être intégrées dans la plupart des luminaires d’éclairage général ou d’accentuation existants, auparavant équipés de lampes halogènes ou fluocompactes, en offrant une durée de vie plus importante et un allumage instantané. Attention toutefois à vérifier la compatibilité des systèmes de commande de l’éclairage avec les lampes envisagées. Il existe également des modules Led qui sont des assemblages d’une ou plusieurs Led montées sur une carte de circuit imprimé avec ou sans dispositif de commande de la lumière. Les modules Led nécessitent généralement des luminaires spécifiquement conçus à cet effet.
Les fabricants s’accordent à conclure que les lampes Led constituent de véritables sources de substitution, et si cette source a atteint une maturité technologique, des améliorations sont encore possibles. Désormais, la Led offre des performances correspondant aux recommandations préconisées par la norme EN 12464 pour l’éclairage général et permet d’apporter des solutions adaptées aux exigences de la RT 2012, tant en terme de consommations, que de gestion et de qualité de lumière.
