L'incandescence

Les Ampoules (lampes) les plus communes sont les lampes à incandescence.
L'ampoule traditionnelle émet de la lumière à partir d'un filament (de carbone chez Edison) de tungstène lorsque celui-ci est traversé par un courant électrique. Seulement 2% de l'énergie utilisée est convertie en lumière visible.

les lampes halogènes, permettent avec leur ampoule en quartz, et des composés halogènes qui y sont contenus, de "recycler" le tungstène qui s'évapore du filament et de le redéposer sur ce dernier et non sur le verre. Il peut laisser passer plus de courant, il peut être chauffé à des températures supérieures et émet ainsi une lumière plus riche en bleu et plus intense. L'énergie utilisée : 30% de lumière.

Si les WATTS sont en général utilisés pour déterminer la puissance, cette unité relève davantage de la consommation électrique que de la quantité de lumière émise. La mesure de cette dernière s'exprime en lumens.


carbone - tungstène - halogène - halogène

Lampes à décharge

Lorsqu'on fait passer du courant dans un gaz, celui-ci peut être ionisé et devient conducteur et ainsi produire un arc lumineux. Il est entretenu à l'aide d'un ballast. Les tubes fluorescents et les lampes fluocompactes utilisent un gaz qui produit des UV. Le pigment qui recouvre l'intérieur de l'ampoule est un pigment fluorescent qui rend cette lumière visible. Leur efficacité lumineuse atteint 80lm/W à 100lm/W.


diverses lampes fluos compactes - tubes fluorescents

Si la durée de vie est supérieure aux lampes à incandescence, le rendu des couleurs de ce qui est éclairé avec ce type de sources reste médiocre. Le spectre émis n'est pas continu. les tubes contiennent du mercure et les ballasts peuvent parfois causer des rayonnements. les températures basses peuvent affecter leur fonctionnement.


les tubes contiennent différents gaz ou différents pigments fluorescents, qui produisent des longueurs d'ondes spécifiques


Le gaz néon émet dans le rouge. Il fut un des premiers à être utilisé pour la fabrication des tubes qui ont gardé son nom.
On utilise à tord le terme de "tube néon" pour désigner les tubes fluorescents blancs. Les tubes au néon sont encore utilisés dans les enseignes... rouges!

lampes à décharge type HQI HMI HPIT
Les lampes à décharge basse pression : sodium (qui est utilisé pour sa grande efficacité, rendu monochrome) Lampes à décharge haute pression : un arc électrique est produit dans du gaz rare. (HMI, HQI, HPIT...) Elles nécessitent un temps d'amorçage et ne sont pas graduables. Elles équipent l'éclairage urbain, les stades etc...

Lampes à induction

Assez peu répandues, les lampes à induction utilisent un procédé sans électrodes pour exciter le plasma contenu à l'intérieur de l'ampoule. Elles ont une très grande durée de vie, sont graduables, et peuvent produire des interférences radio. Elles n'ont peut-être pas dit leur dernier mot : l'induction revient avec les Fipels (voir plus bas)


Lampes à semi-conducteurs


leds 3mm, 5mm, 1W, COB

Les semi-conducteurs permettent une production de lumière à partir d’un procédé électronique (d'électrons et de trous). Le premier brevet de la led (diode électro luminescente) remonte à 1927. La led rouge a vu le jour en 1962, la led bleue en 1993. En 1997 : commercialisation de la première led blanche. 2001 : premières leds de 1W. Les ILEDS sont composées avec des matériaux inorganiques, leur émission est un point. Les OLED utilisent des matériaux contenant du carbone, leur émission se fait depuis une surface. Les COB (chips on board) agrandissent la surface en plaçant côte à côte plusieurs leds.


Les leds étaient d'abord monochromes, les leds blanches composées de plusieurs émetteurs rouges verts et bleus se sont vues remplacées par des leds bleues pour énergiser du phosphore et produire du blanc.
Le principe des Oleds est sensiblement le même mais elles utilisent un matériau contenant du carbone, déposé en une fine couche, pour produire la lumière.

L'efficacité atteint 50 à 100lm/W. Allumage instantané, longue durée de vie, grande plage de fonctionnement en température.

Les leds sont agencées côte à côte, dans des lampes qui reprennent plus ou moins les formes existantes des lampes standard.
Les qualités de blanc évoluent et si les premières leds avaient une température de couleur très élevée (10 000°K) qui donnent une lumière très bleutée, on trouve des blancs froids (6000°) des blancs 'chauds légers' (5000°), chauds (3000°-2700°). Certaines sont graduables directement en 230V.

Les lampes à leds

Pour schématiser, le rendement lumineux d'une lampe halogène est de 30%, celui d'une lampe à leds de 80%.
Les leds qui équipent ce type de lampe ont évolué rapidement. Le rapport quantité de lumière / chaleur produite est inversé par rapport aux lampes halogènes.

La surface d’émission des leds étant relativement petite (bien qu'elle évolue avec les leds COB) et leur puissance limitée, pour égaler les sources de lumières utilisées et pouvoir les remplacer, plusieurs leds sont placées côte à côte, avec une optique plus ou moins travaillée. Chaque led émet sur un angle d'environ 120° et elle est focalisée par le plastique ou l'optique qui l'entoure.


lampes à leds E27 et GU10

Les leds fonctionnent en basse tension, leur électronique permet de les faire fonctionner sur des grandes plages de tension.
La puissance est exprimée en lumen (lm) pour référence : une lampe halogène de 100W produit 1600lm. Une led cob de 10W, 850lm, une led cob de 30W produit 2000lm.
Une led de 9W remplacera une lampe dicho de 50W sans problèmes.
Le développement des LEDS et l'augmentation de leur puissance permet de pouvoir éclairer avec des appareils ou des lampes spécifiques.


lampe à leds, lampe 10w cob étanche

Dans une même led peuvent être placés des leds de couleurs, ou de blancs différents (chaud/froid), contrôlables individuellement.



led 10W RGB - COB : intègre dans une même chip, des leds de couleur (RGB) et blanches (RGBW) ou ambre (RGBA)

Dans les appareils qui sont équipés de leds de couleur, il y a eu souvent une juxtaposition côte à côte de leds de couleurs différentes (RGB). Le mélange est plus ou ou moins réussi en sortie, par les choix de teintes et leur qualité de mélange. Les couleurs primaires utilisées par les leds RGB ont des lacunes. L'ajout d'une led ambre permet d'augmenter la palette des jaunes et des blancs chauds, les leds RGBW utilisent une led blanc froid car le mélange RGB ne donne pas toujours un blanc neutre.

On comprendra l'intérêt des 'Tri led' ou 'Quad led' et des led COB multicolores : plus le mélange sera fait tôt (dans la led) plus la couleur de la lumière émise sera homogène.


le par type "pizza" à proscrire, un autre avec couleurs côte à côte, les tri leds, et un projecteur, 36x3w blanc chaud blanc froid

Les lampes à leds COG ou FILEDS

Le retour du filament, après menace d'interdiction en europe des lampes à incandescene trop énergivores, les lampes à led à filament voient le jour au Japon en 2008 et commence à être distribuées en France en 2013. A l'inverse des LEDS plates placées sur une plaque métalique carrée, les FILEDS sont encapsulées dans une colonne de verre ou de saphire synthétique recouverte d'un moule en phosphore apellé COG (chip-on-glass)



Ce type de led pemet de produire des températures de couleur comprises entre 2800 et 6500°K avec un rendement de plus de 90% avec une très faible élévation thermique (35°C après 2h d'utilisation)

Les lampes à leds et après : les FIPELs ?

Field-Induced Polymer Électroluminescence, ou polymère à électroluminescence induite par un champ électronique. Il s'agit d'une nouvelle technologie développée par l'université Wake Forest en Caroline du Nord.
Comme les OLEDs, les FIPELs utilisent des molécules organiques pour émettre leur propre lumière. Mais la matrice de polymère est additionnée de nanotubes de carbone, qui multiplient par cinq le rendement lumineux.


FIPELs

L'"ampoule" obtenue possède de nombreux avantages :

  • faite de plusieurs couches de matière plastique elle est souple et résiste à un choc, au contraire des tubes fluocompacts en verre cassant
  • elle peut être moulée dans n'importe forme
  • elle produit une lumière réellement blanche, comme la lumière du jour, alors que les LEDs ou les fluocompactes ont un spectre tirant vers le bleu ou restreint
  • elle émet en continu, sans scintiller comme les fluocompactes
  • comme les LEDs ou les ampoules fluocompactes, elle possède une longue durée d'éclairement : un prototype tourne dans les labos depuis plus de 10 ans
  • son rendement lumineux est environ le double de celui des ampoules fluocompactes et équivalent à celui des LEDs

Les FIPELs s'annoncent donc comme la panacée. Elles pourraient remplacer les tubes fluocompactes ou les LEDs pour l'éclairage domestique et pourraient aussi servir à produire des écrans souples. Les chercheurs américains sont déjà en contact avec un industriel pour commercialiser les FIPELs dès 2013.

détails précis en anglais : here