Éclairage LED

Technologie de fonctionnement

LED est un acronyme de Light-Emitting Diode (diode électroluminescente). La lumière est produite par le passage de l’électricité dans un matériau semi-conducteur (c’est l’inverse de ce qui se passe dans la cellule photovoltaïque d’un capteur solaire). La lumière blanche est surtout produite de 2 façons:

• La LED émet de la lumière bleue. Elle est recouverte d’une fine couche de phosphores qui absorbent une partie du bleu et ré-émettent l’énergie sous forme d’autres couleurs lumineuses qui donnent à nos yeux l’aspect de la lumière blanche. C’est le fonctionnement de la grande majorité des LED d’éclairage.
• Trois LED – généralement rouge, verte et bleue – émettent simultanément leur lumière. Nos yeux perçoivent le mélange des trois comme du blanc (voir synthèse additive-RVB). Une variation dans l’intensité des trois LED permet de simuler à nos yeux toutes les teintes de la lumière.

Comme les LED fonctionnent avec une faible tension électrique (le plus souvent 3,5 V), il leur faut un transformateur qui est soit caché dans le culot de l’ampoule, soit situé dans un boîtier séparé.

Qualité et défaut

Encore en développement technologique, les lampes LED peuvent avoir un très bon rendement lumineux (> 100 lumens par watt), un très bon IRC-indice de rendu des couleurs (jusqu’à 95) et une très longue durée de vie (plus de 20 ans). Elles s’allument presque sans délai, offrent immédiatement leur pleine puissance lumineuse, supportent très bien les cycles d’allumage/extinction, fonctionnent bien dans le froid, n’émettent pas de lumière ultra-violette, et peuvent être utilisées sous de nombreuses formes qui révolutionnent l’éclairage: en ruban, en plaque, en tube souple. Elles peuvent aussi remplacer la majorité des autres lampes: ampoules, spots, tubes lumineux, tube incandescent, ampoule de réfrigérateur, petites lampes halogènes, et aussi les plus inefficaces des lampes incandescentes du ménage: les tubes à culot S14, S15 et S19 (voir dessin).

On trouve même des lampes LED avec un culot R7s pour se substituer aux plus énergivores des ampoules domestiques: les petits "crayons" halogènes des lampes de salon à éclairage indirect. Mais il faut prendre garde à la place disponible car ces nouveautés sont plus encombrantes que les fins tubes halogènes.

Il y a encore des ampoules à filament-LED, au verre transparent ou opaque, destinées à la décoration ou à l’éclairage. Elles peuvent présenter un aspect "vintage" – telles les premières lampes d’Edison – ou imiter des flammes de bougies. Leurs filaments sont composés d’un alignement de minuscules LED recouvertes de matière phosphorescente jaune. Même s’il n’y paraît pas, elles cachent aussi des composants électroniques dans leur culot: en fin de vie, ce sont des déchets électroniques qui ne doivent pas aller à la poubelle. Il ne faut pas les confondre avec les ampoules décoratives à incandescence, qui consomment dix fois plus d’électricité.

Avant de remplacer des spots halogènes 230 V ou "basse-tension" (12 ou 24 V) par des spots LED, il faut s’assurer de la compatibilité avec le variateur ou le transformateur déjà en place (voir les indications du fabricant). 

Pour remplacer des tubes lumineux fluorescents ("néons") par des tubes LED, il faut faire attention :

• à la compatibilité électrique avec le ballast existant. Suivant les tubes LED, le ballast doit être soit changé, soit mis hors-circuit par une modification du câblage électrique, soit utilisé tel quel. Dans tous les cas, les tubes LED doivent respecter la norme EN-62560. Il ne faut pas bricoler: il y a un vrai risque d’électrocution en cas de changement de tube.
• au fonctionnement du luminaire qui comporte des réflecteurs ou des grilles: comme la diffusion lumineuse d’un tube LED est très différente de celle d’un tube fluorescent, l’éclairage risque d’être moins agréable. Il est souvent préférable d’acquérir un nouveau luminaire adapté aux LED.

Au moment de choisir

Sur le marché, la qualité de l’éclairage LED augmente en même temps que les prix baissent. Mais attention: parmi les LED figurent des produits de toutes les qualités – depuis les excellents jusqu’aux très médiocres. Voilà pourquoi on a tout intérêt à se fier à des fabricants réputés, et à bien consulter les indications qui doivent figurer sur l’emballage en plus de l’étiquette-énergie (voir l’article Choisir une ampoule en imitant le soleil). Si l’emballage ne donne pas de précisions sur les lumens, l’IRC (RCI, ou Ra) ou la température de couleur, il est plus sage de ne pas acheter la lampe.

• Étant donné que la lumière qui sort d’une LED se diffuse dans une direction privilégiée, elle doit être diffusée par une lentille pour donner un faisceau élargi. Mais l’éclairage reste moins uniforme que celui d’une ampoule à incandescence ou fluocompacte. C’est un avantage pour un spot dirigé sur un tableau ou pour une ampoule qui doit éclairer une table, mais c’est un inconvénient pour certains luminaires dont le design demande d’être uniformément éclairé: grand globe translucide, abat-jour artistique, plafonnier avec réflecteur. Avant de remplacer toute une série de lampes, on peut faire un essai en empruntant une lampe à un voisin.

• Si on achète une lampe de bureau, de chevet ou de salon dans laquelle des LED sont intégrées, on veillera à ce que l’interrupteur coupe bien l’alimentation du transformateur et qu’il ne reste pas sous tension (voir Lampe de chevet).

• Attention à la tentation: les LED offrent de nouvelles possibilités d’utilisation, notamment dans la décoration: guirlande, éclairage de sol, de façade ou de jardin – sans oublier le pilotage de l’éclairage par smartphone ou via Internet. Au final, elles risquent bien de faire croître la consommation d’électricité au lieu de la réduire (!)

Au moment de s’en débarrasser

Les lampes LED contiennent des composants électroniques. Comme tous les déchets électroniques, on doit les retourner à un point de vente ou à une Déchèterie officielle.

À savoir

Les LED créent de meilleurs éclairages lorsqu’elles sont étalées sur un ruban plutôt que concentrées dans une ampoule. De plus, la chaleur nuit à leur rendement et à leur durée de vie. Ainsi, il vaut mieux qu’elles soient séparées de leur transformateur plutôt que chauffées par lui, comme c’est le cas dans les ampoules LED. Ceci dit, si on doit conserver un luminaire déjà en place, les ampoules LED de qualité restent le bon choix.

Précautions

Les LED d’éclairage nues – sans diffuseur et en contact direct avec le regard – peuvent être aveuglantes parce que leur lumière est très concentrée. Pour le confort visuel, on préférera les lampes avec diffuseur (par exemple les ampoules opaques dans lesquelles on ne voit pas directement les LED). Il faudrait éviter d’avoir directement dans les yeux la lumière de LED nues qui ont une température de couleur élevée (>4000°K, cool white/blanc froid et daylight/lumière du jour), parce que leur spectre contient beaucoup de lumière bleue – plus la lumière a une température de couleur élevée et plus elle contient de bleu. Or, comme nos yeux sont particulièrement sensibles à ce bleu, certains médecins craignent qu’un excès d’exposition puisse, à la longue, endommager irrémédiablement la rétine (dégénérescence maculaire). Par précaution, on évitera aussi d’avoir directement dans les yeux et de manière prolongée les petites leds bleues très brillantes de certains appareils électroniques ou jouets, les projecteurs LED (éclairage de stade, de rue, ou de bricolage) et les phares de jour des véhicules.

Les très jeunes enfants sont, a priori, les plus exposés à un excès de lumière bleue, parce que le cristallin de leurs yeux est très transparent. Les personnes âgées sont aussi plus fragiles, parce que la rétine de leurs yeux a déjà accumulé du stress avec les années – et particulièrement celles qui ont été opérée de la cataracte (le cristallin opacifié de leur œil a été remplacé par une lentille transparente).

Les lampes LED avec une faible température de couleur, de 2500-3000°K (warm white, blanc chaud) ont un spectre qui contient peu de bleu: elles peuvent être aveuglantes lorsque les LED sont nues, mais leur lumière ne menace pas la rétine.

• En fin de journée et en soirée, il y a une autre raison d’éviter un éclairage puissant avec une température de couleur élevée: l’excès de lumière bleue peut agir sur la régulation de notre cycle jour-nuit et perturber le sommeil (rythme circadien, sous l’influence de la mélatonine).

• Certaines lampes LED dont le dispositif électronique est de mauvaise qualité produisent un papillotement lumineux (flicker, en anglais) de forte amplitude, visuellement peu perceptible mais qui peut provoquer une fatigue oculaire et des maux de tête. Ce phénomène provient d’un mauvais redressement du courant du secteur (230V/50Hz) en courant continu. Le phénomène peut aussi apparaître lorsque l’intensité de la lampe est abaissée par un variateur. Les lampes incandescentes et les lampes halogènes produisent aussi un flicker, mais de faible amplitude. Les tubes lumineux équipés d’un simple ballast magnétique ont aussi un flicker important – comme c’est le cas de l’ancienne génération d’ampoules fluocompactes (dites "économes").

On peut contrôler si un tel flicker existe en observant – de tout près – la lampe avec un smartphone en mode "photo/film". Le flicker se traduit sur l’écran par une succession de bandes claires et foncées plus ou moins marquées (franges d’interférence). On peut aussi agiter la main devant la lampe: si la lampe produit un flicker, on perçoit un effet stroboscopique. Vues sur un smartphone, les lampes LED de qualité offrent une image sans franges.

• Les LED produisent peu de chaleur, mais le culot d’une ampoule LED peut devenir très chaud à cause du transformateur qu’il abrite. Il émet par contre beaucoup moins d’électrosmog que celui d’une ampoule fluocompacte (économe), parce qu’il produit un courant continu.

Ampoules connectées

Les ampoules dites « connectées » sont des ampoules LED équipées de capacité Bluetooth ou Wifi, appairées avec un smartphone ou une tablette. Elles permettent de définir des plages horaires d’allumage, de modifier leur luminosité et leur couleur.

Ces ampoules peuvent être utilisées entre autre pour créer une ambiance lumineuse, allumer la lumière comme réveil-matin ou comme signal d’un appel téléphonique entrant. En les programmant sur certaines plages horaires, elles peuvent faire illusion de présence et servir de gardiennage virtuel contre les visiteurs indésirables. Certaines ampoules sont également dotées d’une fonction d’auto-allumage: elles peuvent être paramétrées pour s’allumer dès que l’on rentre dans une pièce en détectant la présence du téléphone portable.

Les ampoules connectées consomment plus de courant que les ampoules LED simples, 2 Watts de plus environ. Elles consomment également près d'un Watt lorsqu’elles sont éteintes, car elles restent en mode « veille » pour pouvoir réagir au signal du smartphone ou de la tablette. Elles sont également plus chères à l’achat que les ampoules LED simples.

Les ampoules se connectent via Bluetooth ou Wifi. Chaque mode de connexion a ses avantages et ses inconvénients. Le Bluetooth s’avère moins cher et moins complexe à installer, mais offre moins de flexibilité, la portée est de 20m environ en champ libre, moins à travers des murs. Le Wifi permet de contrôler l’ampoule à grande distance - pourvu qu’on ait une connexion Wifi. Il permet de programmer des horaires et des scènes complexes. Certaines ampoules connectées nécessitent l’installation d’un boitier qui fait le lien entre les ampoules et le box internet de la maison - c'est le cas avec le système de communication « Zigbee ».

À noter encore que certaines ampoules Wifi se sont révélées vulnérables au piratage informatique. C’est malheureusement le cas de la plupart des objets connectés par Wifi.

Lampes à LED, Office fédéral de la santé (OFSP)

Led à intensité lumineuse variable: Conseils, SuisseEnergie

Éclairage fluorescent

Parce qu'ils contiennent du mercure (métal lourd toxique), et parce qu'ils sont énergétiquement moins efficaces que l'éclairage LED, les ampoules fluocompactes ("économes") et les tubes fluorescents sont peu à peu retirés du marché.

Technologie de fonctionnement

Du mercure à l’état gazeux est emprisonné dans un tube en verre dont la paroi est recouverte de poudre fluorescente. Soumis à un courant électrique oscillant, le mercure émet une succession rapide de décharges de lumière ultra-violette qui est absorbée par la poudre. La poudre ré-émet l’énergie sous forme de lumière blanche. Les tubes lumineux ("néons") – droits ou coudés en forme de U – ont besoin d’un dispositif électrique ou électronique (ballast) qui est intégré dans leur support. Les ampoules fluocompactes ("économes") abritent ce ballast dans leur culot.

Qualité et défaut

Avec l’arrivée des LED, l’éclairage fluorescent sous forme d’ampoule n’est plus le meilleur choix sur le plan de l’énergie et de l’environnement. Notamment à cause d’un moins bon rendement lumineux, de l’émission de champs électromagnétiques (électrosmog) plus importants, de possibles fuites de rayonnement UV, et de difficulté de recyclage (mercure dans les tubes). De plus l’éclairage fluorescent est sensible au froid et ne donne pas toute sa puissance dès l’allumage, contrairement aux LED.

Les tubes lumineux fins (diamètres 26 mm et 16 mm) peuvent offrir de très bons rendements lumineux (ancienne classe A⁺) avec une grande puissance d’éclairage. Les tubes lumineux à LED les concurrencent désormais.

À savoir

On trouve des ampoules fluocompactes et des tubes lumineux dont la qualité de lumière est très variable: consulter l’IRC-indice de rendu des couleurs et la température de couleur. Les tubes destinés à éclairer le logement ou une place de travail devraient avoir un "ballast électronique" plutôt qu’un "ballast magnétique" pour éviter tout papillotement lumineux (flicker): ce flicker est souvent peu perceptible, mais il est désagréable pour le confort visuel. On peut tester la stabilité lumineuse d’un tube avec son smartphone.

Au moment de s’en débarrasser

Les tubes lumineux et les lampes fluocompactes contiennent du mercure, un métal lourd dangereux pour la santé et l’environnement: ce sont des "déchets spéciaux" qui doivent être transportés délicatement et rendus à un point de collecte (point de vente ou Déchèterie officielle). En plus du mercure, les ampoules fluocompactes abritent un circuit électronique dans leur culot, ce qui est une raison supplémentaire de ne pas les mettre à la poubelle.

Précautions

Les tubes en verre des lampes fluorescentes contiennent du mercure et des poudres toxiques. Lorsqu’on casse un verre, bien aérer la pièce et éviter d’utiliser un aspirateur pour ramasser les éclats, afin de ne pas rediffuser des poussières dans la pièce. Utiliser un ruban autocollant pour ramasser les petits éclats et ramener le tout au point de vente ou dans une Déchèterie.

• Les lampes fluorescentes peuvent laisser s’échapper des UV lorsque le verre n’est plus recouvert uniformément de poudre blanche.

• Pour éviter des clignotements perceptibles dans la succession de décharges lumineuses, les ballasts électroniques travaillent à haute fréquence, ce qui génère davantage d’électrosmog que chez les ampoules incandescentes ou les LED. Selon le principe de précaution, on recommande de ne pas séjourner longuement à moins de 30 cm des ampoules fluocompactes et à moins d’un mètre des tubes lumineux.

Éclairage incandescent "halogène"

En raison de leur rendement énergétique beaucoup plus faible que l'éclairage LED, les lampes halogènes pour l'éclairage domestique sont pour la plupart déjà retirées du marché.

Technologie de fonctionnement

Il s’agit d’une variante améliorée de l’éclairage incandescent classique. Un filament de tungstène résiste au passage de l’électricité et s’échauffe à blanc, ce qui émet de la lumière. Pour éviter que le filament se détruise rapidement, l’ampoule, en verre de quartz, contient un gaz sous pression avec du brome et de l’iode (des atomes halogènes) qui aident le tungstène perdu à se redéposer sur le filament. On peut accroître le rendement lumineux en utilisant de l’électricité à basse tension (12 ou 24 V), et en traitant le verre de l’ampoule pour qu’il renvoie le rayonnement infra-rouge (invisible) vers le filament.

Qualité et défaut

L’éclairage halogène offre une excellente lumière, plus blanche (2800-3000°K) que celle des vieilles ampoules. Il offre un excellent rendu des couleur (IRC=100), et son intensité peut être modulée avec un variateur. La durée de vie, en moyenne ne dépasse pas 2000 heures.

À savoir

Les lampes halogènes forment deux familles:

• Les lampes halogènes fonctionnant sur 230 V (la tension de la prise). Les fabricants ont aussi mis sur le marché des ampoules à culot ordinaire (E14 et E27) qui abritent un transformateur 230/12 V pour améliorer l’efficacité (voir dessin). Ces ampoules utilisent deux fois moins d’énergie qu’une lampe à incandescence classique.
• Les lampes halogènes fonctionnant sur 12 ou 24 V (très basse tension). Elles nécessitent un transformateur qui est souvent caché dans un mur ou un faux plafond (spots halogènes) ou dans le pied du luminaire (lampe de bureau, de salon ou de chevet).

Au moment de s’en débarrasser

La plupart des ampoules halogènes ne contiennent ni élément dangereux ni composant électronique. Elles peuvent donc être mises à la poubelle avec les ordures ménagères. Les ampoules qui abritent un transformateur 230/12V dans leur culot doivent êtres rendues au magasin ou dans une Déchèterie communale.

Précautions

En raison de la très haute température atteinte par leur filament, les lampes halogènes émettent des UV. Le verre des lampes doit être traité pour les filtrer et protéger les yeux. Préférer des marques réputées.

• Dans une installation d’éclairage très basse tension (12 ou 24 V), le courant électrique qui circule est plus intense que dans une installation 230 V – d’où des champs magnétiques (électrosmog) plus importants émis par les fils lorsque les lampes sont allumées. Par précaution, on recommande de ne pas séjourner longuement près des fils. Au niveau du câblage, on veillera aussi à ce que l’interrupteur coupe le transformateur lorsqu’on éteint l’éclairage, afin d’éviter qu’il consomme inutilement un peu d’électricité et qu’il émette continuellement de l’électrosmog.

• Les ampoules halogènes deviennent très chaudes. Les tubes halogènes pour lampe de salon à éclairage indirect peuvent provoquer des brûlures et des incendies s’ils ne sont pas protégés par un verre (contact avec un rideau, par exemple).

Éclairage incandescent "classique"

Les lampes à incandescence ont été retirées du marché dès 2012. Seuls quelques modèles spéciaux sont encore en vente, telles les petites ampoules pour éclairer l'intérieur du four.

Technologie de fonctionnement

Un filament de tungstène est chauffé à blanc en résistant au passage de l’électricité. Pour éviter qu’il se consume avec l’oxygène, il est emprisonné dans une ampoule en verre dans laquelle on a soit fait le vide, soit introduit un gaz inerte (krypton ou argon). Le filament finit quand même par se rompre ou se vaporiser (ce qui noircit l’ampoule).

Qualité et défaut

Les ampoules de ce type ne coûtent pas cher à fabriquer; elle produisent une lumière chaude (2700°K) avec un très bon IRC (100), et leur déchet posent peu de problèmes. Par contre leur rendement énergétique est très mauvais, avec environ 95% de l’électricité qui est transformée en chaleur plutôt qu’en lumière – d’où des risques de brûlure et d’incendie. En moyenne, leur durée de vie ne dépasse pas 1000 heures.

À savoir

Lorsqu’une ampoule à incandescence arrive en fin de vie, il vaut mieux la remplacer par une bonne ampoule LED, plutôt que d’en sortir une autre de sa réserve: une ampoule de 100 watts utilisée pendant une année (1000 heures) consomme pour environ CHF 25.- d’électricité (à 25 centimes le kWh). Sur la durée, elle coûte largement plus chère qu’une ampoule LED de qualité.

Au moment de s’en débarrasser

Les vieilles ampoules à incandescence ne contiennent ni élément dangereux, ni électronique. Elles peuvent aller à la poubelle avec les ordures ménagères.

Attention !

Seules quelques ampoules spéciales difficiles à remplacer par d’autres technologies – notamment pour l’éclairage des fours et la décoration professionnelle – devraient être encore en vente. Mais le marché propose  une génération d’ampoules décoratives dont l’emballage porte un logo indiquant qu’elles ne sont pas destinées à l’usage domestique (!). Ces ampoules soutirent généralement 60 W, soit dix fois plus d’électricité que les ampoules décoratives à filament-LED. À éviter...

Précautions

Les ampoules incandescentes deviennent très chaudes et peuvent provoquer des brûlures, voire des incendies. Le rappeler aux enfants car, avec l’arrivée des LED, les lampes ne chauffent plus comme avant.