• mardi , 11 décembre 2018

Comment fonctionne une ampoule LED ?

Fonctionnement d’une ampoule LED

Vous n’êtes pas sans savoir que les ampoules à incandescence classique se sont éteintes en Europe, la faute à une surconsommation énergétique et à une empreinte carbone trop élevée. Dès septembre 2018, ce sera au tour des ampoules halogènes de passer dans la clandestinité. Préparez-vous donc à voir la technologie LED monopoliser l’éclairage. Et si on s’intéressait de près à son fonctionnement ?

L’éclairage LED : l’histoire d’une invention

En 1907, le chercheur britannique des laboratoires Marconi Henry Joseph Round est intrigué par un phénomène : lorsque l’on applique 10 volts sur du cristal de carborundum (carbure de silicium), il émet une lumière jaunâtre. Cette curiosité va toutefois rester au stade d’observation empirique pendant deux décennies, avant qu’Oleg Vladimirovich Losev, chercheur russe, ne vienne creuser le sujet et jeter les bases de l’ampoule LED avec son papier pionnier : « Détecteur de carborundum lumineux, effet de détection et oscillations avec les cristaux ». Pendant plusieurs décennies, aucun progrès n’a été réalisé depuis le soubassement théorique du chercheur russe qui décéda prématurément en 1942 à l’âge de 39 ans. Une décennie après la Seconde Guerre Mondiale, Rubin Braunstein de la Radio Corporation of America s’intéresse à la question et remarque que certaines diodes simples émettent une lumière infrarouge lorsqu’elles sont reliées à un courant. Ce sera le point de départ d’une cascade de découvertes et d’inventions qui nous guideront jusqu’à la technologie LED que nous connaissons aujourd’hui. Ma-Led.fr vous propose un petit timelapse de l’histoire de l’éclairage LED :

  • En 1961, Gary Pittman et Bob Biard de Texas Instruments reçoivent un le brevet pour la LED infrarouge ;
  • Un an plus tard, Nick Holonyak Jr. de General Electric développe la première diode électroluminescente qui émet une lumière rouge ;
  • En 1972, George Craford, élève de Holonyak, invente la première LED jaune, puis présente une ampoule LED plus puissante que celle de son mentor ;
  • En 1976, Thomas Pearsall développe une diode électroluminescente à haute luminosité destinée à une application dans les télécommunications ;
  • Shuji Nakamura de Nichia Corporation propose la première LED bleue en 1979. Il aura fallu attendre 1994 pour la voir commercialisée en Europe et en Amérique du Nord, grâce notamment à Fairchild Semiconductors qui aboutira à un procédé planaire permettant de réduire le coût de revient à 5 cents par pièce.

Comment fonctionne l’ampoule LED ?

On l’appelle « lampe à diode électroluminescente », « lampe à DEL », « lampe à LED » ou tout simplement LED » (abréviation de l’appellation anglophone « Light-Emitting Diode) est un composant semi-conducteur électronique qui utilise des diodes électroluminescentes pour éclairer. Cette technologie représente la 4e génération d’éclairage grand public après l’ampoule à incandescence classique, l’ampoule halogène et la fluocompacte. Mais comment fonctionne la LED ? Comme toute technologie qui se veut disruptive, la LED s’éloigne du concept de ses ancêtres. La lumière ne vient plus de la chaleur, mais des composantes de l’ampoule elle-même. Le mode de fonctionnement emprunte à la physique quantique des semi-conducteurs. Mais pas de panique, c’est plutôt simple. Les semi-conducteurs sont des matériaux sont une espèce de mélange entre les conducteurs métalliques et les isolants (comme le plastique). Ils disposent de deux bandes proches mais qui ne se chevauchent pas : une bande de conduction et une bande de valence. En appliquant une tension suffisante, se produisent les évènements suivants :

  1. La bande de valence perd un électron qui passe à la bande de conduction. La première a donc un « vide », la seconde un électron en plus qui va transporter le courant ;
  2. Cette configuration étant instable, l’électron finira par retourner à sa place, dans la bande de valence ;
  3. Répétée à l’infini, cette séquence permet des allers-retours d’électrons entre les deux bandes de façon continuelle ;
  4. Chaque échange libère un photon, la molécule source de la lumière.

Vous pouvez à présent profiter de tous les avantages de l’ampoule LED et… briller en soirée en vous prêtant à l’exercice de la vulgarisation ! Si vous n’avez pas tout compris, retenez juste qu’en passant de l’incandescence à la LED, vous faites des économies dans perdre en confort lumineux et ça, c’est vraiment intelligent. Si vous êtes du genre visuel, regardez plutôt cette vidéo explicative :

 

 

Pourquoi la LED s’impose un peu partout ?

Difficile d’être exhaustif, tellement les avantages de l’ampoule LED sont nombreux. Voici les plus éloquents :

  • Selon la Commission européenne, la consommation d’une LED est 8 à 10 fois plus faible que celle d’une ampoule à incandescence classique, et jusqu’à 5 fois plus faible que celle d’une ampoule fluocompacte (pourtant appelée « ampoule basse consommation). Une bonne ampoule LED sera au moins de classe énergétique A, les plus efficaces étant en A++ ;
  • Une durée de vie record : on passe de 1 000 heures pour une ampoule à incandescence classique à une fourchette de 25 000 à 50 000 heures, soit une durée de vie d’environ 20 ans pour une utilisation quotidienne à raison de 3 heures par jour. Autre avantage de taille : le cycle d’allumage et d’extinction n’impacte pas la longévité des LED. Résultat : moins de maintenant et moins de coûts cachés ;
  • L’allumage instantané, avec une puissance lumineuse maximale (100%) dès l’allumage, contrairement aux ampoules fluocompactes qui nécessitent parfois plusieurs minutes avant de diffuser un éclairage optimal ;
  • Température extérieure raisonnable (autour de 35°C). Il n’y a donc pas de risque de brûlure ;
  • Offre étoffée : formes, tailles et culots différents ;
  • Respect de l’environnement : les LED sont généralement constitués de produits recyclables ;
  • Taille réduite et meilleure résistance aux chocs.

Quelques petits inconvénients viennent nuancer le tableau, mais la balance penche largement en faveur des avantages. Il s’agit par exemple de l’impact du processus de fabrication, particulièrement énergivore, et un prix à l’achat relativement élevé malgré un retour sur investissement assez rapide. Notons également que la lumière bleue des LED de grande puissance peut représenter un risque pour les personnes qui souffrent de pathologies oculaires. Enfin, il subsiste des problèmes de compatibilité entre les LED et les variateurs de lumière (potentiomètre).

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Excellent rapport qualité prix pour ce lot de 10 ampoules LED à lumière blanche chaude. Avec un flux lumineux de 220 lumens, un angle de vision de 360° et un culot G9, ces ampoules sont surtout destinées aux lampes de chevet dans une chambre à coucher la chambre des enfants ou un petit séjour.

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Et pour approfondir vos connaissances sur le sujet n’hésitez pas à venir lire notre article très complet sur tout ce qu’il faut savoir sur les led.

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