VEILLE LE MAGAZINE D’ASPROM TECHNOLOGIQUE · Veille Technologique N° 38 - Août / Septembre 2010...

VEILLE

TECHNOLOGIQUETECHNOLOGIQUELES LEDS : L’ÉCLAIRAGE DU FUTUR ?

Les LEDs ont quitté le simple domaine de la signalisation pouraborder celui de l’éclairage. Cette technologie présente des atoutsconsidérables en termes d’efficacité énergétique, de fiabilité, de « gradabilité », de dimensions et de couleurs avec, encore devant elle,un fort potentiel de développement. Ces caractéristiques que l’on netrouve ainsi réunies dans aucune autre source de lumière sont àl’origine de leur succès.

La prochaine étape importante sera celle où les performancestechnico-économiques des LEDs leur permettront de pénétrer lemarché de l’éclairage général, ouverture dont on sent actuellementles prémisses, phénomène qui devrait s’amplifier dans les années àvenir.

Dans les années 2020, les LEDs devraient être les sources de lumièreles plus efficaces et fiables du marché. Ces LEDs ouvrent ainsi unchamp d’innovations potentielles exceptionnel. En revanche, sourcesd’éclairage électronique, leur maitrise requiert plusieurs savoir-faireallant de l’optique à l’électronique en passant par la thermique.

Avec l’arrivée des LEDs dans le marché de l’éclairage, la qualité dela lumière est une issue cruciale pour leur valorisation. La nature duspectre de la lumière émise par les LEDs est suffisamment différentede la lumière naturelle et des différentes générations de sourcesartificielles connues jusqu’à présent pour que plusieurs laboratoiresfrançais et étrangers se soient engagés dans des études sur la qualitéet la perception de la lumière issue de LEDs. Plusieurs aspectsméritent en effet d’être pris en considération : la couleur de lalumière blanche, le rendu des couleurs des matériaux sous cettelumière, la performance dans l’exécution des tâches visuelles, lasécurité, le confort et l’appréciation de l’usager.

Pour faire connaître les standards, les technologies, les usages, lesapplications, mais aussi les défis et les enjeux autour des LEDs,ASPROM a organisé deux journées sur le thème « les LEDs :l’éclairage du futur ». Les conférenciers étaient parmi les meilleursexperts français des grandes organisations, mais aussi de jeunesentreprises innovantes. Veille Technologique a demandé à ces expertsde vous faire partager leur expérience dans ce domaine.

LE MAGAZINE D’ASPROM

(www.asprom.com <http://www.asprom.com>)

TRIMESTRIEL - 45 €

n°38Août 2010

Septembre 2010

Roland DUBOIS Publications de ASPROM 7, rue Lamennais -75008 PARISTél. 06 07 02 83 93 - Fax. 01 42 89 82 50 Rédacteurs : Jean-Claude BASSET, Pierre COTTIN,Jean-Claude FRAVAL, Guy GIRARDETTI, MauriceMORDANT, Patrice ROUSSO Prix du numéro : 45 € - Abonnement : 152 €.Reproduction autorisée avec mention d’origine aprèsaccord de la publication et de l’auteur.Maquette : Patrick Perrault.Mise en page, composition, impression : ImprimerieDÉJAGLMC. 01 34 45 22 22

Les communiqués de presse et les invitations aux conférences de

presse sont à envoyer à :Roland DUBOIS

Veille Technologique3, rue de la Pléiade

94240 L’haÿ les Roses

NUMÉRO SPÉCIAL

SUR “LES LEDs

L’ÉCLAIRAGE

DU FUTUR”

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SOMMAIRE DES ACTUALITÉS

LEDs L’ÉCLAIRAGE DU FUTUR

Les avis de l’ADEME.L’éclairage à diode électroluminescentes (LED) .......................................................................................................................................................................................................................... 3 et 4

Définition des termes techniques de lumière ............................................................................................................................................................................................... 5

LED ou lampes en éclairage publicDe quoi s’agit-il ? ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 6 à 8

Les LEDs de haute brillancePar Patrick MOTTIER, Responsable du Programme “Nouvelles Technologies pour l’Eclairage” CEA-LETI-MINATEC - Département Optronique ..................................................................................................................................................................................................................... 9 à 13

Les LEDs organiques, source de lumière du futur ?Marc TERNISIEN, David BUSO et Georges ZISSISLabaratoire Plasmas et Conversion d’Energie (LaPLaCE), Université Paul SABATIER, Toulouse ............................................................. 14 à 17

La gestion thermique des LEDs de haute brillancePaul MESSAOUDI, CEA-Léti Département Optronique .................................................................................................................................................................................................. 18 à 27

L’optique des éclairages à LEDsLaurent MAYOLLET, O++ ............................................................................................................................................................................................................................................................................................... 28 à 30

Perception de la lumière issue de LEDsFrançoise VIÉNOTMuséum national d’histoire naturelle. Centre de recherche sur la conservation des collections ..................................................................... 31 à 34

Méthode de caractérisation des sources lumineursPar Thierry PUPPATO, Directeur marketing et ventes chez MAJANTYS ............................................................................................................................................... 35 à 38

Utilisation des LED dans les éclairages chirurgicaux de salle d’opération : les contraintes, les performancesPar Jean-Pierre BREYSSE, Directeur de la recherche chez MAQUET ..................................................................................................................................................... 39 à 44

Solutions lumière Lightex® en fibres optiques tisséesPar Emmanuel DEFLIN, Directeur chez BROCHIER TECHNOLOGIE SA ...................................................................................................................................... 45 à 47

Les LEDs : L’éclairage du futur ?Point de vue de l’éclairagistePar Christophe MARTY, Consultant Associé, Ingénieur ITPE / Architecte DPLG .................................................................................................................. 48 à 51

Les LEDs à nanofilsAlexandre LAGRANGE - Responsable Thématique Eclairage CEA-LETI-MINATEC ........................................................................................................ 52 à 55

Carte de visite associationLe Cluster Lumière - Optimiser l’éclairage pour répondre aux enjeux du développement durable ............................................................. 56 et 57Afe - Une association au service de la lumière .............................................................................................................................................................................................................................. 58

Energie solaire photovoltaïque et son stockage. Technologies, enjeux et applicationsà Paris, Mercredi 24 et jeudi 25 novembre 2010 ......................................................................................................................................................................................................................... 59

Imagerie infrarouge thermique jusqu’au millimétrique. Techniques, enjeux et applicationsà Paris, 7 et 8 décembre 2010 ................................................................................................................................................................................................................................................................................... 60

BULLETIN D’ABONNEMENT ............................................................................................................................................................................................................................................... 30

Veille Technologique N° 38 - Août / Septembre 2010



LEDsECLAIRAGE DU FUTUR

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Les Avis de l’ADEMEL’éclairage à diodes électroluminescentes (LED)

ENJEUX L’éclairage représente, en France, 10 % des consommationstotales d’électricité. Dans le cadre du plan climat-énergie,l’Union Européenne a arrêté un calendrier de retrait progres-sif des ampoules traditionnelles de 25 à 100 watts qui cesse-ront d'être mises sur le marché au plus tard le 1er septembre2012. En France, une convention sur le retrait progressif desampoules à incandescence a été signée, dans le cadre duGrenelle Environnement, entre le Ministère du développe-ment durable, les fédérations du commerce, l’éco-organismeRécylum, EDF et l’ADEME1. Le calendrier fixé comprenddes étapes intermédiaires plus volontaristes que celles pro-posées par l’Union Européenne avec l’objectif d’interdire lesampoules à incandescence à l’horizon 2012. L’éclairage àdiodes électroluminescentes (LED) est souvent présentécomme une alternative aux lampes traditionnelles, aux côtésdes lampes à basse consommation (voir Avis « Les lampesbasse consommation ») et des halogènes nouvelle généra-tion, ces derniers représentant l’alternative la moins efficaceen termes d’efficacité énergétique.

DESCRIPTIONUne diode électroluminescente (LED2) est un composantélectronique permettant la transformation de l’électricité enlumière. Ses principales applications sont par ordre d’impor-tance en termes de marché : les appareils mobiles, les écrans,le secteur de l’automobile, l’éclairage et la signalisation.

Il est possible de classer les LED :

• par leur spectre lumineux :

o les LED de couleur : leur spectre est quasiment mono-chromatique ;

o les LED blanches : leur spectre est constitué de plusieurslongueurs d'ondes ; la technologie la plus utilisée actuel-lement pour produire de la lumière blanche avec des LEDconsiste à ajouter une fine couche de phosphore dans uneLED bleue.

• par leur puissance : le principe de fonctionnement est iden-tique, mais le champ d'application varie :

o les LED de faible puissance c'est-à-dire inférieure à 1 Watt sont utilisées comme voyants lumineux sur lesappareils électroménagers par exemple ;

o les LED de forte puissance c'est-à-dire supérieure à 1 Watt supportent des courants plus importants (jusqu’à1500 mA) et fournissent davantage de lumière (jusqu’à135 lm/W).

Pour l’éclairage, on utilise des lampes constituées de plu-sieurs LED de forte puissance accolées.

DEVELOPPEMENTS

Le marchéLes propriétés de l’électroluminescence dans les semi-conducteurs ont été découvertes en 1922 puis industrialiséesà partir de 1960 sous la forme de diodes de couleur. C’estseulement en 2000 que les LED de forte puissance et lesLED blanches sont apparues, grâce à d’importants efforts deR&D, avec l’ambition de concurrencer les technologies exis-tantes pour l’éclairage courant des particuliers, sur les lieuxde travail ou en éclairage extérieur.

Selon une étude de la société de semi-conducteurs NXP3, lemarché des LED pourrait connaître un taux de croissanceannuel de près de 15 % entre 2008 et 2012 pour atteindre12,3 milliards de dollars. Alors qu’en 2005, le marché desLED n’avait grimpé que de 2,1 %, les industriels font étatd’une hausse de 13,7 % en 2007. Si la part de marché desLED pour l'éclairage reste faible en comparaison de celledes LED dans les appareils mobiles, elle devrait connaître laplus forte croissance en part de marchés en 2010 (+ 117 %).

Les industriels de l’éclairage sont aujourd’hui en phased’apprentissage face à cette technologique d’origine électro-nique, tandis que les milieux de l’électronique cherchent àappréhender les besoins de l’éclairage pour y adapter latechnologie LED. Quatre grands fabricants se répartissent lemarché mondial des LED : Philips Lumileds (USA), Osram(USA et Allemagne) et Nichia (Japon) et SeoulSemiconductor.

Performances techniquesLa technologie des diodes électroluminescentes ouvre desperspectives intéressantes en matière d’éclairage éco-nome : bon rendement énergétique des diodes (jusqu’à 135lm/W en laboratoire pour les LED dites super lumineuses),durée de vie importante (jusqu’à 50 000 heures pour leslampes à LED contre 1 000 h pour les ampoules à incandes-cence et 8 000 h pour les lampes basse consommation),fonctionnement en très basse tension, insensibilité auxchocs, possibilité de couleurs sans filtres, facilité de mon-tage et absence de mercure. Elles admettent des cycles d’al-lumage et d’extinction fréquents et sont recyclables4. Enmatière d’éclairage public, les LED ont l’avantage d’admet-tre une alimentation en courant continu (ce qui rend possiblel’utilisation de sources d’énergies renouvelables) et un allu-mage très rapide ; elles bénéficient d’une bonne étanchéité.

Toutefois, les lampes à LED actuellement disponibles surle marché de l’éclairage domestique offrent un flux lumi-neux encore limité (équivalent à celui d’une lampe à incan-descence de 40 W) et concentré (elles n’éclairent pas un

1 http://www.developpement-durable.gouv.fr/article.php3?id_article=38162 LED est le sigle anglais pour Light Emitting Diode, traduit en français par le sigle DEL pour Diode Electroluminescente (mais peu usité).3 www.nxp.com4 www.recylum.com



4

large champ). En outre, ces produitssont de qualité et d’efficacité inégaleset il n’existe pas de méthode harmoni-sée pour mesurer leurs performancesénergétiques et visuelles, ni d’étiquetteénergie permettant d’informer leconsommateur sur ces performances.Il est donc difficile pour le consom-

mateur de choisir les meilleurs produits.

Enfin, les performances des lampes à LED doiventencore être améliorées. Ainsi, si une diode seule affiche unrendement énergétique très bon (environ 100 lm/W etjusqu’à 135 lm/W pour les plus performantes), une lampe àLED offre un rendement compris entre 40 et 50 lumens/watt.Cette baisse de rendement est notamment liée à la chaleurproduite par les diodes accolées dans la lampe. Les lampes àLED mises sur le marché ont donc en moyenne une effica-cité énergétique moins bonne que celle des lampes fluocom-pactes (65 lm/W) mais meilleure que celles des lampes àincandescence traditionnelles à filament (14 lm/W).

Toutefois, les évolutions technologiques attendues laissententrevoir, à l’horizon 2015, un rendement de 150 lm/W.

L’indice de rendu de couleur est encore mauvais pour lamajorité des lampes à LED blanches mises sur le marché.

Par ailleurs, des études doivent être menées sur lesimpacts sanitaires des LED, certaines diodes contenant unspectre bleu de forte intensité qui pourrait s’avérer dange-reux pour la rétine. L’Afsset évalue actuellement l’impactdes LED sur la santé.

Dans le domaine de l’éclairage public où les contraintessont plus fortes en raison des conditions extérieures (tempé-rature, pluie…), les travaux de recherche visent une bonneefficacité lumineuse et une bonne stabilité de lumière.

COUTSUne lampe à LED de qualité reste encore très coûteuse àl’achat. Les progrès techniques et le développement rapidedes ventes devraient faire baisser les prix.

AVIS DE L’ADEMECompte tenu d’une durée de vie très longue et d’uneconsommation électrique faible, les LED constituent unetechnologie prometteuse en matière d’éclairage économe.

Les performances des lampes utilisant des LED doiventtoutefois encore progresser, en particulier en matièred’efficacité énergétique. L'absence d'un référentiel qua-lité et de normes photométriques appliqués aux lampes àLED ne permet pas aujourd’hui de vérifier les perfor-mances réelles des lampes mises sur le marché. De plus,face à l’offre disparate de produits, le consommateur ne dis-pose pas d’outils, telle l’étiquette énergie, pour faire sonchoix. Enfin, des études complémentaires sur les impactssanitaires sont attendues. L’ADEME n’est donc pas enmesure de faire la promotion des produits actuellementsur le marché.

L'ADEME accompagne les travaux de recherche et de déve-loppement menés sur les LED depuis le début des années2000. L’Agence s’attache, à travers sa participation à desprojets de recherche français5 et internationaux, à favori-ser le développement de produits à LED performants etde référentiels permettant d’assurer la qualité des pro-duits mis sur le marché. Partie prenante du programme « 4 E » mené par l’AIE6, l’ADEME appuie la mise en placed’une plate forme de discussion internationale pour définirdes critères de qualité et d’efficacité des LED, ainsi qu’unprotocole de mesures.

En matière d’éclairage public, l’Agence soutient, sous cer-taines conditions7, des opérations permettant un retour d’ex-périence pour l’application de cette technologie dans lespolitiques locales d’économie d’énergie.


Pour en savoir plusPublications

• guide ADEME sur l’éclairage performant• guide AFE sur l’éclairage

Sites Internet• www.ecocitoyens.ademe.fr

• www.afe-eclairage.com

5 et notamment financement du programme Citadel (Caractérisation de l’intégration et de la durabilité des dispositifs d’éclairage à LED dans le bâtiment)coordonnée par le CSTB et participation au Programme d'Actions Concertées en Technologies de l'Energie LED (développement d’une offre de LED sesubstituant aux halogènes TBT avec une puissance électrique inférieure et une durée de vie plus longue)

6 Agence Internationale de l’Energie.7 Étude préalable incluant un volet conception de l'éclairage et un volet énergétique (comparaison de consommation par rapport aux lampes fluorescentes

ou sodium).




5

Définition des termes techniques de lumièreSources primaires : Les sources émettrices de lumières sont des sources primaires. Le soleil, la flamme d‘une bougie,une ampoule électrique sont des sources primaires. Elles émettent de la lumière dans toutes les directions. Leur intensitése mesure en candelas (cd).

Sources secondaires : Les sources secondaires sont des sources de lumières qui réfléchissent la lumière en direction del’observateur ou de l’appareil photographique. Ce flux lumineux secondaire, la luminance, s’exprime en candelas parmètre carré (cd/m2).

Le Flux (F ,en lumen) : Énergie lumineuse émise dans une direction donnée. Ce flux est égal à 1 lumen si la source pré-sente à la base du cône est de 1 candela.

La luminance (cd) : Grandeur mesurée à proximité immédiate de la source lumineuse. Elle s’exprime en candela.

L’éclairement (en lux) : C’est le flux lumineux reçu. Une surface reçoit un lux si sa surface est de 1m² et si elle est situéperpendiculairement à 1m d’une source d’un candela.

Les unités de mesure de la lumièreCandela : unité de l'intensité lumineuse. 1 candela vaut 1 lm/1 sr (lumen/stéradian).

Stéradian ou Angle Solide Unité : C’est un cône dont la base est le centre d’une sphère d’un mètre de rayon et dont l’ex-trémité est un cercle de 1m2 de surface situé sur la sphère. (symbole sr).

Lumen : unité de la quantité de lumière rayonnée par une source dans le spectre visible (symbole lm)

Luminance : quotient de l'intensité lumineuse par la surface apparente de la surface émissive. La luminance se note L ets'exprime en candela par mètre carré, valeur comprise entre 0,05 et 5000 cd/m2.

Lux : Unité de l'éclairement, c’est la quantité de lumière, ou flux lumineux exprimé en lumen émise par une source, inter-ceptant une surface exprimée en m2. (1 lux = 1 lm /1 m2).

Source : b-schmerber (b.schmerber.9online.fr/ecran/lumiere.htm)

Intensité de la sourceen candela

Flux lumineuxen Lumen

Eclairementen Lux

Luminanceen Candela /m2




6-7

LED ou lampes en éclairage public. De quoi s’agit-il ?

Le marché de l’éclairage public subitdepuis quelques années un véritablechoc avec l’arrivée de plus en pluspressante de matériel équipé dediodes électrolumi-nescentes. Lesannonces et actions marketing denouveaux venus sur ce secteur pro-mettent toutes des résultats inespé-rés, tant des points de vue écono-mique et énergétique que du retourd’images positives pour la ville et sesélus. Souvent, ce sont les perfor-mances en laboratoire de la LED1

seule qui sont citées, sans s’étendresur les performances du luminairedans son ensemble, en conditionsréelles.Quel est aujourd’hui l’apport desLED à l’éclairage public ?

L’AFE donne son point de vue

1 - Avant proposLes performances d’un luminaire,qu’elles soient photométriques, élec-tromécaniques, électroniques, énergé-tiques et économiques, résultent :- de la somme des performances de ses

composants (la source de lumière, lesystème optique, les auxiliaires élec-triques),

- des matériaux utilisés et du savoirfaire pour les mettre en œuvre,

- de leur compatibilité à la fois entreelles et à la fois avec les caractéris-tiques d’installation définies par lecahier des charges et l’étude.

L’arrivée d’un nouveau composantélectronique, la LED, ne peut à elleseule révolutionner l’éclairage, le res-pect des normes devant rester la règlede base.

En revanche, elle va imposer aux éclai-ragistes de créer de nouveaux produits,de nouvelles installations, de nouveauxprincipes de relamping et de mainte-nance, de nouvelles photométries, pourrépondre au même titre que les lumi-naires avec lampes à décharge, aux exi-gences normatives, qu’elles soient de

sécurité ou de performances (normeEN 13201) ainsi qu’aux quatre grandesapplications d’éclairage qui composentl’éclairage extérieur (fonctionnel detype routier - ambiance - grandsespaces - illuminations).

En éclairage public fonctionnel, latechnologie des LED offre aujourd’huides performances moins satisfaisantes,tant sur les plans énergétiques qu’éco-nomiques, que les meilleures installa-tions à lampes. Promouvoir maintenantsans réserve cette application risqueraitde compromettre le développementfutur des LED.

Des réalisations expérimentales sontconduites aujourd’hui par les plusimportants constructeurs européens,spécialistes en éclairage public, ceux-là même qui consacrent un investisse-ment lourd aux développements destechniques LED. Leurs résultats sonttrès prometteurs et sans comparaison

avec les essais menés ici et là, émanantde nouveaux venus dans le monde del’éclairage, qui n’ont peut-être pas prisle temps de se convaincre que l’éclaira-gisme est un métier à part entière danslequel l’expérience acquise, prenant en

compte les contraintes urbaines, lescritères de visibilité, de sécurité et deconfort, joue un rôle majeur dans laqualité des résultats.

2 - Que choisir ?De même que les lampes se distinguententre elles par des performances diffé-rentes (efficacité - couleurs - durée devie), les LED apportent leurs perfor-mances particulières (allumage - duréede vie - couleurs - variations de puis-sance - températures - encombrements- systèmes optiques - efficacités lumi-neuses et énergétiques - alimentation).

Il serait dangereux aujourd’hui de vou-loir faire un classement de ces sources

Tél : 01 45 05 72 00 - E-mail : [email protected] française de l’éclairage

17, rue de l’Amiral Hamelin – 75783 Paris cedex 16www.afe-eclairage.com.fr

1 Diode électroluminescente, souvent appelée LED pour Light Emitting Diode en anglais.



de lumière en fonction d’un seul de cescritères de performances. Ce qui estindispensable, c’est de savoir détermi-ner quelles sont les meilleures perfor-mances spécifiques à affecter au servicede chacune des applications d’éclairageextérieur : efficacité lumineuse - effica-cité énergétique - photométrie - mainte-nance - économie.

2.1 - Sur le plan « Efficacité lumineuse »Pour les lampes les plus courammentutilisées en France, l’efficacité lumi-neuse des ensembles « lampes plusappareillages » est aujourd’hui environla suivante :

- 120 lm/W pour le sodium haute pres-sion 250 et 450 W ;

- 100 lm/W pour le sodium haute pres-sion 100 et 150 W ;

- 80 lm/W pour le sodium haute pres-sion 70 W ;

- 105 lm/W pour les cosmowhites 60 à140 W ;

- 80 lm/W pour les iodures métalliques70 à 250 W.

En l’état actuel de la technologie (1er semestre 2009), il y a lieu de distin-guer les LED teintes neutres et froides4 500 K à 6500 K et les LED teinteschaudes 3 000 K dont les flux émis sonttrès différents pour une même puis-sance consommée LED + alimentation.

En fabrication on trouve sur le marchédes LED qui, après tri sélectif, peuventémettre 120 lumens, dans des condi-tions thermiques très précises à respec-ter, après intégration dans le luminaire.Leur consommation sous 350 mA, alimentation comprise, est de 1,2 W à 1,3 W. Si l’on tient compte d’un facteurde dépréciation thermique de 0,9, on peut espérer une efficacité lumi-neuse, source comprise, entre 65 et 90 lumens/watt selon :

- la température de couleur,- la qualité du tri sélectif des LED,- la qualité de la conception du lumi-

naire (thermique - nombre et distribu-tion des LED).

L’efficacité lumineuse LED est dépen-dante des caractéristiques thermiquesdu luminaire, tout comme l’e st celle

des tubes fluorescents et ne permetpas, à elle seule, de faire des comparai-sons d’efficacité énergétique avec lesautres sources de lumière à décharge,dont l’efficacité lumineuse est consi-dérée comme une constante par type etpuissance de lampe.

A noter : la teinte 3 000 K corresponden général à la meilleure appréciationen France des usagers.

2.2 - Sur le plan « Efficacité énergétique »En se référant au dossier de l’AFE demai 2009, intitulé « Efficience énergé-tique en éclairage public », on constateque l’efficacité énergétique, qui s’ex-prime en watts par lux et par mètrecarré2, dépend exclusivement du produitdu facteur d’utilisation par le facteur demaintenance et par l’efficacité (lampeplus auxiliaires). A titre d’exemples, ledossier AFE présente cinq calculs expri-mant les efficacités énergétiques résul-tant de cinq projets différents d’éclai-rage fonctionnel caractérisés chacun parle type et la puissance des lampes utili-sées, le degré de protection I.P des lumi-naires, la nature de la vasque de ferme-ture et ayant en commun un même fac-teur d’utilisation de 0,4.

A l’efficacité énergétique de chaqueprojet est comparée l’efficacité énergé-tique que l’on obtiendrait avec des LEDdans chaque cas considéré. Même ensupposant (ce qui n’a rien d’évident)que la répartition photométrique parti-culière des systèmes à LED permettraitd’obtenir un facteur d’utilisation del’ordre de 25 % supérieur à celui obtenuavec les lampes, on constate que leswatts par lux et par mètre carré en LEDsont supérieurs de 18 à 67 % à ceuxobtenus avec les lampes sodium hautepression et cosmowhite ; en revanche, lecalcul montre que sur le plan énergé-tique, les LED donnent des résultatsidentiques à ceux obtenus avec deslampes iodures céramiques de 35 à 100 W de puissance nominale.

2.3 - Sur le plan photométrique

Pour des éclairages publics à faibleniveau d’éclairement, les lampes cou-ramment utilisées génèrent un flux del’ordre de 6 500 lumens par lampe.Avec des LED de 1,25 watt (les plusefficaces aujourd’hui) qui produisentde l’ordre de 82 lumens utiles, il faut del’ordre de 90 LED pour prétendre à un

2 Ou en watts par candela mètre carré par mètre carré.



même niveaud’éclairementmoyen pourune même sur-face éclairée.C’est dire quel’orientationde chaque

LED dans le luminaire a une grandeimportance sur la qualité du résultat pho-tométrique (uniformité et éblouissement).

Pour les installations routières justi-fiant des lampes de 10 500 à 32 000lumens, les LED proposéesaujourd’hui ne sont pas encore suffi-samment puissantes en flux unitaire.

En revanche, l’angle d’ouverture dufaisceau, associé à une orientation pré-cise de la source, doit permettre avecles LED un plus faible rapport lux parcandela mètre carré en éclairage publicfonctionnel, ce qui doit se traduire parun gain énergétique supplémentaire.Encore faut-il se trouver dans le cas oùles calculs en luminance sont perti-nents (ce qui est rarement le cas deséclairages d’ambiance des pistes pié-tons et cyclables et des voies urbainesen général).

Les LED permettent de maitriser avecprécision la direction de la lumièreémise et l’angle d’ouverture du fais-ceau. En cela, elles doivent permettrede supprimer tout ou partie deslumières perdues en dehors des sur-faces à éclairer et d’améliorer le fac-teur d’utilisation sur les surfaces utiles,à condition de respecter en milieuurbain, le niveau d’éclairage indis-pensable sur les trottoirs ou abordsde la voie circulée et de respecter,lorsqu’il est imposé, le rapport decontiguïté SR3.

2.4 - Sur le plan maintenanceQu’il s’agisse de LED ou de lampes,l’application de la norme européenneEN 13201 exige que les règles et habi-tudes de maintenance soient repensées.

La maintenance ne consistait, dans latrès grande majorité des cas, qu’à évi-ter les pannes ou à les réparer, sanssouci de l’état des performances photo-métriques de l’installation.

Les cycles de maintenance étaientcalés sur la durée de vie économiqueestimée des lampes utilisées (2 anspour les Iodures, 3 ans pour les SodiumHaute Pression).

L’erreur qui commençait à se répandreétait que, certaines lampes (SHP) ayantune durée de vie utile de 4 ans, il suffi-sait de régler la maintenance sur uncycle de 4 ans. C’est ne pas comprendrela finalité de la norme EN 13201 que deraisonner ainsi : la norme impose desvaleurs moyennes minimales à mainte-nir tout au long de la durée de vie del’installation, ce qui impose, dès laconception ou la rénovation des instal-lations, de définir le facteur de mainte-nance global et de faire en sorte qu’ilsoit le plus élevé possible.

Ce facteur est essentiellement variableen fonction du cycle de maintenance dela dépréciation des sources de lumièreet de la dépréciation du luminaire. Plusle facteur de dépréciation est faible,plus l’installation est énergivore. Il y amaintenant obligation d’optimiser lecycle de maintenance, non plus sur laseule durée de vie utile des sources,mais sur le facteur de maintenance leplus élevé possible.

C’est ainsi que la durée de vie utileannoncée de 30 à 50 000 heures pourles LED (soit 7 à 12 ans) en éclairageextérieur, ne permet pas de rallonger lecycle de maintenance, car ce serait audétriment de l’efficacité énergétiqueglobale et, pollution aidant, la mainte-nance électromécanique et l’encrasse-ment exigent, pour la sécurité et lameilleure efficience énergétique, descycles de 3 ans voire 4 ans maximum.

2.5 - Sur le plan économiqueLe bilan d’exploitation global, compre-nant la consommation et la mainte-nance (y compris le remplacement desLED en fin de vie), fait ressortir, pourles solutions utilisant des LED enéclairage fonctionnel, des dépenses del’ordre de 150 à 450 % plus onéreusesque les solutions classiques à lampessodium haute pression, cosmowhites etiodures métalliques. Le développementdu marché LED devrait conduire, àterme, à une réduction des différencesde prix, mais nous n’en sommes pas là.

3 - Domaine actuel d’applica-tion des LED en éclairage publicLes LED laissent présager d’un avenirremarquable dans beaucoup d’applica-tions de l’éclairage. Mais aujourd’huileurs domaines d’applications privilé-giés doivent se concentrer sur les réali-sations suivantes, à savoir lorsque :

- un allumage instantané s’impose(éclairage de sécurité ou de dissua-sion - éclairage de voies privées trèspeu fréquentées) ;

- une modulation multiple et impor-tante du niveau de lumière est néces-saire (parkings privés - éclairages desecours) ;

- l’on veut réaliser un fonctionnementcommandé par détecteur de présence(abribus - zones privatives - voiesrésidentielles) ;

- l’on désire réaliser des effets lumineuxpar variations de couleurs de la lumière ;

- l’on réalise des éclairages de mise envaleur statiques ou dynamiques desfaçades, monuments et fontaines ;

- l’on réalise un balisage de certains par-cours piétonniers et pistes cyclables ;

- l’on réalise des éclairages d’am-biance urbaine en lumière blanchepour lesquels les niveaux d’éclaire-ment peuvent être faibles etconformes à la norme EN 13201(lotissements, parkings privés, pistescyclables, etc.) ;

- un balisage complémentaire doit s’ajou-ter à un éclairage traditionnel pour unemeilleure lisibilité du parcours ;

- en illuminations, des projecteurs trèsdirectionnels, colorés ou non, sontnécessaires ;

- en éclairage d’ambiance, l’utilisationde sources multiples miniaturiséesvoire diversement colorées, apportedes effets lumineux supplémentairesgénérateurs de nouvelles ambiancesnocturnes.

4 - ConclusionLes luminaires équipés de LED sontencore aujourd’hui souvent moins per-formants et toujours plus onéreux, par-ticulièrement en éclairage public fonc-tionnel, que les luminaires les plus per-formants à lampes. Compte tenu desprogrès technologiques rapides consta-tés sur les LED, il est intéressant d’en-visager de les tester dès à présent surdes espaces adaptés pour observer, surces nouveaux produits, leur fiabilité,leur potentiel énergétique, leurs exi-gences de maintenance électroméca-niques et photométriques. Cela ne peutse faire qu’en totale collaboration avecdes constructeurs éclairagistes respon-sables, seuls capables d’assurer lesgaranties de performances que le maî-tre d’ouvrage est en droit d’attendre deces expérimentations.


8

3 Cf. « Recommandations relatives à l’éclairage des voies publiques » de l’AFE, chapitres 6.5.5 et 8.4.7 et dossier « Efficience énergétique en éclairagepublic », page 27 et 28.




9

Les LEDs de haute brillancePatrick MOTTIER, Responsable du Programme “Nouvelles Technologies pour l’Eclairage”CEA-LETI-MINATEC - Département Optronique17, rue des Martyrs - 38054 Grenoble Cedex 9Tél. : 04 38 78 48 69 - [email protected]

1 - Introduction

L’arrivée de diodes électrolumines-centes (LEDs) de haute brillance et dehaute efficacité énergétique conquiè-rent des niches marketing de plus enplus nombreuses au fur et à mesure quecroissent leurs performances et dimi-nuent leur prix. La feuille de route del’Optoelectronics Industry DevelopmentAssociation (OIDA) prévoit, qu’àterme, elles deviennent les sources delumière les plus performantes du mar-ché en terme d’efficacité lumineuse(Figure 1)1.

L’efficacité énergétique de ces LEDss’avère bien supérieure à celle deslampes à incandescence et dépassedésormais celle des lampes fluocom-pactes pour les meilleures d’entre elles.

Leur temps de réponse très court etleur totale « gradabilité », deux autrescaractéristiques propres aux LEDs,rendent possible l’utilisation de sys-tèmes de gestion énergétique qui opti-misent en permanence le flux delumière en fonction du besoin. LesLEDs se prêtent donc à une gestionspatiale et temporelle de l’éclairagequi induit à son tour une améliorationdes performances énergétiques dusystème.

Les LEDs sont également fiables etinsensibles aux chocs. L’accès à descouleurs saturées, l’absence de risqueélectrique, le bon fonctionnement àbasse température, l’absence d’UV oud’infrarouge rayonnés sont autantd’avantages qui peuvent se révélerdéterminants pour certains marchés.

Leurs dimensions réduites permettentd’imaginer des luminaires aux facteursde forme totalement nouveaux.

L’étape ultime sera toutefois celle oùles performances technico-écono-miques des LEDs leur permettront depénétrer le marché de l’éclairage géné-

ral, ouverture qui devrait vraisembla-blement se produire dans les 5 années àvenir. Avec cet objectif en ligne demire, on assiste actuellement à unecourse effrénée aux performances de lapart des fabricants et à une multiplica-tion des « nouveaux entrants ».

2 - Un peu d’histoire

« Messieurs, pendant l’investigation dupassage asymétrique du courant au tra-vers d’un contact de carborundum2 oud’autres substances, un phénomènebizarre a été observé. En appliquantune différence de potentiel de 10 Ventre deux points du cristal de carbo-rundum, ce dernier a émis une lumièrejaunâtre […] ». C’est en ces termesqu’Henry Joseph Round (Marconi Co,UK) rapporta en 1907, la premièreémission de lumière par un semi-conducteur.

Le premier brevet de LED a été déposédès 1929 par un radio-technicien russeOleg Vladimirovich Losev. Sans expli-cation évidente, cette découverte futrapidement oubliée. Il fallut attendre1962 pour que Nick Holonyak3 et S.F.Bevacqua, consultants à GeneralElectric, signent « l’acte officiel » denaissance de la diode électrolumines-cente rouge.

Ce n’est qu’à la toute fin des années 80 qu’a été mise au point parS.Nakamura4, un ingénieur travaillantchez Nichia Corp., une technologie deLED bleue viable5.

L’apparition de cette longueur d’ondeouvrit la porte à la lumière blanche qui,à son tour, rendait le marché de l’éclai-rage accessible. Cette perspective étaitsuffisamment attrayante pour motiverde très importants efforts de R&D quiaboutissent aux performances d’au-jourd’hui et préparent les prochainesgénérations de produits.

En 1968, la première diode électrolu-minescente commercialisée produisaitune lumière rouge d’à peine 0,001 lm.Aujourd’hui, les LEDs blanches dehaute brillance disponibles sur le mar-ché produisent plusieurs centaines delumens.

3 - Les LEDs de haute efficacité énergétique

Quelle qu’en soit sa couleur, une LEDest avant tout une diode. Alors que lesdiodes bien connues des électronicienssont fabriquées sur du silicium, lesLEDs sont à base de semi-conducteursplus exotiques, à savoir des nitruresd’alliages gallium - indium pour lesLEDs vertes et bleues ou des phos-phures des mêmes alliages pour lesLEDs ambre ou rouges. Plus encore, ilne s’agit pas de semi-conducteursmonocristallins, mais sous forme decouches semi-conductrices épitaxiéessur un substrat cristallin différent. Pourles nitrures, il s’agit généralement desaphir, ce qui a comme conséquenceessentielle, une qualité cristalline dumatériau actif moindre, cause de nombreuses difficultés rencontrées parles fabricants6.

Les LEDs auxquelles on s’intéresse icisont celles qui présentent une efficacitéénergétique élevée, c’est-à-dire où lerapport entre l’énergie rayonnée sousforme de lumière et l’énergie élec-trique consommée est de l’ordre dequelques dizaines de %. L’énergiemanquante est dissipée sous forme dechaleur et évacuée par conduction, puisconvection dans l’atmosphère.

Les LEDs émettent un flux sur unebande étroite de longueur d’onde, cequi correspond à une couleur saturée.On verra dans la suite comment on enfait de la lumière blanche, mais il s’agitlà de l’une des différences fondamen-tales entre LEDs et lampes à incandes-cence. En effet, le flux émit par ces



10-11

dernières pré-sente un spectretrès large. Ildéborde large-ment le spectrevisible et se situeprincipalementdans l’infrarouge.

Ainsi les lampes à incandescence éva-cuent le gros de l’énergie électriquequ’on leur fournit sous forme de rayon-nement infrarouge, et seulementquelques % sous forme de lumièrevisible.

Par rapport à ces dernières, les LEDsprésentent d’emblée un intérêt évidentdu point de vue énergétique, puisquecertaines s’approchent d’un rende-ment7 de 60 %. C’est l’une des consé-quences de la physique mise en œuvre.Dans un processus idéal, on pourraitimaginer un rendement de 100 % pourles LEDs, alors que le rendement théo-rique du Corps Noir thermodyna-mique, modèle physique de la lampe àincandescence, se situe aux alentoursdes 10 à 15% pour des températurestypiques de filament de 2800 à 3200K.

Il existe des différences suivant la cou-leur des LEDs. Les LEDs nitrures sonttrès efficaces dans la partie bleue duspectre et leur efficacité diminuelorsqu’on se déplace vers les verts. Acontrario, les LEDs à base de phos-phures ou arséniures sont efficacesdans les rouges et l’ambre, mais sontincapables de produire du bleu.Finalement, on constate que les LEDsvertes, entre ces deux zones extrêmessont d’une efficacité médiocre et, ce,quelque soit le matériau de base. C’estle « green gap » (Tableau 1 et Figure 2).

En mélangeant de la lumière bleue,verte et rouge on arrive, tout comme entélévision à procurer une sensation delumière blanche. Bien qu’intéressantepar la souplesse qu’elle procure enterme d’ajustement de teinte ou detempérature de couleur, cette techniqueest en revanche assez onéreuse parl’électronique de contrôle qu’ellerequiert, et plus important encore, laqualité colorimétrique, traduit par l’in-dice de rendu des couleurs (IRC) de cetype d’éclairage est médiocre.

Une meilleure façon de produire de lalumière blanche est d’assembler uneLED bleue et des luminophores. Lesphotons bleus produits par les LEDssont assez énergétiques pour exciterdes luminophores tels que le YAG-Cequi, en se dé-excitant, produisent de lalumière jaune. L’épaisseur de lumino-phores à traverser est calculée pourobtenir en sortie un « pseudo-blanc »,mélange de bleu et de jaune. Depuis lespremiers produits à la qualité de blancet à l’homogénéité de faisceau touterelative, la qualité des LEDs blanchess’est régulièrement améliorée grâce àl’élargissement de la gamme des lumi-nophores utilisés et à des techniques demise en œuvre plus sophistiquées.Initialement d’un blanc bleuté particu-lièrement « froid », des LEDs utilisantplusieurs luminophores produisentdésormais également des blancschauds. Les LEDs produisant un blancchaud font état cependant d’un rende-ment environ 20 % à 30 % plus faibleque celui des LEDs blanc froid.

4 - Principales spécificités àprendre en compte dans l’uti-lisation de LEDs

La tension de seuil de la diode, le Vf

des électroniciens, diminue lorsque latempérature de la jonction s’élève, orc’est effectivement ce qu’il advient à lajonction d’une LED en fonctionne-ment. Comme on l’a vu ci-dessus, elledégage de la chaleur qui élève sa tem-pérature. Il faut donc réguler le courantpour éviter l’emballement thermique etévacuer la chaleur produite en assurantune bonne conduction et dissipationthermique entre la jonction et l’atmo-sphère. Une LED s’alimente donc parun générateur de courant (qui peutn’être qu’une simple résistance ensérie) De même, vues les dispersionsde fabrication, la tension de seuil peutvarier d’une LED à l’autre, pour éviterde suralimenter une diode par rapport àses voisines, il est préférable de lesmonter en série plutôt qu’en parallèle.

Pas un mois ne s’écoule sans une nou-velle annonce de record exprimé engénéral en lumen par Watt électrique(lm/W). Pour les utilisateurs de lampesplus classiques comme les lampes à

incandescence, cette valeur représenteimplicitement une constante, indépen-dante des conditions de fonctionne-ment. La situation est totalement diffé-rente avec les LEDs et leur efficacitévarie avec la température de la jonctionsemiconductrice (Tj) et avec le courantqui y circule. Désormais la majoritédes fabricants de LEDs annoncent desperformances à courant nominal (350 mA, 1A…).

En revanche, côté température et fautede connaître les conditions d’utilisa-tion qui dépendent bien sûr du mon-tage et des échanges thermiques autourde la LED, les fabricants se sont misd’accord pour donner les efficacitéslumineuses des LEDs à une tempéra-ture de jonction de 25 °C. Cette situa-tion ne se rencontre qu’en laboratoiredans des conditions de mesure dites « en impulsionnel », quand les duréesde mesure sont suffisamment courtespour ne pas échauffer la LED.L’utilisateur doit intégrer dans saconception de luminaire la chute del’efficacité que provoquera l’augmen-tation de la température de la LED, etbien sûr tenter de minimiser celle-ci.

La vigilance s’impose dans lesannonces d’efficacité lumineuselorsque le seul chiffre des lm/W estannoncé pour des LEDs blanches sansindication de l’IRC. Pour illustrer lepropos, on considérera 2 cas extrêmes(et fictifs) : une LED verte émettant à555 nm qui aurait une efficacité éner-gétique de 100 % produirait 683 lm/W,à l’opposé, une diode blanche produi-sant le spectre visible d’un corps noir à3000 K avec le même rendement de100 % produirait 150 lm/W. Enrevanche, l’IRC de la première seraitnégatif signifiant qu’il n’y a alorsaucun rendu de couleur, alors que celuide la seconde atteindrait 100 ! Uneefficacité lumineuse élevée oblige àsacrifier l’IRC et réciproquement8.

5 - Quelles sont les marges deprogrès

La R&D autour des LEDs est extrême-ment active. Elle vise essentiellement àaméliorer l’efficacité énergétique dessystèmes à LEDs tout en en baissant




les coûts. Dans ce cadre, combler le « green gap » évoqué plus haut est unobjectif important, mais pas seulement.La R&D concerne toutes les étapes quiconduisent du substrat au luminaire.Cela inclut donc la puce semi-conduc-trice elle-même, mais également lesaspects relatifs à son packaging notam-ment son aspect thermique et optique,ainsi que les luminophores de conver-sion de longueur d’onde. Les aspectspériphériques suscitent égalementbeaucoup d’attention. Il s’agit parexemple de l’électronique de pilotagequi pose encore de nombreux pro-blèmes à résoudre : conversion AC-DCà haut rendement indépendamment duniveau de sortie, durée de vie compati-ble avec celle des LEDs, absence derayonnement ou de signaux hautes fré-quences ré-injectés sur le réseau, miseen œuvre dans les bâtiments… Ou bienle luminaire lui-même, qui confronté àdes caractéristiques de sources totale-ment nouvelles doit inventer de nou-velles solutions de mise en œuvre.

On peut considérer que la lumièreissue d’un luminaire à LEDs est le fruitde 8 rendements qui se multiplient lesuns aux autres pour donner le rende-ment final. On peut écrire ce rende-ment ou efficacité énergétique sous laforme :

η = ηdrivers.ηinjection.ηinterne.ηextraction.ηconversion.ηdiffusion.ηthermique.ηluminaire

avec les définitions suivantes :

• ηdrivers est le rendement du circuitd’alimentation et de contrôle de laLED, c’est-à-dire le rapport entre lapuissance électrique délivrée à ladiode et la puissance électriqueconsommée « à la prise ».

• ηinjection est le rendement de l’injec-tion des porteurs dans le semi-conducteur. Il traduit la qualité élec-trique des contacts. Une partie del’énergie est dissipée par effet Joule.Plus le gap des semi-conducteurs estélevé, plus il est difficile d’obtenirdes contacts de bonne qualité.

• ηiterne est le rendement quantiqueinterne. Il traduit la qualité du maté-riau et de la conception et réalisationde la LED elle-même

• ηextraction est le rapport entre le nom-bre de photons sortant de la diode etle nombre de photons créés dans lajonction. Une partie de ces derniersreste piégée par les indices de réfrac-tion élevés des semi-conducteurs etfinit par être réabsorbée.

• ηconversion est le rendement de trans-formation en lumière blanche et tra-duit l’efficacité des luminophores.

• ηdiffusion traduit les pertes subies pardiffusion optique

• ηthermique traduit la perte d’efficacitéliée à la température de la jonctionévoquée plus haut. Cette approchepermet de dé-corréler les pertes liéesaux performances des LEDs (prises àune température de jonction de 25°C)des aspects thermiques qui sont géné-ralement traités au niveau du lumi-naire.

• ηluminaire décrit le rendement du lumi-naire, c'est-à-dire l’efficacité aveclaquelle il conduit les photons sur lazone à éclairer. Une partie de ces der-niers peut en effet soit se perdre dansle luminaire, soit partir dans unemauvaise direction et être ainsi « gas-pillée ».

Le Tableau 2 donne des valeurstypiques pour chacun d’eux en 2005 et2008 montrant ainsi les progrès réali-sés. Il précise également les rende-ments objectifs 2015 tels que visés parle Département de l’Energie (DoE)américain . Si on prend en compte les 5 rendements qui concernent directe-ment la LED, on obtient un rendementdu composant d’environ 30% pour lesmeilleurs produits fin 2008 à compareraux chiffres mesurés récemment auCEA sur une série de LEDs blanc froidCREE-XRE (Tableau 3).

En raisonnant sur les rendementsmoyens (moyennes géométriques carces derniers se multiplient) on obtientun rendement élémentaire moyen de 73 % en 2005, 80 % en 2008 et 89 %en 2015. Ces « petites améliorations »ont cependant permis de doubler lerendement global entre 2005 et 2008,et permettront de le doubler encored’ici à 2015. Ce calcul, certes sim-pliste, montre que pour progresser sur

l’efficacité des LEDs, il faudra amélio-rer « un peu » chacun des rendements.Chaque spécialiste, de l’électronicien àl’opticien en passant par le spécialistede la physique du solide ou des lumi-nophores est donc à même de contri-buer aux progrès planifiés sur la feuillede route de cette technologie.

L’autre aspect omniprésent dans lesdéveloppements industriels notam-ment, consiste à diminuer les coûts defabrication, point que nous n’aborde-rons cependant pas dans le cadre de cetarticle.

6 - Les LEDs ultra-brillantesont donné lieu à profusiond’innovations

Bien que rapide, le développement dessystèmes à LEDs ne fait que commen-cer et il est fort à parier que « le gise-ment d’innovations » mis à jour n’aencore été que partiellement exploité.L’amélioration prévue des perfor-mances incite à penser aujourd’hui lesinnovations que permettront les LEDsde demain. Des pistes sont déjà défri-chées où les points d’éclairage s’adap-teraient automatiquement aux besoinsdans leur zone d’influence, communi-cants si besoin avec leurs voisins,exemple parmi bien d’autres plus futu-ristes encore. Intuitivement, on décèleaussi des liens étroits entre les généra-teurs photovoltaïques et les diodesélectroluminescentes, au moins auniveau de la physique mise en œuvre,mais également dans la démarcheengagée vers l’économie d’énergie etde ressources où ces deux technologiestrouvent leur place.

Composant fondamentalement électro-nique, les LEDs ont fait entrer l’éclai-rage à son tour dans l’ère du numé-rique et on constate tous les jours l’im-pact que le numérique a eu sur lemonde qui nous entoure. Les LEDs àleur tour s’y emploient, 2009 n’auraété que l’année charnière d’un proces-sus irréversible.



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Rendements 2005 2008 Objectif 2015

Alimentation Driver 85 % 85 % 92 %

Injection électrique 80 % 90 % 95 %

Quantique Interne 60 % 80 % 90 %

Extraction 50 % 80 % 90 %

Conversion longueur d’onde 70 % 65 % 73 %

Diffusion 80 % 80 % 90 %

Luminaire Thermique ? 85 % 95 %

Optique 70 % 80 % 92 %

Global 8 % 17 % 41 %

Tableau 2 : Valeurs typiques des rendements intervenants dans le rendement global en 2005, 2008 et l’objectif visé en 2015 pour un luminaire à LED(Blanc à 4100K - CRI 80).

LED

Tj : 25°C

Température de couleur : 4100K

CRI : 80

Min Moyenne Max

Courant (A) 0,35 0,35 0,35

Tension (V) 3,08 3,15 3,21

Puissance (lumen) 96 99 102

Puissance (W) 0,30 0,31 0,33

Indice de rendu de couleurs 69 71 73

Température de couleurs (K) 5 851 6 074 6 228

Rendement énergétique 27 % 29 % 30 %

Tableau 3 : Résultats des mesures réalisées sur une série de LEDs blanches CREE-XRE - Mesures CEA-LETI (Ph. Grosse).

Couleur royal blue cyan green amber red

Longueur d'onde pic (nm) 448 457 506 518 592 637

Tension (V) 3,3 3,5 3,5 3,3 2,2 2,1

Puissance (Watt) 0,27 0,15 0,11 0,05 0,04 0,14

Efficacité énergétique 23 % 12 % 9 % 5 % 6 % 18 %

Flux (lumen) 8,6 9,8 35,4 25,5 22,5 21,9

Efficacité lumineuse (lm/W) 7,6 7,9 29,0 22,2 29,6 29,2

Tableau 1 : Principales caractéristiques mesurées sur une série de LEDs émettant à différentes longueurs d’onde - Courant de mesures 350 mA - Cesrésultats sont donnés à titre d’exemples uniquement. Mesures CEA-LETI (Ph. Grosse)

• Figures et tableaux



Figure 1. L’efficacité lumineuse des LEDs blanches vue par l’OIDA en 2002. En 2009, cette dernière atteint environ 100lm/W (produit commercial)pour une température de jonction de 25°C et un spectre blanc froid.

Figure 2. Rendement quantique externe en fonction de la longueur d’onde d’émission pour les nitrures et phosphures. Au centre la réponse de l’œil.(d’après Krames et al. JOURNAL OF DISPLAY TECHNOLOGY, VOL. 3, NO. 2, JUNE 2007).

• Références1 Light Emitting Diodes (LEDs) for General Illumination – An OIDA Technology Roadmap Update 2002 -http://lighting.sandia.gov/lightingdocs/OIDA_SSL_LED_Roadmap_Full.pdf

2 Carborundum : cristal de carbure de silicium (SiC)3 N. Holonyak a reçu en 2002 le National Medal of Technology pour son invention4 S. Nakamura a reçu en 2006 le Millenium Technology Prize pour son invention5 High-power GaN p-n junction blue light emitting diodes ; Nakamura S, Mukai T., Senoh M. ; Japanese Journal of Applied Physics Part 2 Letters - Vol.30 - n°12A - pp 1998-2001 - 1991

6 Pour plus d’informations sur la physique et la fabrication des LEDs de haute brillance, on pourra consulter l’ouvrage :« Les diodes électroluminescentespour l’éclairage » – EGEM - Edition Lavoisier 2008

7 Rapport de la puissance rayonnée en lumière visible à la puissance électrique fournie. On parle également d’efficacité énergétique8 Revue LUX N°253 Page 52-58 – Mai/juin 20099 Multi-Year Program Plan FY’09-FY’15 - Solid-State Lighting Research and Development - U.S. Department of Energy - http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/ssl_mypp2009_web.pdf



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Les découvertes de la conduction desfilms de polyacétylène en 1977 par A. Hegger, A. McDiarmid et H. Shirakawa (Prix nobel 2000) et laréalisation de la première diode élec-troluminescente organique (OLED =Organic Light-Emitting Diode) parTang et Van Slyke pour la sociétéKodak, une décennie plus tard, ontrendu possible l’émergence de l’utili-sation des matériaux organiques àdes fins commerciales dans desobjets de la vie quotidienne. De parl’amélioration de leur durée de vie,les OLEDs sont désormais intégréesdans certaines applications commeles lecteurs MP3 ou les téléphonesportables. Elles sont dorénavant desvaleurs sures au niveau de l’affi-chage comme l’a montré le téléviseurXEL-1 développé par Sony en 2007(11 pouces de diagonale réalisé avecune matrice OLED). Pour toutes cesraisons, l’avenir est fortementorienté vers les matériaux orga-niques. Mais « Quid » de la possibi-lité d’utiliser ces sources pourl’éclairage du futur ? Commentfonctionnent-elles ? Quelles sontencore les limites pour ce type d’ap-plications ? Qu’est ce qui existe àl’heure actuelle ? Voici un aperçunon exhaustif des réponses possiblesdans ce domaine.

Le plastique : un isolant ouun conducteur ?Tout comme le plastique, l’OLED estfabriquée à base de matériaux molécu-laires π-conjugués (présents dans descycles aromatiques comme le ben-zène), c’est-à-dire comportant unealternance de simples et doubles liai-sons. Dans le cas de la molécule depolyacétylène la conductivité élec-trique à l’état neutre (c'est-à-dire iso-lante) est inférieure à 10-5 S/cm.Lorsqu’on lui retire ou rajoute desélectrons par dopage chimique, on peutalors augmenter de huit ordres de gran-deur cette valeur de conductivité. Cetélectron supplémentaire ou manquant(trou) se « greffe » sur une orbitale π(liante) ou π* (anti-liante) spécifique à

la molécule et peut alors se délocaliser très facilement le long de la molécule.Celle-ci se déforme alors localement etl’entourage de la molécule se polariseet se réarrange alors au niveau vibra-tionnel. L’association d’une charge etde cette déformation locale donne nais-sance à une quasi-particule appeléepolaron qui n’est autre qu’un porteurde charges. Cette particule est à la basede la conduction dans les matériauxorganiques. La conduction s’effectuepar saut entre molécules et est d’autantplus efficace qu’elle est limitée à la fai-ble longueur moléculaire. Dans lesOLEDs, les charges devront donc êtreinjectées depuis des électrodes afin depouvoir donner naissance à uneconduction.

La structure d’une OLEDUne OLED présente une structure rela-tivement simple à savoir des matériauxorganiques qui sont pris en « sandwich» entre une anode généralement trans-parente (ITO Indium Tin Oxide)déposé sur du verre et une cathodemétallique soumis à une différence depotentiels. Chaque matériau va avoirun rôle bien précis. Certains d’entreeux auront la charge d’améliorer l’in-terface entre la molécule et le métaldans le but d’optimiser l’injection decharges. C’est le cas de l’EIL (ElectronInjection Layer) par exemple pour l’in-jection des électrons provenant de lacathode métallique. Pour l’injection detrous depuis l’anode, une HIL (HoleInjection Layer) est généralement utili-


Les LED organiques, source de lumière du futur ?Marc TERNISIEN, David BUSO et Georges ZISSISLabaratoire Plasmas et Conversion d’Energie (LaPLaCE), Université Paul SABATIER, [email protected]

Figure 1. Structure d’une OLED multicouche avec polarisation. (Source : www.pctechguide.com).

Figure 2 : Exemple de molécules évaporées sous ultra vide.



sée. Afin de faciliter le transport de cesdeux types de porteurs de charges il estégalement possible d’employer descouches de matériaux spécifiques quiauront pour mission de faciliter leurdéplacement.

C’est le cas de la HTL (Hole TransportLayer) pour le transport de trous et del’ETL (Electron Transport Layer) pourle transport des électrons. Enfin, géné-ralement au centre du composant setrouve une couche de matériau EL(Emission Layer) qui va servir pourl’émission de lumière (EmissionLayer). La figure 1 résume sous formede schéma la structure de l’OLED.

De manière générale, les matériaux quisont utilisés sont déposés sur du subs-trat en verre de faible épaisseur(quelques mm). Selon le matériau à

déposer, la technique est différente.Ainsi pour l’anode, l’ITO est déposépar pulvérisation d’Etain et d’Indium.Les molécules organiques sont dépo-sées par évaporation sous vide pour lespetites molécules (du fait de leur faiblepoids moléculaire) Figure 2. Le videvarie de 10-6 à 10-8 Torr selon le maté-riau à évaporer. Il est bien sûr possiblede réaliser des OLEDs à base de poly-mères qui seront déposés à la tournette.Enfin, la cathode peut être déposéeselon diverses méthodes comme parexemple le dépôt par canon à électrons.

Mode de fonctionnementLorsqu’une différence de potentiels estappliquée entre l’anode et la cathode,un courant va circuler permettant ainsià la cathode de fournir des charges

négatives (électrons) et à l’anode descharges positives (trous). Un polaronnégatif va ainsi être crée et va se dépla-cer vers l’anode sous l’action duchamp électrique imposé par la diffé-rence de potentiel appliquée. En effetl’électron est injecté dans la “bande deconduction”, appelée LUMO (LowestUnoccupied Molecular Orbital), cor-respondant à la plus basse orbitale π*inoccupée de la molécule.Parallèlement, un électron est arrachéd’une molécule proche de l’anode,laissant derrière lui un trou dans la“bande de valence” appelée HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital),la plus haute orbitale π occupée parune paire d’électrons donnant ainsinaissance à un polaron positif. Cesdeux porteurs de charges vont se dépla-cer par Hopping (saut) de molécule en

Figure 3 : Principe de fonctionnement de l’OLED

Figure 4 : a) Stacked Woled. b) Dépôt d’OLEDs sous forme planaires

a) b)



16-17

molécule danstout le matériaujusqu’à leur ren-contre. Par consé-quent tout le tra-vail va consister à« optimiser » lemoment où les

deux polarons de charges opposéesvont se rencontrer au sein de la mêmemolécule.

Lorsque cette rencontre a lieu, un“exciton” (ou une paire électron-trou)est formé. Le rayonnement est alorscrée suite à la recombinaison de et dela désexcitation de l’exciton (Figure 3).

Ce mécanisme de fluorescence est lemécanisme de base d’émission delumière dans les OLEDs. En effet, lephoton ainsi crée aura une énergieégale à la différence énergétique(appelé gap comme pour les semi-conducteurs classiques) entre lesniveaux HOMO et LUMO du matériau

utilisé. La plupart des rayonnementsémis par les OLEDs se trouve dans ledomaine du visible spécialement pourles applications d’affichage ou d’éclai-rage. Néanmoins, le rendement decette recombinaison n’est pas optimal,il est de l’ordre de 25 %. Cette valeurest liée au fait que, généralement dansles organiques, la mobilité d'un élec-

tron est beaucoup plus faible que celled'un trou. C’est une des raisons pourlesquelles la couche de transport detrous (HTL) doit être plus épaisse afinque les électrons arrivent à la couched’émission EL au même moment. Il estdonc très utile d’utiliser l’ingénieriedes matériaux pour optimiser cettezone de recombinaison d’excitons etdonner naissance à des photons de lon-gueur d’onde d’émission ajustable. Deplus d’autre solutions existent commel’utilisation des mécanismes de phos-phorescence liés à la récupération des75 % d’excitons non radiatifs. Par ail-leurs, beaucoup d’études concernentégalement l’extraction de la lumièrequi n’est pas un problème trivial du faitdes différentes interfaces existant ausein d’une OLED.

Et pour du blanc ?Concernant les longueurs d’ondesd’émission pour les OLEDs blanches(WOLEDs), il existe différentes tech-niques afin d’obtenir un élargissementspectral permettant d’utiliser ces com-posants pour l’éclairage. La premièreest d’utiliser plusieurs émissions delumière simultanément en un mêmecomposant en mélangeant les troiscouleurs primaires RGB (rouge, vert etbleu). Cette technique a été proposéedés les années 2000 en superposantdans un premier temps différentescouches émissives en pyramide(Stacked Woled) (Figure 4a). Dans unsecond temps, des études ont étémenées en les déposants de manièreplanaire (Figure 4b). Le résultat est que


Figure 6 : Réalisation industrielle d’une OLED (LUMIBLADE). (Source : www.philips.com)

Figure 5 : Conversion de longueur d’ondes par phosphorescence



l’œil perçoit le mélange résultant de cestrois couleurs c'est-à-dire le blanc.

Cette technique présente l’avantage depouvoir jouer sur chaque OLED pri-maires de telle sorte qu’on peut aussibien faire un blanc chaud qu’un blancplus atténué. Par ailleurs, il est aussipossible d’atténuer l’émission enjouant également sur chacune des troispolarisations étant donné que chaqueOLED possède sa propre alimentation.Le principal inconvénient de cetteméthode est la dérive du point de cou-leur en fonction du type d’utilisationou d’alimentation. La méthode alterna-tive à celle des émetteurs RGB (Rouge,Vert et Bleu) est la conversion de lon-gueur d’onde. En effet, de nombreuxtravaux ont montré qu’il était possiblede récupérer une émission issue d’uneOLED bleue et de la convertir en jauneen utilisant des couches organiquessupplémentaires à base de phosphore(Figure 5).

Le changement de couleur est alorspossible en modifiant par exemple lesépaisseurs ou la concentration de cesmolécules lors du dépôt. Le principalavantage de cette technique est que ladérive du point de couleur est forte-ment réduite du fait de la présenced’une unique source d’alimentation.

Les principaux verrous actuels sontessentiellement liés à l’encapsulation etl’extraction de la lumière. En effet,même si la durée de vie des OLEDs esten hausse, ces composants sont toujourssensibles à la fois à l’oxygène et à l’hu-midité. Par conséquent, de nombreusesétudes ont été réalisées sur la manièred’encapsuler ces composants. Demanière industrielle, la méthode la plusconnue est l’utilisation de polymèresdéposés au dessus de l’OLED avec des« getters » qui servent à détecter la pré-sence d’eau (Figure 6). L’encapsulationest primordiale car elle aura une partimportante dans la durée de vie et dansle fonctionnement du composant dansles applications éclairagistes par exem-ple. L’autre verrou concerne l’extractionde la lumière. En effet, la génération dela lumière est régie par la recombinai-son d’une paire électron trou qui donnenaissance à un photon. Mais lors de sonpassage vers l’extérieur, le photonconnait de multiples pièges du aux dif-férents modes guidés existant. Il fautdonc aussi tenir compte de la qualité del’extraction des 25% de photos radiatifsde telle façon à obtenir des caractéris-

tiques exploitables. Ce sujet est toujoursd’actualités aussi bien en recherche aca-démiques qu’industrielles.

Les OLEDs actuelles :

La recherche dans le domaine dessources de lumière du futur est essen-tiellement menée par les grandes multi-nationales de l'éclairage que sontPhilips (Pays Bas), Osram et Novaled(Allemagne), General Electric etUniversal Display Corporation (Etats-Unis), et également par les industries dusud-est asiatique (Sony, Samsung,

LDT,…). Les performances désormaisatteintes laissent percevoir des utilisa-tions pour l’éclairage d’ambiance.Beaucoup de recherches sont encoreréalisées même si des prototypes sontsortis comme c’est le cas de laLumiblade de Philips. Néanmoins,l’avenir est tourné l’électronique orga-nique et bien sûr vers les OLEDs beau-coup moins couteuses en énergie et enfabrication (Figure 7). Les grandsdomaines d’avenir pour les OLEDs sontdonc le display (Livre, téléphonie)(Figure 8), l’éclairage uniforme liée à ladomotique ou à l’automobile (Figure 9).

Figure 7 : Prévisions de l’investissement en Electronique organique (Source : Organic ElectronicsGrowth Charts, Nanomarkets, 2009).

Figure 8 : Livre électronique Figure 9 : Eclairage uniforme

En résumé les OLEDS sont et seront utiles en termes de diminutiondu besoin en énergie, de nouveautés architecturales (éclairage uni-forme) etc... Elles présentent l’avantage d’être déposées sur n’importequel substrat : verre, substrat flexible…, et donc elles peuvent êtrefabriquées sous n’importe quelle forme, pouvant ouvrir de nouvellespossibilités d’utilisation.



18-19

I - Introduction / Résumé /Problématique

Les Diodes Electro-Luminescentes(DEL) sont devenues en très peu detemps des produits incontournables.La puissance lumineuse émise par cescomposants électroniques est telle queles LEDs peuvent aujourd’hui adres-ser le domaine de l’éclairage. De pluselles accumulent les avantages :robustes et fiables, elles sont très effi-caces et consomment moins d’énergieque les sources lumineuses conven-tionnelles (voir Figure 1 et Figure 2).Environ 30 % de l’énergie fourniedans une LED actuelle est convertieen lumière, le reste est transformé enchaleur.

Pourtant les LEDs ont quand mêmecertaines « faiblesses », elles crai-gnent les décharges électrostatiques(ESD), n’émettent pas de blanc directet sont très sensibles aux variations detempérature.

Cette sensibilité est sans doute ledéfaut le plus dommageable car denombreuses caractéristiques desLEDs dépendent de la température.

Par ailleurs les fabricants tendent àaugmenter continûment la puissancede leur LEDs dans un boîtier de tailleconstante. La puissance par m² à dis-siper est de plus en plus importante, latempérature dans le composant LEDpeut donc être très élevée si la chaleurengendrée n’est pas correctement éva-cuée. Ceci nécessite alors une bonneutilisation des LEDs selon les prin-cipes du « thermal management » ougestion/maîtrise thermique. Cetteméthode est un outil puissant pourréduire les gradients thermiques etnous verrons par la suite commentelle peut être mise en œuvre afind’utiliser au mieux les LEDs et ne pasdégrader leurs performances.

II - Effets thermiques sur lesperformances des LEDs

a. Gestion Optique(« Optical Management »)

i. Baisse d’intensité lumineuse avecla températureAvant tout, une LED est un composantélectronique à base de matériaux semi-conducteurs. Ceux-ci sont définis par

leur énergie de gap Eg et par la transi-tion ou recombinaison électron-trouradiative (émission d’un photon) ounon-radiative (émission d’un phonon)(voir la Figure 3). Dans une LED, lesdeux types de transitions coexistentd’où une efficacité globale de 30 %environ aujourd’hui.

La longueur d’onde des photons émispar la LED est inversement proportion-


La gestion thermique des LEDs de haute brillancePaul MESSAOUDI, CEA-Léti Département Optronique17, rue des Martyrs - 38054 Grenoble Cedex 9Tél. : 04 38 78 13 40 - [email protected]

Laboratoire d’électronique de technologie de l’information

Département optronique

Figure 1 : Conversion de l’énergie électrique dans une lampe

Figure 2 : Conversion de l’énergie électrique dans une lampe à LED



nelle à l’énergie de gap. Or chaquecomposant, formé d’un seul matériau,n’a qu’une seule valeur d’Eg, et n’émetque dans une seule couleur.

Pour recréer le spectre entier (« couleurblanche »), il faut associer toute unegamme de matériaux LED.

La Figure 4 nous montre les domainesde longueur d’onde que peuvent adres-ser les différents types de matériaux.Les nitrures de Gallium et d’Indiumémettent dans le bleu-vert et les phos-phures de Gallium et d’Indium dansl’orange. Les arséniures de Galliumpermettent d’atteindre le rouge. Onvoit qu’il existe un « manque » dans lejaune-vert, précisément la longueurd’onde à laquelle l’œil est le plus sen-sible.

Les variations de température n’aurontpas la même incidence pour chacun destypes de matériaux. La Figure 5 présentel’effet de la température sur l’efficacitélumineuse de LEDs de différentes cou-leurs (T=25°C étant le point de référence).

On voit sur cette Figure 5 que les LEDsrouge et ambre sont plus impactées parles gradients thermiques que les LEDsbleues ou vertes.

Il existe plusieurs possibilités pourcréer la couleur blanche avec desLEDs. L’une de ces possibilitésconsiste à mélanger des LEDs rouges,vertes et bleues dans le même module.La Figure 5 montre bien la difficultéd’utiliser un tel module RVB. Pour sta-biliser le blanc, il faut ajouter un sys-tème complexe de correction basé surun capteur thermique et un programmeinformatique.

ii. Dérive chromatiqueUne autre caractéristique des semicon-ducteurs réside dans le fait que l’énergiede gap Eg dépend de la température dumatériau (voir Figure 6). Cet effet vacauser une dérive du point de couleur desLEDs.

La méthode la plus courante pour fairedu blanc est d’associer une LED bleueà un convertisseur de lumière (appelégénéralement « phosphore »). Cettetechnique a l’avantage d’utiliser uneLED dont l’efficacité est plus stable enfonction de la température (voir Figure5). Par contre, la dérive chromatique vaengendrer un déplacement du point decouleur vers le vert et le convertisseurperdra en efficacité avec cette variationde longueur d’onde (voir Figure 7).

C’est pourquoi, la gestion thermiqueest primordiale dans la « fabrication »du blanc avec des LEDs que se soitdans le cas d’un module RVB ou dansle cas d’une LED blanche convertie.

b. Gestion de la puissance

Une diode est une jonction de semi-conducteurs et a la propriété de voir satension de seuil baisser linéairementavec la température. On appelle cet

effet le « voltage drop » ou chute detension d’une diode.

Prenons l’exemple d’une LED bleueque nous avons testée en température :

Une variation de température

ΔT = 100 °C induira une variation detension ΔV = -160 mV. Pourtantmême si cette valeur paraît assez fai-ble, on voit sur la Figure 8 qu’un faiblegradient de tension ΔV provoquera unfort gradient de courant ΔI dans ladiode d’où une variation de puissancelumineuse également très forte.

C’est à cause de cet effet de VoltageDrop en fonction de la température quel’on recommande de contrôler lesLEDs en courant et non pas en tension.

c. Fiabilité / Durée de vie

Le dernier effet très destructeur desgradients thermiques est la réductionde la durée de vie des LEDs. C’est uneffet de seuil et irréversible : dès lors

Figure 3 : Schéma des recombinaisons radiative et non-radiative dans un semiconducteur (Source : E.F. Schubert, Rensselaer Institute)

Figure 4 : Spectre émis par les différents matériaux semiconducteurs III-V (Source : E.F. Schubert, Rensselaer Institute)

d(V LED Bleue)dT

I=1mA

≈ -1,6 mV .°C -1



20-21

qu’un certainnombre de défautss ’ a c c u m u l e n tdans les LEDs,elles commen-cent à montrerdes signes ded é f a i l l a n c e

(baisse du flux lumineux par exemple).De plus, l’apparition de ces défail-lances s’accélère dès lors que la tempé-rature des LEDs augmente.

La Figure 9 nous présente le cas deLEDs bleues vieillies à différentestempératures. Les valeurs extrapoléesde durée de vie montrent que pour uneperte lumineuse de 20 % une LED à100 °C durera quatre fois moins long-temps (10000 h) qu’une LED à 55 °C(40000 h). Malgré tout, même chaude,une LED « vit » plusieurs milliersd’heures, ce qui fait d’elle une sourcelumineuse bien plus robuste qu’uneampoule à incandescence.

III. Origine thermique desdéfaillancesa. Matériau d’Interface Thermique

Dans un composant électronique, lestrois modes classiques de transfert dechaleur n’ont pas la même importance :au niveau du composant LED, l’échange de chaleur avec l’extérieurpar convection et par radiation est trèsfaible car la surface développée avec lemilieu extérieur est limitée ; la conduc-

tion thermique est alors le mode detransfert thermique prédominant (~ 90 % de la puissance dissipée) et lamajeure partie de la chaleur passe parle fond du composant LED, c’est-à-dire par ses pattes de connexion sur lacarte imprimée et par son drain ther-mique lorsqu’il existe (voir Figure 11).

Afin d’améliorer et maîtriser le flux dechaleur par conduction, on utilise géné-ralement un dissipateur ou un radiateur(« heatsink » ou puits de chaleur) quel’on place au plus près de la sourcechaude, c’est-à-dire sous la LED.

La partie la plus critique du systèmeprésenté en Figure 12 est le Matériaud’Interface Thermique (« ThermalInterface Material » TIM) qui assure laliaison entre la LED et le radiateur. Lechoix de ce matériau peut s’avérer cru-cial pour un fonctionnement optimumet une longévité accrue de nos LEDs.Afin de bien choisir ces TIM, on faitappel à critère très pratique : laRésistance Thermique.

b. Notion de Résistance Thermique

Il existe un moyen simple pour modéli-ser la conduction thermique dans lessystèmes électroniques : c’est le prin-cipe de Résistance Thermique Rth.Cette notion provient de l’analogie deséquations de la chaleur décrite parFourier avec la loi d’Ohm régissant laconduction électrique.

La Figure 13 présente cette analogiethermique-électrique où la puissancedissipée Pdissipée (ou la quantité de cha-leur Q) dans un matériau correspond àun courant et où le gradient de tempé-rature ΔT équivaut à une différence depotentiels ΔV.

ΔT A-B = Pdissipée .RTh

La résistance thermique dans cesconditions peut s’écrire ainsi :

Rth = t

Rth = A x �Avec t, l’épaisseur du matériau traversée par Pdissipée

A, la section du matériau,κ, la conductivité thermique du matériau

On exprime une Rth entre 2 points,principalement entre la jonction de laLED et l’extérieur du boitier (« case »en anglais) ou de la carte imprimée.Elle s’exprime en °C/W (ou K/W).

Cette valeur apparait dans les fiches dedonnées des fabricants et est en généralassociée à la valeur maximale de tem-pérature de jonction Tj.

Le premier travail du thermicien électronique est de minimiser la Rth Junction - Case en affinant l’épaisseurdu matériau, en augmentant la sectionde passage de la chaleur et en favori-sant l’emploi de matériaux à hauteconductivité thermique.


Figure 5 : Puissance lumineuse relative des LEDs en fonction de la température - Source : Philips Lighting



Prenons l’exemple d’une LED K2 deLumileds. Les divers matériaux mis enjeu dans l’assemblage de ce composantsont décrits dans les Figure 14 etFigure 15.

La résistance thermique globale Rth totdu composant est une mise en série de Rth et varie en général entre 5 et 10 °C/W. Cela correspond à un gra-dient thermique entre la jonction de laLED et le fond du composant de 5 à 10 °C pour 1W (soit ILED = 350 mA) ou15 à 30 °C pour 3W (ILED = 1A).

On sait que les Rth internes les plus élevées sont celles nommées Rth Solder

connection (faible surface de contact avecla LED) et Rth Glue (faible conductivitéthermique) même si ce sont les maté-riaux les plus fins du système. Ce sontdes résistances thermiques dues auxmatériaux d’interface thermique.

c. Aspects thermo-mécaniques

La Figure 15 nous montre qu’un boî-tier de LED de haute brillance est unsystème complexe contenant des semi-conducteurs, des métaux et des poly-mères. Ces matériaux aux comporte-ments mécaniques très différents ris-quent de créer de nombreuses défail-lances par déformation thermique.

La dilatation thermique dans un régimede faibles déformations peut êtredécrite par la loi de Hooke :

Où ε est la déformation et ΔL estl’élongation du matériau.

Le paramètre important ici est le coef-ficient d’expansion thermique ouCTE. C’est une propriété du matériau

On voit par la Figure 17 que les maté-riaux métalliques se déforment beau-coup plus facilement que les semicon-ducteurs. C’est pourquoi la principalecause de défaillance thermomécaniqueest due à l’incompatibilité des CTE ou« CTE mismatch ».

Des nouveaux matériaux sont dévelop-pés pour améliorer les CTE mis-matches (voir la Figure 18). Lesalliages métaux - diamant ou fibres decarbone sont très prometteurs mais cesont encore des matériaux exotiques etpeu simples à mettre en œuvre.

A l’instar des problèmes thermiques,les principales défaillances en méca-nique ont lieu au niveau des interfaces(délamination des contacts métal-liques, fissures dans les billes d’inter-connexion, …). Un autre grand risquede détérioration réside dans les filsd’or de connexion. Ceux-ci sont parti-culièrement fragiles et sont assez sou-vent exposés aux déformations ther-miques. Ce sont ces modes de défail-lance qui réduisent considérablementla durée de vie des composants électro-niques.

IV. Moyens de caractérisationthermiquea. Thermographie Infrarouge

Afin de mesurer effectivement les gra-dients thermiques et leur répartitiondans les LED et les cartes imprimées,

Figure 6 : Dérive en température de l’énergie de gap des semiconducteurs usuels(Source : E.F. Schubert, Rensselaer Institute)

Figure 7 : Spectre d’une LED blanche convertie - (Source : L. Massol)

� = ΔL = � x ΔTL

ΔL = � x ΔT x L



22-23

de nombreuxoutils sont à notred i s p o s i t i o n .Parmi eux, l’ima-gerie thermogra-phique est la plusfréquemment uti-lisée car c’est une

méthode de contrôle non-destructif.L’exemple de la Figure 20 montre lecas d’une puce LED soudée sur unPCB de forme « star ». Le but de lamesure est de comparer les perfor-mances thermiques des matériaux desoudure Indium (In) ou Or-Etain(AuSn).

La soudure AuSn montre une meilleurediffusion de la chaleur de la puce sur lePCB par rapport à la soudure In. Laconductivité thermique supérieure del’AuSn permet de réduire le gradientthermique jonction-PCB mais les alen-tours de la LED chauffent également

davantage, ce qui peut être contrai-gnant si l’on veut intégrer d’autrescomposants à proximité.

Le problème de cette méthode demesure est la difficulté d’interprétationdes résultats. On ne voit que les phéno-mènes thermiques en surface des

pièces et chaque matériau a une émis-sivité différente : si l’on veut faire unecartographie par caméra thermique, ilest fortement conseillé de « peindre »la surface d’étude avec un matériau àémissivité connue dans l’infrarouge.Sans cette précaution, les contrastes decouleurs sur les images ne peuvent pasêtre immédiatement interprétables et ilfaut utiliser un logiciel de traitementd’image.

b. Mesure électrothermique

Pour compléter les mesures par camérathermique, on peut utiliser un autretype de test non-destructif. C’est untest électrique basé sur la propriété deVoltage Drop des LEDs décrite précé-demment. La relation linéaire entre latension de travail de la LED et sa tem-pérature de jonction permet de fairedes mesures thermiques précises et fia-bles (voir la Figure 21).

Toutes ces méthodes de mesures sontcomplémentaires pour comprendre etoptimiser les performances des compo-sants. Par contre, elles coûtent relative-ment chères et sont donc réservées aux


Figure 8 : Tension directe d’une LED en fonction de la température

Figure 9 : Puissance lumineuse d’une LED en fonction du temps et de la température (Source : Philips Lighting)

Figure 10 : Mode de Transfert de chaleur dans un module LED



industriels. De plus il n’existe pas àl’heure actuelle de vrai standard demesure pour les LED que ce soit dupoint de vue thermique, optique ouélectrique. C’est pourquoi il est pri-mordial d’orienter ses choix de LEDsvers celles de fabricants reconnus pourleur qualité.

V. Application du ThermalManagement

a. Choix des composants

Appliquons à présent les principes duThermal Management : commençonspar le choix des composants.

Il existe sur le marché une grandequantité de types de LEDs fabriquées

de nombreux d’industriels. Chaquecomposant LED est défini du point devue thermique, on l’a vu, par sa tempé-rature maximale de fonctionnement et

par sa résistance thermique. Cesvaleurs sont en général bien visiblessur les fiches de données (la Figure 22présente les données des LEDs dePhilips Lumileds). Ici les composantsK2 semblent plus performants que lesRebel mais les K2 ont un packagingplus encombrant et sont donc moinsflexible d'utilisation.

b. Choix des cartes imprimées

Le choix des PCB, lui aussi, est assezcomplexe. De nombreux types decartes sont disponibles et chaque carte ases avantages et inconvénients. Malgrétout, deux technologies de PCB sontprincipalement utilisées pour le mon-tage des LEDs. Ce sont les PCB de typeFR4 (époxy) avec vias thermiques rem-plis (« filled and capped vias ») et lesPCB à cœur métallique (« Metal CorePCB ») en aluminium ou en cuivre.

La Figure 23 décrit les structures deces PCB et leurs résistances ther-miques. Les autres technologies decartes type PCB FR4 simple ou Flexsimple sont à éviter.

c. Choix du radiateur

Tout comme les choix des composantsou des PCB, le choix du radiateur estprimordial. Le radiateur peut être éga-lement défini par sa résistance ther-mique :

Rth heat sink = 1

Rth heat sink = HTC x A

Où A, est la surface disponibled’échange de chaleur par convection

HTC est le coefficient de transfertthermique par convection

Prenons l’exemple d’un radiateur pourune lampe à LED telle que présentéeen Figure 24 :

Si Pdissipée = 8W et que A~100 cm² etque nous voulons un T ~ 50 °C

Figure 11 : Transfert de chaleur dans un composant LED

Figure 12 : Transfert de chaleur dans un composant LED au contact d’un radiateur

Figure 13 : Analogie des lois de diffusion thermique et électrique



24-25

alors il faut un radiateur avec une Rth ~ 6 °C/W ce quicorrespond à un HTC ~ 15 W/m².K

On parle deconvection natu-

relle non forcée quand HTC vaut de 5 à 15 W/m.K. Lorsque l’on est dansun milieu confiné, le HTC diminuefortement et passe sous les 5W/m².K.

C’est pourquoi la lampe précédem-ment décrite doit être utilisé dans unespace ouvert et ventilé.

C’est là le grand défi du remplacementdes lampes à incandescence par dessolutions à LED car les lampesactuelles peuvent chauffer et travaillerdans des espaces clos (voir la Figure25). La seule façon d’évacuer la cha-leur des lampes à LEDs est de créer desradiateurs développant un maximumde surface dans un volume très réduit.

VI. Voies d’évolution duThermal Managementa. Nouveaux matériaux

Nous avons vu précédemment sur laFigure 18 que de nouveaux matériauxd’interface et de radiateur étaient encours de développement. Cela peutouvrir de nouvelles possibilités d’as-semblage des LEDs.

La société CeramTec, entre autres, aproposé récemment un nouveau sys-tème LED ou la plupart des interfacesentre la puce et le radiateur étaient sup-primées (voir la Figure 26). Le radia-teur devient de fait la carte imprimée,réduisant en partie les temps et lescoûts de fabrication. Cela a aussi unimpact positif sur les performancesthermiques et sur la longévité des com-posants.

Par contre, avant de pouvoir mettre cesnouveaux matériaux sur le marché, ilfaut s’assurer de leur qualité et de leurrobustesse. Cela réclame de nombreuxmoyens et du temps d’essais et de testsqui rendent la plupart de ces matériauxencore trop onéreux pour une utilisa-tion généralisée.

b. Refroidissement actif

Lorsque l’on veut évacuer une grandequantité de chaleur, il est très tentant dechercher à intégrer une solution derefroidissement actif dans son systèmeà LED. Le moyen le plus simple est


Figure 16 : Principales causes des défaillances dans les composants électroniques(Source : NXP)

Figure 14 : Schéma d’une LED de type K2 - (Source : Philips Lighting)

Figure 15 : Cross-section d’une LED de K2



d’ajouter un ventilateur au radiateurmais c’est généralement très encom-brant et bruyant.

D’autres solutions sont à l’étude,notamment les micro-caloducs dans leSilicium développés au CEA (Figure27), les micro-modules Peltier deNextreme (Figure 28) ou le synjet deNuventix (Figure 29).

Par contre ces solutions ne sont réelle-ment efficaces que lorsque le refroidis-sement passif) a été correctement prisen compte. De plus l’actif est par défi-nition consommateur d’énergie, il fautdonc toujours se demander si l’on en avraiment besoin pour refroidir son système.

Figure 17 : Déformation thermo-élastique et exemples de CTE de matériaux usuels

Figure 18 : Sélection de matériaux à CTE et conductivité contrôlés - (Source : Carl Zweben)

Figure 20 : Modules LED à brasure Indium ou Or-Etain observés par caméra Infra-Rouge

Figure 19 : Modes de défaillances électroniques (Source : NXP)



26-27


Figure 22 - Tableaux des températures max. et des résistances thermiques - Source : Future Lighting

Figure 23 : Technologies de PCB pour LEDs - (Source : Philips Lumileds)

Figure 24 : Photos de radiateur pour LEDs - (Source : Lamina SoL) Figure 25 : Tableau comparatif des lampes halogène et à LED

Figure 21 : Tension directe d’une LED en fonction de la température



Figure 26 : Nouveaux matériau et structure CeramCool proposés par CeramTec

• Références• Light Emitting Diodes, E. Fred Schubert, Rensselaer Institute• Application Brief AB17, Philips Lumileds• Application Brief AB32, Philips Lumileds• Thermique des LEDs, Laurent Massol, Led Engineering Development• Introduction to Thermal Aspects, J.H.J Jansen, NXP Semiconductors• Introduction to LED technology, Peter Deurenberg, NXP Semiconductors• Rapport de synthèse du projet CITADEL, Adrien Gasse, CEA Léti• Thermal Materials Solve Power Electronics Challenges, Carl Zweben, Advanced Thermal Materials Consultant• Site internet de CeramTec : www.ceramtec.com

Figure 27 : Module à micro-canauxSource : CEA

Figure 28 : Micro-module PeltierSource : Nextreme

Figure 29 : Refroidisseur acoustique « Synjet » - Source : Nuventix

VII. Conclusion

Les effets de la température sur les LEDs sont importants et ont une forte influence sur leurs propriétésoptiques et électriques.

En suivant les principes du Thermal Management, nous pouvons aisément choisir la carte imprimée et leradiateur adaptés à notre application LED. Ces principes nous apprennent également qu’il faut agir avecbon sens : le refroidissement actif peut être envisagé mais il faut toujours privilégier l’aspect passif car ilfaut dissiper la chaleur avant de l’évacuer.

Pour résumer, la gestion thermique doit être un travail très en amont dans la conception de nos applicationsLED. Alors n’hésitons pas à faire appel à un expert en thermique électronique !




28-29

L’optique des éclairages à LEDsLaurent MAYOLLET, O++124 rue Pasteur - 59370 Mons en Baroeul - www.oplusplus.comTél : 03 20 19 05 15 - [email protected]

IntroductionLe développement des LEDs de hautepuissance, capables de produire un fluxlumineux supérieur à 50 lm, a engen-dré une importante activité de recon-ception des systèmes utilisant jusqu'àprésent des sources traditionnellescomme des lampes à filament halo-gènes ou des lampes à arc.

Cependant, l'expérience montre quecette activité de conception s'est sou-vent concentrée sur les aspects électro-niques, thermiques, mécanique, audétriment de l'optique elle-même, quipose pourtant des problèmes spéci-fiques du fait que les LEDs ont descaractéristiques photométriques trèsdifférentes des sources traditionnelles,ce qui rend peu efficaces de simplesadaptations comme le remplacementd'un tube fluorescent par une rangée deLEDs sans réoptimisation de l'optique,ou encore le remplacement d'uneampoule à filament par une LED dansun réflecteur. De telles configurationssont pourtant souvent rencontrées dansdes produits à bas coûts, grand public,mais aussi parfois dans des équipe-ments professionnels, avec pour consé-quence une perception négative deséclairages à LEDs.

Le présent article a pour but de fournirquelques lignes directrices pour orien-ter les choix de conception d'un produitd'éclairage à LEDs.

Sources traditionnelles et LEDsLes sources lumineuses traditionnellestelles que lampes à incandescence,tubes fluorescent, lampes à vapeur desodium, sont utilisées courammentdepuis plusieurs décennies pour lesapplications d'éclairage. Les caracté-ristiques de ces sources, avantages etinconvénients, sont bien connues desconcepteurs d'éclairage, qui ont unretour d'expérience important.

La situation est très différente pour leséclairages à LEDs, dans lesquels ondécouvre, bien souvent assez tard dansle cycle de développement et au

moment de réaliser des essais, l'impor-tance de certains paramètres photomé-triques, comme la luminance de la puce.

• les sources classiques utilisées enéclairage rayonnent généralementdans tout l'espace. Par conceptionmême, les LEDs rayonnent dans undemi-espace, avec une intensité maxi-male suivant la normale à la puce,

• la luminance de sources courantescomme les tubes fluorescents, oumême les lampes à incandescence,est faible à modérée et ne présentegénéralement pas de danger en visiondirecte, contrairement aux LEDs depuissance.

La puce d'une LED de puissance estune source de luminance très élevée,qui peut être supérieure à 108 cd/m²,bien que le flux total reste générale-ment inférieur aux sources classiques.

L'oeil étant sensible à la luminance, ilen résulte une plus grande difficulté àéliminer les problèmes d'éblouisse-ments dans certaines applications.

Ce problème est particulièrement sen-sible en éclairage intérieur par exem-ple, où sont définies des normes por-tant sur la luminance.

Ces caractéristiques expliquent quebien souvent, une adaptation naïve

consistant à remplacer une source clas-sique par des LEDs tout en conservantl'optique, pour des raisons écono-miques, produit des résultats peu satis-faisants : problèmes d'éblouissement,distribution photométrique (intensité)non conforme, et même rendementmédiocre (alors même qu'une des moti-vations pour passer aux LEDs était laréduction de consommation électrique).

On ne saurait donc trop insister sur lanécessité d'approches optiques nou-velles pour exploiter au mieux lepotentiel des LEDs.

Composants optiques standardsL'identification de certaines fonctionsd'usage courant, comme la collimationdu faisceau issu d'une LED, d'une part,et l'uniformisation de certaines caractéristiques, comme la dimensionde la puce, a permis le développementde quelques composants standards, quipeuvent permettre, dans certains cas,d'assembler des systèmes d'éclairageavec un minimum de conceptionoptique.

Un composant couramment utilisé estle collimateur, dont le principe estreprésenté sur la figure 1.

Figure 1 : Principe d’un collimateur



Un collimateur est un composant qui sepositionne au dessus d'une LED, main-tenu généralement par un support fixésur la carte électronique portant la LED.

Les LEDs de puissance, hormis cellesdisposant déjà d'une optique intégrée,produisent un faisceau de grandedivergence, typiquement avec une dis-tribution lambertienne et un angle totalà mi-hauteur de l'ordre de 120°.

Le collimateur permet de collecter leflux émis par la LED pour produire unfaisceau de divergence différente, engénéral plus faible (d'où le nom de"collimateur").

Ce type de composant est décliné en denombreuses variantes, pour produiredes faisceaux de divergences diffé-rentes, ou réaliser des fonctions un peuplus spécialisées comme le mélange decouleurs pour des LEDs multipuces.

Grâce à sa géométrie permettant d'op-timiser la collecte du flux, le rende-ment d'un collimateur standard peuttypiquement atteindre 85 % (la limitephysique étant de 92 %).

Il est généralement réalisé en moulagepar injection plastique en grande série,ce qui permet d'atteindre des coûtscompatibles avec des applicationsd'éclairages.

Quelques fabricants de collimateursstandards :

Gaggione (France), Fraen (Italie),Carclo Optics (GB), Polymer Optics(GB).

Une fois le flux collecté, les compo-sants optiques traditionnels disponiblessur catalogue, tels que lentilles,miroirs, etc. sont également utilisables.

L'utilisation de collimateurs standardspermet par exemple de construire unprojecteur utilisant plusieurs LEDs depuissance, surmontées chacune d'uncollimateur, et qui produira un faisceaudont le diagramme d'intensité est celuidu collimateur.

Un tel système ne nécessite pas d'in-vestissement en outillage de fabrica-tion optique, et la conception optiqueelle-même est rudimentaire, ne néces-sitant pas de compétences pointues enoptique.

Cette approche présente toutefois aussiquelques inconvénients :

• le choix de fonctions est limité

On ne peut pas tout faire avec des col-limateurs et composants standards.Certaines applications requièrent desdistributions photométriques précises,définies par des normes, qui peuventêtre difficiles, voire impossibles à pro-duire avec des composants optiquesstandards

• les produits finaux sont peu différen-ciés.

Les projecteurs à LEDs constitués avecdes composants standards finissent partous se ressembler, on retrouve lamême esthétique caractéristique, avecdes points lumineux.

Il y a peu de barrière technologique etde nombreux acteurs présentent sur lemarché des produits très proches.

• coûts de production plus élevésL'économie en outillage de fabricationpeut être annulée par des coûts de pro-duction plus élevés lorsque les sériesdeviennent importantes.

Un projecteur utilisant vingt collima-teurs standards est plus coûteux àfabriquer que l'équivalent avec uneoptique monobloc spécialementconçue.

Une "ampoule" à LEDs constituée àpartir de collimateurs standards (figure2) : un produit grand public, comme ilen existe maintenant des centaines...

Optiques spécifiquesUne conception optique spécifiquepeut permettre de s'affranchir desinconvénients des solutions à base decomposants standards.

Les avantages sont les suivants :

• performances optimisées,

• produit original, pouvant faire l'objetd'un dépôt de brevet,

• optimisation des coûts de productionpour les grandes séries.

Inconvénients :

• étude optique complexe, nécessitantl'intervention de spécialistes enconception optique,

• coût de l'outillage de production,

• délais de mise sur le marché plusimportants.

Exemple d'optique spécifique optimi-sée pour un gyrophare à LEDs (figure3) : une optique monobloc, adaptée àune production industrielle, trois foisplus compacte qu'un gyrophare tradi-tionnel, exploitant de façon optimale lehaut rendement des LEDs.

Techniques de fabrication

En parallèle au développement desLEDs, les techniques de fabricationdes optiques adaptées aux grandesséries progressent constamment.

Pendant plusieurs siècles, le matériaupar excellence de l'optique a été leFigure 2 : une “ampoule” à LEDs


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verre, et l'usinageet polissage duverre reste restetoujours la tech-nique la plus per-formante pour lesa p p l i c a t i o n snécessitant des

hautes précisions, comme l'imagerie.

Les coûts correspondant sont toutefoisincompatibles avec la plupart desapplications d'éclairage.

Le moulage du verre peut permettre deproduire des optiques à des coûtsacceptables pour certaines applicationsd'éclairage, mais les contraintes de fabri-cation limitent les formes possibles.

Le moulage par injection plastique estpar contre particulièrement bien adapté

à la fabrication des optiques pour sys-tèmes à LEDs, pour différentes raisons :

• coûts de production bien plus bas quepour les optiques en verre, dans unrapport qui peut être supérieur à 10,

• le moulage par injection plastiquepermet de réaliser des formes com-plexes précises, irréalisables en verre,ce qui apporte bien plus de degrés deliberté pour le concepteur opticien.

Par ailleurs, certaines caractéristiquesdes plastiques pouvant interdire leurutilisation dans certaines applicationsavec des sources traditionnelles,comme la faible tenue en températurecomparée au verre, sont moins limita-

tives sur les systèmes à LEDs : le spec-tre des LEDs d'éclairage ne contientpas d'infrarouges qui risqueraient de

chauffer excessivement l'optique parabsorption, le fait que les plastiques nesupportent guère des températuressupérieures à 100°C est rarementrédhibitoire

Les plastiques les plus utilisés sont lePMMA (Polymethyl Methacrylate),connu également sous différentes marques(Altuglas, Plexiglas, etc.) et le PC(Polycarbonate = Makrolon, Lexan, etc.).

Le développement de nouveaux poly-mères optimisés pour les applicationsoptiques est un également un sujetactif, un polymère comme le Zeonexatteint maintenant d'excellentes per-formances, en terme de transparence etde stabilité, permettant une utilisationmême en imagerie.


Figure 3 : une optique spécifique pour gyrophare - (Source: brochure Ecogyro, Aximum)

Conclusion et résumé

Les quelques exemples et arguments évoqués montrent que la stratégie de développement de l'optique d'unnouveau produit d'éclairage à LEDs dépend de nombreux paramètres techniques et économiques, et un mêmeproblème optique peut recevoir des solutions très différentes, suivant que l'objectif est de mettre sur le marchérapidement un produit avec un investissement minimal, ou au contraire de rechercher l'optimisation des coûtsde production, les performances photométriques, l'originalité, dans une stratégie à plus long terme.




31

Perception de la lumière issue de LEDsFrançoise VIÉNOTMuséum national d’histoire naturelleCentre de recherche sur la conservation des collections

L’éclairage est en plein renouveau, etles diodes électroluminescentes (LED)apportent leur lot de promesses : uneefficacité lumineuse élevée et une fai-ble consommation d’énergie, dessources de petite taille à intensité ajus-table, l’évacuation de l’ultraviolet et del’infrarouge.

Qu’en est-il de leur perception ? Nousattendons de la lumière blanche procu-rant une grande qualité visuelle.

1.1 Obtenir de la lumièreblanche avec des LEDs1.1.1 La lumière naturelle et la tempé-rature de couleur

Qu’est-ce que la lumière blanche ?Pour les humains que nous sommes, lalumière est blanche en référence à lalumière du jour. Comme la lumièrenaturelle, la teinte peut varier, procu-rant une ambiance chaude lorsqu’elleest dorée, ou froide, lorsqu’elle estneutre ou bleuâtre.

Or, il ne faut pas perdre de vue que lalumière naturelle, si elle varie selonl’heure de la journée, le lieu géogra-phique ou la météo, suit une loi devariation très régulière imposée par laphysique de l’atmosphère. Son spectreet sa couleur ne s’éloignent pratique-ment pas d’un schéma immuable, uni-dimensionnel (Figure 1).

Fort heureusement pour la métrologiede l’éclairage, le corps noir (radiateurde Planck) dont le spectre d’émissionest bien maitrisé par les physiciens,suit lui aussi une loi de variation régu-lière, unidimensionnelle, qui produiraitune variation de couleur parallèle àcelui de la lumière naturelle. D’oùl’idée de caractériser la couleur d’unesource par sa température de couleurproximale Tcp.

La température de couleur est uneéchelle de couleur pour les sourcesartificielles de lumière blanche. Elleest définie comme la température ducorps noir (radiateur de Planck) dont lerayonnement possède la chromaticitéla plus voisine de celle de la sourceconsidérée (Figure 2). Insistons sur le

fait qu’il s’agit bien d’une grandeur quiinforme sur la couleur de la lumière,mais en rien sur le spectre de cettelumière.

Ainsi, produire de la lumière blancherevient à produire de la lumière d’unecouleur identique à celle de la lumièrenaturelle, sans qu’il soit nécessaired’en reproduire le spectre.

La condition sur la couleur est néces-saire, parce que les individus sont trèsexigeants et repèrent rapidement unécart à la loi de variation de couleur de

la lumière naturelle. La maîtrise duspectre laisse pas mal de liberté à l’in-génieur, et nous allons voir par la suitequ’elle conditionne la qualité de lalumière.

Figure 1 : Répartition spectrale d’énergie de la lumière du jour mesurée en divers points du ciel.

Figure 2 : Variation de couleur se la lumière naturelle mise en parallèle avec la variation de couleur du corps noir. Pointés de la température de couleur.



32-33

1.1.2 Obtenir dela lumièreblanche avec desLEDs

Plusieurs disposi-tions permettentd’obtenir de lalumière blanche à

l’aide de LEDs (Figure 3). Les diodesdites blanches sont constituées d’unediode émettant dans le bleu, recouverted’un ou plusieurs phosphores quiabsorbent une partie du rayonnementbleu pour restituer de l’énergie dans lesplus grandes longueurs d’onde duspectre. La présence de phosphores enplus ou moins grande quantité permetde jouer sur l’équilibre bleu-jaune de lalumière, et donc de la température decouleur proximale. Le choix des phos-phores permet d’élargir plus ou moinsle l’étendue des rayonnements émis.Ces diodes blanches conviennent àl’éclairage domestique.

Si l’on souhaite disposer d’une trèslarge gamme de lumières colorées àl’envi, on procède à l’assemblage detrois ou quatre LEDs colorées : rouges,vertes et bleues, et éventuellement del’ambre. Ce type d’assemblage permetune grande souplesse d’effets colorésmais, nous allons l’expliquer, neconvient absolument pas à l’éclairagedomestique.

1.2 La fidélité des couleurs :l’indice de rendu des couleursde la CommissionInternationale de l’EclairageObtenir de la lumière blanche avec desLEDs est possible, dans des teintesproches de celles de la lumière natu-relle. Quelle est alors la qualité de lalumière émise ?

Etant donné que la lumière n’est pasfaite pour être vue, mais pour éclairer,la qualité de la lumière doit se juger parl’apparence qu’elle donne à la scèneéclairée.

C’est le sens de l’indice de rendu descouleurs développé et recommandé parla Commission internationale del’éclairage (CIE, 1995). L’idée est lasuivante. Etant donné une collectiond’échantillons colorés, on calcule, pardes calculs colorimétriques, la couleurqu’ils revêtent sous la source en exa-men que l’on compare à la couleurqu’ils prendraient sous une source deréférence de même température decouleur (Figure 4) . La différence despécification colorimétrique donne unindice de rendu des couleurs d’autantplus bas que la différence de couleurest élevée. Il s’agit bien dans cettedémarche de comparer la spécificationcolorimétrique d’objets colorés dansune situation réelle et dans une situa-tion de référence.

La collection d’échantillons sélection-nés par la CIE comprend huit couleursde saturation modérée pour calculerl’IRC général Ra (indice a pour ‘ave-rage’) et six couleurs optionnellesrouge vif, jaune vif, vert vif, bleu vif, lespectre de la carnation et le spectre dufeuillage pour calculer des IRC parti-

culiers Ri. Les 14 couleurs sont physi-quement définies par leur facteur spec-tral de réflexion (Figure 5).L’illuminant de référence est choisi dela même couleur (même températurede couleur). Il s’agit de la lumière dujour ou un équivalent (corps noir).

Un indice de rendu des couleurs supé-rieur ou égal à 90 est jugé excellent, de80 à 89 de bonne qualité, de 60 à 79médiocre. A l’heure actuelle, l’indicede rendu des couleurs des LEDs blancchaud à deux phosphores se situe entre85 et 90, celui des LEDs blanc froid àun phosphore entre 75 et 80, celui desassociations de LEDs rouge-vert-bleuaux environs de 20.

1.3 D’autres indices de qualité

L’identité de la spécification coloréedans la situation réelle, en rapport avecune situation de référence, est-elle leseul critère à retenir à retenir pourjuger de la qualité d’un éclairage ? Lejugement visuel humain est assez com-plexe pour que l’on puisse se poser laquestion, d’autant plus que, si par lepassé, il était difficile de maitriser lespectre de la lumière des sources artifi-cielles traditionnelles telles que lestubes fluorescents, les technologiesnouvelles apportent un grand choix.Sous l’impulsion de fabricants deLEDs surpris par l’apparence desobjets sous l’éclairage par LEDs, laCommission internationale de l’éclai-rage a entrepris de réviser la notion derendu des couleurs.

Faut-il en rester à une définitionconservatoire ? Ou peut-on imaginerque l’utilisateur préfèrerait une autrelumière ?


Collectiond’échantillons

Source réelle Illuminantde référence

Différencede couleur

Figure 4 : Principe d’évaluation d’une source réelle par rapport à un illuminant de référence

Figure 3 : Répartition spectrale d’énergie dedeux LEDs blanches (en haut) et d’assemblagesde trois ou quatre LEDs colorées (en bas).



Le débat est vif. J’y reviendrai plusloin.

Les études novatrices se sont heureuse-ment multipliées ces dernières années,trois équipes travaillent en France(INM-CNAM, ENTPE, MNHN), sixen Europe, les Etats-Unis assurent lacoordination, le Japon envoie sescontributions.

De mon point de vue, on ne peut pasenvisager de réduire le rendu des cou-leurs à un indice unique qui résulteraitd’un compromis, mais l’évaluation durendu des couleurs assurant la repro-duction fidèle des couleurs des objetséclairés reste nécessaire et primordiale.On n’éclaire pas la cabine d’une esthé-ticienne comme la vitrine d’une confi-serie. Comment se repèrerait un der-matologue si le local dans lequel ilconsulte fausse les couleurs. Le suivid’une production textile peut-il êtreopéré dans une usine éclairée pourenjoliver les couleurs ?

Généralement, les chercheurs équipentdes cabines à lumière et font passer destests à des observateurs. Les éclairagesincluent tant des technologies clas-siques que des prototypes à base deLEDs. Les observateurs peuvent êtrenaïfs ou expérimentés. Hormis desétudes de performance visuelle, si l’onrécapitule la liste des qualificatifs surlesquels les individus sont invités àporter un jugement, on trouve fresh,superficial, slow, soft, male, clean,heavy, classic, cold, clear, memory,natural, color harmony, quality, fide-lity, preference.

Finalement, il existe plusieurs critèressur lesquels fonder son jugement de laqualité d’un éclairage, et tous les résul-tats reposent sur le schéma adopté pourl’indice de rendu des couleurs : unecollection d’échantillons colorés estexaminée sous la source à étudier etsous une source de référence, et lejugement ressort de la comparaison desjugements.

1.4 Expériences dans uncontexte réelDans notre laboratoire du Centre derecherche sur la conservation des col-lections, au Muséum national d’his-toire naturelle, nous nous sommes atta-chés à deux critères :

• La discrimination fine des couleurs :il s’agissait de comparer l’aptitude àdiscriminer des échantillons de cou-leurs voisines éclairés par la source à

tester, et l’aptitude à les discriminersous une source de référence.

• L’apparence colorée de la scène : ils’agissait de juger l’aspect et la colo-ration d’un nuancier sous la source àtester et sous la source de référence.

Des observateurs ont été invités à par-ticiper aux expériences, chaque testétant effectué sous différents éclairageséquipant une cabine à lumière proto-type.

1.4.1 L’aptitude à discriminer les cou-leurs

Pour tester cette aptitude, nous avonsdéveloppé une collection spécifiqued’échantillons colorés couvrant l’ensem-ble du cercle chromatique (Figure 6).Chaque échantillon présente une nuanceà peine distincte de la suivante. Tous leséchantillons sont présentés simultané-

ment, dans le désordre, à charge de l’ob-servateur de les replacer dans l’ordrelogique. L’hypothèse que nous formu-lons est que, si un grand nombre d’ob-servateurs inversent des échantillonssous un éclairage, nous mettons en causela qualité de l’éclairage. Sur 40 observa-teurs, il y en a toujours quelques-uns quifont des erreurs de classement. Mais il ya environ deux fois plus d’observateursqui font des inversions sous les éclai-rages à base de mélanges de LEDs colo-rées - rouges, vertes, bleues et éventuel-lement ambre - que sous les éclairagesincluant des diodes blanches et colorées.Ainsi, les spectres discontinus sont res-ponsables d’une incapacité des observa-teurs à repérer les nuances fines de cou-leur. C’est pour cette raison que nousexcluons l’idée d’utiliser des mélangesde diodes colorées en éclairage domes-tique.

Figure 5 : Représentation et facteur de luminance des échantillons-tests recommandés par la CIEpour le calcul de l’indice de rendu des couleurs

Figure 6 : Coffret d’échantillons colorés pour tester la discrimination fine des couleurs.

Elodie Mahler, Guillaume Leprêtre



34

1.4.2 L’exaltationde la coloration

A notre surprise,les observateursnous ont faitremarquer quesous certainséclairages, les

couleurs paraissaient plus vives, deve-naient plus « flashy ». Nous avonsdonc voulu évaluer quantitativementleur perception. Nous leur avons pro-posé de noter, entre 0 et 10, le « degréde coloration » d’échantillons choisisdans l’atlas de couleur Natural ColorSystem (NCS), collection reconnuedans le domaine d’activité des colo-ristes (Figure 7). L’exercice est un peudifficile, mais les observateurs pren-nent confiance et délivrent des notesexploitables statistiquement.

Les LEDs sont installées dans le pla-fond de la cabine à lumière prototype.

Effectivement, certains échantillonsont reçu une note surévaluée sous cer-tains éclairages. Or c’est précisémentsous les éclairages qui avaient pénaliséla discrimination des couleurs, c’est-à-dire les éclairages à base de LEDscolorées et à spectre discontinu, et pourles échantillons qui avaient été classésdans le désordre, que les notes de colo-ration ont été relevées.

Ainsi, paradoxalement, l’effet de lalumière est tel que le degré de colora-

tion augmente, alors que la discrimina-tion fine des teintes se dégrade.

1.4.3 D’autres expériences sont en cours

Si le choix du spectre de la lumière aun effet visible immédiat, on a décou-vert ces dernières années un méca-nisme susceptible d’expliquer cer-taines réponses non liées à la percep-tion de l’image de la scène. Il s’agitd’un petit nombre de cellules présentesdans la rétine, qui contiennent un pig-ment photosensible et envoient dessignaux au cerveau, sans participer autraitement des formes dans les images.

Ces signaux assurent le contrôle durythme circadien ou de l’éveil jour-nuit, du réflexe pupillaire, la pupilleayant tendance à se fermer enambiance très lumineuse, et de fonc-tions régulatrices telles que le rythmecardiaque ou la température. En jouantsur le spectre émis par des LEDs, nousavons obtenus quelques manifestationsde l’effet de certaines lumières surl’ouverture pupillaire. Ces étudesdemandent à être approfondies pour entirer des conséquences sur la lumièreartificielle, que ce soit celle des LEDsou d’autres sources artificielles.


1.5 Conclusion et messagesToutes les lumières ne sont pas équivalentes.

A blancheur identique, la qualité perçue de la lumière se caractérise par le rendu des couleurs. Soit la lumièregarantit la fidélité des couleurs de la scène éclairée, et la discrimination fine des nuances colorées, soit elleapporte un certain “embellissement” avec accentuation de la coloration. Mais attention, dans ce dernier cas, legain apparent de coloration s’obtient aux dépens de la discrimination fine des couleurs.

Il convient de développer plusieurs indices de qualité pour la lumière, selon l’objectif que l’on se fixe : fidélitédes couleurs, renforcement de l’apparence colorée, respect du confort et des rythmes biologiques. Pour la vie quo-tidienne, nous recommandons de donner la priorité à la fidélité des couleurs, la priorité à un spectre complet,proche du spectre de la lumière naturelle.

1.6 RéférencesCommission Internationale de l’Éclairage. CIE Pub. 13.3-1995, Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources,Vienna, 1995.VIÉNOT F, MAHLER E., EZRATI J.-J., BOUST C., RAMBAUD A., BRICOUNE A., 2008, Color appearance under LED illumination: The visual judg-ment of observers. Journal of Light and Visual Environment, 32 :208-213.MAHLER E., EZRATI J.-J., VIÉNOT F., 2009, Testing LED Lighting for Colour Discrimination and Colour Rendering. Color Research & Application, 34 : 8-17.VIÉNOT F., DURAND M.-L., MAHLER E., 2009, Kruithof’s rule revisited using LED illumination. J. Mod. Optics, 56 : 1433-1446.VIÉNOT F., DURAND M.-L., MAHLER E., 2009, The effect of LED lighting on performance, appearance and sensations, Proceedings of the CIE Lightand Lighting Conference, Budapest, 27-29 May 2009.VIÉNOT F., 2008, L’éclairage à base de LEDs . In : P. Mottier (co-ordonnateur) Les diodes électroluminescentes pour l'éclairage (traité EGEM), Hermes..pp. 207-239 et IV-VI. Traduction anglaise : P. Mottier (editor) LEDs for Lighting Applications, ISTE Wiley, 2009, pp 197-232. ISBN: 9781848211452.

Figure 7 : Expérience visuelle du jugement du degré de coloration.




35

Méthode de caractérisation des sources lumineursPar Thierry PUPPATO, Directeur marketing et ventes chez MAJANTYSTél. : 04 79 62 48 66 - mail : [email protected]

Les enjeux des éclairages nouvelle génération

Le marché de l’éclairage est en pleinemutation, sous la pression de nouvellesréglementations. Souvent dans le colli-mateur des utilisateurs pour leurs fiabi-lités et leurs consommations, les dispo-sitifs d’éclairages intérieurs ou exté-rieurs sont en train d’évoluer pourdevenir plus « propre ».

Les mesures prises pour faire disparaî-tre les ampoules à filaments classiquesont certainement été un « électrochoc »dans le domaine. La cible n’est pas unetechnologie (par exemple l’ampoule àfilament) mais le rendement global dela source lumineuse (énergie primaire/lumineuse). On associe de plus en plusla qualité de l’éclairage, à son impactenvironnemental afin de donner unsens à cette démarche de migrationvers de nouvelles technologies.

Le véritable enjeu devient clairementde remplacer les sources actuelles parde nouveaux produits alliant durée devie, qualité d’éclairement, et économied’énergie.

Cet objectif pousse les acteurs du mar-ché à déployer des moyens importantsen terme de recherche et développe-ment, pour atteindre des performancesoptimales. Le produit idéal n’existepas, aucune technologie ne semblevraiment prendre le pas sur les autres.

On classifie souvent les sources lumi-neuses en deux catégories: les sourcesà spectres continus et les sources àspectres de raies. Auparavant représen-tées par les tubes fluorescents (spectrede raies) et les lampes à incandescence(spectre continu), les nouvelles techno-logies suivent toujours ce type demodèle. La LED est considérée commeun spectre « relativement continu »alors que les Fluocompacts sont défini-tivement des sources à spectres de raies(figure 1).

La décomposition spectrale

Les solutions efficaces de caractérisa-tion des sources lumineuses disposentd’un dispositif optique appelé « réseaude diffraction ». Cet élément repré-sente le « cœur » d’un système de spec-trophotométrie permettant d’aboutir àune qualification très précise des éclai-rages. En s’appuyant sur ce compo-sant, les dispositifs proposés permet-tent d’acquérir une décomposition

spectrale « Longueur d’onde vs.Intensité » qui est la base de tous lescritères de caractérisation.

Cette représentation permet d’apprécierla richesse du spectre sur l’ensemble dudomaine visible (380-780 nm). Lafigure 2. met en évidence la répartitionspectrale d’une source à LED blanche.

On distingue parfaitement la technolo-gie employée qui consiste à utiliser unepuce de LED bleue sur laquelle on

Figure 1. : Décomposition spectrale des sources lumineuses

Figure 2 : Décomposition spectrale



36-37

vient appliquerune ou plusieurscouches de phos-phores qui per-mettent l’émis-sion de photonsautour de 560-620 nm. L’uti -

lisation de différents phosphoresamène à des décompositions diffé-rentes (figure 2).

Au-delà des seules sources d’éclairage« blanches », de nombreuses applica-tions nécessitent une analyse précisedes données spectrales.

Pour la signalisation routière ou auto-mobile, les normes sont très strictes enmatière de gamme spectrale. On noterapar exemple que les indicateurs dechangement de direction doivent res-pecter une couleur, synonyme de lon-gueurs d’ondes pics ou dominantes trèsprécises.

Les voyants de signalisation dans lescockpits d’avions sont également trèsencadrés au niveau des longueursd’ondes émises.

Pour les sources Fluocompactes, ladécomposition spectrale représenteune « signature » qui est caractéris-

tique des différentes composantes utili-sées dans la fabrication. Les procédésindustriels, leurs parfaites maîtrises

sont, sans aucun doute, la meilleuregarantie en terme de fiabilité et dedurée de vie. Une qualité médiocre


Figure 3 : Diagramme CIE 1931

Figure 4 : 8 échantillons standards et 6 échantillons complémentaires. (Viénot F., 2008, L’éclairage à base de LEDs . In : P. Mottier, Les diodesélectroluminescentes pour l’éclairage, Hermes).



entraînera une répartition non-homo-gène sur l’ensemble de la production,synonyme, bien souvent, de problèmesqualités importants.

Sans compter que ces dérives ont unimpact direct sur la qualité de lalumière diffusée, aussi bien en colori-métrie que pour le rendu des couleurs.

Les données chromatiquesToutes issues de matrices de calculsalimentées par la décomposition spec-trale, les données chromatiques sont àce jour les seules données permettantde classifier les sources lumineuses. Lemodèle de représentation (figure 3)graphique le plus populaire est leCIE1931 [x;y].

L’utilisation de ces modèles est trèsrépandue dans le domaine des sourcesà LEDs. Les fabricants s’appuient surce type de représentation pour classerleur production. Ils proposent alors deslots « homogènes » qui respectent lescritères demandés par leurs clients.

Il est cependant fréquent d’observerdes différences visibles à l’œil entre lesLEDs d’un même lot. La difficultépour observer ces dérives est principa-lement due à l’intensité lumineuse quiest tellement importante qu’on ne peutregarder ces sources directement.

La combinaison des LEDs au sein d’unmême module d’éclairage, par exem-ple dans un luminaire, fait apparaîtredes zones non-homogènes qui sontsynonymes de qualité « médiocres »pour le client final.

La spectrophotométrie amène des solu-tions pour le tri des sources destinées àêtre assemblées dans un même lumi-naire, ou bien dans un même espace.Grâce à ces dispositifs, une classifica-tion de la production est possible, pro-posant ainsi une qualité irréprochablesur le marché. En établissant une enve-loppe autour d’un point de référencedont les coordonnées (xref ; yref)seront connues, cet « étalon » permet-tra de comparer les autres produits etvérifier qu’ils sont compris dans cettezone d’acceptation.

L’Indice de Rendu desCouleurs : IRC

Aussi connu sous le nom de CRI(Color Rendering Index), ce critère estsans doute le plus utilisé dans ledomaine de l’éclairage de nouvellesgénérations. Tout d’abord, essayonsd’établir une définition simple del’IRC afin de comprendre quelle estson implication dans la caractérisationdes différentes sources lumineuses.

Il existe deux valeurs d’Indice deRendu des Couleurs, Ra8 et Ra14 quisont issues d’une moyenne des diffé-rents indices R1 à R8 ou R14 (figure 4)suivant la valeur souhaitée.

Si la couleur (mesurée en réflexion) del’échantillon sous l’éclairage testés’écarte de la couleur de l’échantillonsous l’éclairage de référence (lumièredu jour), chacun des indices varie enfonction de ces différents écarts.

Ces écarts vont être ensuite moyennéspour obtenir les Ra8 et Ra14, quiseront matérialisés sur une échelle de 1 à 100.

Ri =100-4.6DEuv,i

On constate donc que l’ensemble duspectre visible est touché par cettemesure en réflexion. La lumière dujour ayant un spectre très large (ditspectre continu), elle permet de mettreen évidence la totalité des signaux surl’ensemble du domaine spectral.

La première conclusion à tirer est ins-tantanée: l’IRC a été déterminé à l’aided’une source lumineuse « parfaite », lalumière du jour, ce qui place cesvaleurs à un niveau de référence trèsélevé. Les lampes à incandescencebien que beaucoup décriées ces der-niers temps, ont un IRC proche de 100car elles possèdent un spectre continudans l’espace visible. En d’autrestermes, elles émettent des longueursd’onde sur l’ensemble de la plage 380 - 780 nm.

L’efficacité lumineuse spectraleIl est indispensable d’expliquer quel’ensemble des puissances énergé-tiques exprimées devra être corrigéepar la « réponse de l’oeil ». Cette cor-rection se décompose en deux applica-tions: vision diurne et nocturne. Enpratique, on s’aperçoit que seule la cor-rection « diurne » est prise en comptedans les différentes réglementations,

Figure 5. : Courbe V(�) défini par la CIE

V (�) est l'efficacité lumineuse spec-trale, appelée aussi efficacité lumi-neuse relative.

V (�) s'annule dans les domainesinfrarouge et ultraviolet, invisibles àl'œil, et atteint sa valeur maximum 1 pour une longueur d'ondes de 555 nm (jaune-vert) en vision diurne(vision photopique), et de 507 nm(bleu-vert) en vision crépusculaire(vision scotopique).



38

même dans lecadre de l’éclai-rage public.

L'efficacité lumi-neuse spectraleest une fonctionde normalisationqui exprime la

relation entre le flux lumineux perçupar l'œil humain et la puissance durayonnement électromagnétique reçue.Concrètement, la puissance expriméeen watts (W) est une quantité intrin-sèque du rayonnement, tandis que leflux exprimé en lumens (l m) dépendde la sensibilité de l'œil d'un observa-teur moyen, défini par la CommissionInternationale de l'Éclairage (figure 5).

Un moyen ambitieux de testerles sources lumineuses

Probe4Light est un concentré de tech-nologies opto-électroniques permettantd’acquérir en quelques mil-lisecondes la décom-

position spectrale d’une source lumi-neuse.

Simplement connecté au bus USB d’unPC, Probe4Light mettra à votre dispo-sition l’ensemble des données spec-trales, en partant du spectre « Longueurs d’ondes vs. Intensités »,pour aller jusqu’à l’ensembles des don-nées chromatiques (x;y;CCT;CRI;Longueur d’onde pic et dominante;intensité radiométrique et photomé-trique, etc…).Muni de ces différents accessoires,Probe4Light adresse un grand nombred’applications. La sphère d’intégrationde 30 mm proposée en option peut sesubstituer à l’option diffuseur (20 mm),ou bien laisser place à une fibreoptique disposant d’une connectiqueSMA905.

Le cœur du système, le spectrophoto-mètre, conserve ces performances enreproductibilité et répétabilité, condi-tions indispensables dans la mesureindustrielle. La décomposition spec-

trale donne une appréciation

des variations d’intensités sur les diffé-rentes longueurs d’ondes. On peutrapidement visualiser des pics quiauront une influence sur la températuredans le cas de source à LED blanche.Le logiciel PhotonProbe qui accom-pagne Probe4Light offre la possibilitéde configurer le matériel (résolution,temps d’intégration, soustraction ounon du bruit électronique, etc). Aprèscette phase essentielle, les acquisitionspourront être déclenchées à l’aide dulogiciel, ou bien par une commandeexterne dans une version plus indus-trielle (VI LabView).

Toutes ces fonctionnalités donnent lapossibilité d’employer ce produit dansun environnement de recherche etdéveloppement, mais surtout dans lecycle de production afin d’amener uncontrôle systématique des produits.

L’ensemble des informations est dispo-nible sur notre site web « www.majan-tys.com ».


Figure 6 : Probe4Light et le logiciel PhotonProbe




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Utilisation des LED dans les éclairagesChirurgicaux de salle d'opération : les contraintes, les performancesPar Jean-Pierre BREYSSE, Directeur de la Recherche chez MAQUETTél. : 02 38 25 88 88, mail : [email protected]

1. Présentation du contexte.L’éclairage opératoire chirurgical estun des éléments clés du bloc opéra-toire. Par ses caractéristiques tech-niques il doit permettre d’obtenir unéclairement élevé et variable, un rayon-nement minimum, un bon rendu descouleurs ainsi qu’une absence d’om-bres portées.

Il assure ainsi le bon déroulement desinterventions chirurgicales en contri-buant au confort du chirurgien et à lasécurité du patient.

2. Un peu d’Histoire.Avant l’invention des appareils d’éclai-rage opératoire actuels, le problèmecausé par l’éclairage de la salle d’opé-ration relevait presque exclusivementde l’architecture de la salle. Les sallesd’opération comportaient en effet unensemble de verrières verticales etzénithales, orientées généralementplein sud afin de recueillir le maxi-mum de lumière du jour et d’en béné-



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ficier le pluslongtemps possi-ble. L’utilisationétait donc limitéep u i s q u ’ e l l edépendait en pre-mier lieu desc o n d i t i o n s

météorologiques.

On chercha donc à compléter cettelumière naturelle par des sources lumi-neuses artificielles. On installa donc auplafond des projecteurs fixes dirigés

vers le centre de la table d’opération.Cette plage lumineuse était cependantimprécise, car fixe et le système pro-duisait une augmentation de tempéra-ture rapidement insupportable.

C’est au environ de 1920 que fut misau point le premier éclairage opératoirerationnel suspendu et offrant une plagelumineuse concentrée, orientable etsans ombres portées.

Vers 1960, les éclairages opératoiresétaient à même de fournir entre 40 000

et 60 000 lux. Cette progression futprincipalement due au perfectionne-ment des dispositifs optiques, à unemeilleure définition de réflecteurs, autraitement des surfaces réfléchissanteset à l’étude et la fabrication de sourcesmieux adaptées au principe optique del’appareil.

De 1965 à 1970, la tension d’alimenta-tion de 24 Volts (V) fut généralisée etpratiquement normalisée, entraînantainsi l’utilisation des lampes à incan-descence et de sources Halogènes.




De nos jours, et grâce à ces sources, onpropose désormais des éclairages debloc opératoire pouvant atteindre plusde 100 000 lux.

3. Pour qu’un chirurgien travaille dans des conditionsidéales…Il convient d’expliquer dans un pre-mier temps que de multiples formesexistent dans le domaine de l’éclairageopératoire permettant à de nombreusestechnologies de sources de lumière de

cohabiter. Mais la forme du produit(donc son esthétique) ne doit pas mas-quer ses vraies qualités (ni ses défauts).

• Homogénéité de la distribution del’éclairement

L’objectif des éclairages opératoires estd’obtenir une lumière concentrée ethomogène sur une surface adaptée etun profond volume.

L’étendue de la plage éclairée et la pro-fondeur de ce champ varient suivant lediamètre de la coupole et le réglage dela focalisation.

Les tissus et les organes ayant un faiblepouvoir de réflexion, il est considérécomme nécessaire, en milieu opéra-toire, que l’éclairement varie entre 20 000 et 100 000 lux sur une surfacede 20 cm de diamètre située à une dis-tance de un mètre du projecteur maisafin d’éviter l’éblouissement du chi-rurgien ainsi qu’une sensation defatigue au niveau des yeux, l’intensitélumineuse doit être réglable (en privi-légiant la qualité plutôt que la quantitéd’éclairement) sachant qu’au-delà de



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120 000 lux seproduit souventun effet d’éblouis-sement pourl’équipe opéra-toire. Cet éblouis-sement est géné-ralement dû à une

mauvaise répartition de la lumière surl’ensemble de la surface du champopératoire. Les LED par superpositionde multiples faisceaux individuelsaméliorent cette distribution delumière en surface et en profondeur.

• Réduction des ombres

Les rayons étant désormais multipliés,ils se dirigent vers le champ opératoirepar diverses incidences. Si un obstacle(mains et/ou épaules) s’intercale entrele projecteur et le champ opératoire,l’ombre alors introduite dans la zonede travail sera diluée par les rayonsprovenant d’incidences différentes, qui« compensent » ainsi l’absence desrayons interrompus.

La surface éclairante jouant un rôleimportant dans la dilution des ombres,

force est de constater que les LED per-mettent désormais une plus grandesouplesse dans la conception géomé-trique des projecteurs.

• Température dans la plaie minimum

L’intérêt d’utiliser des éclairages spéci-fiques en bloc opératoire réside aussidans le fait de ne pas dessécher les tis-sus du patient à cause d’un dégage-ment calorifique excessif.

En effet, toute lumière obtenue à partird’ampoules halogène est accompagnée




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d’un rayonne-ment Infra Rouge(IR) important.On utilise sou-vent des filtres oumiroir « dichoi -ques » pour limi-ter cet échauffe-

ment dans la plaie opératoire.

• Température de contact réduite

Les rayonnements IR piégés dans lacoupole et l’efficacité lumineuse(Lum/Watt) encore limité des sourcesde lumière provoquent un échauffe-ment de la coupole.

Les LED résolvent en partie ces diffi-cultés car elles émettent peud’Infrarouge mais sont toujoursconsommatrices d’énergie contraire-

ment à ce que beaucoup d’utilisateurschirurgiens pourraient penser.

• Température de couleur adaptée

Il est tout aussi primordial pour le chi-rurgien de bien distinguer les couleursdes tissus opérés. Les chirurgiens, sui-vant leurs origines et leurs « écoles »,préfèrent opérer avec des températuresde couleur hautes (4500 K) ou basses(3500 K).

Pour ce qui est de l’IRC celui-ci doitse situer autour de 93, voire de 95 pourles plus performants. Même si sonminimum doit être normativementsimplement supérieur à 85 .

• Manipulation et Durée de vie dessources de lumière

Pour assurer le bon déroulement desinterventions, l’éclairage doit être

manipulé sans effort et de façon pré-cise mais il doit aussi rester en perma-nence opérationnel.

En effet la stabilité en position doit êtreabsolue, car un appareil qui dérive enraison d’un mauvais équilibrage com-pensateur rend impossible le travail duchirurgien. La position des coupolesest stabilisée grâce à un système defrein situé dans les articulations dessuspensions. Les LED, en la matière,permettent de réduire le poids des pro-jecteurs et contribuent à cette augmen-tation du confort de l’équipe.

En outre, les LED, grâce à leur duréede vie plus importante, représentent unavantage utilisateur certain quand onles compare aux générations précé-dentes d’éclairages opératoires àsources Halogènes.


4. ConclusionDepuis les voutes éclairantes, l’éclairage opératoire a connu des révolutions technologique importantesrythmées par l’évolution des sources de lumière.

Le marché actuel propose des dispositifs dont l’éclairement est élevé et variable, ayant un rayonnement calo-rifique moindre, un bon rendu des couleurs et une réduction notable des ombres portées.

Mais les progrès en ce qui concerne ces éclairages sont loin d’être terminés.

En effet, les sources halogènes sont peu à peu détrônées par les LED qui percent le marché avec des avan-tages certains mais aussi des contraintes qu’il ne faut pas ignorer sous peine d’affecter non seulement laperformance mais aussi la sécurité des dispositifs proposés.




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Solutions lumière Lightex® en fibres optiquestisséesPar Emmanuel DEFLIN, Directeur Développement chez BROCHIER TECHNOLOGIES SATél. : 04 37 56 85 62, mail : [email protected]

Le Groupe Brochier Soieries a étécréé en 1890 à Lyon, et travaille notam-ment pour la Haute Couture, domainedans lequel il a développé des tissustrès innovants grâce à ses compétencesdans le domaine du tissage Jacquard.En 1999, il réalise pour OlivierLapidus le premier tissu lumineuxpour une robe de mariée. Le Groupecrée alors l’entité BrochierTechnologies pour développer les tis-sus techniques lumineux en fibresoptiques.

Brochier Technologies dispose d’unoutil de production basé dans la régionRhône Alpes. La mise au point de nou-velles solutions techniques se fait ausein de son laboratoire R&D et en col-laboration avec différents partenaires,grâce à une équipe technique pluridis-ciplinaire ayant des compétences fortesdans les domaines textiles, électro-niques, optiques, mécaniques et chi-miques.

Aujourd’hui détenteur de plusieursbrevets, Brochier Technologies pour-suit une politique active de propriétéindustrielle.

Technologie LIGHTEX(R) : solu-tions de tissus de fibres optiques pourune diffusion optimisée et inédite de lalumière LEDs.

Brochier Technologies développe dessolutions de tissage de fibres optiquespour des applications lumière dans lesdomaines de l’éclairage, de la commu-nication, de la sécurité, de la dépollu-tion et du médical.

La technologie Lightex® est un prin-cipe de tissage de fibres optiques àéclairage latéral connectées à desdiodes électroluminescentes et permet-tant de réaliser des surfaces lumineusessouples ou rigides à très faibles encom-brements, basse consommation etdurée de vie élevée (figure 1).

Les solutions lumière Lightex® sontprotégées par plusieurs brevets interna-tionaux.

La réalisation d’un tissu éclairantimplique 5 étapes :

• le tissage de fibres optiques,

• le traitement de surface des fibresoptiques pour l’éclairage latéral,

• d’autres traitements de surface etassemblage de matériaux,

• la connexion des fibres aux sourcesde lumière (LED),

• le couplage de l’électronique de com-mande et de l’alimentation électrique.

Lightex® fournit des solutionslumières inédites et performantes :

• répartition / diffusion de la lumièresur des surfaces variées (largeur 3m),

• guide à très faible encombrement etpoids(ép.<1mm ; Poids < 500 g/m2),

• matériau souple: réalisation de sur-

Figure 1 : Tissu Lightex à motifs (crédits Aurélie Foussard)



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faces flexible oucourbes,

• source de lu -mière déportée,

• c o m p l e x a g epossible avecd’autres maté-riaux (tôles,verre, résines),

• aspect textile: motifs, aspect sensorielinédit.

Exemples d’applications

Transport ferroviaireLa qualité de l’éclairage à bord destrains est un élément fondamental duconfort des passagers. Pour créer desambiances intérieures suscitant bien-être et sérénité, Alstom Transport etBrochier Technologies développent enpartenariat exclusif de nouvellesformes de sources de lumière (figure2). Plusieurs combinaisons techniquesintégrant la technologie Lightex® ontété mises au point pour AlstomTransport dans le domaine ferroviaire.Ces innovations offrent de nombreusesperspectives d’applications en permet-tant de rendre lumineux la quasi-tota-lité des aménagements intérieurs et demettre en relief certaines zones commeles plafonds, les cloisons, les porte-bagages, les sièges, ainsi que les zonesd’intercirculation.

Transport aérienLes problématiques « lumière » dans ledomaine aéronautique sont en grandepartie liées à l’ambiance et à la qualitéde la lumière ainsi qu’à des notionsd’encombrement, de poids, deconsommation et de maintenance.Brochier Technologies développeactuellement avec ses partenaires despanneaux éclairants utilisant la techno-logie Lightex®, permettant de répon-dre à ces différentes problématiques.

Une maquette d’intérieur d’avion àl’échelle 1 présente déjà les fonction-nalités suivantes :

• éclairage d’ambiance sur éléments decloisons pour le confort de passagers,

• numérotation dynamique des placesintégrées aux sièges,

• gestion électronique centralisée etlumière adaptative des différentsensembles.

AutomobileBrochier Technologies a développé en2003 le premier tissu lumineux intégrédans l’automobile pour améliorer leconfort des passagers. Aujourd’huiplusieurs grandes marques automo-biles ont fait appel à la technologieLightex® pour développer des solu-tions d’ambiance, de décor et de sécu-rité.

Pour les accompagner dans leurvoyage, les passagers ont la possibilitéd’opter entre différentes mises enscène qui métamorphosent l’habitacledepuis le sol jusqu’au pavillon. Lemobilier sert ainsi de support à desjeux de lumières transmis grâce auxfibres optiques et vidéo-projecteursinsérés dans la moquette et les garnis-sages des accoudoirs.

BâtimentL’intégration de la technologieLightex® dans l’architecture ouvre lavoie à de nombreuses applications,telles que l’éclairage plat de grandesurface, la création de parois en verrelumineux pour l’intérieur ou l’exté-rieur (technologie brevetée), et pourdes applications au sol, au plafond etsur des cloisons. La technologieLightex® répond aux normes feu /fumée et permet d’envisager la réalisa-tion de structures lumineuses textilestendues ou de complexes rigides plansou courbes (figure 3).

Plusieurs réalisations ont mis en valeurle potentiel « grandes surfaces » qu’offre la technologie Lightex® :• surfaces avec éclairage uniforme

jusqu’à plusieurs dizaines de m2,


Figure 2 : Panneau d’ambiance dans le bar d’un TGV



• structures très légères et extra-plates.

• sources de lumières intégrées et fai-ble consommation électrique.

PublicitéBrochier Technologies développedepuis 2004 en partenariat exclusifavec la société PRISMAFLEXINTERNATIONAL des solutions derétro-éclairage de grandes surfacespour des applications publicitaires.

La technologie des tissus éclairantsLightex® permet de remplacer lessolutions de rétro-éclairage existantesà base de tubes fluorescents, en amé-liorant radicalement l’homogénéité dela lumière, ainsi que les problèmesd’encombrements, de maintenance, deconsommation et durée de vie.

De nouvelles perspectives se présen-tent par ailleurs sur les possibilités design et gestion dynamique et intelli-gente de l’affichage.

CommunicationEn collaboration avec France TélécomR&D, Brochier Technologies a réaliséle premier « écran textile » (technolo-gie brevetée). Cet écran a reçu le prix

de l’innovation lors du salon AVAN-TEX à Francfort en 2002.

Un des principes de la technologieLightex® est de pouvoir réaliser dessurfaces à éclairage dynamique « parzones » grâce à la combinaison du tis-sage Jacquard, permettant de créer desréseaux de fibres optiques, avec plu-sieurs sources de lumières connectéesde façon indépendantes.

Une gestion électronique des LED etun dispositif de contrôle par PC oumobile permet d’aboutir à des surfaceslumineuses actives pouvant afficher ducontenu graphique dynamique etrenouvelable.

SécuritéLa technologie Lightex® permet d’in-tégrer des dispositifs éclairants sur desproduits spéciaux, comme des acces-soires vestimentaires ou tout type desupport nécessitant des formescourbes, un poids et des encombre-ments très réduits ou encore descontraintes mécaniques importantes.

Les systèmes de lumière Lightex®sont particulièrement adaptés pour desvêtements de sécurité, dans des

contextes d’obscurité où la visibilité etla communication sont deux enjeuxmajeurs.

SantéL’utilisation du tissu Lightex® dans ledomaine de la santé ouvre de nom-breuses perspectives d’applications,dont la photothérapie.

En modulant les différents paramètreslumière - intensité, longueur d’onde,mélange des couleurs et répartition del’éclairement -, les tissus lumineuxpeuvent contribuer à résoudre les pro-blématiques liées au sommeil et à ladépression saisonnière.

EnvironnementLa technologie UVtex® est une solu-tion de dépollution par photocatalyseutilisant les tissus en fibres optiques etla lumière UV (technologie brevetée).

En combinant le rayonnement UV dis-tribué par le tissu en fibres optiquesavec du TiO2, la technologie UVtex®agit sur la dépollution de l’air, de l’eauet la destruction des odeurs, répondantainsi à de nombreuses problématiquesenvironnementales actuelles.

Figure 3 : Eclairage courbe Lightex (crédits Aurélie Foussard)



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Rares sont les projets d’éclairage où lemaître d’ouvrage ne pose pas la ques-tion « y aura-t-il des LEDs dans monprojet ? » ou « et pourquoi pas desLEDs à la place ? ». La LED a désor-mais dépassé le monde du signal lumi-neux pour entrer de plain-pied danscelui de l’éclairage. La médiatisationde l’objet technologique qui doit révo-lutionner l’éclairage est telle que laplupart des acteurs des projets deconstruction en ont entendu parler etpoussent à son utilisation.

Qu’en est-il vraiment ? Quelles sontles « bonnes » raisons pour remplacerun éclairage fluorescent par un éclai-rage à LEDs ? Si de nouvelles applica-tions sont désormais permises par lesLEDs, d’autres restent hors de portéedes luminaires à LEDs présents sur lemarché, et ce pour de multiples raisonsqui ramènent en général le maîtred’ouvrage à un avis plus éclairé sur lasource, en attendant les prochains pro-grès annoncés par les constructeurs.

Les acteurs de la constructionet la LEDLes maîtres d’ouvrage en bâtimentont entendu dire que la LED étaitl’éclairage du futur et que «ça neconsomme rien». Ils demandent (sou-vent) s’il y aura des LEDs dans leurprojet. Certains d’entre eux testentactuellement des solutions de substitu-tion par LEDs. Certaines réalisationsont été des succès comme dans lessanitaires, d’autres ont abouti à dessolutions négatives comme l’éclairagede couloirs.

C’est dans la mise en valeur de bâti-ments que l’éclairage à LED s’estimposé.

Les architectes sont souvent mieuxinformés sur les avantages et inconvé-nients des LEDs. Ils sont attirés par lepeu d’encombrement des LEDs (design) et les possibilités de la gestionde la lumière.

Les bureaux d’études accompagnentle plus souvent les demandes des autresacteurs sur la LED. Par défaut, ils utili-

sent les solutions «habituelles» (carrésfluos, spots, etc.). Ils savent utiliser laLED, mais en général ne sont pasmoteurs. Néanmoins certains bureauxd’études plus en pointe, cherchent l’in-novation en proposant des solutions àbase de LEDs.

La communication autour dela LEDLes points forts généralement mis enavant autour de la LED sont :

• la durée de vie de 100 000 heures,

• la très faible consommation.

Les faiblesses souvent reprochées (àtort ou à raison) à cette technologieportent sur :

• la mauvaise qualité de lumière,

• la teinte très froide,

• la mauvaise qualité des LEDs chi-noises,

• la difficulté à retrouver une LEDéquivalente en cas de casse ou en casde remplacement dans quelquesannées.

L’éclairagiste face auxdemandes d’utilisation de laLEDSi on suit la demande générale, la LEDrisque d’être utilisée dans des cas danslesquels son avantage reste certaincomparé à d’autres solutions éprou-vées, par exemple, le remplacement detubes fluorescents dans les parkings.

Dans le cas de l’éclairage de bureau, latendance actuelle est de remplacer lestubes fluorescents par des LEDs (photo 1). Les avantages avancés sontla réduction de la consommation et de


Les LEDs : L’éclairage du futur ?Point de vue de l’éclairagistePar Christophe MARTY, Consultant Associé, Ingénieur ITPE / ArchitecteDPLG - Espace Carco, 1 rue Francis Carco - 69120 Vaulx en velinTél. : 04 37 45 29 29, - [email protected]

Photo 1 : Exemple de tubes à LED en remplacement de tubes fluorescents (source : site Internet :www.joliet-europe.com



la maintenance. Aujourd’hui on saitéclairer à 7 watts/m2 avec des tubesfluorescents 55 watts, en direct-indi-rect avec gradation… La durée de viedes tubes fluorescents est de 20 000heures, ce qui conduit à une mainte-nance de tous les cinq ans seulement.La LED n’offre pas encore de tellescaractéristiques mais n’en n’est pastrès loin. A ce jour les sources exis-tantes gardent encore un avantage dans de nombreuses configurations.L’argumentaire portant sur la réductionde consommation et la durée de vie estainsi souvent galvaudé.

L’éclairagiste est garant d’un résultat.De nombreux critères entrent en jeupour faire une installation de qualité.Parmi les critères techniques, citons :l’efficacité énergétique (la consomma-tion y compris ballast //le flux), ladurée de vie, l’angle d’ouverture, lagradation possible / la gestion centrali-sée. Des critères de qualité de lumièreinterviennent aussi : la température decouleur proximale (teinte), l’indice derendu de couleur, la luminance (dansun luminaire), la cohérence de couleurselon l’angle (cercles colorés). Ce sontces critères qui sont intuitivementjugés par les utilisateurs, sans connaî-tre leurs noms techniques.

Le projet PACTE LED

Ce programme (photo 2) vise à déve-lopper des solutions d’éclairage à basede diodes électroluminescentes (LED)pouvant se substituer aux spots halo-gènes et ainsi diviser par 4 la consom-mation électrique pour un flux lumi-neux identique. Quelque 59 millions delampes sont concernées, dont le rem-placement économiserait 1,4 TWhd’électricité annuellement, soit

167 000 tonnes de CO2. Le projet doitpermettre d’améliorer les perfor-mances des produits de substitution àLED dans tous les domaines (efficacitéénergétique, qualité d’éclairage, com-patibilité avec les équipements exis-tants, durée de vie, prix…) et de s’as-surer de la satisfaction des utilisateursavant la mise sur le marché. Le PacteLED est porté par un consortium descientifiques et d’experts à même derelever les nombreux défis technolo-giques, regroupant Philips France,l’ENTPE-CNRS, le CEA, le LNE et le

CSTB, coordonnés par le bureaud’étude Ingelux.

Le PACTE LED est le résultat desconstats suivants : Les utilisateurs sontmal informés et souvent victimes de lacommunication. Le remplacement dessources existantes par les LEDs estparfois catastrophique. Par exemple,les expériences vécues de remplace-ment de lampes TBT halogènes par desLEDs se sont révélées peu convain-cantes : LED bleue voire à changementde couleur (photo 3), flux 10 fois infé-

Photo 2 : le logo PACTE LED + Logo ADEME

Photo 3 : Eclairage à LEDs bleues, en substitution d’un halogène dichroique

Photo 4 : catalogue Philips, luminaire Ledline



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rieur (LampeLED 70 lmcontre plus de400 lm pour une35 W halogène),lampe non grada-ble sur une instal-lation réglable,

etc.

On ne veut pas rejouer l’histoire de lafluocompacte, dont beaucoup d’utilisa-teurs pensent encore qu’elle est bla-farde, qu’elle est éblouissante etqu’elle met du temps à s’allumer alorsque ces questions sont aujourd’huirésolues.

Les objectifs du pacte LED est dedévelopper une LED de remplacementde dichroïque 20 et 35W de qualité,avec consommation divisée par 4, de latester de façon poussée en laboratoireet sur sites avec utilisateurs et de déli-vrer 10 000 lampes répondant aux cri-tères de substitution.

L’ADEME ne soutiendra officielle-ment les lampes de substitution qu’àces conditions de qualité, pour que lesutilisateurs n’aient pas de mauvaisesexpériences et pour ne pas ralentirl’utilisation de ces sources dans lefutur.

Le point de vue de l’éclairagisteLa LED présente de multiples avan-tages sur d’autres sources : dimensionréduite, intensité, puissance du lumi-naire adaptable au projet, gestion (gra-dation/ couleurs…).

Ces avantages rendent l’utilisation dela LED « évidente » dans certains cas(Photo 4).

Dans le cas d’une bibliothèque (photos5), on a besoin de peu de lumière,proche des livres, avec un éclairagelinéaire. Les rubans de LEDs est laseule solution, les tubes fluorescentsétant trop puissants.

Dans le métro (photo 6), la RATP sou-haite réaliser l’éclairage architecturalde surfaces, ce qui implique l’utilisa-tion de luminaires extra plats. La solu-tion est d’utiliser des éclairages partranches de LEDs, d’épaisseur d’envi-ron 2,5 cm. La partie source sera rem-plaçable indépendamment du reste duluminaire. La puissance sera ajustée enconception suivant les besoins. Lors dela maintenance et le recyclage dessources lumineuses, si le rendementdes LEDs a été amélioré, on pourraremplacer les anciennes LEDs par desnouvelles moins puissantes.

Dans la salle du conseil de l’Hôtel derégion de Rhône Alpes (photo 7), ilavait été exprimé le souhait de mettreen scène des points lumineux avec pos-sibilité d’ajustement de l’éclairageselon l’activité. Des éclairages parspots LEDs gradables permettent decréer le point lumineux sans utiliser delampe halogène. Le downlight parlampe halogène aurait été trop volumi-neux.

L’exposition universelle de Shanghaiest l’occasion de mettre en valeur lesmeilleures utilisations des LEDs enzone urbaine : éclairage urbain grada-

ble pour piétons, besoin de gradationrapide pour lancer un show lumière,éclairage de veille, éclairage d’un ban-deau lumineux au sol pour malvoyants,personnes âgées, sans fuite de lumièresur les zones de projections d’images

Aujourd’hui on se penche sur l’utilisa-tion des LEDs dans l’habitat, notam-ment dans les cuisines et les salles debain. On tente de déterminer l’adéqua-tion entre économie d’énergie etconfort. D’autres pistes prospectivesvisent à alimenter les LEDs à partir decellules photovoltaïques.

Le futur de l’éclairage : LesLEDs, les OLEDsLes LEDs doivent surtout être utiliséesdifféremment des autres sources, cardans de nombreux cas elles ne sont pasforcément compétitives à ce jour.L’automobile l’a vite compris, avec lesfeux de position et le signal de freinage :on fait des lignes, on utilise des points.

Pour faire des surfaces, les OLEDsvont compléter les LEDs, ce quiouvrira de nouvelles perspectives. Onpeut envisager des voitures sans pharesavec des surfaces éclairantes ou designalisation par exemple..

Les caractéristiques des LEDs ouvrentun champ d’applications nouvelles :luminosité des clignotants proportion-nelle à la lumière ambiante par exem-ple, éclairage dynamique pour attirerl’attention ou expliciter une intention,possibilités d’éclairages chromatiques.


Photos 5 : Simulation numérique d’une bibliothèque



Photo 6 : Eclairage station RER à l’étude, Berger & Anziutti architectes

Photo 7 : salle de délibération de l’Hôtel de région Rhône Alpes (en chantier), C.de Portzamparc

ConclusionLa LED est encore en concurrence avec les sources traditionnelles, mais il va y avoir un passage vers cettesource lorsque l’efficacité lumineuse et la qualité de lumière sera concluante. Les LEDs et OLEDs ouvrentde nouvelles voies pour l’éclairage : nouvelles façons d’éclairer, nouvelle façon de penser l’éclairage quidémarre. Les éclairagistes ont un rôle important à jouer dans ces nouvelles utilisations, avec des interven-tions dans de multiples domaines, même surprenants (tunnels de passage de faunes sous les autoroutes..).La qualité de lumière est le point à surveiller pour ne pas gréver la pénétration de ces nouvelles technolo-gies dans le futur.



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L’arrivée des LED dans le domaine del’éclairage datent de l’apparition destechnologies de LED bleues de fortepuissance. En effet, ces LEDs ont per-mis de générer de la lumière blanchepar l’utilisation de luminophores. Lesluminophores sont des cristaux capa-bles d’absorber de la lumière de courtelongueur d’onde et de réémettre de lalumière à une longueur d’onde plusgrande (décale vers le rouge). Ce pro-cessus n’est pas possible dans l’autresens (décale vers le bleu) pour des rai-sons énergétiques.

La technologie des LEDs bleues reposesur un matériau semi-conducteur, lenitrure de gallium (GaN) et ses alliagesavec de l’Aluminium ou de l’Indium.Ce sont les propriétés optoélectro-niques et cristallines de ce matériau quipermettent de réaliser des composantsde puissance, à même de fournir assezde flux pour une fonction d’éclairage.

Analysons les pistes d’amélioration pos-sibles des LEDs pour l’éclairage. Ellessont guidées par quatre paramètres :1. l’efficacité lumineuse,2. la colorimétrie,3. le coût,4. la gestion thermique.

Mais ces axes sont corrélés. L’efficacitélumineuse dépendant de la couleur, unblanc chaud est moins efficace qu’unblanc froid. De même l’efficacitédépend de la température, et sa gestiona un impact sur le coût du composant.

1. Efficacité lumineuse et couleur. Ces deux notions ne peuvent pas êtredistinguées. L’efficacité se chiffre enlumens (lm) qui est la puissance lumi-neuse visible. Or la réponse de l’œil


Les LEDs à nanofilsAlexandre Lagrange - Responsable Thématique Eclairage CEA-LETI-MINATEC - 17 avenue des Martyrs, 38054 Grenoble Cedex 9Tél. : 04 38 78 91 35 - [email protected]

Figure 2 : Corrélation entre l’efficacité lumineuse et l’indice de rendu des couleurs (Zakauska 2002).

Figure 1: courbe de sensibilité de l'oeil en visions photopique (de jour) et scotopique (de nuit). Lespics de sensibilité sont de 684 lm/W pour la vision photopique et de 1700 lm/W en vision scoto-pique. Source Wikipédia.



n’est pas uniforme sur le visible. Il estconstitué de cônes et de bâtonnets. Lescônes permettent la vision de la cou-leur dans le domaine de 400 à 700 nmenviron avec un pic à 555 nm pouvantatteindre 684 lm/W. Ce pic correspondau pic d’émission du soleil, corps noirdont la température de surface est de6000 K (Figure 1).

Ici nous parlons de puissance optiquetransportée par les photons. On conçoitaisément que selon la distributionspectrale de puissance d’un flux lumi-neux, la puissance visible exprimée enlm peut varier.

Les cônes sont répartis en trois catégo-ries selon leur domaine de sensibilité :rouge, verte ou bleue. Pour susciter uneperception blanche, il suffit, en prin-cipe de stimuler les trois types decônes de manière identique à unesource de lumière blanche. C’est ainsique fonctionnent les afficheurs etécrans qui sont formés de trois émet-teurs rouge, vert et bleu. C’est suffisantcar la lumière est émise directementvers les récepteurs de l’oeil. On définitd’ailleurs une température de couleur,en référence à la température du corpsnoir qui produit la même perception.

Cependant, dans une applicationd’éclairage, il faut tenir compte de lalumière qui nous est renvoyée par lesobjets éclairés. Or ceux-ci renvoientdifféremment la lumière selon la lon-gueur d’onde considérée, et des

réponses caractéristiques de ces objetspeuvent se situer « entre » les couleursd’excitation. C’est pourquoi la CIE(Commission Internationale del’Eclairage) a établi un indice de rendudes couleurs (IRC) sur la base de 8 puis14 échantillons de référence. L’IRC dela lumière solaire est de 100, il est par-fait par construction. Le spectresolaire est continu et s’étend au-delàdu visible, dans l’UV et l’IR. La corré-lation entre l’efficacité lumineuse etl’indice de rendu des couleurs est illus-tré dans la Figure 2.

On constate bien que l’augmentation del’efficacité se fait au détriment de l’in-dice de rendu des couleurs, et vice-versa. On constate également que pourobtenir des forts IRC, on a intérêt à enri-chir le nombre de LED ou de couleurs.

Or, si l’on regarde l’efficacité énergé-tique des LEDs GaN et GaAs ou GaPen fonction de leur couleur, on voit trèsbien une zone appelée « Green Gap »de faible performance (Figure 3).

A Minatec-CEA-LETI, nous avonschoisis dès 2006 d’explorer une voie

Figure 3 : Efficacités énergétiques mesurées sur un ensemble de LED de différentes couleurs à consommation électrique équivalentes. On voit bien unminimum autour de 550 nm. (Mesures Minatec-Cea-Leti, Patrick Mottier).

Figure.4: Energie de gap et maille cristalline de matériaux semiconducteur pour les applicationsoptoélectroniques



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visant à combler ce trou par la réalisa-tion de LED à base de nanofils.

2. Les LEDs à base de nanofilsUne explication possible pour expli-quer la perte d’efficacité des LEDs àbase de GaN lorsque la longueurd’onde d’émission augmente est la pré-sence de contraintes forte dans le cris-tal semi-conducteur. Cette contrainteaugmente avec le taux d’incorporationd’Indium dans les puits quantiquespour baisser leur énergie de « gap ».

L’origine de ses contraintes vient dudésaccord de maille cristalline entre le

GaN, l’InGaN et le substrat de crois-sance qui est en général le saphir(Al2O3) (Figure.4).

La croissance de structure de LED sousla forme de nanofil permet de s’affran-chir de ce désaccord. En effet les nano-fils ont une extension latérale très faibleet les contraintes ne sont pas reportéesd’un fil à l’autre. Il s’agit, en quelquesorte d’une épitaxie (croissance cristal-line) asynchrone (Figure 5).

Cette option présente les avantages sui-vants :

• réduire la densité de défauts générantdes processus non radiatifs,

• autoriser des désaccords de maille etde coefficients de dilatation ther-mique entre le substrat et la diode,

• plus de substrats possibles, dont leSilicium voire des métaux pour leurconductivité thermique importante,

• augmenter la concentration enIndium des puits quantiques pour deslongueurs d’émission efficace dans levert,

• faciliter l’extraction de la lumière parune structure guidante.

• envisager des structures cœur-coquille et exploiter des faces nonpolaires du cristal.


1 Kishino, Proc. of SPIE Vol. 6473 64730T-12 Kim, Nano Lett. 4, pp.1059-1062, 20043 Hersee, NANO LETTERS 2006 Vol. 6, No. 8 1808-1811

Figure 5 : Structure de LED à nanofils.

Figure 6 : électroluminescence de nanofils.



Un rapide état de l’art indique que lespremiers résultats d’hétérostructuresGaN/InGaN dans des nanofils ont étépubliés dès 2004, mais depuis peu deréalisation ont été faites. On se réfèreraaux croissances par EJM (Epitaxie parJet Moléculaire) de Kishino et parMOCVD (Metallo Organic ChemicalVapor Deposition) de Kim2. Ces résul-tats restent des résultats académiques,aucun composant fonctionnel n’a étéréalisé (Figure 6).

Une équipe américaine de l’universitéde New Mexico, dirigée par StephenHersee3 a démontré la possibilité decroissance de manière organisée denanofils de GaN par MOCVD, sanstoutefois réaliser des puits quantiques(Figure 7). Kishino1 a fait la mêmedémonstration par EJM.

En collaboration avec le CNRS-INAC,nous avons développé des technologiesde croissance par EJM sur substrats Side nanofils de GaN, de puits quan-tiques GaN/InGaN, de dopage p et npour former une diode, de contactsélectriques sur ces nanofils. Nous

avons également réalisé les premierscomposants LED à base de nanofils,émettant dans le bleu et dans le vert(Figure 8).

Ces premiers résultats sont très encou-rageants car ils confirment la faisabi-lité de toutes les étapes technologiquesnécessaires à l’intégration complète detelles diodes. Les travaux sont poursui-vis pour augmenter le rendement desdifférentes étapes d’intégration. Eneffet, une problématique ici est deconnecter, avec une méthode collec-tive, 1 à 10 millions de diodes par mm²en parallèle. La qualité de hétérostruc-tures réalisées doit aussi être amélio-rée, ainsi que les méthodes de crois-sance qui doivent être rendues compa-tibles avec une industrialisation.

Figure 7 : croissance organisée de nanofils de GaN(3).

Figure 8 : résultats de composants LED à base de nanofils (Minatec-Cea-Leti).



Le Cluster Lumière - Optimiser l’éclairage pourrépondre aux enjeux du développement durable

L’éclairage représente 19 % de la consommation électrique dans le monde, principalement pour le bâtiment (habitat et letertiaire) mais aussi pour l’éclairage extérieur. C'est un véritable gisement d’économies, très vivement encouragées parles recommandations du Grenelle de l’Environnement.

Un tiers des rues en Europe, trois quarts des bureaux, ne satisfont pas aux recommandations en éclairage. En ville, amé-liorer la qualité de l’éclairage urbain, réduire la pollution lumineuse et gérer la modulation des flux permettrait d’écono-miser 45% de l’énergie sur l’usage. Dans le bâtiment, généraliser les nouvelles solutions d’éclairage se traduirait par ungain de 40 % sur la puissance et 25 % sur l’usage.

Les solutions existent, par exemple ces systèmes de contrôle-commande qui permettent d’adapter le mieux possible lafourniture de lumière aux besoins, ou les sources de lumière à haute efficacité énergétique. Elles sont applicables à l'éclai-rage extérieur, notamment public, et intérieur : commerce et activité tertiaire, industrie, résidentiel et habitat collectif.

« Nous voulons proposer des solutions d’éclairage innovantes, fonctionnelles, éco-énergétiques, conformément aux exi-gences de nos clients. Les membres du cluster mettent en œuvre des programmes de R&D, des expérimentations, desdémonstrations pratiques et concrètes regroupant leurs savoir faire ».

Joël Karecki Président du Cluster Lumière

Le réseau de compétences de la filière éclairageC'est d'abord le rassemblement d’entreprises, de laboratoires et de centres techniques qui interviennent dans le même sec-teur d’activité, réunis pour développer ensemble des projets et concrétiser des opportunités d'affaires.

Créé en 2008, le Cluster Lumière est une association à but non lucratif. Sa raison d'être : proposer des solutions d’éclai-rage innovantes, pensées et abouties, en regroupant et fédérant l’ensemble des acteurs de la filière éclairage et lumière.

Toute la chaîne de valeur de la filièreNé à Lyon, en Rhône Alpes, le Cluster s’est rapidement ouvert à des entreprises de toute la France. Il compte ainsi plusde 100 adhérents. La plupart sont des entreprises (bureaux d'études, fabricants, installateurs, etc), les autres sont des éta-blissements publics, laboratoires et centres de recherche parmi les plus innovants.

Améliorer l’environnement lumineux de l’hommePour appliquer les décisions du Grenelle de l'environnement comme les nouvelles normes réglementaires françaises etinternationales, le Cluster Lumière mobilise l'ensemble des acteurs et stimule le travail collaboratif. Vouloir améliorerl’environnement lumineux de l’homme, chercher à développer des solutions d’éclairage innovantes et éco-performantes,promouvoir un usage optimal de la lumière naturelle et artificielle, comptent au premier rang des engagements pris parles adhérents à leur inscription.

Avec le Cluster Lumière, la promesse d'offre globale prend tout son sens. Face à des besoins extrêmement diversifiés, lafilière est morcelée. Les différents membres du Cluster Lumière trouvent donc une parfaite complémentarité entre eux.Le Cluster Lumière a pu contribuer à répondre, dès son lancement, à des besoins qu’aucune des sociétés n'aurait été àmême d’appréhender seule. Le Cluster Lumière apporte une réflexion globale et une vision d’ensemble de la chaîne decompétence Lumière.

Regroupant et fédérant l’ensemble des acteurs de la filière éclairage et lumière, le Cluster Lumière propose des solutionsinnovantes, pensées et abouties.

CARTE DE VISITEASSOCIATION

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LES METIERS DU CLUSTER LUMIEREQuatre grandes familles composent la filière et son environnement :

Recherche et formationCentres d'études et techniques, laboratoires de recherches et d'essais, organismes de certification et de normalisation, cen-tres de formation.

FabricantsSources d’éclairages, composants opto-électroniques, matériels d’éclairage, intégrateurs de solutions d'éclairage, alimen-tations, enseignes/ signalétique, logiciels de gestion et de télégestion, sous-traitants (électronique, optique, plastiques, tra-vail des métaux).

Utilisateurs /prescripteursConcepteurs Lumière, designers, architectes, bureaux d'étude et maîtres d'œuvre, maîtres d’ouvrage, syndicats d'électri-fication, distributeurs de matériels d'éclairage installateurs, fournisseurs d’électricité.

Organismes d’intérêt généralCollectivités territoriales, organismes consulaires, syndicats, associations, salons professionnels et congrès…

LES CHAMPS D’INVESTIGATION DU CLUSTER LUMIERE

Intérieur Bureaux, logements, hôpitaux, bâtiments d’enseignement, bâtiments commerciaux, salles de spectacle, musées, parkings, etc.

ExtérieurRoutes, voiries, parcs, monuments, bâtiments, tunnel, sécurité routière…

Eclairages spéciaux Enseignes, signalisation, balisage, matériel roulant, applications spécifiques, displays, mobilier, santé, communication,etc.

LES ACTEURS DU CLUSTER LUMIERE

Fondateurs :CCI de Lyon, CDO, CLE, ENTPE, Philips

Avec le soutien de :

ADEME, DRIRE, Grand Lyon, Région Rhône-Alpes

Réseau et partenairesLe Cluster Lumière est fort du dynamisme de la filière en Rhône-Alpes et en métropole lyonnaise, avec plus de 300 entre-prises qui représentent environ 10 000 emplois et dix grands laboratoires et centres de recherche et formation. Son actionprend appui sur des partenariats avec les acteurs de l’éclairage, avec les organismes techniques et institutionnels régio-naux et nationaux, comme avec tous les acteurs du développement durable. Ainsi le Cluster Lumière recherche les syner-gies avec les Pôles de compétitivité, les Cluster nationaux et internationaux.

Cluster LumièreCCI de Lyon

Place de la Bourse - F-69002 LyonTél : +33(0)4 72 40 57 02 - Fax : +33(0)4 72 40 57 45 [email protected] • www.clusterlumiere.com



Une association au service de la lumièreL’Association française de l’éclairage a été fondée en 1930 en raison du développement considérable de lascience de l’éclairage. Une collaboration entre les spécialistes de branches d’activités très diverses s’est avérée nécessairepour le bien des usagers.

Ses objectifs, 80 années plus tardL’Association ne s’adresse pas seulement aux spécialistes de l’éclairage. Elle est le point de rencontre de tous ceux qui,dans diverses disciplines, s’intéressent à l’éclairage. Elle leur permet d’échanger des idées, de confronter des expérienceset de recevoir avis, conseils et informations.Elle compte parmi ses adhérents - près de 1000 - des architectes, urbanistes, décorateurs, médecins, chercheurs, ophtal-mologistes, ingénieurs des villes, responsables de l’équipement routier, installateurs, distributeurs d’énergie électrique,fabricants de matériels, etc.Cet aspect pluridisciplinaire est soutenu dans l’ensemble du pays par 14 centres régionaux.

Afin d’assurer sa mission, clairement définie dans ses statuts, l’Association française de l’éclairage :

⇒ Organise conférences, tables rondes, visites techniques et congrès. En plus de réunions àl’initiative des centres régionaux, elle met en place les Journées nationales de la lumière quirassemblent tous les deux ans les professionnels de l’éclairage. Les prochaines auront lieu àTours, les 27 et 28 septembre 2010.En liaison avec les sociétés similaires étrangères, l’AFE a pris l’initiative en 1969 d’organiserle premier congrès européen de la lumière à Strasbourg, qui se réunit depuis tous les quatre anssous le nom de Lux Europa.En outre, elle participe, par l’intermédiaire du Comité national français de l’éclairage, aux tra-vaux de la Commission Internationale de l’Eclairage.

⇒ Elabore des programmes de formation de différents niveaux (initiation, entretien et perfection-nement des connaissances) dans le cadre de stages qui donnent lieu à l’établissement des piècesjustificatives prévues par la loi sur la formation professionnelle continue.Ces stages sont commercialisés par la société d’éditions et de formation LUX - Tél. : 01 45 05 72 22

⇒ Rédige des recommandations et des guides qui font le point des connaissances et énoncentun certain nombre de règles dans différents domaines d’application de l’éclairage. Tous cesdocuments, élaborés par des experts de diverses sensibilités, sont en harmonie avec les textesinternationaux.Ces ouvrages sont publiés et vendus par la société d’éditions et de formation LUX - Tél. : 01 45 05 72 22L’AFE rédige également des Points de vue sur des sujets d’actualité. Ils sont téléchargeables sur le site Internet de l’Association.

⇒ Participe à la rédaction et soutient la revue Lux, seule revue scientifique et technique qui traitede l’éclairage, diffuse un panorama complet et un point permanent sur l’avancée des technolo-gies et une présentation de réalisations exemplaires avec bilans économiques et témoignages.Tél. : 01 44 92 50 50

CARTE DE VISITEASSOCIATION

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Président Christian CORBE Délégué général Bernard DUVALSecrétaire générale Marie-Pierre ALEXANDRECommunication Pierre-Yves MONLEAU

AFE - 17, rue de l’Amiral Hamelin - 75783 Paris Cedex 16 - Tél. : 01 45 05 72 00 - Télécopie : 01 45 05 72 [email protected] www.afe-eclairage.com.fr



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ASPROMORGANISE Energie solaire photovoltaïque et son stockage.

Technologies, enjeux et applicationsà Paris, Mercredi 24 et jeudi 25 novembre 2010

La réduction des coûts de fabrication des systèmes photo-voltaïques reste une priorité à court et moyen termes. Elleconcerne en particulier la production de silicium de qua-lité « solaire », moins onéreux que celui de qualité « élec-tronique ». À plus long terme, de nouveaux matériauxpourraient succéder au silicium cristallin : siliciumamorphe, CIS (cuivre-indium-sélénium), CdTe (tellure decadmium), matériaux organiques ..., en particulier sousforme de couches minces. Par ailleurs, l'amélioration dela partie conversion-gestion peut permettre de réduire lespertes et d'améliorer la fiabilité des systèmes photovol-taïques.

Toutefois, le solaire photovoltaïque reste, par nature, unesource intermittente. Sa mise en œuvre implique donc, enparallèle, un complément d'approvisionnement en électri-cité (réseau d'alimentation ou production locale, avec ungroupe électrogène, par exemple) et/ou le stockage del'électricité photovoltaïque produite durant les périodesensoleillées - périodes qui ne coïncident pas nécessaire-ment avec les périodes de consommation. L'objectif est icide disposer de systèmes autonomes avec stockage del'électricité intégré. Il s'agira le plus souvent de stockageélectrochimique, sous forme de batteries d'accumulateurs.

L’Energie photovoltaïque : état de l’art et perspectives

Par Daniel LINCOT, Directeur de l’Institut de Rechercheet Développement sur l’Energie Photovoltaïque),Sebastien DELBOS, Ingénieur Chercheur EDF- IRDEP.

Les activités de recherches au CEA LITEN sur les technologies photovoltaïques

en couches minces et nanostructures.

Par Emmanuelle ROUVIERE, Chef de Laboratoire desComposants pour la Récupération d’Energies (LCRE) duCEA/LITEN/DTNM (Département des Technologies desNano Matériaux),Simon PERRAUD, Responsable filièrePV Couches minces du CEA/LITEN/DTNM/LCRE

Cellules solaires organiques : du laboratoire au marché

Par Stéphane GUILLEREZ, CEA CEA-INES RDI

Nouveaux Matériaux pour batteries Li-ion

Par Mathieu MORCRETTE, Directeur du Laboratoire deRéactivité et Chimie des Solides.

Les batteries lithium sous le soleil

Par Florence FUSALBA, Program Manager, CEAGrenoble.

Microstockage de l'énergie : les dernières avancées

Par Raphaël SALOT, Chef du Laboratoire desComposants pour le Micro Stockage de l'énergie, CEALITEN Grenoble.

Le soutien d’OSEO au profit des PME innovantes de la filière photovoltaïque

Par Thomas SENNELIER, responsable du secteurEnergie chez OSEO.

MPO Energy, un challenge industriel dans le paysage photovoltaïque français

Solutions photovoltaïques autonomes : conception, choix technologiques, exemples.

Par Anne LABOURET, PhD, directrice commerciale dela société SOLEMS, auteur de «Energie SolairePhotovoltaïque», 4e édition 2009, chez Dunod.

Systèmes d’énergie hybrides avec solaire photovoltaïque

Par Jacques DUVAL, responsable marketing pour ledéveloppement de l'activité photovoltaïque chezLEGRAND.

Les modules autonomes : approche système, bilan énergétique et application à l'optimisation

d'un petit système photovoltaïque.

Par Julien Werly, ingénieur recherche et développementau CRT CRESITT.

La conversion d'énergie dans les systèmes photovoltaïque

Par Ambroise SCHELLMANNS, Université de tours,laboratoire de micro électronique de puissance (LMP).

Conclusion

Par Jean-Claude BAL, Directeur productions et énergiesdurables, ADEME.

Lieu du séminaire :

UIMM, 56 avenue de Wagram, 75017 PARIS.

Programme détaillé et informations pratiques :www.asprom.com/seminaire/photo.pdf.



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ASPROMORGANISE Imagerie infrarouge thermique jusqu’au millimétrique.

Techniques, enjeux et applicationsà Paris, 7 et 8 décembre 2010

.

Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement élec-tromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à cellede la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes. Les systèmes d'imagerie thermique détectentl'énergie infrarouge (thermique) émise par les personnes,les objets et les équipements. Les caméras infrarougespermettent à leur utilisateur de voir dans l'obscurité laplus totale, lors de mauvaises conditions météorologiqueset au travers de polluants atmosphériques tels que lafumée ou le brouillard. Il faut également ajouter commeutilisation, en plus de la vision dans l’obscurité la plustotale, tout le domaine de la thermographie infrarougepermettant de voir et de mesurer à distance et sans contactla température d'objets cibles. Les caméras infrarougesmodernes permettent d’accéder à la mesure de champsthermiques et de leur évolution temporelle. Le traitementd’images obtenues permet d’analyser la signature ther-mique d’objets mobiles ou de fluides en écoulement.

Les ondes térahertz et millimétriques couvrent undomaine spectral à la frontière entre l’infrarouge et lesmicro-ondes Ces rayonnements ont un fort pouvoir péné-trant dans les matériaux non polaires. Ils permettentpotentiellement de voir à travers de nombreux matériauxnon conducteurs tels que les vêtements, le papier, le bois,le carton, les plastiques…. Ils sont peu énergétiques etnon-ionisant (1 THz correspond à une énergie de photonde 4,1 meV, soit beaucoup moins que l’énergie typiqued’une liaison chimique et sensiblement moins que l'éner-gie d'activation thermique à température ambiante) ce quiles rends à priori peu nocifs. Des « scanners corporels » àondes millimétriques sont testés ou entrés en service dansplusieurs dizaines d'aéroports dans le monde. Ces appa-reils mettent virtuellement à nu les passagers inspectés etrévèlent, à travers les vêtements et les chaussures, d'éven-tuels objets ou substances dangereux, par exemple uncouteau ou un liquide explosif. Une autre grande applica-tion des rayons térahertz est la spectroscopie. Cela permetde distinguer plusieurs objets en fonction de l'absorptionde chacun d'entre eux. Par exemple, on peut distinguerdes acides aminés ou encore la chiralité de molécules.

Les grandes filières de détecteurs IR et au-delàPar O. GRAVRAND, LETI-Minatec.

Les filières de photodétecteurs pour les prochainesapplications de l'imagerie infrarouge

Par Philippe CHRISTOL, Institut d'Electronique du Sud(IES), Université Montpellier 2, UMR-CNRS 5214.

Défis et applications des détecteurs infrarouge refroidisPar Philippe TRIBOLET, Directeur Technique, des tech-nologies et des Produits, Société Sofradir.

La détection infrarouge avec les détecteurs non refroidis

Par Jean-Luc Tissot, Directeur Technique et Marketing,Société ULIS.

Caméras infrarouges et « thermoconvertisseurs »Par C. PRADERE, Laboratoire TREFLE UMR 8508CNRS, Bordeaux.

Nouvelles briques de conception pour la vision infrarouge

Par Guillaume DRUART, ONERA.

Fondamentaux des caméras thermiques et évolutions Par Jacques LONNOY, Sagem Défense Sécurité.

La Spectro imagerie THz : bilan et perspectives Par Patrick MOUNAIX, chercheur au Centre dePhysique Moléculaire Optique et Hertzienne (CPMOHUMR 5798) à Talence.

Caméras infrarouges : applications industrielles et de R&D

Par José BRETES, Science Cameras Product Managerchez FLIR Systems.

Composants pour la génération optoélectronique etla détection d’ondes millimétriques et térahertz

Par Jean-François LAMPIN, Chercheur à l’Institutd’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie(IEMN, UMR CNRS 8520) à Villeneuve d’Ascq.

Une source de radiation THz à semiconducteurs : le laser à cascade quantique.

Principes de fonctionnement et état de l’art actuel.Par Raffaele COLOMBELLI, Chercheur à l’Institutd'Electronique Fondamentale, Université Paris-Sud etCNRS, 91405 Orsay, France.

L’onde Millimétrique appliquée au contrôle de sûreté sur la personne.

Principe de fonctionnement du PROVISION.Par VISIOM - Jean-Philippe TEIXEIRA, Directeur GrandsComptes, Jean-Jacques METAYER - Chef de Projet.

Le scanner corporel à ondes « millimétriques » de type Provision 100 : Quels dangers potentiels

pour la santé des utilisateurs ?Par Johanna FITE, Agence nationale de sécurité sanitairede l’alimentation, de l’environnement et du travail(Anses) (anc. Agence française de sécurité sanitaire del’environnement et du travail (Afsset)).

Les technologies de détection au service de la sûreté du transport aérien.

Par Thierry MADIKA chef du département SûretéEquipements du Service technique de l’Aviation Civile,Direction générale de l’Aviation Civile.

Droit de l’identité numériquePar Catherine LATRY, CLN Avocats.

Lieu du séminaire :UIMM, 56 avenue de Wagram, 75017 PARIS.

Programme détaillé et informations pratiques :www.asprom.com/seminaire/infrarouge.pdf.


VEILLE LE MAGAZINE D’ASPROM TECHNOLOGIQUE · Veille Technologique N° 38 - Août / Septembre 2010...

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