Lampe électroluminescente

• 1907 : Henry Round est le premier à mettre en évidence un phénomène d'électroluminescence[3].
• 1927 : Oleg Lossev dépose le premier brevet de ce qui sera appelé, bien plus tard, une diode électroluminescente.
• 1962 : Nick Holonyak Jr., consultant chez General Electric invente la première LED à spectre visible utilisable.
• Dans les années 1990, les recherches, entre autres, de Shuji Nakamura et Takashi Mukai de Nichia, dans la technologie des semi-conducteurs InGaN permirent la création de LED bleues[4].

• Le 7 octobre 2014, les trois chercheurs japonais Shuji Nakamura, Isamu Akasaki et Hiroshi Amano à l'origine de la première LED bleue à forte puissance[5] lumineuse ont reçu le prix Nobel de physique[6].

Économies d'émissions de gaz à effet de serre associées à différents changements de mode de vie (en kg équivalent CO₂ par an)[12]. L'utilisation d'ampoules LEDs à faible consommation électrique a permis de réduire l'empreinte carbone de l'humanité de 1,5 % en 2017[13].

• Durée de vie plus longue qu'une lampe à incandescence ou fluorescente, la fin de vie se déclarant par une baisse de rendement progressive. Après 30 000 h de fonctionnement, le rendement aura baissé en moyenne de 30 %[14], à condition que les composants électroniques de l'alimentation restent fonctionnels.
• Faible consommation électrique due à une bonne efficacité lumineuse[15]. Le bon rendement des LED permet par exemple le fonctionnement à partir d'une énergie potentielle gravitationnelle faible comme pour la GravityLight, une lampe sans batterie[16].
• Sécurité de fonctionnement en très basse tension pour certaines (GU4), directement en 230 volts pour les autres (GU10).
• Faible production de chaleur[11].
• Pas de production d’UV[15].
• Possibilité de produire une grande variété de couleurs par addition de LED de couleurs différentes (souvent rouge, verte et bleue) et par variation des courants alimentant les différentes LED[15].
• Grand choix de la température de couleur pour les LED blanches allant des blancs chauds aux blancs froids.
• Possibilité d'alternances allumage/extinction rapides et fréquents sans endommager la lampe.
• Pleine puissance lumineuse (généralement moins d'une seconde) après l'allumage, contrairement aux ampoules fluocompactes dites « basse consommation » qui affichent généralement 60 % de la puissance lumineuse au bout de 3 à 60 secondes.
• Impact environnemental plus faible que les lampes fluorescentes, lié notamment à l'absence de polluants comme le mercure. Cependant, l'amélioration de la puissance des LED repose fréquemment sur l'utilisation d'indium, un métal dont les dérivés sont dangereux pour la santé des ouvriers qui le manipulent[17].

Spectre du rayonnement émis par une lampe à LED blanche de température de couleur 3 135 K en 2015.

Indice de rendu de couleur (IRC) vers l'an 2000

Le rendu de couleur des lampes électroluminescentes (comme celui des lampes fluocompactes) est moins bon que celui des lampes à incandescence (traditionnelles et halogènes) dont l’IRC est proche de 100. Au début du siècle, les LED blanches étaient des LED bleues dont une partie de la lumière produite était transformée par fluorescence en lumière jaune[18] donnant un spectre moins régulier que celui d'une lampe halogène. Dans de plus rares applications le blanc était reproduit par trois diodes de couleurs complémentaires ; dans ce cas, l'indice de rendu des couleurs était pire, mais la couleur s'ajustait dans un large gamut pour des effets décoratifs.

On peut douter que les lampes LED blanches n'émettent encore, avant transformation, que de la lumière bleue. L'examen visuel du spectre lumineux d'ampoules achetées en 2020 montre un spectre très régulier allant du rouge au vert herbe (vers 520 nm), une forte baisse de luminosité dans le vers sapin (vers 500 nm), une large bande de bleu et pas de violet. Le diagramme d'émission ci-contre montre la répartition spectrale sur une LED de 2015.

Effet de la « lumière bleue »

Le spectre du rayonnement des lampes électroluminescentes se composait d'une fine raie bleue et d'un ensemble jaune-orangé réparti sur une large plage obtenu par fluorescence. Ce principe permet d'obtenir une température de couleur à partir de 2 700 K, ressemblant à celle d'une lampe à incandescence, jusqu'à 6 500 K, ressemblant à la lumière du jour. Ces dernières ont l'avantage d'aviver les couleurs, et ont rencontré un certain succès. Mais, d'une part, un éclairage similaire à la lumière du jour à tout heure du jour et de la nuit a des effets sur le rythme circadien, et d'autre part, la puissance du rayonnement bleu dans une bande étroite, par opposition aux sources où cette puissance est répartie sur une plus large plage, peut avoir, selon certains médecins ophtalmologues, des effets néfastes sur la rétine[19]. L'Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail (ANSES, France) « recommande de limiter l'usage des lampes électroluminescentes les plus riches en lumière bleue »[20], c'est-à-dire celles qui se rapprochent le plus de la lumière du jour (« blanc froid »). Ce conseil coïncide avec les résultats de la recherche ancienne, d'Arie Andries Kruithof (en) qui estimait que les éclairements faibles sont plus agréables avec des températures de couleur relativement basses (« blanc chaud »)[21].

Le physicien Sébastien Point met en cause la méthodologie des articles retenus pour affirmer la toxicité des LED[22] - [23]. Il considère que les travaux pour une meilleure compréhension des effets sanitaires des LED doivent continuer mais qu'en l'état actuel des connaissances, le risque est « bien encadré par les normes photobiologiques »[24], sauf en cas d'une maitrise insuffisante des paramètres d'exposition, par exemple dans le cas des lampes torches ou des jouets pour enfants (l’œil de l'enfant collectant plus de lumière que l'œil adulte)[25], ou dans le cadre de certaines pseudo-thérapies comme la chromathérapie[26] - [27]. L'affirmation que le spectre des lampes à DEL est plus dangereux pour les enfants que les spectres des technologies plus anciennes (lampes à filament et fluorescentes), plus riche en ultraviolets, est également discutée[28]. De plus, la brillance des ampoules LED étant supérieure à celle d'autres ampoules, il est plus désagréable de les regarder directement, ce qui selon Serge Picaud[alpha 3] « limite probablement leur toxicité »[29].

Les lampes électroluminescentes de forte puissance doivent être refroidies

Les jonctions de semi-conducteur fonctionnent à une température maximale de 120 à 130 °C, au-delà de laquelle elles peuvent être détruites, si un circuit disjoncteur n'intervient pas. Environ la moitié de l'énergie est dissipée en chaleur, à comparer aux ⁹⁄₁₀ pour les lampes à incandescence. Une lampe de 10 W, équivalent à peu près à 80 W en lampe à incandescence, doit donc évacuer environ 5 W, sans que la diode elle-même ne dépasse la limite de température. Une enveloppe bien conçue permet de le faire pour les faibles puissances, mais pour les fortes puissances, un radiateur encombrant et une ventilation forcée peuvent être nécessaires.

La compatibilité électromagnétique (CEM)

Les diodes électroluminescentes fonctionnent à très basse tension. Certains circuits des lampes réduisent la tension d'alimentation par découpage. Certaines lampes « bas de gamme » laissent ces commutations à haute fréquence perturber d'autres appareils, malgré la directive 2004/108/CE sur la compatibilité électromagnétique[30], en particulier, ceux qui fonctionnent par courants porteurs en ligne[31], des récepteurs de radio[32], etc.

Seules les lampes compatibles (dites « dimmable » en anglais) peuvent être utilisées avec un variateur d'intensité.

• Diode électroluminescente
• Lampe électrique

• Notices d'autorité :

  • Japon
• Sébastien Point et Annick Barlier-Salsi, « Lampes à LED et risque rétinien » [PDF].
• Sébastien Point, « Synthèse : Lumière bleue et santé », Environnement, Risques & Santé, 28 mai 2018.

• Sébastien Point, Lumière bleue : éclairage à LED et écrans menacent-ils notre santé?, Bookebook, coll. « Une chandelle dans les ténèbres », juin 2019.
• Laurent Massol, Les LED pour l'éclairage, Dunod, coll. « Technique et ingénierie », octobre 2015.