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LED 2050, journée événement du Syndicat du luminaire

De nos jours à 2050, évolutions ou révolutions de la technologie LED ? Compte rendu de la journée du Syndicat du luminaire.
3 novembre 2023

Avec l’aide des plus grands experts français, le 3 octobre dernier, le Syndicat du luminaire a réalisé un état des lieux de la LED, de nos jours à 2050. Que deviendra cette source de lumière électronique ? Quels ont été les évolutions et usages récents de cette technologie ? Quelles sont ses perspectives à court, moyen et long terme ?

Après un rappel de l’agenda du délégué général, Jean-Marie Croué, le président du Syndicat du luminaire, Gautier Renoux a précisé l’objectif du programme de la journée : « Donner un maximum de vision technologique pour les entreprises. »

 

 

Redéfinir la photométrie selon les cônes de l’œil

Gaël Obein du CNAM et président de l’AFE raconte ensuite l’histoire de la photométrie, de la mesure des métriques de la LED jusqu’à la colorimétrie actuelle. De manière remarquable, il explique la différence entre l’efficacité lumineuse d’une source à incandescence et une source LED.

Efficacité lumineuse et spectre d’une source à incandescence © Gaël Obein, CNAM

Efficacité lumineuse et spectre d’une source à LED © Gaël Obein, CNAM

Mais la courbe V (λ) 1924 de la CIE sur le panel des 272 observateurs est discutable à l’échelle mondiale. D’après le scientifique, elle produit « une erreur de 15 % pour la photométrie ». Dans ce sens, en janvier 2023, le groupe de travail WG-SP-TG16 a été constitué au BIPM. Objectif : redéfinir la photométrie selon les cônes de l’œil d’aujourd’hui. « Dans une vision futuriste, elle permettrait d’adapter la qualité spectrale de notre éclairage à nos différences, nos déficiences et nos préférences », conclut Gaël Obein.

Variations individuelles normales du système visuel adapte son gain © bus Londres, Trichromate ou deutéranope, CNAM – Le Bassin aux nymphéas de Claude Monet, avant et après sa cataracte, SNOF

Efficacité des LED et limites environnementales

Le Professeur Georges Zissis du Pôle lumière et matière de l’université Toulouse III a poursuivi en questionnant : « 13,7 % de la production mondiale annuelle d’électricité sont liée à la lumière (2019). L’éclairage artificiel a donc un impact important sur l’énergie. » Pour l’expert en éclairage, « on doit réduire la consommation par l’efficacité des LED. Si l’efficacité lumineuse des sources augmente encore, côté flux lumineux, étant en fin de cycle, la technologie ne pourra plus améliorer grand-chose. Nous pensons que l’on pourra atteindre les 280 lm/W entre 2040 et 2050 par un mixage du blanc et de la couleur en CMW-LED ».

Prévision de l’évolution de l’efficacité lumineuse selon les technologies de LED © Département de l’Énergie, DOE, USA – G. Zissis, colloque LED 2050

Mais le scientifique alerte aussi sur l’effet rebond que constitue « une technologie plus efficace que l’on va plus utiliser et où l’on va brûler toutes les économies de matière que l’on pourrait faire ». En bref, il déclare que l’« on n’a plus besoin de courant alternatif aujourd’hui dans nos bâtiments ; cela permettrait d’économiser des kilomètres de cuivre, mais aussi de réduire le besoin en data center qui représentait déjà 11 % de la consommation mondiale avant le covid ».

 

Système d’éclairage intelligent durable

À partir de la courbe de maturité des systèmes d’éclairage de Gartner Hype, Georges Zissis propose le « concept SLL² : Solid State Lighting x Sustainable Smart Lighting. Un système d’éclairage intelligent, durable, de base, abordable, avec des options minimums pour la population, quand et où cela est nécessaire, et pourquoi. De mon point de vue, un effort interdisciplinaire est nécessaire pour atteindre cet objectif ».

Vision d’un système d’éclairage intelligent durable © G. Zissis, colloque LED 2050

Paramètres critiques des LED

Joël Thomé, Piséo, présente « les paramètres critiques des LED : le photométrique, l’électrique et la fiabilité ». Pour lui, « il y a des risques de pertes optiques très importantes entre l’efficacité de la LED, par exemple, à 200 lm/W et le système qui tombe à 100 lm/W ».

Architecture d’un système LED du luminaire © Piséo

Côté caractéristiques photométriques, « ces dernières années, les nouveaux phosphores avec un rendu fidèle des couleurs et une bande étroite dans les rouges, sans perte d’efficacité, deviennent intéressants (GE, FSK, QD) ». Au niveau électrique, « le driver est la source la plus importante de panne technique ».

État de la normalisation des LED aujourd’hui

L’expert LED conclut sa présentation par un point sur la normalisation. Une nouvelle norme pour l’éclairage intérieur par rapport au risque photobiologique est parue en mars 2023 : NF EN IEC 62471-7. Elle sera intégrée à la norme française en 2027. Enfin, la CIE a publié un nouveau rapport technique : « Mesure de luminance et UGR, 232:2019 ».

Réduire la tension du réseau et passer en courant continu

Thierry Bechtel, Inventronics, analyse le driver LED. Sa vision « pour 2050 est qu’il sera de plus en plus petit. Il proposera de nouvelles fonctions, mais pas seulement la lumière ». Pour l’électronicien, le Driver-on-Board DoB va être intégré dans le luminaire avec plus de composants, pour une meilleure stabilité du courant en sortie par rapport au Flickr. Mais pour réduire le nombre de composants, il recommande de réduire la tension du réseau à 48 V et de passer en courant continu ou d’utiliser du PoE – Power over Ethernet – mais la connexion RJ45 est le cauchemar des électriciens. « Pourquoi ne pas imaginer du 230 V juste à l’endroit où l’on en a réellement besoin ? » lance-t-il.

 

Quel autre usage des mâts d’éclairage public ?

Faisant référence à un brevet de 2016 d’Amazon  utilisant un lampadaire d’éclairage public pour recharger un drone, Thierry Bechtel se demande « à quoi pourrait servir l’éclairage urbain demain ? Déjà la partie supérieure des luminaires LED urbains est bien souvent équipée de sockets, selon le protocole des D4i. »

Architecture système d’un luminaire connecté – Guide technique application, Dexal LED driver © Osram

Alors, « quel protocole va s’imposer en 2050 ? Le Bluetooth, le Dali ou le Thread Group, un consortium qui regroupe Amazon, Apple, Siemens, Lutron, Somfy, Velux et Inventronics, entre autres. »

Évolution des produits LED 2008-2020

Francis Leclerc, Cree-LED, présente l’évolution des produits LED sur la période 2008-2020, notamment l’apport du binning des blancs pour les LED.

« Sur les 12 dernières années, il y a eu une baisse drastique du prix de vente des LED en dollars par kilo lumen. Nous sommes passés de 25-30 $/klm en 2008 à 1-2 $/klm en 2020. »

Évolution des prix ​​​​des LED blanc chaud (3000 K – IRC 80) et blanc froid (5700 K – IRC 70) de haute et moyenne puissance – Baisse rapide des prix en 10 ans grâce aux nouvelles innovations technologiques et une chaine d’approvisionnement plus robuste – Figure 2.7 © 2022 DOE SSL R&D Opportunities

Pour le fabricant, « encore 10-15 % de gains sont à venir, mais l’efficacité lumineuse plafonne à 250 lm/W. Les possibilités d’amélioration sont dans le mixage des couleurs rouge, vert et bleu. »

Les prévisions de pénétration du marché des LED aux États-Unis par le DOE étaient de 35 % en 2020 et 84 % en 2035. Ceci sur quatre marchés en éclairage : commerces, résidentiel, industriel et extérieur.

Prévision des résultats boursiers des LED aux USA dans le scenario actuel des SSL – Pénétration des LED dans 84% des installations d’éclairage d’ici 2035 – Table 2.1 © 2022 DOE SSL R&D Opportunities

« Afin de révolutionner l’éclairage, les fabricants de luminaires peuvent faire un travail pour améliorer le système global. Plusieurs pistes sont à étudier : l’optique, la thermique et le driver », conclut-il.

Usage des LED par les designers

Gérard Laizé, qui accompagne des designers, conclut la journée. « Avec la LED, il faut considérer ce qui va être une véritable valeur ajoutée dans le quotidien. Quel est le bénéfice d’usage ? Qu’est-ce qui va être du domaine du confort et du luxe ? Même si la LED a de nombreux avantages, il faut noter un impact négatif sur l’œil avec le risque de DMLA pour les personnes âgées. »

Lactea, suspension lumineuse, de Shoji Katsume, Studio Niji – Aide à la création VIA 2013 © Studio Niji

Pour lui, trois types d’applications sont envisagées par les designers :

  • miniaturisation des sources,
  • intégration dans le mobilier, l’aménagement et l’architecture,
  • connectique de l’éclairage avec les changements de couleur.
Massifcentral, grand chandelier, de Christian Seltmann et Philipp Seltmann © Xiomara Bender, Mawa France

« J’invite à reprendre les modèles historiques et à les revisiter pour les mettre au goût du marché. » Il termine sa présentation en déclarant : « Il y a une opportunité à évoluer vers de nouveaux métiers, comme l’agencement et l’événementiel, pour les professionnels de l’éclairage. »

 

 

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Organisateur d'événement GIL, Syndicat du Luminaire Gautier Renoux Jean-Marie Croué
Enseignant-chercheur Gaël Obein CNAM Georges Zissis Pôle lumière et matière Université Toulouse III
Association Gaël Obein AFE
Laboratoire de recherche Joël Thomé PISEO
Matériel d'éclairage Inventronics Cree
Électronicien Thierry Bechtel
Directeur commercial Francis Leclerc
Consultant de marque Gérard Laizé

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Rédacteur en chef et éditeur du portail Light ZOOM Lumière depuis 2012. Architecte diplômé de l’École nationale supérieure d’architecture de Nantes. Éclairagiste par passion depuis 1997 en Europe. Auteur de sept ouvrages de référence sur la lumière, l'éclairage, la ville et le bâtiment. Enseignant en éclairage à l’ENSA Nantes et à l’ENSATT Lyon.
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