Définition

Éclairage à LED

Les LEDs. Savoir-faire de l'éclairage LED. Diode électroluminescente en lumière : de l’architecture à la chambre. Définition et pratiques.

L’ampoule à filament a donné naissance à l’électronique. Puis sont apparus les composants. Développées depuis les années 1960, les LEDs sont la dernière révolution technologique. Aujourd’hui, une diode électroluminescente est bien connue sous le sigle : LED. En anglais, Light-Emitting Diode. Nos amis québécois parlent plutôt de DEL : Diode électroluminescente.

Comment les LEDs éclairent-elles ? Découvrez :

De la chambre à coucher à la ville lumière du XXIe siècle, voici les usages contemporains de cette nouvelle technologie.

Éclairage LED intérieur d’une chambre à coucher, Mat’Electrique, Lyon © groupe Sonepar

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Architectures des LEDs

Diode électroluminescente classique

Qu’est-ce qu’une LED ? C’est la conversion directe de l’énergie électrique en lumière. Elle est à l’état solide. D’où le sigle anglais – SSL – de Solid State Lighting.

En simplifiant, l’architecture d’une diode électroluminescente classique se compose de trois parties :

  • une puce émettrice, le cristal semi-conducteur,
  • un réflecteur secondaire,
  • une lentille en plastique.
LED, diode électroluminescente classique – Architecture produit : radial 5mm © Lumileds

À l’origine, elle ne mesurait que 5 mm de diamètre. D’où un premier usage pour les voyants d’ordinateur et d’appareil électroménager. Ensuite, ces LEDs ont d’abord été employées dans pour la signalisation routière :

  • les feux tricolores,
  • les systèmes d’alerte monocolore.
Feux tricolores à LED
Feu de la circulation, Lyon – Signalisation routière, vert piéton, voiture rouge © Vincent Laganier

Les architectes furent les premiers à utiliser les LEDs 5 mm. Grâce à l’avant-gardiste fabricant français LEC de Lyon, les diodes électroluminescentes ont d’abord été intégrées dans le sol. C’était pour le balisage sur le bord des quais :

  • gare Montparnasse à Paris en 1990 en lumière verte,
  • stations de taxis à Lyon en 1994 en lumière bleue.

Son intensité lumineuse est très importante dans un cône de quelques stéradians seulement.

Bordeaux, porte-de-Bourgogne – Conception lumière : Sylvie Sieg – Photo : Vincent Laganier

Dès 1996, les concepteurs lumière français prennent le relais avec des projets plus subtils sur un plan vertical. Exemples :

Une seule couleur primaire est employée pour cet éclairage architectural en lumière graphique.

Château d’eau, Chavagnes-les-eaux – Architecte Thierry van de Wyngaert – Concepteur lumière François Migeon, Grandeur Nature – Photo Vincent Laganier

Enfin, d’autres applications apparaissent aussi dans la décoration intérieure. Lorsque le métro arrive à la station de métro Valmy à Lyon, l’éclairage architectural graphique point par point s’allume. Il s’éteint au départ de la rame de la même manière. Une installation de 1997 à découvrir lors d’un voyage dans la cité des Gaules.

Éclairage LED interactif, balises rouge le long du quai de métro
Station Valmy, ligne métro D, Lyon – Architectes : P. Vurpas, D. Briet – Plasticien : Jean-Philippe Aubanel – Concepteur lumière : Philippe Hutinet © Vincent Laganier

Diode à flux élevé, définition

Après les LEDs classiques 5 mm de 0,1 W de puissance, apparaît une deuxième génération de LEDs dans les années 1990 : les LEDs à flux élevé de 1 W.

L’architecture de cette LED reprend les mêmes principes que la diode électroluminescente classique de 5 mm.

Mais, la différence tient en deux points essentiels :

  • son support dissipant la chaleur,
  • son corps indépendant de la lentille.

La puissance électrique de cette diode est de 1 à 3 W. Son émission de lumière couvre 140° environ.

Diode LED à flux élevé – Architecture du produit : Luxeon © Lumileds

Fixée au corps de la LED, la lentille primaire joue un rôle très important dans le contrôle de la lumière de la puce de 1 mm2.

 

 

À la disposition des opticiens et des éclairagistes, il existe principalement trois photométries :

Éclairage LED diffusant autour du miroir circulaire
Recréer une expérience de spa à domicile – Luminaire miroir en applique : Philips Hue Adore – Lifestyle © Signify

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Lumière LED, innovation du XXIe siècle

LED light venue du Japon

Dans les années 1990, trois chercheurs japonais, Shuji Nakamura et Takashi Mukai de Nichia et Hiroshi Amano permirent la création d’une diode électroluminescente bleue. Ils utilisent alors la technologie des semi-conducteurs InGaN :

  • abréviation de Indium, Gallium, Nitrure,
  • la couleur de la lumière varie du bleu au vert,
  • sa longueur d’onde dominante se situe entre 450 et 525 nm.
Matériaux de la source LED, AllnGaP ou InGaN, et couleur de la lumière © photo puce rouge et verte, Luxeon, Lumileds – Illustration Vincent Laganier

LED blanche

Pourtant, l’éclairage à LED est vraiment né autour de l’an 2000. La diode électroluminescente blanche a alors été possible. Selon un principe similaire au tube fluorescent :

  • pour obtenir du blanc,
  • une diode bleue est utilisée,
  • du phosphore y est ajouté.

Alors, les LED à flux élevé améliorent rapidement leur efficacité lumineuse autant que leurs couleurs.

Inventeurs de la LED bleue, Prix Nobel de Physique

Pour cette innovation mondiale, le 7 octobre 2014, Shuji Nakamura, Isamu Akasaki et Hiroshi Amano recevront le prix Nobel de physique pour leurs travaux sur les LEDs bleues.

Connaissances des effets de la lumière bleue sur l’Homme

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Ampoule LED et projecteurs

LED et couleur

Optimisant la LED à son maximum, le premier projecteur en Europe a été une réglette linéaire du néerlandais Philips. Développé en France à Miribel (01), en 2002 le LEDline offre alors une lumière rasante de 2×3° d’ouverture. Avant, c’était impossible d’avoir un faisceau lumineux aussi serré en éclairage. Une innovation à l’époque !

 

 

Grâce à leur côté monochrome, les concepteurs lumières ont d’abord utilisé les LED de couleur : orange, rouge ou bleu, parfois verte. L’éclairage architectural rasant permet de créer des effets de volumes. La gamme de flux lumineux variait alors de 1 à 9 m. Soit une hauteur de balcon jusqu’à une façade de trois étages.

Éclairage LED en lumière rasante, étages de la tour Perret à Amiens
Sablier de verre au sommet de la tour Perret, Amiens, France – Architecte : Thierry Van de Wyngaert – Concepteur lumière : François Migeon – néon trichromie et éclairage LED – Fabricant © Feérick

En 2004, la lumière rouge des LED ponctue la double peau des façades Renault Trucks de Bourg-en-Bresse. En arrière de la façade métallique, les luminaires LED éclairent de haut en bas les brise-soleil.

Façade Renault Trucks, Bourg-en-Bresse, France – Architecte : Franck Tabouret, Patrick Tavernier, Architectures Barillot – Concepteur lumière : Philippe Hutinet – Luminaire LEDline rouge, Philips © Thierry Kuntz, Signify

Mais, la lumière blanche accentue aussi la toiture de l’église Saint-Paul à Lyon. Au pied de la flèche, les luminaires LED en lumière rasante soulignent l’ardoise et les sculptures.

Toiture du clocher de l’église Saint-Paul, Lyon, France – Concepteur lumière : Atelier Roland Jéol © Vincent Laganier

LED lumineuse

Depuis l’an 2000, le rapport entre puissance électrique et flux lumineux produit par les LEDs n’a cessé de croître. L’efficacité lumineuse augmentant régulièrement, aujourd’hui, la LED, est la source de lumière la plus lumineuse.

Illuminations en LED, Champs Élysées à Paris
Illuminations des Champs-Élysées de Noël en LED, Elusia, de 2007 à 2010 © Comité des Champs Élysées

Après l’éclairage architectural des monuments et architectures contemporaines, puis des illuminations de Noël, d’autres usages ont été permis :

  • plafonniers en éclairage intérieur,
  • lanternes décoratives en éclairage urbain,
  • lampadaires fonctionnels en éclairage public,
  • projecteurs de grande puissance en éclairage sportif.
Éclairage LED du terrain de basket
Éclairage LED du terrain et des tribunes – Match de basket France Ukraine avec Tony Parker – inauguration 14 aout 2015 – Salle sportive métropolitaine, Rezé, France © Nantes Métropole

En 2021, l’efficacité lumineuse d’une LED était de 130 lm/W. Merci aux inventeurs de la diode électroluminescente blanche, à tous les chercheurs, développeurs et fabricants qui ont permis cette performance !

 

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Ampoule LED et décoration

La plus grande innovation de l’éclairage LED est sans doute la variation de la couleur dans le temps. Elle permet un éclairage dynamique pour créer des scénarios lumineux, ou selon les jours de la semaine.

En 2012, Philips lance la lampe Hue. L’ampoule est pilotable en couleur et en intensité lumineuse depuis un smartphone. Il suffit de télécharger une application iPhone sur Apple.

Kit de démarrage Hue, 3 ampoules, un pont et une App © Philips

Depuis quelques années, nous assistons à un retour en force de l’ampoule traditionnelle. Elle n’est plus dotée d’un filament à incandescence, mais d’un filament à LED.

Ampoule LED à blanc variable
WiZ, ampoule LED à filament – vintage à intensité variable Blanc, G200, 50 W, E27, blanc chaud à blanc froid, 2700-6500 K, 6,5 W © WiZ

Ainsi, en 2018, le fabricant américain Sylvania offre une gamme complète d’ampoules vintage nommée Toledo.

Lampe LED décorative
Lampe LED Toledo Mirage T45 – suspension intérieure décorative © Sylvania

LEDs en chambre, de la maison au bureau

Matériels d’éclairage LED

Aujourd’hui, il existe une large gamme de matériels d’éclairage à diode électroluminescente :

  • projecteur LED,
  • plafonnier,
  • downlight, lumière depuis un encastré dans un plafond,
  • applique,
  • réglette,
  • ruban,
  • suspension,
  • lustre,
  • lampe de table…

Selon le projet de mise en lumière, un à trois types de ces appareils sont utilisés par l’éclairagiste.

Galeries Lafayette, Centre Bourse, Marseille, France - Citynove, Architectes Moatti-Rivière Conception Lumière 8'18'' - Photo François Moura
Galeries Lafayette, Centre Bourse, Marseille, France – Citynove – Architectes : Moatti-Rivière Conception Lumière : 8’18 » – Photo : François Moura

LED et rythme de vie

Dans l’habitat, selon les humeurs du moment, l’éclairage peut être :

  • énergisant : lumière blanc froid,
  • apaisant : lumière blanc neutre,
  • relaxant : lumière blanc chaud.

On parle du changement de la température de couleur avec la lumière.

Lumière relaxante dans le salon et la cuisine, éclairage dans l’habitat, blanc chaud, iPhone avec Application Hue, LightRecipes © Philips

L’éclairage LED permet ainsi de s’adapter facilement au rythme de vie dans le salon ou dans une chambre.

Pour faire la fête, il prend souvent des couleurs vives et change de couleur rapidement.

Lustre LED suspendu à couleur variable, éclairage du salon - salle à manger
Illuminer toutes les plus belles soirées – Luminaire suspendu : Philips Hue Ensis – Lifestyle © Signify

 

Dans les bureaux, la température de couleur peut suivre le rythme circadien et se recentrer sur l’humain. Toujours en utilisant les propriétés non-visuelles de synchronisation de notre organisme à la lumière du jour.

Lampadaire LED à température de couleur variable, blanc froid à gauche, blanc chaud à droite
Lightpad Tunable, éclairage de bureau à deux tètes d’éclairage pilotables individuellement, lumière à effet biologique, éclairage direct-indirect dans la même température de couleur © Regent

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Lumière extérieure LED

LED, du patrimoine à l’architecture

Dans l’architecture, l’éclairage LED peut désormais varier en teinte de blanc. On parle de blanc dynamique. Le meilleur exemple en France est sans doute la cathédrale de Strasbourg.

Ainsi, les concepteurs lumière magnifient le patrimoine. Mais ils n’oublient pas l’architecture contemporaine. Ainsi, la façade du Monde à Paris est habillée d’une média façade tout en douceur.

Media Plazza, vue nocturne, siège social Le Monde, Paris – Architectes : Snøhetta, SRA – Installation lumiere BOA Light Studio – Photo © Eric Cowez, Le Belge

LED dans la commune

Dans la ville, la lumière extérieure devient intelligente avec les LEDs. Elle permet de s’adapter aux humeurs de la cité.

  • Éclairage intense : à la sortie du bureau jusqu’aux heures des restaurants, cinémas et théâtres.
  • Éclairage tamisé : au cœur de la nuit, voire qui change de couleur pour préserver la biodiversité.

Exemple d’éclairage public intelligent avec des LED, le quartier Monchat à Lyon.

Éclairage urbain LED, allumage au passage de véhicule, rue du quartier Monchat, Lyon, France © Vincent Laganier

 

 

Dans un espace public, le tapis lumineux de l’Hôtel de la Marine devient un bord de mer. Les séquences d’éclairage changent à la nuit tombée comme une respiration du lieu.

Cour d’Honneur, Hôtel de la Marine, Paris – Jardin lumineux – Architecte scénographe : Moatti-Rivière – Concepteur lumiere : 8’18 » © Vincent Laganier, Light ZOOM Lumière

Enfin, dans un jardin, la couleur de la lumière peut souligner les allées tous les jours, ou mettre en valeur les frondaisons des arbres pour une soirée. L’éclairage avec des LEDs devient féerique.

 

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Approfondir le sujet : éclairage LED

 

En tête de billet : éclairage architectural en lumière rasante à LED, cathédrale Notre-Dame, Strasbourg, France – Concepteur lumière : Jean-Yves Soetinck, L’Acte Lumière – Photo © Vincent Laganier

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Techniques d'éclairage Éclairage LED
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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