"banner top"

Une production durable de lumière

Le changement climatique lié aux émissions de CO2 dans le monde a donné lieu à un revirement idéologique. Il s’agit, d’une part, d’augmenter la proportion d’énergie renouvelable par des innovations et, d’autre part, de baisser globalement la consommation d’énergie en améliorant le degré d’efficacité des appareils.

Article au format PDF

Il est possible de contribuer à économiser l’énergie en remplaçant les ampoules électriques par des sources de lumière à rendement énergétique plus efficient. Différentes sources de lumière alternatives ayant un meilleur degré d’efficacité sont disponibles.

Remplacer les ampoules électriques par des ampoules économiques

Les ampoules électriques arrivent à env. 11 lumens par watt de puissance électrique, ce qui correspond à un degré d’efficacité d’env. 5% (5% de lumière visible, 95% de chaleur). Par contre, les tubes fluorescents conventionnels atteignent déjà de 40 à 60 lumens par watt, avec un degré d’efficacité de presque 30%. De meilleures couches de phosphore à l’intérieur du tube de verre et une fréquence de régime plus élevée pourraient encore doubler le rendement lumineux et, par conséquent, leur degré d’efficacité. Les tubes T8, dont le diamètre est d’un pouce, atteignent jusqu’à 100 lumens par watt.

Les tubes fluorescents compacts (CFL), appelés ampoules économiques, fonctionnent comme les tubes fluorescents ordinaires utilisés dans tous les bâtiments publics. Les tubes fluorescents à ballasts conventionnels travaillent à la fréquence du réseau, donc 50 Hz, et leur degré d’efficacité est déjà nettement plus élevé que celui des ampoules électriques.

Vue intérieure d’une ampoule économique moderne (Photo: Peter Walther)

Si la fréquence de régime des tubes fluorescents est fortement augmentée par l’utilisation d’un ballast électronique, le degré d’efficacité augmente encore une fois nettement. Avec une fréquence croissante, le degré d’efficacité augmente continuellement jusqu’à ce que le maximum de 1 MHz soit atteint en fréquence de régime. Les fréquences de régime élevées ont un autre avantage: avec une fréquence croissante, le ballast peut être plus petit et plus léger. Au vu des composants électroniques utilisés, plus particulièrement des transistors commutateurs, un régime de 30 kHz est ordinaire. Dans ces conditions, les actuels CFL atteignent près de 60 à 70 lumens par watt.

Des CFL d’une puissance de 3W à env. 20W sont disponibles; les CFL de 20W remplacent les ampoules électriques de 100W, et utilisent donc 5 fois moins d’énergie.

Un CFL dure au moins 6 fois plus longtemps qu’une ampoule électrique normale. Les CFL doivent, en plus, remplir la norme sévère EN61000. À partir de septembre 2009, leur durée d’éclairage doit être d’au moins 10'000 heures et il doit être possible de les enclencher et déclencher au moins 10'000 fois (résistance à la commutation). À ce propos, l’entreprise SwissLights Int. utilisera un circuit développé par l’auteur pour un ballast. Ce circuit répond à toutes les exigences, sa masse est extrêmement petite et son prix de fabrication très avantageux. Une collaboration avec l’entreprise NARVA Deutschland est également prévue; un ballast similaire doit y être développé.

La LED comme source de lumière 

Les sources lumineuses LED sont toujours plus nombreuses sur le marché. Ceci est dû au développement brillant d’un Japonais, qui a réussi à fabriquer à bon marché des LEDs bleues et vertes (Light Emitting Diode). Le prix des LEDs rouges et jaunes était déjà avantageux depuis un certain temps. Mais c’est la lumière bleue qui est la condition nécessaire pour obtenir la lumière blanche. Il suffit en effet de munir une LED bleue d’un filtre perméable à une partie de la lumière bleue et de transformer l’autre en couleur complémentaire. Finalement, la LED produit une lumière blanche qui présente toutefois souvent encore un spectre bleu. Les premières LEDs n’étaient utilisées que pour les  affichages, car leur intensité lumineuse était beaucoup trop faible pour servir de source lumineuse.

On prête aux LEDs une durée de vie extrêmement longue, jusqu’à 80'000 heures. Il faut toutefois que l’ampoule soit de bonne qualité et refroidie de manière correcte. Les ampoules sont donc généralement dotées d’ailettes de réfrigération en aluminium, ce qui limite fortement les formes des modèles. De telles Power-LEDs doivent, comme les CFL, être munies d’un ballast (appelé appareil secteur ou alimentation), qui présente, comme chacun le sait, aussi des rayonnements électromagnétiques. Pour cette application, il est également possible d’utiliser un ballast, ou plutôt un adaptateur secteur de l’auteur. Ce sujet est le thème d’un mémoire de bachelor de la HESB-TI de cette année.

4W-Power-LED (Photo: Peter Walther)

L’efficacité lumineuse est à peu près la même que celle des CFL, à savoir 70 lumens par watt. Une 5W-LED correspond environ à une ampoule 25W, mais coûte toutefois actuellement environ 60 francs. Un grand producteur de LEDs espère percer dans 5 à 10 ans. D’ici là, les CFL produiront la plus grande partie de la lumière et il n’est pas exclu que les OLEDs (diodes luminescentes organiques) soient commercialisées, comme alternative avantageuse, en moins de temps et qu’elles l’emportent.

 

Ampoules économiques sans danger pour la santé

Puisque les tubes fluorescents compacts (CFL) sont pourvus d’un ballast électronique activé à fréquence élevée, des rayonnements électromagnétiques se forment, comme pour tout autre appareil électrique muni d’un même bloc d’alimentation secteur (installations stéréo, lecteurs CD, téléviseurs, etc.). Le rayonnement électromagnétique de ces appareils est contrôlé et doit respecter certaines normes.

Comme l’ampoule fluorescente produit la lumière à l’aide d’un plasma de gaz résultant de l’ionisation d’atomes de mercure, le fonctionnement nécessite une faible quantité de mercure. Pour les tubes fluorescents modernes, la teneur en mercure se situe à env. 2 mg, qui est encastré sous forme d’une petite pilule d’amalgame. Si le tube est recyclé, l’être humain et l’environnement ne courent aucun danger. Si un tube se casse, la fuite de mercure est sans risque car très faible, de plus le mercure est contenu dans une pilule d’amalgame.