• Ampoule à incandescence

Inventée par Joseph Swan et améliorée par Thomas Edison à la fin du XIXe siècle, l’ampoule à filament est un dispositif qui produit de la lumière en portant à incandescence un filament de tungstène.

Le filament offre une résistance au courant électrique qui le parcourt. Il s’échauffe donc très fortement (plusieurs milliers de degrés) et émet de la lumière : c’est l’incandescence. On utilise donc le tungstène comme matériau, puisque c’est le métal dont le point de fusion est le plus élevé.

Pour éviter que ce mince filament ne s’enflamme et se détruise en présence de dioxygène, celui-ci est placé dans une ampoule en verre contenant soit du vide, soit une atmosphère contrôlée sans oxygène. Il finit toutefois par se sublimer peu à peu à l’usage et à s’affiner, jusqu’à se rompre.

Du fait de ce fonctionnement, les ampoules à filaments (dont les halogènes) ont un piètre rendement énergétique comme dispositif d’éclairage : une grande partie de l’électricité est transformée en chaleur par effet Joule. C’est pourquoi, dans le contexte actuel d’enchérissement de l’énergie et de développement durable, ce type d’ampoule est remplacé progressivement par des ampoules basse consommation.

  • Lampe LED

Les lampes à LED, tout le monde en entend parler, que ce soit pour l’éclairage de nos maisons, de nos voitures etc.

LED est l’acronyme anglais pour diode électroluminescente (on dirait DEL en français). Le principe de fonctionnement est basé sur les caractéristiques particulières des semi-conducteurs. Pour illustrer, c’est le contraire des panneaux photovoltaïques qui transforment la lumière en électricité, ici, c’est l’électricité qui est transformée en lumière.

  • Avantages

La technologie LED ne cesse de progresser : les performances des LED doublent tous les 2 ans et les prix diminuent de 20 % chaque année.

La durée de vie des lampes à LED est largement supérieure à celle des autres technologies : jusqu'à 100 000 heures (en laboratoire), 40 000 h sur le marché (soit plusieurs dizaines d'années d'utilisation) contre 1 000 h pour les lampes à incandescence, 2 000 h pour les lampes halogènes et 10 000 h pour les lampes fluocompactes. Ainsi, l'achat et le remplacement d'une lampe LED sont moins fréquents, ce qui améliore la rentabilité de l'investissement.

Si une LED isolée affiche un très bon rendement énergétique (environ 150 lm/W et jusqu'à 220 lm/W pour les plus performantes), une lampe à LED offre un rendement compris entre 40 et 80 lumens par watt. Cette baisse de rendement est notamment liée à la chaleur produite par les diodes accolées dans la lampe.

Ainsi, les lampes à LED actuellement mises sur le marché ont généralement une efficacité énergétique nettement supérieure aux lampes classiques : 70 lumen/W pour les fluocompactes et seulement 16 lumen/W pour les lampes à incandescence.

Heureusement, la majorité des lampes destinées à l'éclairage domestique offre aujourd'hui une qualité d'éclairage satisfaisante : une lampe à LED de plus de 800 lumens (équivalent à une lampe à incandescence de 60 W) consomme entre 9 et 12 watts seulement, une LED de 400 lumens consomme environ 6 watts.

De plus, les évolutions technologiques devraient permettre d'améliorer l'efficacité des lampes LED pour le grand public en la portant autour de 100 lm/W. Les LED « super lumineuses » peuvent déjà, en laboratoire, atteindre une efficacité énergétique allant jusqu'à 300 lm/W ! Ce qui signifie qu'à terme nous pourrons disposer de lampes qui consomment moins de 4 watts et qui éclairent comme une lampe à incandescence de 75 watts.

Les ampoules LED atteignent un niveau maximal de luminosité dès l'allumage. En effet, les sources à LED admettent des cycles d'allumage et d'extinction fréquents. Elles émettent instantanément le flux lumineux désiré, sans montée en régime, ce qui peut s'avérer avantageux pour des applications spécifiques telles que les lieux de passage.

La compacité des LED les rend très intéressantes pour le remplacement des sources encastrées dans les faux plafonds telles que les spots halogènes ou les downlight[3].

Les modules LED, directement mis en place dans un luminaire et qui peuvent intégrer une électronique de commande, facilitent la mise en œuvre de solutions de gestion de l'éclairage telles que la détection de présence ou la variation en fonction de la lumière du jour.

  • Désavantages

Le processus de fabrication des LED est relativement énergivore. Toutefois le bilan énergétique global (comprenant l'étape de fabrication et d'utilisation) des deux technologies (LED et fluo compactes) reste comparable.

Les LED sont encore un peu chères : il faut compter entre 7 et 15 euros, en 2014 pour une lampe qui éclaire autant qu'une lampe à incandescence de 60 W et plus de 15 euros pour l'équivalent à 75 W. Bien sûr, avec leur déploiement massif sur le marché, les prix vont rapidement chuter. Début 2015, on pouvait déjà trouver des LED E27 de 400 lumens à moins de 3 euro !

Les lampes LED sont encore mal adaptées à l'éclairage de forte puissance, notamment au marché de l'éclairage public en raison de la surchauffe que peut entraîner l'utilisation de nombreuses LED accolées. Et ce même si, individuellement, une lampe LED chauffe peu.

Au-delà de la consommation d'énergie en fonctionnement, la lampe à LED génère, lors de sa fabrication et en fin de vie, des impacts environnementaux. L'Agence internationale de l'énergie a ainsi compilé plusieurs analyses de cycle de vie des solutions d'éclairage permettant de comparer les performances environnementales des lampes incandescentes, des LFC et des LED.

L'impact environnemental d'une source lumineuse est principalement déterminé par son efficacité à produire la lumière et sa durée de vie. Ainsi, l'impact environnemental des LFC et des LED est tout de même bien inférieur à celui des lampes à incandescence (jusqu'à 75% moindre).

Les progrès à venir sur l'efficacité lumineuse et la durée de vie des LED devraient leur permettre, à terme, d'afficher le meilleur bilan environnemental de toutes les lampes, avec une réduction des impacts environnementaux de 85% par rapport aux lampes à incandescence. Ce bilan peut également être amélioré par des progrès sur la fabrication et le recyclage.