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Les lampes led à filament sont la nouvelle tendance. Elles remplacent avantageusement les lampes fluorescentes compactes.

Les lampes fluorescentes compactes

Dans les années 1990 sont apparues les premières lampes fluorescentes compactes. Elles n'étaient pas vraiment compactes, car elles utilisaient un ballast classique dans l'ampoule. Les lampes étaient très lourdes et n'ont eu aucun succès. De plus elles nécessitaient un temps de chauffe avant de donner leur flux lumineux normal.

Puis sont venu les lampes fluorescentes à ballast électronique, de plus en plus compactes. Les lampes fluorescentes ont pratiquement la même taille que les lampes à filament. Mais une évolution plus poussée n'est plus possible. Tout comme les lampes incandescentes à halogènes, elles ont atteint leur maturité et il ne faut plus attendre de nouveaux développements.

Les lampes fluorescentes compactes ont malgré tout quelques inconvénients:

Lampes led

Puis sont venu les lampes led, d'abord comme lampes-témoins, puis de plus en plus puissantes. Pour l'éclairage, la technologie est une lampe qui émet dans le bleu, et dont une partie de la lumière est transformée en jaune par une couche fluorescente (un peu le même système qu'avec les tubes fluorescents).

Les lampes les plus puissantes se composent de pastilles jaunes. Elles nécessitent un refroidissement parce qu'il s'agit d'une source ponctuelle: sans refroidisseur, la température de la puce peut monter très haut. Bien refroidies, la durée de vie excède celle de tubes fluorescents (50.000 heures au lieu de 10.000 heures).

Il existe des lampes fonctionnant sous 12V ou sous 230V. Il faut une alimentation à commutation pour transformer la tension d'alimentation en basse tension à courant constant pour les leds. Souvent les lampes tombent en panne parce que l'alimentation à flanché. C'est souvent le cas pour les lampes made in China.

Ces lampes projetent la lumière d'un seul coté et sont donc idéales pour certaines applications, masi pas pour d'autres. Le rendu des couleurs est très bon et les lampes existent en différentes "températures": du blanc chaud au blanc-bleu. La plupart des lampes ont une température de 2800°K, mais on en trouve également de 4000°K et même 6000°K. C'est la composition de la couche fluorescente qui détermine la température de couleur.

Lampes led à filament

Et nous avons finalement les lampes led à filament. On utilise de petites cellules led sur un filament (en fait une fine plaquette en verre) et le tout est englobé dans une couche fluorescente jaune. Le courant qui traverse une cellule led est plus faible qu'avec la version précédente, mais les cellules sont très petites et, le courant est donc malgré tout important par unité de surface. Comme vous pouvez le voir sur les photos, les diodes électroluminescentes ne sont placées que d'un cote de la plaquette.

L'électronique est souvent limitée à sa plus simple expression: un redresseur double alternance, parfois un condensateur de filtrage pour réduire les pulsations (une lampe led n'a pas l'inertie thermique d'une lampe à filament), parfois un système de stabilisation (une résistance PTC dont la résistance augmente avec la température et permet donc de limiter le courant à une valeur sûre pour les leds).

Les lampes haut de gamme (Philips) ont un circuit électronique plus performant qui permet d'avoir une intensité lumineuse constante sans papillotements.

La réduction de l'intensité lumineuse est possible avec un gradateur, mais n'est pas linéaire: la plupart des lampes n'éclairent qu'à partir de 170V, pour atteindre leur intensité lumineuse maximale vers 215V. C'est causé par l'effet de coude des diodes utilisées: il faut une tension minimales pour qu'elles entrent en conduction.

J'en ai également profité pour mesurer la consommation: 29.3mA sous 220V, ce qui fait 6.6W (au lieu des 4W indiqués sur le boitier....). Le flux lumineux est par contre correct.

Certains fabricants ajoutent quelques leds rouges dans chaque filament pour compenser l'émission plus faible dans cette région du spectre lumineux. Ce n'est pas le cas avec les filaments sur les photos qui ne se composent que de leds bleues. Le rayonnement rouge n'a aucun effet sur la couche fluorescente (relisez votre cours de physique, et en particulier la partie consacrée au déplacement de Stokes).

Pour prendre les photos, la tension a été réduite à 170V: c'est à partir de cette tension que les leds commencent à produire de la lumière.

Température du "filament"

Le point faible de ces lampes, c'est l'évacuation de la chaleur. Les petites cellules leds ne produisent pas tellement de chaleur, mais il y en a beaucoup et le substrat sur lequel elles sont montées ne permet pas une bonne dissipation de la chaleur. Les lampes bon marché utilisent du verre (mauvais conducteur), tandis que les lampes plus chères utilisent de la céramique. Dans les lampes bon marché, on mesure une température du filament de 105°C, ce qui est beaucoup. La durée de vie de ces lampes est estimée à un peu plus de mille heures, donc pas mieux qu'une lampe à incandescence classique. L'intensité lumineuse diminue nettement à partir de 50% de la durée de vie de la lampe.

La puissance lumineuse d'un filament standard est limitée à 1W à cause de la mauvaise élimination de la chaleur. Pour une lampe plus puissante, il faut donc plus de filaments placés en parallèle. Les lampes de bonne qualité ont une athmosphère composée d'hélium, un gaz qui a une inertie thermique plus élevée que l'air et qui permet une meilleure évacuation de la chaleur. Evidemment, il n'y a aucune raison de faire le vide dans une lampe led, puisque le filament n'est pas porté à incandescence!

La durée de vie des lampes de bonne qualité est estimée à 15.000 heures (625 jours en fonctionnement continu). On remarque l'échauffement des lampes par une légère augmentation du courant consommé pendant les premières minutes, cela est surtout apparent avec les lampes bon marché qui n'ont pas de stabilisateur. Le flux lumineux n'augmente pas, lui, puisque le rendement diminue avec la température des leds.

Utilisation dans un studio

Nous avons donc eu une très longue introduction, mais maintenant vous savez tout sur ces lampes à filament led!

On vend souvent des éclairages continus de studio qui sont équipés de lampes fluorescentes. Ces lampes sont actuellement assez puissantes et peuvent remplacer des flashes de studio, mais la lumière qu'elles produisent n'est pas fameuse. Le rendu des couleurs est mauvais dans le meilleur des cas, désastreux dans la plupart des cas. J'ai testé de telles installations chez des photographes avec qui je travaille et il n'est pas possible de régler la balance des blancs pour avoir une correction valable, puisqu'il ne s'agit pas d'un problème de température des couleurs, mais de rendu des couleurs.

Mais la bonne nouvelle est que les ampoules peuvent être remplacées par des ampoules led-filament. Attention, la puissance peut être moindre, ce qui peut jouer un rôle si on utilise des boites à lumière.

Utilisez toujours des lampes du même lot de production: il peut y avoir des différences entre des lots différents d'un même fabricant (en Chine, la production des tiges est assurée par différentes usines). Les différences sont malgré tout assez faible et il est fort probable qu'en pratique on ne voie pas la différence.

La lumière d'une lampe led à filament est toujours assez diffuse. Certaines lampes produisent une diffusion irrégulière de la lumière avec des zones plus sombres et plus claires. En effet, les filaments émettent surtout d'un coté et si deux filaments sont dirigés dans le même sens, il y a forcément une zone d'ombre.

Encore une petite remarque: si le verre de l'ampoule se brise, l'air ambiant (oxygène et vapeur d'eau) pénètre dans la couche phosphorescente et détruit les cristaux par oxydation. La lampe cesse rapidement de fonctionner.

Et les lampes halogènes?

Les lampes halogènes basse tension sont apparues un peu avant les tubes fluorescents compacts. Les gaz halogènes présent dans le ballon font que le métal qui s'est évaporé se redépose sur le filament, permettant de faire travailler le filament à une température plus élevée. Plus tard on a réussi à fabriquer des lampes halogènes basse puissance fonctionnant directement sur le 220V. Un fin filament comme ceux utilisé dans les lampes de 60W/220V risque de claquer très vite à cause des températures plus élevées. Ce n'est que récemment qu'on est arrivé à maitriser la fabrication et produire des tubes halogènes de puissance relativement faible.

Mais les lampes halogènes restent des lampes à incandescence avec un mauvais rendement. Ces lampes chauffent donc très fort, ce qui n'est pas idéal dans les boites à lumière. Par contre le rendu des couleurs est excellent, pour peu que l'appareil photo ait été réglé correctement. Le blanc "halogène" n'est pas le blanc "incandescence".

Ces lampes produisent une lumière très concentrée, parfaite pour l'éclairage spot.

Led à filament(s)

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