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Des DEL…partout

Par   31 mai 2016

Le marché de l’éclairage général par DEL est similaire au marché des circuits intégrés analogiques dans le sens où tous deux sont extrêmement fragmentés. Ses sous-segments sont, entre autres, les lampes de remplacement, les rubans et les guirlandes, les zones extérieures, le secteur industriel, le secteur commercial, l’habitat, l’électronique grand public portative, le divertissement, les vitrines de magasins, les circuits électriques hors réseau et la sécurité.

Il faut noter que le marché de l’éclairage général par DEL représente ~57% du marché total des DEL estimé à 25,9 milliards de dollars pour 2018. Les autres marchés sont la signalétique, l’éclairage automobile, les dispositifs mobiles, le rétroéclairage des écrans, des moniteurs et autres.

Les applications d’éclairage général par DEL continue à gagner du terrain dans les secteurs commercial et de l’habitat, ce qui accélère encore leur croissance. Selon LEDinside (une division de TrendForce), « une croissance phénoménale a été observée dans les systèmes d’éclairage par DEL à flux lumineux élevé pour l’usage commercial. Cela est dû au fait que l’éclairage par DEL pour la maison est encore trop cher pour la plupart des consommateurs. Grâce à ses avantages à long terme, aux économies d’énergie, à ses caractéristiques respectueuses de l’environnement et aux réductions de taxe le cas échéant, l’éclairage par DEL va continuer à se développer considérablement dans les espaces commerciaux tels que parking, bureaux, usines et entrepôts. Les lampes à DEL peuvent remplacer non seulement les lampes à sodium haute pression, les lampes à halogène et les ampoules à incandescence, mais aussi, dans certains endroits, les tubes et ampoules fluorescents. Selon les estimations, la croissance rapide et l’adoption généralisée de l’éclairage commercial par DEL ont eu lieu en 2011, alors que l’utilisation domestique des DEL n’a commencé à s’accélérer qu’en 2012. »

Il n’est pas surprenant que les applications commerciales/industrielles soient les premières à effectuer la transition vers les DEL puisque l’éclairage en général représente jusqu’à 25% à 40% de la consommation d’énergie dans les immeubles commerciaux. Comme ces applications nécessitent un éclairage très intense pendant de longues heures, les délais de recouvrement de l’investissement, grâce aux économies d’électricité réalisées, sont relativement courts. De plus, la longue durée de vie des dispositifs à DEL réduit considérablement les coûts de remplacement des ampoules. Ces coûts de remplacement comprennent non seulement le prix de l’ampoule, mais aussi les coûts de main-d’œuvre induits par le remplacement, qui dans certaines applications comme l’éclairage de vitrine, sont élevés.

Le principal moteur de la rapidité de la croissance de l’éclairage par DEL est la réduction spectaculaire de la consommation d’énergie permise par rapport à l’éclairage traditionnel. Pour fournir un niveau d’éclairage (en lumens) donné, les DEL utilisent moins de 20% de la puissance électrique nécessaire à l’éclairage par incandescence. Comme indiqué dans le tableau 1, l’éclairage par DEL offre d’autres avantages, mais présente également quelques difficultés supplémentaires. Les avantages des DEL ont une durée de vie au moins dix fois plus longue que celle des ampoules à incandescence, ce qui réduit considérablement les coûts de remplacement. La possibilité de réduire l’intensité lumineuse des DEL à l’aide de gradateurs à TRIAC est aussi un avantage appréciable, surtout pour l’éclairage domestique. Les DEL bénéficient d’un allumage instantané, sans le temps de réchauffement associé aux ampoules fluorescentes, et sont, contrairement à ces dernières, insensibles aux fluctuations d’alimentation. De plus, les dispositifs d’éclairage par DEL ne contiennent pas de matériaux toxiques difficiles à gérer ou à éliminer, alors que les ampoules fluorescentes contiennent du mercure gazeux toxique nécessaire à leur fonctionnement. Enfin, les DEL présentent de nouveaux facteurs de forme avec un profil très mince irréalisable avec les autres technologies.

Tableau 1. Comparaison des sources de lumière à DEL, à ampoules fluorescentes et à incandescence

Tableau 1. Comparaison des sources de lumière à DEL, à ampoules fluorescentes et à incandescence

Un des facteurs ayant contribué à la conversion à l’éclairage par DEL dans l’habitat aux États-Unis est le fait que la fabrication et l’importation des ampoules à incandescence de 40W et 60W utilisées par la majorité des ménages américains ont été interdites fin 2013 (il est cependant encore possible de les acheter). À noter que les ampoules de 75W et 100W ont été éliminées progressivement à partir de 2012. Leur disparition est due principalement à la nécessité d’une meilleure efficacité de production de lumière à partir d’électricité exigée par l’agence de protection de l’environnement américaine, l’EPA (Environmental Protection Agency). La raison prédominante étant de réduire la consommation d’électricité (et donc la production), l’éclairage domestique comptant pour environ 14% de la consommation d’électricité (source : US Energy Information Administration). C’est ainsi que le dispositif équivalent à base de DEL à semiconducteur, qui ne consomme à peu près qu’un huitième de l’énergie pour produire la même quantité de lumens, a fait son apparition dans notre monde moderne.

Le prix de vente de Cree pour l’équivalent en DEL à une ampoule de 60W est descendu à 7,97 dollars chez Home Depot. Cette ampoule Cree est conçue pour durer 25 000 heures et permet d’économiser 84% d’énergie électrique par rapport à l’ampoule à incandescence traditionnelle correspondante. De plus, et c’est encore plus important du point de vue du consommateur, Cree affirme qu’en remplaçant les ampoules à incandescence par des ampoules à DEL dans les cinq éclairages les plus fréquemment utilisés d’une habitation, les consommateurs peuvent économiser, en moyenne, environ 60 dollars par an sur leur facture d’électricité. Mais, même si la plupart des consommateurs rechignent encore à dépenser 8 dollars pour une ampoule à DEL équivalente à une 60W, ils ne peuvent plus acheter l’ampoule à incandescence de 60W. La bonne nouvelle, c’est que les fournisseurs comme Philips et Feit se font concurrence et continuent à offrir des réductions telles, que le prix moyen d’une de ces ampoules revient à un peu moins de 3 dollars.

L’évolution de l’éclairage, de l’ampoule à incandescence à l’équivalent électronique à semiconducteur, est similaire à ce qui se passe actuellement dans l’industrie automobile avec l’éclairage des véhicules. Alors que les DEL rouges sont utilisées dans les feux arrière depuis plus de dix ans, les changements intervenus récemment au niveau des phares avant et de l’éclairage intérieur ont entraîné un rythme plus soutenu d’adoption des DEL. Les DEL sont présentes dans plus de 70% des voyants lumineux de l’habitacle et dans plus de 45% du rétroéclairage des affichages des instruments. Comparez cela aux plus de 55% de feux de jour et approximativement 5% de phares, actuellement.

Pourquoi les phares à DEL ne sont-ils pas aussi répandus que les autres formes d’éclairage automobile à DEL?? La réponse est bien sûr le coût. Les autres technologies utilisées dans les phares de voitures sont les ampoules à incandescence, les ampoules halogènes ou les ampoules au xénon à décharge haute pression (HID). Les DEL équivalentes peuvent coûter jusqu’à 100% de plus que les phares halogènes (utilisés depuis 1962 en Europe, mais seulement depuis 1978 aux États-Unis) et 1,5 fois plus que les ampoules au xénon HID : obtenir des performances comparables à celles des phares au xénon HID, nécessite une solution à base de DEL bien plus coûteuse que les solutions de remplacement des halogènes aux performances plus basses.

En général, les phares à DEL se situent entre les phares halogènes et les phares au xénon HID en termes de luminescence, mais ils produisent un faisceau lumineux plus focalisé et permettent de créer d’autres formes. De plus, grâce à leur petite taille, les DEL peuvent être arrangées différemment et plus facilement pour s’adapter parfaitement aux modèles des fabricants automobiles. Bien que les DEL n’émettent pas de chaleur lorsqu’elles sont allumées, elles s’échauffent au niveau de la partie inférieure de l’émetteur lorsque l’électricité le traverse, ce qui constitue un risque pour les composants voisins et les câbles de raccordement. Pour cette raison, les phares à DEL nécessitent des systèmes de refroidissement, dissipateurs de chaleur ou ventilateurs, pour ne pas fondre. De plus, ces systèmes de refroidissement se situent sous les capots, près des moteurs, une zone qui n’est pas particulièrement fraîche, où d’autres systèmes se maintiennent difficilement à une température acceptable. C’est aussi une des raisons pour laquelle les phares à DEL sont si difficiles à concevoir et à mettre en œuvre dans un véhicule, et sont donc plus chers que les HID. La figure 1 présente une configuration de phare à DEL.

Figure 1. Comment un phare à matrice de DEL disperse la lumière.

Figure 1. Comment un phare à matrice de DEL disperse la lumière.

Audi a annoncé récemment l’introduction d’un rayon laser en option, dans les feux de route de sa R8 hautes performances. Ce système permet de ne pas éblouir les autres véhicules en les croisant et de garder les feux de route allumés, les ajustant eux même, à l’approche d’un maximum de huit voitures. Comparé aux feux de route à DEL, le rayon laser d’Audi a une portée deux fois plus longue (plus de 150 mètres), donnant au conducteur une distance de visibilité bien plus grande.

Le tableau 2 résume les avantages et les inconvénients des différentes techniques utilisées dans les phares de véhicules.

Tableau 2. Comparaison des différentes ampoules de phare automobile

Tableau 2. Comparaison des différentes ampoules de phare automobile

En conclusion, les jours heureux de la dominance des ampoules à incandescence comme la solution sur laquelle on pouvait toujours compter pour tous les besoins en éclairage arrivent à leur fin. Cela a mis du temps, mais les coûts associés aux équivalents à DEL ont chuté considérablement ces cinq dernières années. Ces coûts sont maintenant suffisamment faibles pour que les DEL soient adoptées non seulement pas les consommateurs, mais aussi par les principales industries, comme le segment de marché des transports. Oui, je crois que les ampoules à DEL ont un brillant avenir devant elles.

 

Tony Armstrong
Directeur Marketing Produits
Power Products
Linear Technology

Source: zellercom.com