CCTP pour luminaire LED

Introduction

Les LED ont fait leur apparition récemment dans le milieu de l’éclairage professionnel et, même si cette technologie n’est pas nouvelle, il n’est pas aisé de se l’approprier car de nouveaux concepts ont fait leur apparition (ou même leur réapparition comme le flickering qui avait disparu avec les ballasts électroniques mais qui resurgit avec les LED). Les repères du marché sont donc modifiés et de nouvelles habitudes sont à prendre.

Cette page a été rédigée suite à ce constat pour aider les décideurs à rédiger un cahier des charges en connaissance de cause.

Pourtant, certaines caractéristiques du produit final dépendent soit uniquement d’un élément (le scintillement par exemple dépendra uniquement du driver ou l’étanchéité uniquement du corps du luminaire) soit de 2 ou 3 éléments simultanément (comme la température – qui doit être bien maîtrisée – qui dépend des matériaux et de l’architecture du luminaire, de la qualité du driver et des LED).

Dans un premier temps sera donc traité le luminaire dans sa globalité pour aider à la rédaction de CCTP pour le bâtiment.

Dans un second temps, seront traités trois aspects plus en détails, en traitant :
– les LED en elles mêmes
– leur alimentation
– leur intégration dans un luminaire.

Synthèse pour la rédaction de cahiers des charges

Remarque liminaire : les informations ci-dessous correspondent à des standards voire à des normes spécifiques et elles doivent pouvoir être fournies par le fabricant de luminaires. Si certaines caractéristiques ne sont pas mises à la disposition par le fabricant, ce n’est pas bon signe.

Voici les différents éléments qui peuvent être repris dans un cahier des charges, notamment pour être sûr d’avoir des appareils de qualité :

* Pour toutes ces valeurs, des tolérances pourront également être indiquées pour plus de précision.

Détails sur les LED

Les LED constituent l’élément de base du luminaire et différentes caractéristiques sont à prendre en compte. Évidemment plus l’exigence est élevée (dans le binning par exemple), plus les sources sont chères et qualitatives.

Attention, les informations ci-dessous sont à relativiser car des propriétés sont interdépendantes (améliorer le rendu des couleurs diminue l’efficacité des LED par exemple) : il ne s’agit que de points de repère et l’idéal est de comparer les caractéristiques de différents produits du marché à un moment donné.

Les propriétés générales

– Efficacité de la barrette seule (sans tenir compte de l’alimentation) à Tp=25°C, un ordre de grandeur pourrait être :

– La garantie est une caractéristique simple et objective. Cinq ans est devenu un standard, il est donc possible de dresser le tableau suivant :

– La durée de vie est par contre une propriété difficile à quantifier car elle dépend de la définition (L70F50, L80F10…), de l’intensité du courant entrant et de Tp. Les fabricants qui indiquent une matrice de température sur leur fiche technique apportent un gage de qualité. Une valeur de 50 000 h est maintenant standard et un tableau indicatif ci-dessous peut être dressé :

* « Moyenne » signifie ici la moyenne des intensités proposées sur la fiche technique pour le module LED étudié

– La température ambiante acceptée (Ta) : évidemment, plus la plage est large moins les risques de détérioration sont importants. Attention, la thermique doit être gérée de manière globale et le fabricant du luminaire doit prendre les mesures nécessaires pour garantir les appareils en respectant les températures des modules et alimentations LED. Ci-après quelques exemples :

– Plus la température critique (Tc) est élevée, plus la thermique est gérée et plus les risques de surchauffe diminuent. Attention, comme ci-dessus, la thermique doit être gérée de manière globale et le fabricant de luminaire doit prendre les mesures nécessaires pour garantir les appareils en respectant les températures des modules et alimentations LED. Voici des ordres de grandeurs :

– Enfin, les indications sur la fiche technique de refroidissement des modules ainsi que les conditions de stockage (température et humidité) sont également un gage de qualité du fabricant.

Les propriétés électriques

Les propriétés électriques des modules LED servent notamment à mesurer la robustesse du module.

– Le pic de d’intensité acceptée par le module LED (en général pendant 8 ou 10 ms) est aussi une donnée fabricant qu’il est possible de résumer grossièrement :

– Le courant alternatif résiduel maximum accepté est également une propriété qui peut se retrouver sur les fiches techniques et qu’il est possible de résumer grossièrement :

– La tension d’essai d’isolement est la tension maximale applicable sur le circuit qui ne provoque pas de court circuit. Évidemment, plus celle-ci est élevée, plus le circuit est robuste. Un ordre d’idée pourrait être :

– La facilité de câblage voire la possibilité de câblage par robot peut être un critère important suivant les cas.
– Enfin, les indications sur la fiche technique des niveaux de classification pour le risque électrostatique (ESD/EOD), du courant de fuite (CTI pour Comparative Tracking Index, c’est à dire la résistance au courant de fuite) sont également un gage de qualité du fabricant.

Les propriétés photométriques

Le code photométrique – qui résume une partie de ces caractéristiques (température de couleur, IRC, SDCM initial et après un certain temps, maintien du flux lumineux) – peut permettre de donner une idée de ces propriétés.

– Aucune consigne absolue ne peut être donnée pour la température de couleur qui dépend des situations et préférences de chacun.
– Pour le rendu des couleurs, de manière générale, la référence est la lumière naturelle donc les valeurs R_a de l’IRC (et pour les LED plus spécifiquement le rouge vif qui est généralement mal rendu et qui est mesuré par le R₉ ) et le R_f de la TM 30-20 doivent être au plus proche de 100. Par contre, dans des cas spécifiques (magasin, art…), il peut être préféré de saturer certaines teintes qui conduisent du coup à de moins bonnes valeurs de R_a et R_f. Ce point est donc à voir suivant les situations mais il est compliqué et cher de bien maîtriser cette caractéristique qui peut être discriminante pour exclure les modules LED peu qualitatifs.
– La maitrise de l’homogénéité des couleurs des différentes LED ainsi que leurs maintiens dans le temps est un facteur important qu’il est possible de résumer comme ci-dessous. Ce critère est également discriminant pour exclure les modules LED peu qualitatifs.

– Le risque photobiologique du module LED est encadré par la norme NF EN 62 471 donc cette propriété est facilement contrôlable (attention toutefois, le système optique du luminaire peut – dans des cas particuliers – modifier la classe)

– L’angle d’éclairement est donné à titre indicatif et est utile au fabricant pour travailler son système optique.

Détails sur les alimentations LED

Les alimentations sont capitales dans la qualité de l’éclairage LED, et ce d’autant plus que les LED sont très sensibles à leur courant d’entrée. Et, comme dans de nombreux domaines, le fait d’avoir des modules LED et un driver d’un même fabricant permet de s’assurer une compatibilité optimale.

Attention, les informations ci-dessous sont à relativiser car les propriétés sont interdépendantes : il ne s’agit que de points de repère et l’idéal est de comparer les caractéristiques de différents produits du marché.

Les propriétés générales

– L’efficacité des drivers dépend notamment de la puissance du driver et si celui-ci est gradable. Voici un ordre de grandeur valable pour les puissances supérieures à 20 W :

– La garantie est une caractéristique simple et objective. Cinq ans est maintenant un standard, il est donc possible de dresser le tableau suivant :

– La durée de vie est une propriété qui dépend de la température Tp. Il est possible de proposer le tableau suivant :

– Plus la température critique (Tc) est élevée, plus la thermique est gérée et plus les risques de surchauffe diminuent. Attention, comme ci-dessus, la thermique doit être gérée de manière globale et le fabricant de luminaires doit prendre les mesures nécessaires pour garantir les appareils en respectant les températures des modules et alimentations LED. Voici des ordres de grandeurs :

– Le risque de dysfonctionnement du driver doit être au minimum inférieur à 10% au bout de la durée de vie annoncée.
– La facilité de câblage voire la possibilité de câblage par robot peut être un critère important suivant les cas.
– Enfin, les indications sur la fiche technique des conditions de stockage (température et humidité) ainsi que des protections contre des surchauffes, les surtensions, des courts-circuits, des surcharges, une tension à vide…. sont un gage de qualité du fabricant.

Les propriétés électriques

Les drivers sont généralement à courant constant (pour l’éclairage en général) mais il existe aussi des drivers à tension constante (12 ou 24 V par exemple) pour des applications particulières comme la signalisation. Cette caractéristique dépend du besoin.
– Le driver ne doit pas générer d’harmoniques, ce qui est mesuré par le THD (Total Harmonic Distortion) appelé taux de distorsion harmonique. Ce critère est discriminant pour exclure les drivers peu qualitatifs.

– Le courant alternatif résiduel reflète la propreté du courant de sorite du driver (ou du courant entrant dans la LED) et est responsable du papillotement : il doit être maîtrisé et cette caractéristique exige des composants qualitatifs et chers. Ce critère est également discriminant pour exclure les drivers peu qualitatifs.

– Le déphasage lambda entre l’intensité et le courant électrique doit être maîtrisé :

– Le fait d’être en basse tension de sécurité ou non (appelé SELV en anglais pour Security Extra Low Voltage) est capital pour le fabricant de luminaires dans sa conception. En effet, les risques qu’une personne touche une partie conductrice dangereuse doivent être maîtrisés et la dangerosité de ce composant doit être prise en compte s’il peut être atteint par une personne lorsqu’il est sous tension.

– Les temps d’allumage et d’extinction sont des caractéristiques également indiquées pour les alimentations LED :

– Enfin, le courant de fuite (leakage current) est également une donnée du driver qui est constamment alimenté par un courant 230 V et qui laisse « passer » une faible quantité de courant :

En cas de gradation

– Favoriser la gradation par modulation d’amplitude – notamment pour les plages inférieures à 30% de gradation –  au détriment du PWM pour éviter le papillotement (attention, il faut veiller dans ce cas à conserver les autres caractéristiques notamment en SDCM)
– Le niveau de gradation minimum est un paramètre discriminant pour exclure les drivers gradable non qualitatifs.

– Enfin, il est nécessaire de porter une attention particulière sur les différents paramètres ci-dessus à différents niveaux de gradation (ce qui doit être indiqué dans la fiche technique fabricant) : par exemple l’efficacité varie suivant le pourcentage de gradation, ce qui peut être exprimé par un graphique.

Les luminaires LED

– Maitrise température : chaque fabricant de luminaires doit s’assurer qu’à l’intérieur de son luminaire les préconisations des fabricants de modules LED et driver sont respectées (l’échauffement peut être fort par exemple à l’intérieur de luminaires étanches en polycarbonate). Ce point est difficile à formaliser et seule une bonne connaissance du fabricant peut garantir une bonne gestion thermique du luminaire.

– Nature de la lumière produite : le spectre électromagnétique dépend du spectre des LED mais peut être (légèrement) modifié par le système optique, par exemple si ce dernier comprend des parties colorées (aluminium anodisé doré, filtre de couleur…). Le fabricant de luminaires doit pouvoir fournir le spectre électromagnétique de son luminaire, ce qui donnera la possibilité de produire le R_a (IRC) et les R_f et R_g (TM 30-20). Pour mémoire, plus ces valeurs seront proches de 100, plus le rendu des couleurs sera proche du rendu de la lumière référente (type lumière du jour) mais d’autres effets peuvent être rechercher comme saturer une ou plusieurs teintes.

– De même, il peut y avoir une (légère) différence entre le risque photobiologique de la source LED et celui du luminaire : en effet, le système optique peut modifier le spectre et la répartition du flux lumineux (donc modifier la surface apparente de la source), ce qui peut avoir des incidences sur le risque photobiologique suivant la NF EN 62471. Évidemment, il est souhaitable de diminuer ce risque au maximum (risque 0 ou 1 donc), surtout dans des applications sensibles comme les crèches ou les hôpitaux.

– Il n’y a pas par contre d’éléments objectifs généraux concernant le système optique, l’esthétique, les caractéristiques mécaniques (IP, IK ou fil incandescent) ou électrique (classe électrique, gradation, détecteur…) car toutes ces propriétés dépendent des applications voire du goûts des parties prenantes.

Conclusion

Bien spécifier les caractéristiques des LED, alimentations et des luminaires peut permettre :
– de ne pas avoir d’impact sur la santé (papillotement et autres risques photobiologiques)
– d’avoir une durée de vie plus longue (qualité des composants, protection contre les surtensions et maîtrise de la thermique)
– de diminuer les SAV
– d’avoir une plus grande efficacité énergétique
– d’être optimum pour les rendus des couleurs
– de ne pas perturber le courant électrique du réseau (harmoniques)
– d’éclairer suffisamment sans éblouir
– de limiter les variantes de produits non qualitatifs.

mise à jour : 9 février 2022