Comment préserver son luminaire LED au delà de sa durée de vie annoncée ?

Certification LM et projections de durée de vie

Avec l'apparition des LED et leur démocratisation dans tout type de solution d'éclairage depuis début 2000, l'IES (Illuminating Engineering Society of North America) a été contrainte de standardiser les techniques de mesures et de quantification des différentes grandeurs physiques associées à cette technologie.  De cette manière tout les constructeurs présentent leurs produits caractérisés par des valeurs cohérentes et révélatrices, ce qui est un avantage certain pour le consommateur. La norme LM80 en est un exemple parfait.

LM80 késako ?

Cette certification correspond enfaite à une manière de réaliser une estimation quant à la déperdition de flux lumineux au long terme pour une puce ou un réseau de puces LED. Elle est donc réalisée par les fabricants de diodes électro-luminescente (LED), et ce sont les fabricants de panneaux LED horticoles qui vont reprendre cette estimation pour extrapoler ces caractéristiques à leur armature.

La marche a suivre est une série de mesures de flux lumineux sur une période de 6.000 à 10.000 heures, et ce avec des montages stabilisés en température à 55°C ,85°C et 105°C pour chaque modèle de diode. Ensuite avec des modèles mathématiques bien affûtés on peut extrapoler l'usure des diodes sur des périodes plus longues.

Température de fonctionnement et durée de vie

Ce qui ressort de toute mesure LM80 est une nette déperdition du flux à moyen-long terme pour les températures les plus hautes. Le défis pour les fabricants d'armatures est dorénavant de concevoir un luminaire capable de dissiper correctement la chaleur dégagée par les diodes afin de maximiser le maintien du flux lumineux de ces dernières. Lorsqu'un prototype est testé, on détermine sa température stable de fonctionnement, et avec cette dernière, on peut faire le lien avec la certification LM80 du fabricant de diodes. Cet exercice de transition de prédictions pour les diodes aux prédictions pour une armature complète se nomme TM21.

On voit directement que le but est dorénavant de favoriser une armature qui permettra la meilleure dissipation possible, et pour des raisons de fiabilité, de consommation électrique, de confort, et de facilité la plupart des fabricants s'orientent vers une dissipation passive. Ce n'est pas une mauvaise chose lorsque celle ci est bien conçue. En effet le simple réchauffement de petites ailettes radiantes peut créer un mouvement de convection d'air au sein de celles-ci et donc aboutir à un équilibre thermique relativement bas en température. La valeur de cette température dépendra forcément de la température ambiante, de la quantité d'aluminium utilisée dans le système de refroidissement, et du courant électrique envoyés dans les diodes.

Notons tout de même que d'autre critères peuvent impacter le maintien du flux de l'armature sur le long terme, comme par exemple un potentiel ternissement de l'optique (s'il y en a une) et/ou des vitres de protection, ou encore une potentielle sulfuration des diodes liée au contact avec certains agents phytosanitaires ou engrais.

De l'aluminium à gogo !

Si la tendance n'est pas au watercooling c'est qu'il y a une raison !

En effet un système passif sera toujours plus fiable que n'importe quel système actif, surtout lorsqu'on prévoit des durées de vies de plusieurs dizaines de milliers d'heures. Et avec l'augmentation constante du prix des métaux il est évident qu'une bonne composante du prix d'une armature LED bien conçue est celui de l'aluminium qui la compose. Il ne reste plus qu'à mettre la bonne quantité d'aluminium au bon endroit !

Un autre avantage, et pas des moindres, des systèmes passifs réside dans le fait qu'il ne tient qu'à nous de l'activer ...

Une petite expérience

Description

L'idée est la suivante : puisqu'une lampe moins chaude maintien mieux son flux lumineux au cours des années on va essayer d'abaisser la température de l'équilibre thermique en fonctionnement. Pour se faire nous avons équipé une tente de culture d'un luminaire Hortimol MG6, surplombé d'un ventilateur orienté du haut vers le bas, en direction de l'armature. Une mesure continue de la densité de flux photosynthétique a été réalisée au centre de la surface éclairée à 60cm du luminaire, et ce durant le cycle de chauffe de la lampe. Une fois que la mesure de PPFD s'est stabilisée (lorsque la température d'équilibre thermique est atteinte), nous avons allumé le ventilateur situé au dessus de la lampe et avons observé une modification directe de l'équilibre thermique.

Interprétation

Le premier constat est que, pour ce modèle, dans cette configuration, on observe une différence de 2.2% de luminosité directe entre d'une part le flux lorsque la lampe est à température ambiante (cad lorsqu'elle vient d'être allumée et qu'elle n'a pas encore chauffé) et d'autre part le flux lorsque l'équilibre thermique est atteint.

Un second constat est l'efficacité du ventilateur, la lampe refroidi plus vite qu'elle n'a chauffé et le nouvel écart n'est plus que de 0.5%. Ceci nous indique que la température de l'armature a effectivement baissé, les diodes s'en trouveront mieux conservées.

Remarquons également que si ce montage favorise une température plus basse au niveau de l'armature c'est parce qu'il favorise l'échange de chaleur entre le luminaire et l’environnement. Il faut donc s'attendre à des conditions climatiques légèrement plus chaudes, mais tout de même moins qu'en HPS.

En conclusion

Ce qui dicte le maintien ou non du flux lumineux au long terme est principalement la température de fonctionnement des diodes. Il est donc intéressant de chercher à minimiser cette dernière, par exemple à l'aide d'un ventilateur orienté vers la lampe. Si cette technique a été montrée efficace pour préserver votre luminaire, il faut aussi prendre en compte une légère augmentation du flux lumineux instantané, ainsi qu'une légère hausse des températures ambiantes au vu de l'échange thermique mis en place.