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La question :

Il y a une très forte demande du public nautique pour remplacer les ampoules classiques d’éclairage intérieur par des Led pour économiser les batteries du bord. Malheureusement en terme de Leds on trouve le meilleur et le pire. On a donc décidé de tester objectivement une des meilleures « pour voir ».

Au cours de l’année 2010 un distributeur de Leds assemblées au format adéquat pour l’éclairage intérieur a distribué auprès des usagers des forums certaines de ses fabrications pour qu’elles puissent être testées en situation réelle. Quelques-une étaient franchement décevantes, alors que d’autres donnaient un éclairage qui paraissait visuellement très bon.

Afin de faire le tri entre ce qui ne serait qu’une apparence subjective et ce qui est une réalité objective, j’ai pris l’une des meilleures de ces ampoules Led pour faire quelques mesures quantitatives grossières.

L’ampoule Led testé est la suivante : G4 18SMD, 5050 SMD, 3000°K CRI 85, assemblage de 18 Leds fonctionnant entre 10 et 30V DC, puissance indiquée 3.5W, lumière émise environ 200 Lumens, soit environ 60 Lumen par watt. C’est une Led donnant une lumière « blanc chaud » pour des intérieurs « bateau » de boiseries sombres. Attention, cette appellation « 18SMD, 5050 » est « générique » c’est à dire fabriquée par de multiples producteurs. Trouver la même ne garantira pas qu’elle soit aussi bonne que celle mesurée ici.

C’est donc un assemblage de 18 Leds qui produit en théorie environ 60 Lumen par Watt, ce qui est une bonne valeur pour une Led grand public. Ce sont donc les mesures sur cette ampoule Led que je rapporte ici.

Le montage expérimental :

Le montage :

• Une boite cubique fermé de 40cm est équipée d’un support G4 pour recevoir soit une ampoule halogène 12V soit une ampoule Led omnidirectionnelle. L’ampoule est alimentée en mesurant précisément la tension et le courant, ce qui permet d’avoir la puissance électrique absorbée par l’ampoule.
• La boite a sur l’une de ses faces un verre dépoli qui diffuse correctement la lumière de l’ampoule.
• Devant la boite un appareil photo numérique est posé . L’appareil doit être un modèle (coûteux !) qui permet de débrayer tous les automatisme, vitesse , diaphragme, réglage du blanc, etc .... Sa position doit être la même pour toutes les mesures, car on ne pourra faire que des mesures relatives entre ampoules et pas de mesures en valeur absolue.

Le procédé de la mesure

Pour chacune des deux ampoules (Led et halogène 10W) on réalise la séquence :

• l’ampoule est alimentée a plusieurs tensions successive, p.ex. 11V, 13V, 15V. La puissance consommée est relevée grâce à l’ampèremètre et le voltmètre.
• l’appareil photo est réglé à la main, en cherchant le diaphragme et la vitesse d’obturation qui indique que l’exposition est nominale.
• Un cliché est pris

Les clichés numériques sont ensuite analysés avec ImageJ pour vérifier que la densité est bien identique (cela a été le cas), et le logiciel indique également la distribution d’intensité pour les 3 couleurs de base (rouge, vert, bleu).

Résultat colorimétrique de la mesure

D’après la mesure réelle la Led consomme 3.25W au lieu de 3.5, ce qui est correct. Il faut bien faire attention à ce qu’on fait. Notamment parce que la Led a une régulation (donc une luminosité constante entre 12 et 30 volts, alors que l’halogène, selon qu’on l’alimente à 11v à 13v ou à 15V aura une couleur et une luminosité variable. Il faut mesurer la tension de l’ampoule au niveau de son culot et non pas au bout de 3m de fil !

La cliché ci-montre les images obtenues pour la Led et pour deux ampoules halogènes de 10W et 20W.

• en haut à gauche, la Led donne une image assez rouge-brun, avec 3 pics d’intensité du rouge, vert et bleu très décalés, ce qui matérialise la mauvaise restitution du blanc
• en haut à droite une halogène de 10W qui restitue un peu mieux le blanc
• en bas à droite une halogène de 20W qui restitue un peu mieux le blanc
• en bas à gauche un vrai blanc neutre qui montre dans ce cas la superposition parfaite des 3 pics rouge-vert-bleu

La première conclusion est que cette Led restitue avec une dominante rouge-brun le blanc du verre diffusant, moins bien que les halogènes

Comparaison de rendement avec une halogène 10W :

On a fait une série de mesure pour comparer l’intensité lumineuse émise par la Led et une halogène de 10W à diverses tensions d’alimentation, donc diverses puissances consommées.

Premier constat : la Led ne varie pas au dessus de 11V environ. La régulation interne de la Led est bien faite, et la puissance consommée égale à 3.25W environ quelle que soit la tension d’alimentation.On a tenu compte des vraies puissances mesurées pour l’halogène, variable de 9.6W à 11.5V jusqu’à 13.9W à 15V.

En théorie une bonne halogène 10W donne d’après les constructeurs environ 140 lumen, soit 14 Lumen par watt. En théorie la Led est supposée donner environ 60 Lumen par watt. Le gain théorique devrait donc être environ 60/14 soit un gain en rendement de 4.3 environ.

Le graphique montre que le gain réel de rendement mesuré dépend fortement de la tension d’alimentation de l’halogène : ce gain va de 4.3 à 6 environ quand la tension du bord devient faible. Il apparaît clairement que plus la tension du bords est faible, plus la Led est avantageuse.

La Led consommera dont 4 à 5 fois moins de courant que l’halogène à éclairement égal.

L ’efficacité visuelle subjective de la lumière en fonction de sa température de couleur.

Les discussions entre usagers ayant remplacé une ampoule halogène par une Led sont souvent contradictoires : les uns estimant que c’est génial, les autres que c’est nul ! La raison est que la perception est aussi un mécanisme subjectif.
 

• L’oeil a une sensibilité qui varie fortement avec la couleur de la lumière, le maximum de sensibilité étant dans le vert.
• La température de couleur d’une lampe correspond à un ensemble « mélange de couleurs » (de longueur d’onde) donnant une teinte globale virant plus ou moins au rouge (chaud) ou au bleu (froid). Pour mémoire il faut se souvenir que le blanc chaud correspond à 3000°K (et en dessous), le blanc froid au dessus de 4000°K, et lumière du jour à plus de 6000°K http://en.wikipedia.org/wiki/Color_...

Il existe une courbe normalisée qui globalise cette complexité et donne la sensibilité de l’oeil en fonction de la température de couleur (donc en fonction de ce mélange de couleurs). La figure ci-contre montre que cette sensibilité de l’oeil varie beaucoup avec la température de couleur de la lumière.
 
Le graphique que :
 

• Le maximum d’efficacité visuelle (14%) est obtenu vers 7000°K, ce qui est une lumière très « froide ».
• A 3000°K (température de couleur « agréable ») , on est 5-6 fois moins sensible qu’à 7000°K ....
• partant de 3000°K il suffit de monter à 3500°K pour doubler l’efficacité visuelle avant de devenir « blanc froid »
• partant de 3000°K il suffit de descendre à 2700°K environ pour perdre la moitié de l’efficacité visuelle en devenant « blanc cosy ».
   
  On voit la grande influence de la température de couleur de la lumière sur l’efficacité visuelle de la lampe. Pour un rendement identique, si on monte la température de couleur, l’éclairage paraît visuellement bien plus fort à puissance d’éclairage égale. Cela explique bien cette impression de bon éclairage pour des Led blanches dont la température de couleur est très froide et presque dans le bleu.
   
  Donc lorsque deux lumières sont de même intensité, plus la lumière est « cosy » (température basse) plus elle paraître faible, bien que son intensité soit inchangée. http://en.wikipedia.org/wiki/Lumino...

La conclusion :

Que faut-il retenir ?

• toutes ces mesures sont uniquement comparatives entre deux ampoules, une Led et une halogène
   
• l’intérêt des Leds est grand si on trouve les bonnes, celle mesurée ici est vraiment bonne.
   
• l’intérêt des bonnes Leds bien alimentées et stabilisées est maximal aux tensions basses car elles sont insensibles à la tension.
   
• la température de couleur de ce modèle précis de Led est un peu trop basse, trop de rouge qui déforme les couleurs.
   
• Les Leds testées ici sont intéressantes si leur coût reste raisonnable à la place des halogènes de petite puissance.
   
• Pour remplacer des fluocompacts les Leds ne sont pas encore compétitives car pas encore assez puissantes et il n’y aurait pas de gain d’énergie.