Lumière à base de semi-conducteurs

Nous utilisons la lumière pour concevoir des espaces de vie. La lumière est notre matériau de construction, comme le bois ou le béton pour les architectes», explique Mario Rechsteiner pour décrire son travail en tant que concepteur d’éclairage. «Avec les éclairages LED, nous avons à disposition divers systèmes modulaires offrant de nouvelles possibilités conceptuelles», explique-t-il à propos de la technologie LED qui supplante de plus en plus les éclairages conventionnels tels que les ampoules à incandescence et les tubes fluorescents.

Il a fondé sa société Art Light GmbH en 1997, alors que les LED n’étaient encore utilisées qu’en tant que petits voyants rouges et verts sur des appareils électroniques. La LED bleue qui fait office de base pour la LED blanche a été conçue dans les années 1990 dans un laboratoire de recherche japonais. Mais la LED blanche n’est pas devenue immédiatement compétitive. En 2006, la société Nichia atteignait enfin une efficacité lumineuse de 150 lm/W en laboratoire pour un rendement théorique de 22%, ce qui correspond à l’efficacité des lampes à vapeur de sodium. Ce moment a marqué l’arrivée des LED dans le secteur de l’éclairage.

Au début, seulement de la lumière froide

En 2010, la Société pour les technologies de l’information ITG d’Electrosuisse organisait son premier LED Forum. L’exposition présentait alors essentiellement des prototypes. Le portail de statistiques statistica.com estime la part de marché des éclairages LED sur le plan international à 0,3% pour cette année-là. Les premiers projets pilotes ont été réalisés principalement dans l’éclairage public. Selon Mario Rechsteiner, il s’agissait de l’application la plus évidente. Les LED blanches avaient à cette époque des températures de couleur encore très froides: un compromis entre efficacité et lumière agréable. La lumière est générée par une LED bleue recouverte d’une couche de phosphore. Le terme phosphore porte ici à confusion: il ne s’agit pas de l’élément chimique, mais d’une couche fluorescente composée d’oxydes ou de sulfures. Excitée par la lumière bleue, cette couche émet une lumière jaune qui, mélangée à la lumière bleue, produit une lumière blanche. Il a fallu du temps aux fabricants pour pouvoir réaliser des LED blanches efficaces dans lesquelles le bleu ne dominait pas. Dans la mesure où les lampes à vapeur de mercure répandues dans l’éclairage public génèrent également une lumière froide à environ 4200 K, il était logique qu’elles soient les premières à être remplacées par des LED plus efficaces.

Prix allemand de design d’éclairage

Aujourd’hui, à peine 10 ans plus tard, il existe des éclairages LED de toutes les températures de couleur. Dans la salle des guichets récemment rénovée de l’Acrevis Bank à Saint-Gall, la lumière provient exclusivement de luminaires LED.

Même les spots intégrés au plafond qui ressemblent au premier abord à des lampes halogènes sont des LED. «Les architectes préfèreraient ne voir aucun luminaire. Les surfaces doivent paraître intactes», explique Mario Rechsteiner. «Les lampes LED peuvent être placées de manière beaucoup plus discrète, dans des fentes et des niches où elles sont à peine visibles.» L’éclairage de la salle des guichets a également séduit le jury du Prix allemand de design d’éclairage qui a décerné le Prix du meilleur projet dans la catégorie «Espaces et locaux publics» à l’équipe de Mario Rechsteiner au mois de mai de cette année.

Mario Rechsteiner souligne que l’éclairage artificiel n’assure pas à lui seul l’agréable atmosphère de la salle des guichets. La lumière du jour qui éclaire la salle de manière ciblée joue un rôle important: «L’homme veut pouvoir regarder par la fenêtre et voir le soleil briller dans la pièce. La lumière du soleil et ses jeux d’ombre et de lumière est ce qui lui convient le mieux.» C’est pourquoi il se montre sceptique vis-à-vis de la technologie OLED qui travaille avec de grandes surfaces n’éclairant que faiblement: une paroi émettant de la lumière diffuse est similaire à une journée de bruine, sans ombre nette.

Une durée de vie de 50'000 heures

Lors de l’introduction de la technologie LED, les principaux sujets de discussions étaient, outre la température de couleur, la durée de vie et l’éblouissement. Au vu de ses installations existantes, Mario Rechsteiner considère une durée de vie de 50'000 heures comme étant réaliste. «Une LED est un composant électronique. La chaleur doit être évacuée correctement et l’humidité maintenue à l’écart. Si tel est le cas, elle fonctionne parfaitement.» Même des installations en service depuis 10 ans sont encore fiables.

Il faut toutefois veiller à l’éblouissement. Les LED sont des sources lumineuses ponctuelles très claires. Ceci est d’autant plus valable pour les sources lumineuses actuelles qui sont encore plus efficaces. «Une nouvelle discipline dédiée au développement des éclairages LED est apparue dans le domaine de l’optique. Dans un bon luminaire, des lentilles guident la lumière sans créer de points trop lumineux», explique Mario Rechsteiner. Quiconque regarde les spots LED du plafond de la salle des guichets à Saint-Gall voit certes un point lumineux, mais pas les petits hotspots typiques qui s’impriment dans la rétine.

Comme dans le secteur de l’IT

«Aujourd’hui, les fabricants maîtrisent la température de couleur, la durée de vie et l’éblouissement», explique Mario Rechsteiner. «Bien entendu, il existe des différences de qualité parmi les produits. La qualité a son prix», conclut-il. Le marché de l’éclairage est aujourd’hui comparable à celui de l’informatique: des cycles de développement courts et des innovations rapides. «Les caractéristiques d’un produit du catalogue peuvent changer en un semestre.» Et, dans la mesure où le convertisseur du ballast de la lampe LED contient déjà un système électronique, il sera bientôt possible d’intégrer encore plus de fonctions. «Il existe déjà des luminaires LED équipés de capteurs de caméra destinés à surveiller la pièce.»

Les cycles de développement rapides et les fonctions supplémentaires augmentent le risque d’incompatibilité des appareils. C’est la raison pour laquelle Mario Rechsteiner propose toujours des lots incluant convertisseurs et luminaires pour ses projets. En revanche, le raccordement à la commande pose rarement problème dans les applications standard: «Le bus Dali s’est imposé.» En combinaison avec les installations KNX usuelles, la communication ne rencontre généralement aucune difficulté. En revanche, les installations plus complexes combinant différentes marques et fonctions nécessitent une planification précoce et un contrôle de la compatibilité.

Discuter de la variation d’intensité

La variation de l’intensité fait souvent l’objet de discussions: la plage de variation de l’intensité des luminaires doit en effet être clairement définie dès le début du projet. «Réduite à 10%, l’intensité lumineuse des LED est encore très claire et si l’on veut passer à 1% ou à 0,1%, il faut utiliser de meilleurs convertisseurs et luminaires.»

En cas de modernisation (retrofit), il ne faut pas oublier que le variateur à commande par angle de phase intégré à l’interrupteur contient souvent un fusible à tube de verre qui peut se déclencher en raison des courants élevés de démarrage des luminaires LED. Dans les nouvelles installations, en revanche, ces courants de démarrage ne posent généralement pas de problème.

Human Centric Lighting

Le Human Centric Lighting (HCL) est un nouveau thème auquel Mario Rechsteiner est de plus en plus souvent confronté. «Il fait l’objet de discussions dans de nombreux projets de nouvelles constructions. Mais l’industrie est plus rapide que la recherche. On ne sait pas encore exactement comment l’être humain réagit aux différentes températures de lumière.» Le HCL est le dérivé typique d’une industrie saturée qui a besoin de nouveaux thèmes pour vendre ses produits. L’application du HCL dans un bâtiment tel qu’une maison de retraite est ardue: «Il existe de bonnes solutions en îlots, par exemple des lampadaires. Mais si la température de couleur doit concorder dans un bâtiment entier, la commande devient très complexe.»

Pour Mario Rechsteiner, il est clair que les LED remplacent de plus en plus les lampes existantes, et ce, jusqu’aux tubes fluorescents. Depuis le 1^er septembre 2018, la commercialisation des lampes halogènes est interdite, à quelques exceptions près. Dans le cas de l’éclairage public, dans les stades de football et les salles de sport, il part du principe que les lampes à décharge haute pression seront aussi remplacées par des luminaires LED. «Même dans l’assainissement des trains CFF, on parle de tubes LED au lieu de tubes fluorescents.» Il faut ici cependant considérer le rayonnement des tubes LED qui s’étend seulement sur 120 à 140°, tandis que celui des tubes fluorescents couvre 360°. La plupart du temps, il est toutefois possible de les combiner de manière adéquate avec des réflecteurs. «Dans les installations industrielles avec des pièces hautes, le fait que la lumière rayonne du plafond au sol peut même constituer un avantage.»

Honorer le travail du planificateur d’éclairage

L’assortiment de luminaires ne cesse de croître et la technologie utilisée pour produire de la lumière artificielle est de plus en plus sophistiquée. De ce fait, il est important pour Mario Rechsteiner de considérer la lumière comme un
tout, indépendamment des produits, et d’y sensibiliser les architectes.

La lumière n’inclut pas uniquement l’éclairage artificiel, mais également la lumière naturelle qu’il est possible d’utiliser de manière ciblée. Luminosité ne signifie pas systématiquement lumière agréa­ble. «L’indice de rendu de couleur est souvent très mauvais dans les bâtiments de bureaux avec des façades vitrées, car les verres à revêtement ne laissent passer qu’une partie très limitée du spectre de la lumière solaire.» En tant que vice-­président de l’Association suisse pour l’éclairage (SLG), il fait en sorte que le profil du métier de planificateur d’éclairage soit clairement défini et honoré dans le secteur de la construction.

Du point de vue technique, il est satisfait des outils mis à disposition par les technologies d’éclairage existantes: «Nous avons aujourd’hui nettement plus de possibilités pour placer la lumière avec précision et l’intégrer à l’architecture». Il ne regrette qu’une chose: «En tant que corps thermorayonnant, l’ampoule à incandescence avait une caractéristique naturelle très particulière. Plus son intensité était réduite, plus sa température de couleur était chaude, comme lors d’un coucher de soleil. Le remplacement de cette particularité me manque.» Lorsque l’éclairage électrique s’est implanté, la bougie n’a pas été interdite pour autant.

La lampe à filament s’est inspirée de l’ampoule à incandescence et est volontiers utilisée dans le domaine de la décoration. La température de couleur reste toutefois toujours la même et Mario Rechsteiner attire l’attention sur le fait que l’amélioration de l’efficacité implique aussi l’augmentation de l’éblouissement. «Aujourd’hui, la lampe à filament fait avant tout office d’élément de décoration dans les expositions de meubles.»

Interdiction des lampes à halogène

Depuis début septembre 2018, les corps thermorayonnants ont disparu des rayons des fournisseurs. Il s’agit de la dernière étape de l’Ordonnance de l’UE ErP 244/2009 adoptée par la Suisse. Ceci implique également la disparition, à quelques exceptions près, des lampes halogènes qui correspondent généralement à une classe d’efficacité C ou D. Les ampoules halogènes ne sont plus disponibles que pour les culots R7s et G9 dans le domaine haute tension ainsi que pour les culots à broches et en tant qu’ampoules halogènes à réflecteur dans le domaine basse tension, pour lesquelles il n’existe encore aucune alternative avec des LED.

Avec l’interdiction de l’halogène, la part de marché des ampoules LED va encore progresser. Selon une étude de la SLG, la part des lampes LED s’élevait déjà à 63% (marché suisse) en 2016 pour les applications en intérieur. Concernant l’éclairage extérieur, la part des LED s’élevait même à 73% et à 84% pour l’éclairage des rues. En 10 ans, la technologie LED s’est imposée sur le marché de l’éclairage.