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Des ampoules Led encore plus performantes

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Des chercheurs ont trouvé un moyen de produire des 1ledampoules LEDs encore plus compactes tout en fournissant davantage de lumière que les modèles disponibles dans le commerce.

La clé du succès réside dans les transistors qui sont fait d’un matériau semi-conducteur en nitrure de gallium. Aussi, même si les ampoules à incandescence sont totalement interdites dans l’Union Européenne, les lampes à économie d’énergie restent un sujet de discorde. En 2016, la production d’ampoules halogènes de plus de 10 watts doit s’arrêter à son tour.

Les diodes électroluminescentes (LED) ont toutes les chances de devenir la source lumineuse du futur. Les experts estiment que pour une utilisation standard, les lampes à LED dépasseront les ampoules à économie d’énergie traditionnelles pour la première fois à partir de 2015. En 2020, elles devraient s’accaparer jusqu’à 90% du marché de l’éclairage. Ces petites diodes offrent de multiples avantages : ne contiennent pas de substances nocives, consomment moins d’énergie et possèdent une durée de vie largement supérieure aux sources de lumière conventionnelles, entre 15.000 et 30.000 heures. Les chercheurs travaillent également sur la pleine luminosité juste après avoir appuyé sur l’interrupteur.

Les LEDs ont une faiblesse : elles sont extrêmement sensibles aux variations et aux pics de puissance. Pour fonctionner correctement, elles ont besoin d’un pilote (driver) qui assure un approvisionnement constant en courant. Ce pilote qui doit convertir le courant alternatif du réseau électrique en courant continu avec une tension réduite, possède une influence certaine sur le rendement lumineux et la durée de vie de la LED dans son ensemble.

Les exigences imposées à l’électronique du pilote sont par conséquent très élevées. Ce constat a donc incité les chercheurs de l’Institut Fraunhofer de recherche appliquée de Fribourg à concentrer leur attention sur les transformateurs de tension comportant du nitrure de gallium (transistors GaN).

Au cours des tests pratiques, les scientifiques ont constaté que les pilotes qui utilisaient ce nouveau matériau semi-conducteur étaient extrêmement robustes. Les composants GaN peuvent ainsi fonctionner à des courants, des tensions et des températures plus élevés que les transistors en silicium standard. « La chaleur joue un rôle à la fois dans la luminosité et la durée de vie des lampes à LED, » a expliqué le Dr Michael Kunzer, responsable du groupe de chercheurs au Fraunhofer IAF.

 

Les transistors en nitrure de gallium peuvent également commuter à des fréquences élevées. La vitesse de commutation a un impact significatif sur la taille des bobines et des condensateurs intégrés dans les pilotes pour le stockage d’énergie. Dans un pilote à base de GaN, la vitesse de commutation peut être réaliser 10 fois plus rapidement que son équivalent en silicium.

« Appliquer à une surface plus petite, cela signifie qu’il serait possible de rendre le commutateur moins cher. La lampe à LED peut être plus légère et plus compacte tout en offrant la même, voire une luminosité améliorée » a expliqué M. Kunzer. Alors que le composant qui sert à stocker l’énergie joue un rôle déterminant dans les coûts de fabrication, cela pourrait avoir un effet extrêmement bénéfique sur le prix final.

Grâce aux propriétés du nouveau matériau semi-conducteur, Kunzer et son équipe a été en mesure d’accroître l’efficacité du conducteur GaN à 86% – entre une et quatre points de mieux que son équivalent de silicium.

Par rapport aux lampes à LED classiques disponibles sur le marché, les scientifiques ont réussi à augmenter le rendement lumineux : alors que le flux lumineux des lampes à LED comportant du silicium est de l’ordre de 1000 lumens (l’unité utilisée pour mesurer la lumière produite), les chercheurs de l’IAF ont réussi à le porter à 2090 lumens. « 20% de la consommation mondiale d’énergie peut être attribuée à l’éclairage ; c’est un domaine où les économies d’énergie sont particulièrement intéressantes. Il ne faut pas sous-estimer le rôle joué par les pilotes LEDs sur l’efficacité, un élément essentiel aux économies d’énergie. En principe, plus le rendement et l’efficacité lumineuse sont importantes, et plus la consommation d’énergie est faible. Si vous pensez que d’ici 2020 les LEDs auront pris près de 90% du marché, il devient évident qu’elles joueront un rôle important dans la protection de notre environnement » a conclu M. Kunzer.

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