Pourquoi la comparaison directe des lumens d'éclairage traditionnels (sodium, mercure, halogénures métalliques) avec les lumens du catalogue de l'éclairage LED ne peut pas produire des résultats précis.
Le nombre de lumens répertoriés dans les catalogues de produits ne peut pas être utilisé pour comparer l'éclairage LED avec l'éclairage conventionnel, car la quantité de lumens que l'œil humain perçoit dépend du type de technologie d'éclairage utilisée. Trois choses expliquent cela :
1. L'éclairage LED fournit un spectre de lumière plus large que les ampoules traditionnelles, qui ont un spectre plus limité.
2. La variété de la façon dont l'œil humain réagit aux différents niveaux de lumière n'est pas prise en compte par les méthodes habituelles de calcul de la valeur du lumen.
3. La mesure des lampes à LED comprend l'ensemble du luminaire et du système d'alimentation, tandis que la mesure du flux lumineux des lampes conventionnelles ne tient compte que de la source lumineuse.
1. L'éclairage LED fournit un spectre de lumière plus large que les ampoules traditionnelles, qui ont un spectre plus limité.
L'approche conventionnelle d'estimation de la puissance lumineuse de sortie d'une lampe ne tient pas compte de la réflexion de la lumière par les objets. Mais en fait, selon la couleur de la surface, les choses réfléchissent la lumière de différentes manières. Par exemple, si une lumière jaune est utilisée pour éclairer un objet vert, tout le faisceau lumineux sera absorbé par la surface de l'objet, donnant à l'objet un aspect sombre. Lorsqu'un objet vert avec ce type d'éclairage est placé sur une surface noire, il devient absolument invisible. En réalité, un effet un peu différent résulte de la réflexion de la lumière sur les choses réelles. Par exemple, l'herbe semble verte mais contient en réalité une variété de pigments (tels que la chlorophylle, les caroténoïdes, les xanthophylles, etc.), donc lorsqu'elle est éclairée par une lumière jaune, elle réfléchira une partie des rayons lumineux et apparaîtra grise.
Étant donné que les lampes au sodium utilisées pour l'éclairage public ont un spectre lumineux limité, elles doivent fournir beaucoup de lumière afin d'assurer une visibilité adéquate. Semblable au spectre du soleil, l'éclairage LED a une large gamme de lumière. En conséquence, les différences de couleur des objets sont plus distinctes, ce qui améliore le contraste et améliore la visibilité dans un espace donné. Par conséquent, l'éclairage LED utilise beaucoup moins de lumens tout en offrant une clarté optique améliorée.
2. La variété de la façon dont l'œil humain réagit aux différents niveaux de lumière n'est pas prise en compte par les méthodes habituelles de calcul de la valeur du lumen.
Les bâtonnets et les cônes sont les deux principales catégories de photorécepteurs présents dans nos yeux. Les cônes sont capables de vision des couleurs (parfois appelée « vision photopique »), sont sensibles à la lumière vive et fonctionnent normalement pendant la journée. Les bâtonnets répondent néanmoins aux stimuli lumineux dans des circonstances difficiles (avec peu de lumière). C'est ce qu'on appelle la vision scotopique (lorsqu'une personne perçoit un environnement incolore parce que les cônes qui détectent la couleur sont en sommeil pendant la vision nocturne).
Seule la vision photopique est mesurée par des photomètres utilisés pour détecter l'intensité lumineuse. Cependant, dans des situations réelles, des bâtonnets et des cônes (également connus sous le nom de "vision mésopique") seront utilisés pour traiter la lumière. Le rapport S/P est utile dans cette situation car il permet la conversion de lumens conventionnels en lumens réellement vus par l'œil humain.
Le rapport entre la teinte bleu-vert d'une lumière et la teinte vert-jaune est appelé S/P. Une plus grande valeur de rapport et une meilleure visibilité sont toutes deux produites par une plus grande proportion de couleurs bleu-vert. Les sources lumineuses à rapport S/P plus élevé améliorent la vision à des intensités lumineuses plus faibles.
Le tableau fournit une illustration de la façon de convertir les lumens conventionnels en lumens que l'œil humain peut vraiment percevoir. Grâce à son efficacité considérablement accrue, l'éclairage LED offre une meilleure visibilité tout en consommant moins d'énergie.
3. La mesure des lampes à LED comprend l'ensemble du luminaire et du système d'alimentation, tandis que la mesure du flux lumineux des lampes conventionnelles ne prend en compte que la source lumineuse elle-même.
À température ambiante, l'efficacité des lampes à décharge conventionnelles au sodium, au mercure et aux halogénures métalliques est le seul facteur pris en compte. L'effet de la douille dans laquelle la lampe est montée n'est pas pris en compte dans cette méthode. Les lampes au sodium haute pression et certains types d'éclairage LED peuvent être très efficaces (jusqu'à 100 lumens par watt, par exemple). Cependant, le taux d'efficacité énergétique en lui-même ne reflète pas la quantité réelle de lumière qu'une source lumineuse fournit réellement pour une utilisation donnée.
L'efficacité de l'éclairage doit être évaluée en fonction de la lampe dans le luminaire. Au lieu de mesurer les lumens émis par une lumière, il faut mesurer les lumens qui atteignent un objectif final. Une telle mesure de l'efficacité de l'éclairage ne correspondra jamais aux lumens produits par la source d'éclairage. Les choses qui ont un impact sur l'éclairage mis dans le luminaire sont à l'origine de la moins bonne efficacité :
Les lampes traditionnelles émettent de la lumière dans toutes les directions, ce qu'on appelle la lumière piégée. Ces sources d'éclairage nécessitent suffisamment de miroirs dans des douilles conçues pour refléter autant de lumière que possible et la concentrer sur la cible visée. Cependant, tous les faisceaux lumineux ne peuvent pas être efficacement redirigés.
- Lentilles de protection : les luminaires comportent généralement des lentilles qui, en plus de servir à des fins de protection, aident également à focaliser les faisceaux lumineux sur la cible visée. Une partie du flux lumineux est perdue car les matériaux utilisés pour fabriquer les lentilles n'ont pas une perméabilité à la lumière de 100 %.
- Température de fonctionnement - En cas de fluctuations de température, les performances de plusieurs sources lumineuses sont réduites. À 25 degrés, l'efficacité de la source est mesurée. Cependant, en particulier pour l'éclairage public, la température de fonctionnement réelle diffère considérablement de la température d'essai.
Source d'alimentation : La majorité des sources lumineuses disposent d'une alimentation qui peut changer la tension d'entrée en tension spécifique de la lampe. Les dommages au bloc d'alimentation peuvent varier de 5 à 25 %.
Un autre élément qui influence les performances finales de l'éclairage et qui est crucial pour comparer l'éclairage LED à l'éclairage conventionnel est la dégradation des performances au fil du temps. Les sources d'éclairage traditionnelles, notamment les lampes aux halogénures métalliques, se caractérisent par une dégradation considérable des performances même après une brève utilisation :
La durée de vie des lampes au sodium à haute pression est de 24 000 heures, mais elles perdent plus de 30 % de leur efficacité d'origine. Les lampes aux halogénures métalliques ont une durée de vie de 6,000–15,000 heures et ont une perte d'efficacité pouvant atteindre 50 %. Avec une durée de vie de 50 000–100 000 heures, l'éclairage LED subit une réduction de productivité de 30 % après 50 000 heures d'utilisation.
La comparaison susmentionnée démontre sans équivoque que l'éclairage LED offre des performances supérieures sur une durée considérablement plus longue qu'une source d'éclairage traditionnelle, ce qui permet de retarder considérablement le besoin de remplacer ou de réparer l'éclairage.
Étude de cas : Dans l'État du Wisconsin aux États-Unis, les lampes au sodium à haute pression qui étaient utilisées dans le stationnement de l'école ont été remplacées par des ampoules à DEL qui fournissaient 8 040 lumens. L'éclairage précédent fournissait 19 000 lumens. Même si la zone était éclairée avec moins de lumens après la mise à niveau de l'éclairage, les clients du parking ont déclaré que la zone était considérablement mieux éclairée.
Par rapport à la région éclairée par des lampes au sodium à haute pression (19 000 lumens), le côté gauche du stationnement est doté d'un éclairage à DEL (8 040 lumens), qui offre une visibilité supérieure.
