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Durée de vie des LED

Explications et mesures

La technologie LED combine les meilleures performances d’efficacité énergétique et de durée de vie des technologies d’éclairage. Cela en fait la technologie la plus écoresponsable dans la phase d’utilisation du cycle de vie d’un luminaire et au final sur tout le cycle de vie en incluant les étapes de fabrication et de recyclage.

Que signifie exactement la durée de vie pour une LED ? Cet article vous explique comment est définie, mesurée puis extrapolée la durée de vie.

Comparaisons des technologies d'éclairage

Le tableau ci dessous résume les performances d’efficacité énergétique et de durée de vie typiques pour différentes technologies.

Performances lampes - duée de vie et efficacité énergétique
Performances typiques pour différentes technologies d'éclairage

Pour rappel les lampes à incandescence et halogènes sont interdites à la vente par l’Union Européenne depuis respectivement 2012 et 2018 en raison de leur faibles performances.

Luminaire Lumeninside

Durée de vie des LED: définition

La durée de vie utile d’une LED est le nombre d’heures entre le début de leur utilisation et le moment où, pour 50% d’un groupe de sources lumineuses, la lumière émise a progressivement diminué jusqu’à une valeur inférieure à 70% du flux lumineux initial. Cette durée de vie est notée L70B50.

A noter que cette définition implique deux points importants:

  • La durée de vie a une notion statistique associée à un “groupe” de sources lumineuses. Nous reviendront sur ce point au paragraphe suivant.
  • La durée de vie utile n’est pas liée à une notion de défaillance de la LED (lorsque la LED n’éclaire plus du tout) mais simplement à une diminution du flux lumineux par rapport à son flux initial.
Durée de vie LED L70B50
Durée de vie LED à 70% du flux lumineux initial à 3 températures - 40000 heures à 55°C

Ce paramètre L70B50 est défini également par la réglementation SLR de l’Union Européenne pour les fabricants et les vendeurs. Il doit être indiqué sur le packaging des sources lumineuses vendues de façon autonome. Ce paramètre peut être étendu à une durée de vie plus générale LxBy avec x le % du groupe statistique et y le % du flux initial. Certaines durées de vie sont spécifiées en plus par certains vendeurs, par exemple:

  • LB7010 correspond à la durée de vie pour 10% d’un groupe de sources lumineuses à 70% de son flux initial.

 

Ce paramètre est plus contraignant. Pour une valeur LB7010=40000 heures, 10% des LED possèderont une valeur de flux inférieur à 70% du flux initial à 40000h contre 50% des LED pour L70B50.

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La mesure de la durée de vie des LED

La durée de vie des LED est très supérieure aux autres technologies. Une valeur typique L70B50 est de 40000 heures (1666 jours soit plus de 4 ans en utilisation 24h/24). Il est ainsi difficile de tester les puces LED sur une telle période pour faire des statistiques. Les fabricants ne peuvent pas attendre 4 ans avant de mettre un produit sur le marché.

Cette problématique n’est pas unique à la technologie LED mais elle s’applique à tous les composants électroniques qui doivent garantir des durées de vie de 10 ans minimum.

Des méthodes de vieillissement accéléré ont été développées afin de réduire le temps de mesures. Cette partie ingénierie couvre tous les tests dits de fiabilité. Il s’agit de mettre les composants à tester sous conditions d’environnement stressant (humidité, température, courant..etc). La durée de vie est ensuite extrapolée aux conditions normales d’utilisation à partir de lois de la physique connus.

Norme IES LM-80 : Mesures du flux LED

La maturité de la technologie LED a beaucoup progressé depuis 10 ans. Cela a conduit à la mise en place d’un ensemble de normes internationales. Le test de durée de vie selon la norme IES  LM-80 – Approved Method for Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources – suit le protocole suivant:

Les tests sont effectués à différentes températures (55ºC, 85ºC et une troisième température à choisir par le fabricant) et les variables sont mesurées par pas de 500h-1000h pour une durée totale comprise entre 3000h et 10000h.

Un exemple pour un modèle de LED en production est donné dans le tableau suivant pour un échantillon test de 25 puces LED. Le flux lumineux entre 1000-6000h est exprimé en % du flux initial.

Mesures flux lumineuxLED LM-80
Mesures de flux lumineux à 55°C pour 25 échantillons- méthode LM-80

Norme IES TM-21 : Projection de la durée de vie

La norme IES TM-21 est une méthode de projection (une extrapolation) du maintien à long terme du flux lumineux d’une source lumineuse LED basée sur 6000 heures (ou plus) de données collectées lors d’un test LM-80. La durée de vie est extrapolée pour un maintien du flux à 70% du flux initial.

Le flux lumineux en fonction du temps de fonctionnement t est extrapolé à partir d’une fonction exponentiel:

Φ(t)= β exp (-α x t)

  • Φ flux lumineux en fonctionnement
  • β constante initiale à déterminer
  • α constante de taux de décroissance du flux à déterminer

En inversant la formule précédente, la durée de vie Lp du flux lumineux où p est le pourcentage de maintenu du flux lumineux initial peut être calculé pour une température donnée:

Lp=ln ( β x 100 /p) /α

Le graphe suivant est un exemple de fit de la courbe à partir du tableau précédent LM-80.

Durée de vie LED TM-21
Mesures du flux lumineux et flux projeté TM-21 à 55°C : Durée de vie 63000 heures

Les 2 coefficients de la projection ont pour valeur α=5,877e-6 et β=1,011 pour les mesures LM-80 à 55°C. La durée de vie extrapolée à 70% du flux est donc de 63000 heures.

Cependant une règle de la norme TM-21 impose pour un échantillon de 20 LED et plus de ne pas extrapoler à plus de 6 fois la durée des mesures (6 x 6000 heures = 36000 heures). Le fabricant indiquera alors simplement que la durée de vie L70B50 >36000 heures.

La durée de vie indiquée pour une LED par les fabricants est donc une extrapolation de mesures basées sur une loi statistique. Elle implique de connaitre la température de jonction de la LED en condition normale d’utilisation. Cette température varie en fonction de l’intégration du système LED (module LED, nombres et concentration des puces LED, présence d’un radiateur de refroidissement) et de la température ambiante. La durée de vie décroit en fonction de la température.

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Durée de vie d'un système d'éclairage LED

Un système d’éclairage LED (par exemple un luminaire) est composé de plusieurs sous-parties comme nous l’expliquons dans cet article sur l’efficacité énergétique:

  • L’alimentation LED
  • Les modules LED
  • Les puces LED
  • Les optiques

 

Ainsi la durée de vie totale du système sera celle de la plus petite durée de vie des sous-systèmes. En général l’alimentation LED (ou driver LED) a une durée de vie plus faible que celle du module LED. En effet l’alimentation est elle même composée de plusieurs dizaines de composants électroniques assemblés sur une carte électronique qui sont plus complexes que les puces LED: un transformateur pour convertir le courant alternatif du secteur (230V AC) en un couple courant/tension (DC) pour alimenter le module LED, des capacités, des transistors…etc

Durée de vie système éclairage LED
Système d'éclairage LED: alimentation et module LED

On peut définir une autre durée de vie que la durée de vie utile LB7050. Il s’agit de la durée de vie de défaillance brusque, c’est à dire lorsque que le flux lumineux est égal à zéro.

Dans la très grande majorité des cas il s’agit d’une défaillance de l’alimentation LED. Dans le cadre d’une démarche d’écoconception, il est donc important d’utiliser des fournisseurs qui produisent des alimentations de bonne qualité ET de prévoir la réparabilité par le changement de l’alimentation.

Lumeninside a choisi des fournisseurs reconnus pour la qualité de leurs alimentations LED. Nous proposons la vente à l’unité d’alimentation dans la cadre de la réparabilité du luminaire dans la boutique accessoires.

Luminaire Lumeninside

Conclusion

La durée de vie utile d’une LED est extrapolée sur un groupe statistique mesuré pour une température d’utilisation donnée. Cette durée de vie “standard” L70B50 correspond à la diminution du flux de 50% par rapport au flux initial. Une valeur typique de durée de vie LED sur le marché est de l’ordre de 30000 à 50000 heures.

La durée de vie décroit avec la température. Lumeninside a choisi un format de luminaire qui maintient une température faible en fonctionnement. En effet les panneaux LED possèdent une très bonne dissipation thermique due à la répartition des puces LED sur une grande surface.

La durée de vie de défaillance brusque (flux lumineux nul) est en général et avec une forte probabilité due à l’alimentation LED. Cette durée de vie est plus courte que la durée de vie utile.

Une démarche écoresponsable implique de choisir des alimentations LED de bonne qualité pour une durée de vie de défaillance brusque longue et une solution de réparabilité pour prolonger la durée de vie du système LED à son maximum.

Durée de vie LED

Durée de vie LED - explications et mesures | Lumeninside

Un article qui vous donne des explications sur la duré de vie des LED : comparaison avec les autres techonlogies et mesures de la durée de vie.

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