Lampe LED

Une lampe LED [ une source de lumière électrique qui produit de la lumière grâce à des diodes électroluminescentes (LED). Les lampes LED sont nettement plus économes en énergie que les lampes à incandescence et les lampes fluorescentes équivalentes . Les lampes LED les plus performantes disponibles sur le marché ont un rendement lumineux supérieur à 200 lumens par watt (lm/W) et convertissent plus de la moitié de la puissance absorbée en lumière. Les lampes LED commerciales ont une durée de vie plusieurs fois supérieure à celle des lampes à incandescence et des lampes fluorescentes.

Les lampes à DEL nécessitent un circuit électronique pour fonctionner sur le réseau électrique. Les pertes dans ce circuit expliquent que le rendement de la lampe soit inférieur à celui des puces DEL qui la composent. Le circuit de commande peut nécessiter des caractéristiques spécifiques pour être compatible avec les variateurs de lumière destinés aux lampes à incandescence. Généralement, la forme d'onde du courant présente une certaine distorsion, qui dépend de la technologie des luminaires.

Le marché des lampes LED devrait passer de 75,8 milliards de dollars US en 2020 à 160 milliards de dollars US en 2026. Les LED atteignent leur pleine luminosité instantanément, sans temps de préchauffage. Les allumages et extinctions fréquents n'ont pas d'incidence sur leur durée de vie, contrairement aux lampes fluorescentes. Le flux lumineux diminue progressivement au cours de la durée de vie de la LED.

Certaines lampes LED remplacent directement les lampes à incandescence ou fluorescentes. Elles peuvent utiliser plusieurs modules LED pour une meilleure diffusion de la lumière, une dissipation thermique optimisée et un coût global réduit. L'emballage des lampes LED vendues dans le commerce peut indiquer le flux lumineux en lumens ; la consommation électrique en watts ; la température de couleur en kelvins ou une description de la couleur telle que « blanc chaud », « blanc froid » ou « lumière du jour » ; la plage de températures de fonctionnement ; la compatibilité avec un variateur ; l'aptitude de la lampe aux environnements humides ; et parfois la puissance équivalente d'une lampe à incandescence offrant le même flux lumineux en lumens.

Avant l'introduction des lampes LED, trois types de lampes étaient utilisés pour la majeure partie de l'éclairage général (blanc) :

• Les lampes à incandescence produisent de la lumière grâce à un filament incandescent chauffé par un courant électrique. Très peu efficaces ( efficacité lumineuse de 10 à 17 lm/W), elles ont également une courte durée de vie, typiquement de 1 000 heures. Elles sont progressivement abandonnées pour l’éclairage général. Les lampes à incandescence produisent un spectre lumineux continu de corps noir, similaire à celui de la lumière du soleil, et offrent ainsi un indice de rendu des couleurs (IRC) élevé .
• Les lampes fluorescentes produisent de la lumière ultraviolette par décharge luminescente entre deux électrodes dans un tube à basse pression contenant de la vapeur de mercure . Cette vapeur est convertie en lumière visible par un revêtement fluorescent ( phosphore ) à l'intérieur du tube. Plus efficaces que les lampes à incandescence, elles présentent une efficacité lumineuse de 50 à 100 lm/W (selon leur structure, le type de phosphore et le type de ballast utilisé), une durée de vie plus longue (6 000 à 15 000 heures) et sont largement utilisées pour l'éclairage résidentiel et tertiaire. Cependant, leur teneur en mercure les rend dangereuses pour l'environnement et elles doivent être éliminées comme déchets dangereux .
• Les lampes aux halogénures métalliques , qui produisent de la lumière grâce à un arc électrique entre deux électrodes dans une atmosphère d'argon, de mercure et d'autres métaux, ainsi que d'iode ou de brome, figuraient parmi les sources d'éclairage blanc les plus efficaces avant l'avènement des LED. Elles offraient une efficacité lumineuse de 75 à 100 lm/W et une durée de vie relativement longue, de 6 000 à 15 000 heures. Nécessitant un temps de préchauffage de 5 à 7 minutes avant d'atteindre leur pleine puissance, elles ne sont pas utilisées pour l'éclairage résidentiel, mais plutôt pour l'éclairage commercial et industriel de grande surface, ainsi que pour l'éclairage de sécurité et l'éclairage public en extérieur. À l'instar des tubes fluorescents, elles contiennent également du mercure, un gaz dangereux.

Considérées comme des convertisseurs d'énergie, toutes ces lampes existantes sont inefficaces, dissipant une plus grande partie de leur énergie sous forme de chaleur que sous forme de lumière visible. En 1997, l'éclairage électrique mondial a consommé 2 016 térawattheures d'énergie. L'éclairage représente environ 12 % de l'énergie électrique produite par les pays industrialisés. Les progrès technologiques récents dans le domaine des semi-conducteurs électroluminescents, conjugués à l'importance des marchés des écrans et de l'éclairage d'ambiance, ont favorisé le développement de lampes électriques plus économes en énergie.

Les premières LED basse consommation ont été développées au début des années 1960 et ne produisaient de la lumière que dans les basses fréquences rouges du spectre. En 1968, les premières lampes LED commerciales ont été introduites : l’écran LED de Hewlett-Packard , développé par Howard C. Borden et Gerald P. Pighini, et le voyant LED de Monsanto . Cependant, les premières lampes LED étaient peu efficaces et ne pouvaient afficher que des couleurs rouge foncé, ce qui les rendait inadaptées à l’éclairage général et limitait leur utilisation aux affichages numériques et aux voyants lumineux

La première LED bleue à haute luminosité a été présentée par Shuji Nakamura de la société Nichia en 1994. Isamu Akasaki , Hiroshi Amano et Nakamura ont ensuite reçu le prix Nobel de physique 2014 pour cette invention. L'existence des LED bleues et des LED à haut rendement a conduit au développement de la première « LED blanche », qui utilise un revêtement de phosphore pour convertir partiellement la lumière bleue émise en fréquences plus basses, créant ainsi de la lumière blanche. De nouvelles lampes LED sont apparues sur le marché au début du XXIe siècle aux États-Unis (Cree) et au Japon ( Nichia , Panasonic et Toshiba ), puis à partir de 2004 en Corée et en Chine ( Samsung , Kingsun , Solstice , Hoyol et autres). Aux États-Unis, la loi sur l'indépendance et la sécurité énergétiques (EISA) de 2007 a autorisé le Département de l'Énergie (DOE) à créer le concours « Bright Tomorrow Lighting Prize » , également connu sous le nom de « L Prize », incitant l'industrie à développer des alternatives aux lampes à incandescence de 60 W et autres types de lampes. Les produits répondant aux critères du concours consommaient seulement 17 % de l'énergie utilisée par la plupart des lampes à incandescence de l'époque.

Philips Lighting a cessé ses recherches sur les lampes fluorescentes compactes en 2008 et a consacré l'essentiel de son budget de recherche et développement à l'éclairage à semi-conducteurs. Le 24 septembre 2009, Philips Lighting Amérique du Nord est devenue la première entreprise à soumettre des lampes destinées à remplacer l' ampoule standard A-19 de 60 W à culot Edison , grâce à un modèle basé sur son précédent produit grand public « AmbientLED ». Le Département de l'Énergie américain (DOE) a décerné le prix à Philips après 18 mois de tests approfondis. De nombreux autres produits tout aussi performants ont suivi.

Les premières lampes à LED présentaient des variations chromatiques importantes par rapport aux lampes à incandescence qu'elles remplaçaient. Une norme, l'ANSI C78.377-2008, a été élaborée afin de spécifier les plages de couleurs recommandées pour les produits d'éclairage à semi-conducteurs utilisant des LED blanches froides à chaudes avec différentes températures de couleur corrélées. En juin 2008, le NIST a annoncé les deux premières normes relatives à l'éclairage à semi-conducteurs aux États-Unis. Ces normes détaillent les spécifications de performance des sources lumineuses LED et prescrivent des méthodes d'essai pour les produits d'éclairage à semi-conducteurs.

Toujours en 2008, aux États-Unis et au Canada , le programme Energy Star a commencé à apposer un label sur les lampes répondant à des normes précises en matière de temps d'allumage, de durée de vie, de couleur et de constance de performance. Ce programme vise à rassurer les consommateurs quant à la qualité variable des produits, en garantissant la transparence et en établissant des normes pour l'étiquetage et l'utilisation des produits disponibles sur le marché. Le site Energy Star Certified Light Bulbs est une ressource permettant de trouver et de comparer les lampes certifiées Energy Star.

Un programme similaire a été lancé au Royaume-Uni (géré par l' Energy Saving Trust ) afin d'identifier les produits d'éclairage répondant aux critères d'économie d'énergie et de performance. Ushio a commercialisé la première lampe à filament LED en 2008. Philips a commercialisé sa première lampe LED en 2009, suivie de la première lampe LED équivalente à 60 W au monde en 2010, et d'une version équivalente à 75 watts en 2011. L'Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) a publié en 2008 la norme documentaire LM-79 , qui décrit les méthodes de test des produits d'éclairage à semi-conducteurs en ce qui concerne leur flux lumineux (lumens), leur efficacité (lumens par watt) et leur chromaticité.

En 2016, selon Noah Horowitz du Conseil de défense des ressources naturelles (NRDC ), les nouvelles normes proposées par le département de l'Énergie des États-Unis prévoyaient que la plupart des ampoules utilisées à l'avenir seraient des LED. En 2019, la consommation d'électricité aux États-Unis avait diminué pendant au moins cinq années consécutives, notamment grâce au remplacement des ampoules à incandescence par des LED, appréciées pour leur efficacité énergétique et leurs hautes performances. En 2023, Signify NV a lancé des lampes LED à haut rendement, conformes à la classe d'efficacité énergétique A de l'UE, qui exige un rendement d'au moins 210 lm/W.

En 2003, les premières lunettes chirurgicales à LED ont été présentées. Audi a dévoilé le concept-car Audi Nuvolari équipé de phares à LED. En 2004, Audi a commercialisé la première voiture dotée de feux de jour et de clignotants à LED, l' Audi A8 W12.

En 2005, une lampe LED a été installée pour illuminer la Joconde . Des LED étaient utilisées au Casino Breda aux Pays-Bas, à l'Opéra d'État de Vienne et sur le circuit du Grand Prix de Shanghai, entre autres. Des lampes de poche et des lampes frontales LED étaient disponibles pour les particuliers. En 2006, les premiers projecteurs LED destinés aux commerces ont été commercialisés. La Toyota Lexus LS 600h L (2006) a été la première voiture de série équipée de phares LED . En 2007, Audi a été le premier constructeur automobile à proposer des phares entièrement à LED, équipant l' Audi R8 . La même année, Toshiba a commercialisé la première lampe LED blanche pour usage domestique.

En 2008, la société Sentry Equipment Corporation, située à Oconomowoc , dans le Wisconsin (États-Unis), a pu éclairer l'intérieur et l'extérieur de sa nouvelle usine presque exclusivement grâce à des LED. Le coût initial était trois fois supérieur à celui d'un éclairage mixte traditionnel composé de lampes à incandescence et de tubes fluorescents, mais ce surcoût a été amorti en deux ans grâce aux économies d'électricité, et les lampes devraient durer 20 ans sans nécessiter de remplacement. En 2009, le bureau de Manapakkam ( Chennai) de la société informatique indienne iGate a investi 3 700 000 roupies ( 80 000 dollars américains ) pour éclairer 5 300 m² ^de bureaux avec des LED. L'entreprise prévoyait que ce nouvel éclairage serait amorti en 5 ans.

En 2009, Audi a été le premier constructeur à proposer une voiture entièrement éclairée par des LED : l’Audi R8. La même année, le sapin de Noël exceptionnellement grand qui orne la cathédrale de Turku, en Finlande, était illuminé par 710 lampes LED de 2 watts chacune. On a calculé que ces lampes LED ont été amorties en trois ans et demi, bien qu’elles ne soient allumées que 48 jours par an. Toujours en 2009, une nouvelle autoroute (A29) a été inaugurée à Aveiro , au Portugal ; elle était la première autoroute publique européenne entièrement éclairée par des LED.

Dès 2010, l'installation massive d'éclairage LED à usage commercial et public se généralisait. Les lampes LED ont été utilisées dans le cadre de nombreux projets pilotes d'éclairage extérieur et de lampadaires . Le Département de l'Énergie des États-Unis a publié plusieurs rapports sur les résultats de nombreux projets pilotes d'éclairage extérieur municipal , et de nombreux autres projets d'éclairage public et d'éclairage extérieur municipal ont rapidement suivi

En 2016, le gouvernement indien a lancé le programme Ujala , visant à remplacer toutes les ampoules à incandescence et fluocompactes du pays par des ampoules LED. Selon Narendra Modi , en mars 2022, ce programme avait permis de distribuer gratuitement 370 millions d'ampoules LED aux ménages et de réduire les factures d'électricité des ménages à faibles revenus et de la classe moyenne de 200 milliards de roupies (2,1 milliards de dollars américains). Le programme Ujala a également encouragé le développement de la production nationale de LED en Inde.

Les lampes LED sont souvent fabriquées à partir de matrices de modules LED montés en surface .

Une différence majeure avec les autres sources lumineuses réside dans la directivité de la lumière. Une LED est un émetteur lambertien , produisant un cône de lumière dont la puissance moyenne se situe à environ 60° de l'axe. Une diode laser et une LED sont toutes deux des sources de lumière semi-conductrices, mais les diodes laser fonctionnent par émission stimulée , tandis que les LED utilisent l'émission spontanée.

L'éclairage général nécessite une lumière blanche, imitant un corps noir à une température spécifique, allant du blanc chaud (comme une ampoule à incandescence) à 2 700 K, à la lumière du jour à environ 6 500 K. Les premières LED émettaient une lumière dans une bande de longueurs d'onde très étroite, dont la couleur était caractéristique de la bande interdite du matériau semi-conducteur utilisé pour leur fabrication. Les LED émettant une lumière blanche sont fabriquées selon deux méthodes principales : soit en mélangeant la lumière de plusieurs LED de couleurs différentes, soit en utilisant un phosphore pour convertir une partie de la lumière en d'autres couleurs. Cette lumière n'est pas identique à celle d'un corps noir parfait, ce qui donne aux couleurs un aspect différent de celui d'une ampoule à incandescence. La qualité du rendu des couleurs est spécifiée par l' indice de rendu des couleurs (IRC), qui, en 2019, était d'environ 80 pour de nombreuses ampoules LED et supérieur à 95 pour les éclairages LED à IRC élevé plus coûteux (100 étant la valeur idéale).

Les LED blanches RVB ou trichromatiques utilisent plusieurs puces LED émettant des longueurs d'onde rouges, vertes et bleues. Ces trois couleurs se combinent pour produire de la lumière blanche. L'IRC est faible, généralement de 25 à 65, en raison de la gamme étroite de longueurs d'onde émises. Des valeurs d'IRC plus élevées peuvent être obtenues en utilisant plus de trois couleurs de LED afin de couvrir une gamme de longueurs d'onde plus étendue.

La seconde méthode, à la base de la plupart des lampes LED disponibles sur le marché, utilise des LED associées à un luminophore pour produire des couleurs complémentaires à partir d'une seule LED. Une partie de la lumière émise par la LED est absorbée par les molécules du luminophore, ce qui provoque leur fluorescence et l'émission d'une lumière d'une autre couleur par effet Stokes . La méthode la plus courante consiste à combiner une LED bleue avec un luminophore jaune, produisant ainsi une bande étroite de longueurs d'onde bleues et une large bande de longueurs d'onde « jaunes » couvrant en réalité le spectre du vert au rouge. L'indice de rendu des couleurs (IRC) peut varier de moins de 70 à plus de 90, bien qu'une grande partie des LED commerciales de ce type présentent un IRC d'environ 82. Grâce à des augmentations successives de son efficacité, qui atteignait 210 lm/W en production en 2021, ce type de LED a surpassé les performances des LED trichromatiques. Les phosphores utilisés dans les LED à lumière blanche peuvent donner des températures de couleur corrélées dans la gamme de 2 200 K (incandescent à intensité réduite) jusqu'à 7 000 K ou plus.

Les systèmes d'éclairage réglables utilisent des groupes de LED colorées qui peuvent être contrôlées individuellement, soit en utilisant des groupes séparés pour chaque couleur, soit des LED multi-puces dont les couleurs sont combinées et contrôlées au niveau de la puce.

Les puces LED nécessitent une alimentation électrique en courant continu (CC) contrôlé et un circuit approprié, tel qu'un pilote de LED, est nécessaire pour convertir le courant alternatif de l'alimentation en courant continu à tension régulée utilisé par les LED.

Les drivers LED sont des composants essentiels des lampes LED pour garantir leur durée de vie et leurs performances optimales. Un driver peut offrir des fonctionnalités telles que la variation d'intensité et la commande à distance. Les drivers LED peuvent être intégrés au même boîtier que la matrice de diodes ou montés à distance. Ils peuvent nécessiter des composants supplémentaires pour respecter les normes relatives aux harmoniques du courant alternatif.

Les lampes LED fonctionnent à une température plus basse que leurs prédécesseurs, car elles ne comportent ni arc électrique ni filament de tungstène. Cependant, elles peuvent toujours provoquer des brûlures. La gestion thermique des LED haute puissance est essentielle pour maintenir la température de jonction du composant proche de la température ambiante, car une température plus élevée réduit le flux lumineux et peut entraîner une panne catastrophique . Les LED consomment beaucoup moins d'énergie pour un même flux lumineux, mais elles produisent néanmoins de la chaleur, concentrée dans une puce semi-conductrice très petite. Du fait de leur basse température de fonctionnement, les lampes LED ne dissipent que très peu de chaleur par rayonnement ; la chaleur est conduite à travers l'arrière de la puce vers un dissipateur thermique ou une ailette de refroidissement spécialement conçue , d'où elle est évacuée par convection. Les lampes très haute puissance destinées aux applications industrielles sont souvent équipées de ventilateurs . Certains fabricants intègrent les LED et l'ensemble des circuits dans une ampoule en verre, comme les ampoules à incandescence classiques, mais remplie d'hélium pour conduire la chaleur et ainsi refroidir les LED. D'autres placent les LED sur un circuit imprimé avec un support en aluminium. La partie arrière en aluminium est fixée thermiquement à la base en aluminium de la lampe à l'aide de pâte thermique, et la base est intégrée dans une coque en plastique mélaminé. Le refroidissement par convection autour d'une lampe LED exige une attention particulière lors de son installation dans un luminaire fermé ou mal ventilé , ou à proximité d' un isolant thermique .

Le terme « chute d’efficacité » désigne la diminution du rendement lumineux des LED lorsque le courant électrique augmente. Au lieu d’augmenter l’intensité du courant, on accroît généralement le flux lumineux en connectant plusieurs LED en parallèle et/ou en série dans une même lampe. Résoudre le problème de la chute d’efficacité permettrait de réduire le nombre de LED nécessaires aux lampes LED domestiques, ce qui diminuerait considérablement les coûts.

On a d'abord soupçonné que la baisse d'efficacité des LED était due à des températures élevées. Les scientifiques ont démontré que la température n'était pas la cause première de cette baisse. Le mécanisme à l'origine de cette baisse d'efficacité a été identifié en 2007 comme étant la recombinaison Auger , ce qui a suscité des réactions mitigées. Une étude de 2013 a confirmé de manière concluante que la recombinaison Auger était la cause.

Certains lasers ont été adaptés comme alternative aux LED pour fournir un éclairage très focalisé.

Les lampes LED sont utilisées pour l'éclairage général et spécialisé. Lorsqu'une lumière colorée est nécessaire, les LED, qui émettent intrinsèquement une lumière d'une seule couleur, ne requièrent aucun filtre absorbant l'énergie. Les lampes LED sont couramment disponibles en remplacement direct des ampoules ou des luminaires, permettant de remplacer soit un luminaire entier (par exemple, des panneaux lumineux LED remplaçant des luminaires fluorescents encastrés ou des spots LED remplaçant des luminaires halogènes similaires), soit des ampoules (par exemple, des tubes LED remplaçant des tubes fluorescents dans des luminaires encastrés ou des lampes LED de remplacement pour lampes HID remplaçant des ampoules HID dans des luminaires HID). La différence entre le remplacement d'un luminaire et le remplacement d'une ampoule réside dans le fait que, lorsqu'un luminaire (comme un luminaire encastré) est remplacé par un panneau LED, ce dernier doit être remplacé dans son intégralité en cas de défaillance des LED ou de son circuit de commande, car il est impossible de les remplacer individuellement de manière pratique (bien que le circuit de commande soit souvent séparé et puisse donc être remplacé). En revanche, si seule l'ampoule est remplacée par une lampe LED, celle-ci peut être remplacée indépendamment du luminaire en cas de défaillance. Certaines lampes de remplacement LED nécessitent une modification du luminaire, par exemple en supprimant électriquement le ballast du luminaire, connectant ainsi la lampe LED directement à l'alimentation secteur ; d'autres peuvent fonctionner sans aucune modification du luminaire.

Les lampes LED à lumière blanche ont une durée de vie plus longue et un rendement supérieur (plus de lumière pour une même consommation d'électricité) à la plupart des autres sources d'éclairage, lorsqu'elles sont utilisées à la température appropriée. Les sources LED sont compactes, ce qui offre une grande flexibilité dans la conception des luminaires et un contrôle précis de la distribution de la lumière grâce à des réflecteurs ou des lentilles de petite taille. Du fait de leur petite taille, le contrôle de la distribution spatiale de l'éclairage est extrêmement flexible , et le flux lumineux ainsi que la distribution spatiale d'un réseau de LED peuvent être contrôlés sans perte d'efficacité.

Les LED utilisant le principe du mélange de couleurs peuvent émettre une large gamme de couleurs en modifiant les proportions de lumière générée dans chaque couleur primaire. Ceci permet un mélange complet des couleurs dans les lampes équipées de LED de différentes couleurs. Contrairement à d'autres technologies d'éclairage, l'émission des LED est généralement directionnelle (ou du moins lambertienne ), ce qui peut être un avantage ou un inconvénient selon les besoins. Pour les applications nécessitant une lumière non directionnelle, on utilise soit un diffuseur, soit plusieurs LED individuelles pour émettre dans différentes directions.

Les lampes LED sont fabriquées avec des culots et des formes standard , comme le culot à vis Edison , le culot MR16 à deux broches, ou encore les culots GU5.3 (à deux broches) ou GU10 (à baïonnette), et sont conçues pour être compatibles avec la tension d'alimentation des douilles. Elles intègrent un circuit de commande permettant de redresser le courant alternatif et de convertir la tension à une valeur appropriée, généralement une alimentation à découpage .

En 2010, certaines lampes LED ont remplacé les ampoules de forte puissance ; par exemple, un fabricant affirmait qu’une lampe LED de 16 watts était aussi lumineuse qu’une lampe halogène de 150 watts. Une ampoule à incandescence standard a une efficacité lumineuse d’environ 14 à 17 lm/W, selon sa taille et la tension. (L’efficacité des lampes à incandescence conçues pour une alimentation de 230 V est moindre, car la tension d’alimentation plus basse en Amérique du Nord est plus favorable à l’efficacité.) Selon la norme de l’Union européenne, une lampe à basse consommation se déclarant équivalente à une lampe à incandescence de 60 watts doit avoir un flux lumineux minimal de 806 lumens.

Certains modèles de lampes LED sont compatibles avec les variateurs . Les lampes LED présentent souvent un éclairage directionnel. Les meilleures d'entre elles, en 2022, étaient plus économes en énergie que les lampes fluorescentes compactes et offraient une durée de vie de 30 000 heures ou plus, réduite en cas de fonctionnement à une température supérieure à celle spécifiée. Les lampes à incandescence ont une durée de vie typique de 1 000 heures et les lampes fluorescentes compactes d'environ 8 000 heures . Les lampes LED et fluorescentes utilisent toutes deux des phosphores, dont le flux lumineux diminue au fil du temps. La norme Energy Star exige que les lampes LED subissent généralement une baisse de flux lumineux inférieure à 10 % après 6 000 heures de fonctionnement ou plus, et dans le pire des cas, pas plus de 15 % . Les lampes LED sont disponibles avec une variété de couleurs. Leur prix d'achat est plus élevé que celui de la plupart des autres lampes – bien qu'il soit en baisse – mais leur efficacité supérieure permet généralement de réduire le coût total de possession (prix d'achat plus coût de l'électricité et coût du remplacement des ampoules)

Plusieurs entreprises proposent des lampes LED pour l'éclairage général. Cette technologie évolue rapidement et de nouvelles lampes LED grand public à faible consommation d'énergie sont disponibles.

En 2016, aux États-Unis, les lampes LED étaient sur le point de devenir la principale source d'éclairage en raison de la baisse des prix et de l'abandon progressif des lampes à incandescence . Aux États-Unis, la loi de 2007 sur l'indépendance et la sécurité énergétiques (Energy Independence and Security Act) interdit de fait la fabrication et l'importation de la plupart des lampes à incandescence courantes. Le prix des lampes LED a considérablement diminué et de nombreux modèles sont vendus à prix subventionnés par les fournisseurs d'énergie locaux. Cependant, en septembre 2019, l'administration Trump a assoupli les exigences relatives aux nouvelles ampoules basse consommation . L'administration Biden a finalisé en 2023 une réglementation sur l'efficacité énergétique imposant un rendement de 45 lm/W pour l'éclairage, ce qui permettra aux consommateurs d'économiser 3 milliards de dollars par an sur leurs factures d'électricité

Les tubes LED sont conçus pour s'adapter physiquement aux luminaires prévus pour les tubes fluorescents . Certains tubes LED peuvent remplacer directement les tubes existants, à condition d' utiliser un ballast approprié . D'autres nécessitent un recâblage du luminaire pour retirer le ballast. Un tube LED utilise généralement de nombreuses LED CMS (composants montés en surface ) directionnelles, qui doivent être correctement orientées lors de l'installation, contrairement aux tubes fluorescents qui diffusent la lumière dans toutes les directions. La plupart des tubes LED disponibles peuvent remplacer les tubes T5, T8, T10 ou T12. Les tubes T8 ont un diamètre de 26 mm, les tubes T10 de 30 mm et sont disponibles en longueurs de 590 mm (23 pouces), 1 200 mm (47 pouces) et 1 500 mm (59 pouces).

Les nouveaux luminaires intégrant des LED longue durée ou conçus pour les ampoules LED se généralisent à mesure que le besoin de compatibilité avec les luminaires existants diminue. Ce type d'éclairage ne nécessite pas que chaque ampoule contienne un circuit pour fonctionner sur le secteur .

Des expériences ont révélé des performances et une production surprenantes de légumes et de plantes ornementales sous éclairage LED. De nombreuses espèces végétales ont été évaluées en serre afin de s'assurer que la qualité de leur biomasse et de leurs composés biochimiques soit au moins comparable à celle des plantes cultivées en plein champ. Les performances de la menthe, du basilic, des lentilles, de la laitue, du chou, du persil et de la carotte ont été mesurées en évaluant à la fois leur santé et leur vigueur, ainsi que l'efficacité des LED pour stimuler leur croissance. Une floraison abondante a également été observée chez certaines plantes ornementales, notamment les primevères, les œillets d'Inde et les giroflées.

Les diodes électroluminescentes (DEL) offrent un éclairage électrique efficace dans les longueurs d'onde souhaitées (rouge et bleu), permettant une production en serre rapide, de haute qualité et en grande quantité. Grâce à leur faible dégagement de chaleur, les plantes peuvent être placées très près des sources lumineuses sans risque de surchauffe ni de brûlure, ce qui réduit considérablement l'espace nécessaire à une culture intensive par rapport aux éclairages traditionnels à forte chaleur.

Les lampes LED blanches dominent le marché des applications exigeant un rendement élevé à faible consommation. Parmi ces applications, on trouve les lampes torches , les éclairages solaires de jardin ou d'allée, et les éclairages de vélo. Les lampes LED colorées sont désormais utilisées commercialement pour la signalisation routière, où l'émission d'une lumière vive de la couleur requise est essentielle, ainsi que pour les guirlandes lumineuses de Noël. Les lampes automobiles LED sont largement utilisées pour leur longue durée de vie et leur petite taille. Plusieurs LED sont utilisées dans les applications nécessitant un flux lumineux supérieur à celui fourni par une seule LED.

Vers 2010, la technologie LED s'est imposée sur le marché de l'éclairage extérieur, les LED précédentes étant insuffisamment lumineuses. Une étude réalisée en 2014 a conclu que les consommateurs percevaient facilement la température de couleur et la précision des LED, avec une préférence pour les LED à température de couleur naturelle. Les LED sont désormais capables d'offrir la luminosité et la température de couleur plus chaude recherchées par les consommateurs pour leur éclairage extérieur.

L’utilisation des LED pour l’éclairage public se développe en remplacement des lampes à mercure et à sodium en raison de leurs coûts d’exploitation et de remplacement inférieurs. Cependant, l’utilisation d’ un éclairage public à LED émettant une lumière principalement bleue suscite des inquiétudes quant aux risques de lésions oculaires. De plus, certaines LED s’allument et s’éteignent à une fréquence deux fois supérieure à celle du réseau électrique, ce qui peut provoquer des malaises chez certaines personnes et induire en erreur à proximité de machines tournantes en raison d’ effets stroboscopiques . Ces problèmes peuvent être résolus par un éclairage adapté, plutôt que par une simple considération de coût.

Les LED UV ont connu une croissance rapide ces dernières années car elles peuvent être programmées pour émettre des longueurs d'onde spécifiques. Contrairement aux lampes à décharge gazeuse ou fluorescentes, dont la longueur d'onde est limitée par leurs matériaux, celle des LED est déterminée par la largeur de leur bande interdite.

Pour la production de vitamine D, les lampes LED sont préférables car les lampes traditionnelles ne peuvent pas produire la longueur d'onde exacte de 293 nanomètres nécessaire pour augmenter les niveaux de vitamine D. Les lampes UVB à 293 nanomètres sont plus efficaces que les autres lampes UVB (comme celles à 312 nanomètres ou à large bande) car elles fournissent suffisamment de lumière UVB pour la vitamine D sans provoquer de rougeurs cutanées, même à faibles doses.

Consultez le tableau d'efficacité lumineuse pour obtenir un aperçu des différentes technologies.

Compte tenu de la longue durée de vie annoncée pour les lampes LED, de longues garanties sont proposées. Cependant, il n'existe actuellement aucune procédure de test normalisée établie par le Département de l'Énergie des États-Unis pour vérifier ces affirmations de chaque fabricant. Une lampe LED domestique classique aurait une « durée de vie moyenne » de 15 000 heures (15 ans à raison de 3 heures par jour) et supporterait 50 000 cycles d'allumage.

Les lampes à incandescence et halogènes ont naturellement un facteur de puissance de 1, tandis que les lampes fluorescentes compactes et les LED utilisent des redresseurs d'entrée , ce qui entraîne des facteurs de puissance inférieurs. Ces faibles facteurs de puissance peuvent engendrer des surtaxes pour les consommateurs d'énergie commerciaux. Les lampes fluorescentes compactes et les LED sont disponibles avec des circuits de commande permettant d'obtenir le facteur de puissance souhaité, ou une correction du facteur de puissance à l'échelle du site peut être mise en œuvre. Les normes européennes exigent un facteur de puissance supérieur à 0,4 pour les lampes d'une puissance comprise entre 2 et 5 watts, supérieur à 0,5 pour celles d'une puissance comprise entre 5 et 25 watts et supérieur à 0,9 pour les lampes de plus forte puissance.

Energy Star est une norme internationale pour les produits de consommation écoénergétiques . Les appareils portant la marque de service Energy Star consomment généralement de 20 à 30 % d’énergie en moins que les exigences des normes américaines.

Qualifications Energy Star LED :

• Réduit les coûts énergétiques – consomme au moins 75 % d'énergie en moins que l'éclairage incandescent , ce qui permet de réaliser des économies sur les frais d'exploitation.
• Réduit les coûts d'entretien : sa durée de vie est 35 à 50 fois supérieure à celle des ampoules incandescentes et environ 2 à 5 fois supérieure à celle des ampoules fluorescentes. Aucun remplacement d'ampoule, aucun recours à une échelle, aucun programme d'élimination des déchets.
• Réduit les coûts de refroidissement – ​​les LED produisent très peu de chaleur.
• Elle est garantie – elle est assortie d'une garantie minimale de trois ans – bien au-delà de la norme du secteur.
• Offre des fonctionnalités pratiques – avec variateur d'intensité sur certains modèles d'intérieur et arrêt automatique à la lumière du jour et détecteurs de mouvement sur certains modèles d'extérieur.
• Il est durable – ne se cassera pas comme une ampoule en verre.

Pour obtenir la certification Energy Star, les produits d'éclairage LED doivent réussir une série de tests afin de prouver qu'ils présentent les caractéristiques suivantes :

• La luminosité est égale ou supérieure à celle des technologies d'éclairage existantes (incandescentes ou fluorescentes) et la lumière est bien répartie sur la zone éclairée par le luminaire.
• Le flux lumineux reste constant dans le temps, ne diminuant que vers la fin de la durée de vie nominale (au moins 35 000 heures ou 12 ans sur la base d'une utilisation de 8 heures par jour).
• Excellente qualité de couleur. La teinte de la lumière blanche reste nette et homogène dans le temps.
• Son efficacité est égale ou supérieure à celle de l'éclairage fluorescent.
• La lumière s'allume instantanément lorsqu'on l'allume.
• Aucun scintillement en mode tamisé.
• Aucune consommation d'énergie à l'arrêt. Le luminaire ne consomme pas d'énergie lorsqu'il est éteint, à l'exception des commandes externes, dont la consommation ne doit pas dépasser 0,5 watt à l'arrêt.
• Facteur de puissance d'au moins 0,7 pour toutes les lampes de 5 W ou plus.

Les émetteurs LED sont intrinsèquement adaptés à la variation d'intensité, car ils peuvent fonctionner sur une large plage de courants sans changement significatif de couleur. Cependant, les circuits des lampes LED doivent être spécifiquement conçus pour être gradables et compatibles avec certains types de variateurs. Dans le cas contraire, la lampe et/ou le variateur risquent d'être endommagés. Le rendu des couleurs n'est pas identique à celui des lampes à incandescence, qui émettent un rayonnement proche de celui d'un corps noir parfait , comme le soleil. L' IRC (Indice de Rendu des Couleurs ) est une unité de mesure utilisée pour évaluer la façon dont une source lumineuse restitue huit échantillons de couleurs, sur une échelle de 0 à 100. Les LED dont l'IRC est inférieur à 75 ne sont pas recommandées pour l'éclairage intérieur. Les lampes LED mal conçues peuvent scintiller. Cet effet est visible sur une vidéo au ralenti d'une telle lampe. L'intensité du scintillement dépend de la qualité de l'alimentation CC intégrée à la structure de la lampe, généralement située dans le culot. Une exposition prolongée à une lumière scintillante contribue aux maux de tête et à la fatigue oculaire. La durée de vie des LED, en fonction du maintien du flux lumineux, diminue à haute température. La gestion thermique des LED haute puissance est un facteur important dans la conception des équipements d'éclairage à semi-conducteurs. Les lampes LED sont sensibles à la chaleur excessive, comme la plupart des composants électroniques à semi-conducteurs . De plus, la présence de composés organiques volatils incompatibles peut nuire à leurs performances et réduire leur durée de vie. La longue durée de vie des LED, estimée à environ 50 fois celle des lampes à incandescence les plus courantes et nettement supérieure à celle des lampes fluorescentes, est avantageuse pour les utilisateurs, mais aura un impact sur les fabricants en réduisant le marché des pièces de rechange à long terme.

Le rythme circadien humain peut être affecté par les sources lumineuses. La température de couleur efficace de la lumière du jour est d'environ 5 700 K (blanc bleuté), tandis que celle des lampes à incandescence est d'environ 2 700 K (jaune). Les personnes souffrant de troubles du rythme circadien du sommeil sont parfois traitées par luminothérapie (exposition à une lumière blanche bleutée intense pendant la journée) et par obscurothérapie (port de lunettes à verres ambrés la nuit pour atténuer la lumière bleutée).

Certaines organisations déconseillent l'utilisation de lampes blanc bleuté la nuit. L'Association médicale américaine s'oppose à l'utilisation de LED blanc bleuté pour l'éclairage public municipal. Des recherches suggèrent que le passage à l'éclairage public par LED attire 48 % d'insectes volants de plus que les lampes HPS , ce qui pourrait avoir des impacts écologiques directs ainsi que des impacts indirects, comme l'attraction d'un plus grand nombre de spongieuses dans les zones portuaires.