Ambiance lumineuse et couleur de la lumière avec des luminaires LED
La qualité de la lumière LED dépend de plusieurs facteurs. La température de couleur, le rendu des couleurs et la qualité de couleur ont un impact sur l'efficacité de l'éclairage et l'impression qu'il produit.
Étant que les LED diffèrent techniquement des sources lumineuses classiques et leurs propriétés ne peuvent donc pas être comparées directement, mais les critères qui déterminent la qualité de l'éclairage produit par un luminaire sont les mêmes.
Température de couleur
La température de couleur d'une source lumineuse est exprimée en Kelvin (K). À l’origine, le kelvin est une unité de mesure de la couleur d'un corps noir chauffé (et donc incandescent). Cette mesure est facile à appliquer aux sources lumineuses avec filament car la température de couleur (CCT) en Kelvins est identique à la température réelle du filament. C’est différent pour les sources lumineuses sans filament. Au lieu de cela, une température de couleur corrélée est indiquée, par exemple pour les tubes fluorescents, les lampes à décharge et les LED.
Même si plusieurs fabricants indiquent la même température de couleur, il peut exister des différences entre les marques. La température de couleur des LED peut aussi changer avec le temps. Même lors de la production de diodes, les variations sont importantes, au niveau de la température de couleur comme du flux lumineux. Il convient donc de choisir parmi un assortiment limité, un choix appelé tri.
La courbe montre la température de couleur en degrés Kelvin effectifs. Pour calculer la température de couleur proximale, on mesure la chromaticité de la source lumineuse. Cette valeur se trouve sur l'une des lignes isothermiques et la température de couleur proximale est située à l'intersection de la ligne et de la courbe.
MacAdam indique la répartition des couleurs de la lumière
La qualité de la couleur de lumière du module LED ou la chromaticité est une mesure de la répartition dans la couleur de lumière. Différence de couleur avec les ellipses MacAdam SDCM (Standard Deviation of Color Matching) conformément à la norme CIE 1964. Le système MacAdam classifie la chromaticité sur une échelle de 0 à 10, avec 0 correspondant à la meilleure chromaticité possible.
Entre 1 et 3, il est difficile de percevoir la différence de couleur, mais des valeurs plus élevées peuvent produire des différences évidentes sur les alentours. Notamment les murs blancs éclairés par des lèche-murs ou des spots requièrent une valeur MacAdam basse. Pour les autres applications, les différences sont moins évidentes. Il est recommandé d’éviter une valeur MacAdam 4 SDCM ou inférieure pour les applications en intérieur, même si les exigences en intérieur sont normalement MacAdam 2-3 SDCM. En extérieur, MacAdam 5 SDCM est considéré comme suffisant.
Une tendance nette est que la qualité s'améliore petit à petit. Par comparaison, la valeur MacAdam des tubes fluorescents T5 des principaux fabricants est de l'ordre de 4.
MacAdam 1–3 SDCM
Convient à la plupart des environnements intérieurs
MacAdam 3–5 SDCM
Principalement pour les environnements extérieurs. La valeur la plus basse pour l’éclairage de murs.
La couleur de la lumière dans le temps
Il ne suffit pas d’évaluer la qualité de la couleur d’une diode électroluminescente neuve. Il est aussi nécessaire de considérer la variation de la qualité pendant la durée de vie escomptée du produit. Certaines diodes offrent une excellente qualité de couleur pendant les mille premières heures mais se dégradent ensuite rapidement. La conception du luminaire peut aussi jouer un rôle sur la qualité de la couleur, par exemple si la diode est mal refroidie ou soumise à une utilisation trop intensive.
Principe de création d'une lumière blanche à partir d'une diode bleue ou, dans le cas montré à droite, d'un groupe de diodes. Sur une diode individuelle, la poudre luminescente recouvre la diode ; dans un module, la poudre luminescente est placée sur un disque qui recouvre toutes les diodes du module.
Lumière blanche dans diverses températures de couleur
Les diodes blanches sont disponibles en diverses températures de couleur, allant du blanc chaud au blanc très froid (2700–8000 K). En général, la lumière blanche est produite grâce à l'ajout d'une couche de poudre luminescente sur une diode bleue. La poudre luminescente peut être placée directement sur la diode ou sur un disque externe. Le revêtement convertit une partie de la lumière bleue en lumière blanche avec différentes températures de couleur. La température de couleur est déterminée à la fois par la diode bleue et par l’adaptation de la poudre luminescente.
La lumière blanche étant obtenue à partir d'une LED bleue, l'efficacité est meilleure pour les températures de couleur froides. La raison est qu'une température de couleur chaude exige que la poudre luminescente transforme une plus grande partie de la lumière bleue d'origine.
Rendu des couleurs
Le rendu des couleurs des LED n'est pas exactement identique à celui des sources lumineuses classiques. Il est toutefois indiqué en Ra/CRI, comme pour les autres sources lumineuses. L'échelle Ra s’étend de 0 à 100 et mesure la capacité de la source lumineuse à rendre les couleurs. En fonction du choix de la diode électroluminescente, le rendu des couleurs (Ra) peut varier de 60 à 95.
Le rendu des couleurs est évalué selon la méthode de la CIE et mesuré en général sur huit couleurs conformément à l'indice CRI (Color Rendering Index), qui va de 1 à 8 (voir illustration ci-dessous). L'indice de rendu des couleurs (CRI – Color Rendering Index) est indiqué comme une valeur moyenne (Ra), ce qui signifie qu'une source lumineuse peut présenter un excellent rendu pour sept couleurs et des performances moindres pour la huitième. L'échelle Ra 1-14, qui contient six couleurs supplémentaires, est utilisée en complément.
Comme le montre l’illustration, la diode électroluminescente actuelle ne peut pas rendre le rouge clair (numéro neuf) de façon optimale. Il en résulte une valeur moyenne pour Ra 1-14 inférieur à celle pour Ra 1-8. Quelle que soit la valeur moyenne, il reste possible de voir que le rendu du rouge est moins bon, ce qui est normal pour un éclairage LED.
Le rendu des couleurs peut varier d'une diode à l'autre selon les fabricants mais est lié à la répartition spectrale de la diode. N’oubliez pas que le rendu des couleurs peut également varier entre un module LED neuf et un autre qui a déjà plusieurs milliers d'heures de fonctionnement.
L'indice de rendu des couleurs (CRI – Color Rendering Index) est indiqué par une valeur moyenne (Ra), ce qui signifie qu'une source lumineuse peut présenter un excellent rendu pour sept de ces couleurs et des performances moindres pour la huitième. Ra 1-14 est une échelle complémentaire avec six couleurs supplémentaires. Bien que le rendu des couleurs varie d’une diode électroluminescente à l’autre, il est directement associé à la répartition spectrale de la diode. Une analyse de la répartition spectrale peut donner des informations sur la capacité de la diode à rendre les couleurs. Plus une couleur est présente dans la répartition spectrale, plus la diode électroluminescente est capable de rendre cette même couleur.
Anti-éblouissement et expérience visuelle
Étant donné qu’un luminaire peut provoquer un éblouissement malgré la conformité à toutes les normes en vigueur, il convient de le voir en situation réelle. Le défi posé par un éclairage LED est le contrôle de l’éblouissement. Les modules LED peuvent avoir une luminance (intensité lumineuse) supérieure 300 000 cd/m² alors qu’un tube T5 a souvent une luminance de 17 000 cd/m².
D’un point de vue strictement économique, un module LED nu avec élément de refroidissement et ballast externe est l’alternative la plus avantageuse. Cependant, un tel module LED produit une lumière particulièrement éblouissante et désagréable. La lumière doit donc être modifiée (défilement et distribution), ce qui entraîne une réduction de l’efficacité énergétique du luminaire par rapport au module seul installé dans le luminaire. Selon cette logique, une efficacité énergétique trop élevée dans la description d’un luminaire peut indiquer un possible éblouissement.