Durée de vie d’un eclairage LED

 Durée de vie d’un éclairage LED
Bien plus qu’un simple nombre d’heures
mentionné sur une fiche produit
Durée de vie : 100 000 heures… Annoncé comme ça sur une fiche produit, ce chiffre a de quoi séduire n’importe quel maître d’ouvrage. Mais non seulement cette valeur est une extrapolation et donc sa fiabilité, discutable, mais l’information est très incomplète et ne permet donc pas de juger un éclairage LED. D’autres valeurs concernant la durée de vie sont à prendre en compte pour comparer les offres et faire le bon choix.
Même si elle reste une indication importante dans le choix d’un éclairage LED (certaines applications demandent une durée de vie très longue, comme l’éclairage aéroportuaire ou routier), la durée de vie annoncée sur les fiches produits n’est qu’une projection théorique. Les fabricants ne peuvent pas vérifier une durée de vie de 50 000 heures, encore moins de 100 000 heures, avant de commercialiser un produit. Cette information est une extrapolation de résultats de tests en laboratoire ; extrapolation qui n’est pas normalisée et peut donc varier d’un fabricant à l’autre en fonction des conditions dans lesquelles ces tests sont effectués (quel courant : 350 mA, 500 mA, 700 mA ? Quelle température ambiante : 25 °C, 65 °C, 80 °C ? Combien de cycles allumage/extinction ?…). C’est dire s’il faut être prudent dans l’interprétation des caractéristiques techniques annoncées.
« Le principal défi pour le marché professionnel

est d’améliorer la manière dont les utilisateurs de luminaires LED évaluent les données de performance des différents fabricants lors de la préparation de projets d’éclairage ou de devis. Aujourd’hui, ils comparent souvent – à leur insu –

des choux et des carottes. »

 

Syndicat de l’éclairage,

guide Évaluation de la performance des luminaires LED, janvier 2019

Prévoir le maintien du flux dans la durée

Le flux lumineux d’une source d’éclairage n’est jamais stable dans le temps. Il va progressivement diminuer à l’usage, jusqu’au moment où le niveau d’éclairement à maintenir ne sera plus respecté. Avec les lampes conventionnelles, le problème était simple parce qu’il y avait généralement une seule source lumineuse dans le luminaire, que l’on changeait lorsque c’était nécessaire. Mais l’éclairage LED se compose d’un ou de plusieurs modules avec un nombre variable de puces émettrices de lumière. Sauf cas de défaillance brutale qui rendrait le luminaire inopérant, les LED d’un module ne meurent pas toutes en même temps au bout d’un nombre d’heures de fonctionnement. Certaines d’entre elles seront hors service quand d’autres vont continuer de fournir un flux plus ou moins important de lumière. Connaître cette dépréciation de la source dans la durée (flux résiduel) par rapport au flux spécifié à l’installation est essentiel pour choisir un luminaire, au risque de s’engager dans un projet d’éclairage qui ne va pas atteindre les résultats attendus.

Cy, AFV : prévoir le risque de « mortalité »
Outre la durée de vie utile du système LED, il y a la durée de vie du luminaire qui repose sur un ensemble d’éléments électriques, mécaniques, optiques ou électroniques. Les défauts de fonctionnement peuvent se produire à différents niveaux – soudure ou composant électronique qui lâche, casse mécanique avec un impact sur le flux lumineux, défaillance du driver… – avec, pour conséquence, un système qui ne fournit plus aucune lumière.

 

La norme IEC 62722-2-1 a introduit deux mentions pour décrire ce risque. Des indications rarement affichées mais pourtant utiles à connaître :

– le « temps avant défaillance brusque », noté Cy : C10 à 50 000 heures signifie que 10 % des éléments constituant le luminaire seront hors service à 50 000 heures.

– la « valeur de défaillance brusque » (Abrupt Failure Value – AFV) qui correspond au nombre de LED du module (en pourcentage) qui sera hors service lorsque la durée de vie médiane sera atteinte.

Le driver étant souvent le maillon faible d’un système d’éclairage LED, Lighting Europe recommande de préciser le taux de défaillance attendu des drivers relatif à la valeur de défaillance brusque du luminaire LED.

Lx : le flux résiduel global

Pour aider les professionnels, la norme IEC 62722-2-1 « Performance des luminaires – Exigences particulières relatives aux luminaires à LED » a introduit les notions Lx By, deux métriques qui permettent de définir la dépréciation d’une source lumineuse LED dans le temps et donc sa « durée de vie utile ».

La valeur Lx indique le flux résiduel du système LED après un temps de fonctionnement déterminé (en heures) : L80 à 50 000 heures signifie que le flux n’excède plus 80 % par rapport au flux spécifié initialement après 50 000 heures de fonctionnement. Dans la pratique, toutes les LED ne vieillissent pas au même rythme, ce flux résiduel est un flux global, une moyenne qui ne permet donc pas de connaître l’état de chaque LED du luminaire. Si l’on reprend l’exemple L80 à 50 000 heures, rien n’indique quel est le pourcentage de LED éteintes s’il y en a, ce qui pose de facto la question de l’homogénéité des LED dans le module et donc de la conception du système, mais on a gagné un peu en précision par rapport à la seule indication d’un nombre d’heures de durée de vie mentionné sur une fiche produit.

By : la part de LED dépréciées

Cette valeur Lx est généralement complétée par une valeur By qui, elle, indique la quantité (en %) de LED dégradées ou inopérantes du module après un nombre d’heures de fonctionnement déterminé, c’est une sorte « d’échantillonnage » : B10 à 50 000 heures indique que 10 % des LED du luminaire seront dépréciées à 50 000 heures et ne respecteront plus le niveau de flux lumineux spécifié pour l’installation.

 

Disposer des informations sur la chute de flux d’un système d’éclairage LED dans le temps permet de comparer les produits et de dimensionner l’installation

en conséquence.

Grâce à ces valeurs de dépréciation du flux dans le temps et donc de performance, il est possible d’évaluer de manière plus objective les assertions des fabricants concernant la durée de vie d’un système d’éclairage LED ; la comparaison entre produits se fait alors sur des bases plus équitables ; on compare ce qui est comparable. Raison pour laquelle le maître d’ouvrage aura toujours intérêt à avoir confirmation que les indications de durée de vie annoncées ont bien été établies en conformité avec cette norme.

 

B50 : durée de vie utile médiane
Le graphique montre que l’écart de dépréciation du flux entre un éclairage B10 et B50 est très faible. Autrement dit, entre 10 % ou 50 % de LED dépréciées à 100 000 heures, l’écart de flux résiduel est minime, de l’ordre de 1 %. Ce faible écart est à l’origine de la notion de « durée de vie utile médiane » introduite par l’IEC. La Commission considère en effet inutile de mentionner By lorsque l’on indique la « durée de vie utile médiane » ; elle est induite de facto.
Des conditions de fonctionnement qui changent tout

Mais connaître les valeurs Lx By et le nombre d’heures de fonctionnement est encore insuffisant. En effet, la courbe de dépréciation du flux varie sensiblement lorsqu’on modifie l’ampérage et la température ambiante dans laquelle fonctionnent les LED. Les valeurs Lx by n’ont de sens que si elles sont fournies avec les valeurs de courant et de température de fonctionnement, d’où l’intérêt de s’appuyer sur la formule suivante pour comparer des systèmes d’éclairage LED :

Pour permettre de comparer ce qui est comparable, Lighting Europe recommande

que les données de performance soient toujours déclarées à 25 °C. Les fabricants

peuvent néanmoins spécifier, en complément, les performances à d’autres valeurs tq.

Le tableau ci-contre montre la différence de résultat selon les conditions de fonctionnement (courant et température ambiante). On constate qu’avec moins de LED et un changement de 500 à  700 mA,  on passe
de L90 à 100 000 heures à L80 à 60 000 heures ! Et la subtilité de l’éclairage LED ne s’arrête pas là. En fonction du mode de dissipation thermique mis en œuvre, le flux résiduel peut sensiblement varier et passer, par exemple, de L95 à L70 sur une durée de fonctionnement identique de 60 000 heures ; un écart qui se traduit fatalement par une bonne ou une moins bonne efficacité énergétique (± 25 % entre un éclairage LED L70 et L95).

La durée de vie d’un système d’éclairage LED n’est donc pas qu’une simple indication d’un nombre d’heures sur une fiche produit. Elle résulte d’une formule aux multiples variables. Disposer de ces informations sur la chute de flux des LED dans le temps permettra de dimensionner l’installation en conséquence et de déterminer, entre autres, le facteur de maintenance, sujet qui sera abordé dans une prochaine lettre Lux.

Pascale Renou avec la contribution d’Yves Fanack (Rohl)
POUR ALLER PLUS LOIN

Téléchargez le guide Évaluation de la performance des luminaires LED publié par le Syndicat de l’éclairage en janvier 2019.

L’avis de Bernard Duval

Expert de l’Association française de l’éclairage

Les mesures de dépréciation du flux des lampes par les normes IES font intervenir des mesures de flux prises régulièrement en faisant fonctionner les LED (modules, boitiers, etc.) jusqu’à concurrence d’une durée de fonctionnement de 6 000 heures. Puis, on calcule par des formules mathématiques (suivant la loi d’Arrhenius) la décroissance du flux lumineux pour en déduire « la présomption » de baisse du flux L80 dans les conditions de température (les normes donnent une température ambiante de 25 °C) et d’ampérage, comme expliqué dans l’article.
Bien sûr, aucune LED ne claque lors de cet essai ! En fait, Les LED ne meurent jamais ! C’est une jonction np qui, alimentée dans des conditions normales, voit son flux, sa colorimétrie, ses caractéristiques électriques et thermiques (résistance de jonction) évoluer dans le temps.
Les quelques pannes qui surviennent initialement proviennent de défauts de câblage ou autres avatars ; elles interviennent durant les premières centaines d’heures de fonctionnement, puis la courbe de mortalité est plane pour augmenter en fin de vie du produit. On considère qu’un taux de mortalité est satisfaisant s’il est est inférieur à 3 % après une année de mise en service de l’installation.
Le maillon faible dans le système LED reste le driver (il contient plus d’une dizaine de composants électroniques dont le moins fiable définit le taux de panne). On définit pour les drivers une MTBF(1) qui est généralement de l’ordre de 50 000 heures (70 000 à 80 000 heures pour certaines qualités de drivers). Ici aussi il s’agit de données statistiques ; un driver qui claque après quelques centaines d’heures de fonctionnement ne veut pas dire qu’il appartient à un mauvais lot.(1) MTBF pour Mean Time Ballast Failure. Temps moyen calculé par le constructeur entre deux défaillances du produit. Peut être utile pour gérer la maintenance préventive.
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