Avantages de l'éclairage LED public

Advantages of public LED lighting in the cities
Avantages de l'éclairage LED public

Des lampes LED pour l'éclairage public? Essayons de comprendre dans cet article quels sont les avantages de choisir l'éclairage LED dans les villes: de nombreux avantages pour l'administration publique et pour les citoyens. Il est bien connu que l'éclairage LED est plus efficace d'un point de vue énergétique, a une durée plus longue et est plus durable, mais les avantages pour l'éclairage public ne s'arrêtent certainement pas là, explorons-les tous en détail.

Efficacité et économie d'énergie

L'un des principaux avantages de l'éclairage public à LED est la réduction de la consommation d'énergie: les LED consomment beaucoup moins d'énergie que les lampes traditionnelles pour offrir le même rendement lumineux. En effet, l'éclairage LED, par rapport aux sources d'éclairage traditionnelles, conduit à des économies considérables: l'économie moyenne obtenue avec l'éclairage LED est d'environ 93% par rapport aux lampes à incandescence - 90% par rapport aux lampes halogènes - 70% par rapport aux lampes aux halogénures métalliques - 66% par rapport aux lampes fluorescentes.

Durée de vie prolongée et réduction de la maintenance requise

L'utilisation des LED dans l'éclairage public a considérablement modifié le concept de maintenance. Par rapport à l'éclairage public traditionnel (réalisé avec des lampes à vapeur de sodium, des lampes fluorescentes ou des lampes aux halogénures métalliques) qui nécessitait de remplacer les lampes même chaque année, l'éclairage LED, grâce aux récentes évolutions technologiques, atteint et dépasse 100.000 heures, soit sur vingt ans De fonctionnement. Un avantage incroyable à la fois pour les administrations municipales, qui n'ont pas à dépenser constamment pour l'entretien des lampadaires ou se soucier des pièces de rechange, et pour les citoyens, qui ne subissent plus de pannes fréquentes et de rapports continus.

Température de couleur

Un autre avantage de l'éclairage LED est la température de couleur de la source qui peut être modifiée. La température de couleur est une quantité physique et est mesurée en degrés Kelvin (K) et détermine la teinte de la lumière. Plus le nombre Kelvin est bas, plus la lumière est "chaude", plus le nombre est élevé, plus il est "froid". L'éclairage LED n'a pas de température de couleur spécifique, mais peut être modulé en fonction de l'application souhaitée. Une étude du Virginia Tech Transportation Institute (VTTI) a montré comment l'éclairage public à LED 4000K permet aux conducteurs d'identifier la présence de piétons et d'obstacles plus facilement et à plus grande distance que d'autres températures de couleur, à la fois plus élevées et plus basses pris en considération. Par conséquent, le 4000K pourrait être considéré comme le choix idéal du point de vue de la sécurité sur les routes avec la présence de piétons et de cyclistes

Pourquoi utilisons-nous des degrés Kelvin pour indiquer la température de couleur?

La température de couleur, comme nous l'avons dit précédemment, est une valeur scientifique, exprimée en degrés Kelvin, que l'on associe aux différentes nuances de couleur de la lumière émise par un corps d'éclairage. Sur une échelle allant de 1000 à 12000, plus le nombre de degrés Kelvin est élevé, plus la lumière sera bleue (froide) vice versa, plus le nombre de degrés Kelvin sera bas, plus la lumière aura tendance à jaunir (chaude). 

Color temperature of sunlight in kelvin degrees
En physique, les degrés Kelvin sont utilisés car c'est la même unité de mesure qui définit la température à laquelle les étoiles brûlent. Les étoiles, en effet, émettent de la lumière en brûlant de grandes quantités de gaz. La température à laquelle ces gaz brûlent est mesurée en degrés Kelvin et, à mesure que la température change, la couleur émise par l'étoile change également: des couleurs allant du jaune, du blanc et du bleu. Par exemple, si une étoile brûle à des températures allant de 2700K à 4000K, c'est une étoile jaune. 

Pas de produits chimiques polluants ou dangereux pour la santé

La LED ne pollue pas et ne contient pas de substances dangereuses: elle est essentiellement composée de poudre de silicium, elle ne contient pas d'autres gaz nocifs ou substances toxiques, contrairement aux lampes fluorescentes et aux lampes à décharge (halogénures métalliques et vapeurs de sodium). Les LED produisent de l'énergie grâce à un composant électronique qui, grâce au passage d'un minimum d'énergie électrique, émet une lumière sans infrarouge (IR) et ultraviolet (UV): aucune partie de l'énergie transformée en lumière n'est à l'extérieur. du spectre visible. De plus, comme ils ne contiennent pas de mercure ou d'autres substances dangereuses pour la santé humaine, ils sont plus faciles à éliminer (bien qu'ils soient des déchets DEEE) et sont recyclables à 95%.

Qu'est-ce que les déchets DEEE??

L'acronyme Déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE) signifie ce qui reste à la fin de la vie d'un équipement qui nécessitait des courants électriques ou des champs électromagnétiques pour fonctionner.

Pour une collecte séparée appropriée, les DEEE ont été divisés, sur la base des caractéristiques d'homogénéité, en 5 groupes:

R1 – réfrigérateurs, congélateurs, autres gros appareils pour la réfrigération et la climatisation.
R2 – machines à laver, lave-vaisselle, appareils de cuisson, fours à micro-ondes, radiateurs électriques et autres gros appareils électriques.
R3 – TV et moniteur avec ou sans tube cathodique.
R4 – petits appareils tels que fers à repasser, aspirateurs, mixeurs, ventilateurs, téléphones, panneaux photovoltaïques.
R5 – sources lumineuses (tubes fluorescents, lampes fluorescentes compactes, lampes à décharge à haute intensité, y compris lampes à vapeur de sodium haute pression et lampes aux halogénures métalliques, lampes à vapeur de sodium basse pression, lampes à LED).

Le traitement des DEEE garantit d'énormes avantages pour l'environnement et la santé mais l'élimination et la sécurité des substances dangereuses, telles que le mercure présent dans les lampes d'éclairage public traditionnelles, a un coût élevé et la récupération des matériaux, qui peuvent être utilisés pour de nouvelles applications, c'est plus limité.

Élimination des appareils d'éclairage traditionnels

La technologie de traitement utilisée pour les tubes fluorescents, par exemple, est le broyage appelé "crush and sieve process", qui consiste en le déchiquetage des sources lumineuses et en la séparation conséquente des composants individuels et la capture, par des processus d'aspiration et de filtration le mercure et des poudres fluorescentes. Le verre restant, lavé et déchiqueté, peut ainsi trouver de nouvelles applications dans les produits de construction (par exemple la laine de verre et l'isolation) ou dans les procédés de vitrification des surfaces de carreaux.
 

Élimination des appareils d'éclairage à LED

Un luminaire public LED en fin de vie peut être recyclé presque dans sa totalité (en moyenne plus de 95%) et ne nécessite pas de procédés particuliers pour capter les gaz ou autres matériaux polluants lors de son élimination: un avantage économique équitable, tant pour la réalisation du processus lui-même que pour l’environnement.


Réduction des émissions de CO2 de l'éclairage public

Un autre avantage de l'éclairage public à LED est celui de réduire drastiquement les émissions de dioxyde de carbone (CO2), principale cause de l'effet de serre. Les lampadaires à LED consomment beaucoup moins d'énergie que les sources traditionnelles, par conséquent la consommation en kW / h par an est beaucoup plus faible et contribue à la réduction du CO2, pour des villes plus éco-durables. Choisir de convertir l'éclairage public en LED est donc une stratégie valable pour réduire les coûts énergétiques et l'empreinte carbone de la planète.


Qu'est-ce que ça veut dire LED?

Mais que signifie exactement le mot LED? L'acronyme LED dérive de l'expression anglaise Light Emitting Diode qui signifie littéralement diode électroluminescente. La LED représente l'évolution de l'éclairage à semi-conducteurs, dans lequel la génération de lumière est obtenue en utilisant des semi-conducteurs plutôt qu'en utilisant un filament ou un gaz

Quand est née la technologie LED?

La technologie LED a été développée pour la première fois en 1962 par Nick Holonyak Jr. alors qu'il travaillait pour General Electric. En exploitant les propriétés de certains matériaux semi-conducteurs capables d'émettre des photons, et donc de la lumière, suite à l'application d'un potentiel électrique.

La première réalisation pratique d'une LED a eu lieu en 1968, avec la production d'appareils n'émettant de la lumière que de couleur rouge. Les premières LED en question avaient cependant une très faible puissance, pour cette raison, elles n'étaient pas suffisantes pour éclairer l'espace. Ils n'étaient donc utilisés que comme substitut aux indicateurs classiques ou dans les afficheurs à sept segments.

Qui est Shuji Nakamura? L'inventeur révolutionnaire de la LED à lumière bleue.

La véritable percée dans le développement de la technologie LED comme source d'éclairage a eu lieu au début des années 90 grâce à la brillante intuition du physicien japonais Shuji Nakamura. Shuji Nakamura avec Isamu Akasaki et Hiroshi Amano (qui a ensuite reçu le prix Nobel de physique en 2014) ont réussi pour la première fois à générer un faisceau de lumière bleue à partir de matériaux semi-conducteurs

Official image of the Nobel Prize in Physics 2014 Shuji Nakamura

Official image of the 2014 Nobel Prize. Note the insistent presence of the blue color in the illustration, which finally makes it possible to create the “yellow” light.
 
Comme mentionné précédemment, il n'y avait jusque-là que des LED de lumière rouge puis verte, mais dans les deux cas, il n'était pas possible de produire de la lumière blanche à partir de ces appareils, qui, entre autres, avaient une très faible puissance. Les diodes vertes et rouges, en effet, sans source de lumière bleue n'avaient pas la possibilité de créer une lumière blanche qui ajoute les trois composants. 

Pendant des années, surmonter cet obstacle a été un véritable défi pour les physiciens du monde entier, voyant un énorme potentiel technologique dans la LED.

La découverte révolutionnaire de la LED à lumière bleue

En 1993, chez Nichia Chemical Industries au Japon, Shuji Nakamura a réussi à créer la première LED à lumière bleue en utilisant un semi-conducteur différent. L'importance de l'invention était considérable car le bleu est une couleur primaire et en combinant les trois lumières monochromatiques de base (rouge, bleu et vert) par un logiciel spécial, il était possible d'obtenir une lumière blanche (et des lumières de toute autre couleur).
De cette brillante intuition sont nées les premières multi-chip LEDs (avec trois chip des trois couleurs fondamentales) à lumière blanche, qui en quelques années ont révolutionné l'ensemble du secteur, grâce aussi à leur efficacité énergétique, amorçant une transformation fondamentale dans le secteur de l'éclairage et dans le monde entier qui a continué au fil des années jusqu'à aujourd'hui. C'est précisément pour cette raison que l'invention conjointe de Shuji Nakamura, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano a reçu le prestigieux prix Nobel en 2014.

Sandro Cini Directeur général d'AEC Illuminazione, Prix Nobel de physique Shuji Nakamura 2014 et Luca Vagheggi AEC Optical Developer, lors de la remise du doctorat Honoris Causa en énergie et développement durable au prof. Shuji Nakamura de l'Université de Pérouse.
Sandro Cini Directeur général d'AEC Illuminazione, Prix Nobel de physique Shuji Nakamura 2014 et Luca Vagheggi AEC Optical Developer, lors de la remise du doctorat Honoris Causa en énergie et développement durable au prof. Shuji Nakamura de l'Université de Pérouse.
 

Comment profiter des avantages de l'éclairage public LED

Comme nous l'avons vu, les avantages de l'éclairage LED sont nombreux et nous pouvons les résumer comme suit: : 

  • Durée de vie de la source lumineuse LED supérieure à 100 000 heures.
  • Pas de frais de maintenance pour remplacer périodiquement les lampes.
  • Rendement élevé par rapport à l'éclairage public traditionnel et réduction des émissions de CO2.
  • Lumière sans composants IR et UV car aucune partie de l'énergie transformée en lumière n'est en dehors du spectre visible.
  • Fonctionnement sûr, car la LED fonctionne à très basse tension.
  • Moins de chaleur générée dans l'environnement que les autres technologies d'éclairage traditionnelles.
  • Fonctionnement correct même à des températures très basses (jusqu'à -40 ° C) sans problème.
  • Absenc de mercure ou de substances dangereuses.
  • Possibilité de créer des luminaires compacts grâce à l'impact dimensionnel réduit.
  • Taille réduite de la source lumineuse modulable à volonté grâce à l'utilisation de lentilles ou d'optiques spécifiques..
  • Possibilité d'ajuster l'intensité lumineuse. 
La force commerciale des luminaires publics à LED repose sur leur capacité à obtenir un flux lumineux élevé avec une très faible consommation et sur leur grande fiabilité, notamment dans des conditions de contraintes mécaniques. On voit donc clairement comment l'éclairage public à LED peut réellement faire la différence pour les citoyens mais surtout pour les administrations publiques capables de réaliser des économies significatives en termes de coûts de fonctionnement.

À quel stade se situe la conversion de l'éclairage public en LED?

Malgré tous les avantages incontestables de l'éclairage public à LED, la route vers une efficacité énergétique totale est encore longue, avec le remplacement des anciennes technologies d'éclairage par des LED efficaces.
Selon une enquête de l'analyste de marché Arthur D. Little, cela représente moins de 15% des 320 millions de lampadaires LED installés dans le monde. La moyenne européenne est encore plus basse mais avec de profondes différences entre les villes et les différentes zones géographiques: à Milan, par exemple, depuis 2015, 100% des lampadaires sont à LED.


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