Eclairage : que la lumière soit !

Diodes électroluminescentes et plastiques luminescents sont en passe de révolutionner l’éclairage urbain. Ils seront notamment exploités dans les domaines de la signalétique et de l’affichage, allant même jusqu’à investir nos intérieurs sous forme de cloisons transparentes ou de plafonds et papiers peints lumineux. Ces sources de lumière, à la durée de vie exemplaire, sont, en effet, à la fois économiques et efficaces.


En 1928, l’historien de l’art et critique d’architecture Walter Riezler prédisait qu’« une profusion stupéfiante de lumières, plus féerique que tout ce qu’on peut imaginer, éclairera les grandes villes du futur ». À cette époque, l’ampoule électrique n’en était pourtant qu’aux balbutiements de sa longue et prospère aventure. La société Osram, au célèbre logo en forme d’ampoule, ne s’était établie que neuf ans auparavant. Qui aurait pu penser que son portefeuille allait finir par inclure des lampes à fluorescence, halogènes et à décharge haute pression ?

Mais nous n’en sommes pas encore à cette «profusion de lumières», d’après Wolfgang Lex, Directeur du service LED de Osram OS (Opto Semiconductors), qui estime que les diodes électroluminescentes (ou LED) et les plastiques luminescents (diodes électroluminescentes organiques - OLED) vont radicalement modifier l’éclairage tel que nous le connaissons. «Plus qu’à une révolution, c’est à une lente évolution que nous allons assister», précise-t-il.

Les LED ont longtemps été délaissées. Il aura fallu près de 30 ans pour passer des voyants lumineux rouges des années 1970 aux actuelles LED blanches. Ces mini-lampes, destinées à devenir les vedettes des technologies d’éclairage, peuvent désormais rivaliser à tous égards avec les ampoules, tubes fluorescents et lampes halogènes et au xénon : durée de vie extrêmement longue, efficacité, compacité, faible émission de chaleur et souplesse d’installation.

Le rendement des LED

Le modèle Ostar d’Osram atteint actuellement 75 lumens par watt (lm/W). À titre de comparaison, une ampoule à incandescence se limite à 12 lm/W, et une ampoule à économie d’énergie à 50-60 lm/W. De plus, le prix des LED - le principal reproche qui leur est fait - chutera dès qu’elles connaîtront une production de masse. L’investissement qu’elles représentent est également rapidement amorti, puisque les LED ont une durée de vie de 50000 heures, soit près de 50 fois celle des ampoules à incandescence. Pour des LED produisant la même quantité de lumière  qu’une ampoule à incandescence de 60 watts, il vous en coûtera dans les 60 € (au lieu de 40 à 50 €), mais leur efficacité et leur durée de vie supérieures vous permettront d’économiser environ 430 € sur leurs 50000 heures de fonctionnement.

Concepteurs et ingénieurs inventent sans cesse de nouvelles applications pour les LED. «La tendance est aujourd’hui à la réduction des coûts et à la préservation des ressources», explique Ulrich Kastner-Jung, Directeur de la stratégie marketing chez Osram OS. «Les LED permettent d’éclairer, donc de sécuriser, les trottoirs, stations de métro et sorties de secours. Mais elles peuvent également afficher des informations sur des murs interactifs.»

Le futur est déjà en marche

D’abord utilisées pour le troisième feu stop des véhicules, les LED rouges s’utilisent de plus en plus dans ce secteur, à commencer par les deux autres feux stop. L’une des raisons de cette percée réside dans leur capacité à s’allumer jusqu’à 150 millisecondes plus rapidement, un délai suffisant pour sauver des vies en cas de freinage brusque. Les LED finiront donc inexorablement par équiper les feux avant des voitures. En 2005, par exemple, l’équipementier Hella a présenté des projecteurs dynamiques utilisant des LED pivotant dans les virages. La société Osram a, quant à elle, intégré des feux de jour à LED sur la nouvelle Audi R8 dans le cadre d’un projet pilote. Grâce à ces diodes compactes et économiques, les feux de jour n’augmentent quasiment pas la consommation de carburant du véhicule. Siemens a également développé des feux à LED pour la locomotive européenne BR 189.

Parmi les nouveaux domaines d’application des LED : l’éclairage de bureaux (à gauche) et des modules pour les cuisines modernes (à droite). Un concept car Opel, équipé de phares à LED (au centre).

Des trottoirs lumineux

 «Il sera même possible d’établir un système de signalisation routière complet à l’aide de LED, avec des écrans d’information, des panneaux lumineux et des marquages au sol modulables», affirme Wolfgang Lex. «Des tests préliminaires sont en cours aux Pays-Bas afin de remplacer les lignes blanches par des bandes de LED», précise-t-il. Les piétons bénéficieront également de faisceaux de LED intégrés aux pavés, et de trottoirs bordés de bandes de LED, pouvant tous deux se substituer aux lampadaires classiques. «Ces systèmes ont pour énorme avantage de pouvoir incorporer des capteurs permettant d’activer l’éclairage uniquement en cas de détection d’une présence», ajoute Wolfgang Lex. Les LED investissent  progressivement les réalisations architecturales et les ouvrages destinés aux espaces publics. Devant le siège d’Osram, à Munich, trône une installation lumineuse baptisée «Seven Screens» : ces sept obélisques renferment plus de 750000 LED hautes performances commandées par un ordinateur central via des câbles optiques. Chaque pixel peut afficher 16 millions de couleurs. Les personnes observant cette véritable œuvre d’art ont réellement l’impression de voir des silhouettes d’hommes et de femmes courir entre les obélisques.

Les LED constituent un système d’éclairage de choix pour les villes se développant rapidement, dans la mesure où elles autorisent des formes d’architecture innovantes. Singapour, Shanghai et Bombay ont déjà des airs de cités du futur. Alors que les Européens privilégient les LED blanches, les gratte-ciel de ces villes d’Asie sont baignés des couleurs audacieuses. «Les agglomérations asiatiques sont des précurseurs de l’éclairage architectural», indique Wolfgang Lex. «Chaque immeuble possède ses propres décors lumineux, utilisant de plus en plus fréquemment des LED.» Le New World Center  de Hong Kong illustre cette tendance : son écran de couleur lumineux, réalisé à l’aide de modules de LED Osram, s’étend sur 15 étages. Les supermarchés sont également une cible privilégiée. En 2006, Osram a équipé un établissement Migros, dans le canton suisse de St-Gall, de 16000 LED hautes performances, dans le cadre d’un projet pilote. Employés et clients ont été impressionnés par «l’ambiance tonifiante et stimulante » du magasin. La lumière claire des LED met également en valeur les rayons, notamment de boucherie et de produits frais, puisque ces diodes n’émettent ni lumière infrarouge ni UV.

Les modules de LED s’introduisent à présent dans les cuisines, salles de bain et salons de nos intérieurs. «Les LED peuvent aussi améliorer la productivité au sein des bureaux car elles imitent la lumière naturelle, stimulant le biorythme des employés», précise Wolfgang Lex. «La lumière, bleue en journée, tend progressivement vers le rouge à mesure que le jour décline.»

Il est également possible d’intégrer ces minuscules spots aux meubles, tissus et sols. En 2004, Vorwerk Teppiche et Infineon ont présenté un «tapis intelligent», pouvant être équipé de capteurs pour commander des systèmes d’alarme ou de climatisation, ou encore de LED permettant d’indiquer les itinéraires d’évacuation d’urgence dans des immeubles de bureaux.

Les OLED

Mais les LED ne sont pas seules en course. Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) pourraient également connaître un remarquable essor. Contrairement aux LED, elles éclairent des surfaces étendues. Les OLED consistent en une couche de plastique luminescent d’une épaisseur inférieure à 500 nanomètres – 100 fois moins que le diamètre d’un cheveu – contenant des molécules organiques, qui, exposées à un courant électrique, produisent de la lumière. Les OLED peuvent se décliner dans de nombreuses couleurs selon les molécules et les polymères utilisés. Elles garantissent un rendu et une fidélité de reproduction des couleurs exceptionnels, ainsi qu’un excellent rendement, tout comme les LED. La couleur blanche s’obtient par superposition de couches rouge, verte et bleue.

Les OLED se destinent à de multiples utilisations, notamment pour l’éclairage de surfaces (à gauche), l’affichage et la signalétique (au centre) ou la signalisation des issues de secours (à droite).

Les principaux atouts des OLED sont leur faible épaisseur, leur transparence et leur flexibilité. Elles peuvent revêtir diverses formes et dimensions et être apposées sur des panneaux de verre ou des feuilles souples, multipliant leurs applications : panneaux d’affichage lumineux, signalisation d’issues de secours, éclairage de cages d’escalier, etc. Les experts d’Osram sont persuadés que les OLED s’imposeront dans le domaine des objets lumineux décoratifs pour les murs et fenêtres. Cloisons transparentes et colorées, papiers peints lumineux, éléments de plafond luminescents reproduisant le spectre de couleurs du soleil…

Actuellement, les OLED en sont plus ou moins au même point que les LED au début des années 1990, mais affichent de remarquables progrès grâce à différents projets collaboratifs, notamment le projet européen OLLA et le projet OPAL 2008, à l’initiative du Ministère allemand de ’éducation et de la recherche. Les sociétés – dont Osram OS, BASF, Aixtron, Applied Materials et Philips – ainsi que les universités et instituts de recherche impliqués dans ce projet prévoient de couvrir l’ensemble de la chaîne de valeur, des matériaux aux lampes OLED. L’objectif est d’établir rapidement les bases de techniques de production à faible coût permettant une commercialisation des produits à grande échelle. L’Europe et, notamment, l’Allemagne espèrent ainsi décrocher la place de leader en matière de systèmes d’éclairage OLED.

Une quarantaine d’experts travaillent au développement et à l’optimisation des sources de lumière OLED et des processus de production au sein d’Osram et de Siemens, en particulier chez Osram OS, à Ratisbonne. La durée de vie de leurs OLED atteint déjà 6000 heures, l’objectif étant de parvenir à au moins 10000 heures. Le rendement des OLED produites en laboratoire s’élève à plus de 25 lm/W, des performances que les chercheurs envisagent de doubler. Leur luminance, qui a également été considérablement améliorée, est aujourd’hui de 1000 à 1500 candelas par mètre carré (cd/m2), soit 10 fois celle d’une feuille de papier blanc exposée à un éclairage standard de bureau (les panneaux lumineux signalant les sorties de secours requièrent plusieurs centaines de cd/m2, et l’éclairage général de 1000 à 2000 cd/m2). Le défi majeur consiste à développer des techniques de production permettant d’obtenir des sources de lumière OLED satisfaisantes en termes de qualité, fiabilité et homogénéité. Si des méthodes de production en série à faible coût peuvent être mises en œuvre, les habitants des grandes villes du monde entier pourront peut-être un jour bénéficier «d’une profusion stupéfiante de lumières».

Auteur : Evdoxia Tsakiridou