Effets de scintillement et effet stroboscopique

L'un des principaux avantages de l'éclairage LED est son efficacité énergétique par rapport aux éclairages conventionnels tels que les éclairages incandescents, halogènes ou fluorescents. En ce qui concerne l'éclairage conventionnel, nous sommes bien informés sur ses propriétés et les effets associés sur les êtres humains. Mais qu'en est-il de l'éclairage LED?

Les LED réagissent plus rapidement aux variations d'intensité du courant

La propriété d'une LED, plus précisément son système de contrôle, fait que l'éclairage LED réagit beaucoup plus rapidement aux variations de courant continu. Cela affecte la réactivité de la lumière émise. En effet, les variations rapides de la lumière peuvent provoquer des effets secondaires physiques chez l'homme, susceptibles d'affecter la santé.

Ces fluctuations sont devenues beaucoup plus fréquentes ces dernières années. Elles sont dues, entre autres, à l'électronique à haute fréquence et aux fortes variations de la charge du réseau.

Une électronique de commutation de qualité peut absorber et filtrer ces fluctuations de charge, mais ce n'est pas toujours le cas. Parfois, c'est précisément la mauvaise qualité du ballast qui est en cause. Par exemple, si le redressement de la tension secteur n'est pas suffisant, cela peut entraîner l'apparition d'artefacts lumineux temporels (Temporal Light Artefacts ou TLA).

Artefacts lumineux temporels

Les TLA sont des phénomènes gênants et de courte durée (nanoseconde) qui ont un impact négatif sur l'imagerie dans l'œil. De plus, cet impact peut aller au-delà de l'aspect purement visuel, puisque des maux de tête ou même de l'épilepsie peuvent également survenir au fil du temps. Nous distinguons trois TLA: le scintillement, les effets stroboscopiques et l'effet fantôme.

Scintillement

Le scintillement est officiellement défini comme "une perception d'instabilité visuelle causée par un stimulus lumineux dont la luminance ou la distribution spectrale fluctue dans le temps, pour un observateur statique dans un environnement statique".

Le scintillement se caractérise par une fréquence comprise entre 0,3 et 80 Hz et est directement visible par l'œil humain. Le scintillement peut être à la fois périodique et non périodique.

Effet stroboscopique

L'effet stroboscopique peut être décrit comme une modification de la perception du mouvement causée par un stimulus lumineux dont la luminance ou la distribution spectrale fluctue dans le temps, pour un observateur statique dans un environnement non statique. Cet effet se produit dans le spectre de 80 Hz à 2.000 Hz.

L'effet stroboscopique peut provoquer des maux de tête, des troubles de la concentration et une irritation

Les visiteurs de clubs de danse ou de festivals de musique connaissent bien ce phénomène. Il est reconnaissable à une série d'images fixes d'un mouvement qui se succèdent. Cette visibilité limitée – surtout pendant la journée – en fait un client gênant qui, sans qu'on s'en aperçoive, provoque des maux de tête, des troubles de la concentration et de l'irritation. Dans de nombreux cas, la cause réside dans la qualité du pilote de la LED ou dans la mauvaise combinaison de la source lumineuse et du pilote.

Effet fantôme

Enfin, l'effet fantôme est un changement dans la perception de la forme ou de la position spatiale des objets causé par un stimulus lumineux dont la luminance ou la distribution spectrale fluctue dans le temps, pour un observateur non statique dans un environnement statique.

Cet effet est beaucoup moins connu, mais il est principalement observé dans un environnement présentant un contraste élevé entre une petite source lumineuse et son arrière-plan. Un bon exemple est le petit feu arrière d'une voiture sur fond de nuit, où l'effet fantôme consiste à générer une série de copies du feu arrière.

De nouvelles méthodes de mesure indiquent un impact

La luminance changeante ou la distribution spectrale qui fluctue dans le temps peut donc avoir des effets gênants et très préjudiciables pour l'observateur.

Au fil du temps, diverses méthodes ont été utilisées pour décrire et quantifier l'effet stroboscopique. Toutes les méthodes n'étaient pas aussi utiles les unes que les autres ou ne décrivaient pas clairement l'effet sur la visibilité ou l'impact sur l'homme lui-même. Cette situation a changé avec l'introduction d'une méthode largement acceptée, la mesure de la visibilité stroboscopique (SVM).

Pour le scintillement, certains fournisseurs de matériel d'éclairage spécifient des mesures telles que le pourcentage de scintillement ou l'indice de scintillement. Cependant, ces deux mesures ont leurs limites car elles ne prennent pas en compte l'impact de la fréquence.

Une méthode différente est donc utilisée pour le scintillement: "Perceptibilité à court terme de la modulation de la lumière" (PstLM).

Le fabricant doit mesurer et indiquer les valeurs

Détailler ces méthodes jusqu'au niveau du laboratoire nous entraînerait peut-être un peu trop loin dans le cadre de cet article, mais sachez que cette mesure est du ressort du fabricant et non de l'installateur. Il doit mesurer et communiquer ces valeurs dans ses informations techniques, mais vous pouvez les mesurer avec votre propre appareil si vous le souhaitez.

Ce qui est important, cependant, c'est l'interprétation correcte de ces chiffres. Les appareils doivent respecter les normes maximales suivantes conformément aux règles d'écoconception: pour le scintillement, PstLM ≤ 1, et l'effet stroboscopique SVM ≤ 0,9 (à partir du 1/9/2024 ≤ 0,4). Toutefois, des exceptions au SVM s'appliquent pour les applications extérieures, industrielles et les applications avec un IRC ≤ 80 (indice de rendu des couleurs).

COMMENT FONCTIONNE LA LED?
Une LED (diode électroluminescente) est un semi-conducteur. Comme les autres types de diodes, la LED est constituée d'une puce de matériau semi-conducteur dopé avec des impuretés pour créer une jonction positive/négative. Comme dans les autres diodes, le courant passe facilement du côté p (anode) au côté n (cathode), mais pas l'inverse.

Les porteurs de charge électrique (électrons) et les trous intermédiaires se croisent avec des tensions différentes (U). Lorsqu'un électron rencontre un trou, un niveau d'énergie faible se produit et l'énergie est libérée sous la forme d'un photon (lumière).

La longueur d'onde de la lumière émise, et donc sa couleur, est déterminée par les matériaux utilisés dans la jonction p/n. Dans les diodes au silicium ou au germanium, il s'agit d'une transition non radiative, car elles ne produisent pas d'émission optique. Les matériaux utilisés pour l'éclairage LED produisent de la lumière infrarouge, visible ou ultraviolette dans la jonction p/n.

Les premières LED – basées sur l'arséniure de gallium – émettaient de la lumière infrarouge et rouge. L'évolution de la science des matériaux a permis d'obtenir des spécimens dont les longueurs d'onde sont de plus en plus courtes, et donc d'émettre de la lumière visible dans une variété de couleurs.