LED IRC mythes et impostures

Deuxième post moins formel que le précédent, mais traitant d'un sujet très sérieux pour l'éclairagiste et son client.

Il a très vite été nécessaire de quantifier et de qualifier la lumière:

- Le lumen pour la quantité de lumière émise.

- Le candela pour sont intensité.

- Le lux pour la quantité reçue.

- Le candela par mètre carré pour la lumière reémise.

Mais ces indications ne sont cependant pas suffisantes pour la qualifier. Effectivement, à valeurs égales, un candélabre sur la voie publique ou un éclairage de terrain de sport ne va pas donner une lumière identique. on utilise donc deux autres systèmes de mesure.

D'une part, la température de couleur, qui se mesure en degré kelvin.

Pour la comprendre, on utilise l'analogie qu'il y a entre, la teinte d'un métal surchauffé et sa température et la teinte perçue d'une source lumineuse.

Paradoxalement plus une teinte est perçue comme froide, plus sa température est élevée. Un métal chauffé à blanc est plus chaud que s'il est seulement rougeoyant.

D'autre part l'IRC (Indice de Rendu de Couleur) que je vais expliquer plus tard sans pour autant faire un cours de physique ou de photométrie (mes collègues puristes excuseront les raccourcis et les approximations, ces explications sont destinées au plus grand nombre)

Un peu d'histoire concernant nos principales sources de lumière afin de replacer tout cela dans le bon contexte.

Tout d'abord le soleil, gigantesque boule de gaz incandescent ( les astrophysiciens pardonneront le terme gigantesque mais restons à l'échelle humaine) éclaire notre planète depuis 4.64 milliards d'années.

Depuis 400 000 ans, plus ou moins, Homo Erectus, Homo Neanderthalensis puis Homo Sapiens utilisent la combustion pour se chauffer et s'éclairer.

Jusqu'à Edison, seuls les supports et les sources d'énergies ont changées pour améliorer le rendement et l'autonomie des sources d'éclairage, mais, on reste sur le principe de matériaux portés à incandescence.

De la braise au tungstène, ces lumières présentent l'avantage d'émettre dans un spectre de couleurs continues assez proches du soleil.

La Fluorescence découle des expériences de GEISSLER en 1857, puis les ajouts de produits luminescents par BECQUEREL amenèrent MOORE a améliorer suffisamment le principe de ces lampes de ce nouveau genre, pour tenter de l'exploiter commercialement.

Après maintes perfectionnements, ces lampes seront utilisées pour l'éclairage de grands espaces.

A la suite d'un très grand nombres d'expériences, notamment du professeur Jacques RISLER puis Marcel GUNTZ et Maurice CURIE, le principe des tubes fluorescents vit le jour. Une lumière ultra violette émise dans un tube remplit de gaz et tapissé d'un assemblage de matières fluorescentes diffusants une lumière blanche. C'est aux Etats Unis que le tube fluo, tel que nous le connaissons pris forme et devint commercialisable. Ces premiers tubes fluorescents émettent une lumière blanche perçue comme désagréable.

Les première tentatives liée a l'électroluminescence ont commencé avec les expériences de H.J Round en 1907. En 1923, la société CREE, met au point le premier prototype de lumière bleue; puis Rudin Braunstein la teinte rouge en 1955, le jaune en 1969 par George Craford et pour finir le vert au début des années 80.

C'est en 1992 grâce aux travaux des Japonais Isamu Akasaki et Hiroshi Amano ainsi que de l'Américain Shuji Nakamura que une LED bleued'un nouveau type fut mise au point.

Cette source était suffisamment puissante pour envisager de l'utiliser pour l'éclairage. Il suffisait de recouvrir le composant d'une substance appelé luminophore pour transformer une grande partie de la lumière bleue en lumière blanche (il existe plusieurs façons de faire de la lumière blanche avec des LED, mais il serait fastidieux de les décrire ici).

C'est l'amélioration des LED et de leur luminophore qui permis le développement de la majorité des lampes que nous trouvons dans le commerce actuellement.

Tout les acteurs de la filière lumière ont eu très vite conscience que la lumière perçue comme blanche pouvait varier et altérer considérablement la couleur des objets éclairés.

La CIE ( Commission International de l'Eclairage) décide en 1963 de développer une méthode permettant d'évaluer la capacité qu'avait une source de lumière de discriminer et de rendre les couleurs. On utilise une base de 8 teintes puis quelques années plus tard, on ajoute 7 teintes plus saturées.

On dispose donc de 15 couleurs normalisées, R1 a R8 au début, R9 a R15 ensuite.

Après deux mise à jour en 1995 puis en 2013, cette méthode reste encore la seule officiellement reconnue par cette organisation à ce jour.

Très schématiquement, il s'agit de comparer le rendu de ces échantillons, éclairés par une source de spectre continu avec la source a évaluer pour établir une évaluation de la différence entre les teintes R1 à R8 ( ou R15) en pourcentage et d'en faire la moyenne.

L'IRC reste cependant critiqué, car l'échantillonnage de couleurs, même porté à 15 tonalités reste insuffisant, notamment lors de l'évaluation de sources à spectres discontinus comme les Lampes à décharges et les L.E.D.

Des sources au rendu différent peuvent avoir la même valeur IRC (de 0 à 100)

Certaines nuances d'une scène peuvent être plus pastels que sous la lumière du jour ou plus soutenue.

Pour comprendre comment la lumière interagit avec les couleurs de notre environnement, il est nécessaire de comprendre la notion de spectre lumineux et de longueur d'onde.

La lumière a deux natures, l'une corpusculaire (les photons) l'autre ondulatoire (vibrations électromagnétiques) nous allons nous intéresser à cette dernière.

Nous sommes entouré d'ondes. Des ondes hertziennes de nos radios et télévisions, aux rayons gammas

A l'exception des infrarouges que distinguent les serpents et les ultraviolets qu'aperçoivent les abeilles, l'humain perçoit un très grand nombre de couleurs.

Nous voyons mal les bleus, très bien les jaunes-verts et moins bien les rouges.

A chaque nuance de couleur correspond une longue d'onde spécifique (je rappelle au photométricien qu'il ne s'agit pas d'un TPE de première S mais d'une approximation).

La lumière blanche (soleil ou lampe à incandescence) est l'addition d'un grand nombre de couleurs.

Plus il y a de longueurs d'ondes en même temps, plus la lumière perçue, blanche sera "riche". Si au contraire, il n'y a qu'un simple mélange des couleurs primaires, rouge, bleue, et verte, on observera une lumière perçue blanche mais "pauvre".

Lorsque la lumière blanche éclaire notre environnement, les pigments des éléments autour de nous vont absorber une partie des couleurs émises par la lampe, donc nous ne les verront pas mais une autre partie des couleurs reçues ne seront pas absorbées, elle seront donc reémises.

Un objet blanc va reémettre toutes les couleurs de la lampe.

Un objet noir va absorber toutes les couleurs.

Un objet rouge va absorber toute les couleurs sauf le rouge, qui va être renvoyé et donner la teinte rouge perçue de l'objet.

En résumé une lumière blanche "riche" va révéler beaucoup de nuances colorées, alors qu'une lumière pauvre va rendre les teintes fades et ne va pas permettre de distinguer des nuances proches.

On se rappelle que les lampes fluorescente et les LED n'émettent pas toutes les longues d'ondes et pas avec toute avec l'énergie nécessaire,ces

"trous de couleurs" appauvrissent le blanc qui ne révélera pas toute les nuances le l'environnement éclairé. Jusqu'à un certain point, cette discontinuité du spectre ne gâte que modérément l'apparence de notre milieu.

Ces explications sont très approximatives pour les spécialistes et très compliquées pour la majorité des gens. Mais, il est très important de garder ces notions en mémoire pour ce qui va suivre. Je ne parlerai désormais que de LED, car l'incandescence est désormais interdite l'Halogène est en sursis jusqu'en 2018 et les lampes fluocompactes "basses consommations" méritent un article pour elles seules, rien que pour en dire du mal .

Les ampoules incandescentes et halogènes, malgré leurs qualités photométriques consommaient plus d'énergie a produire de la chaleur que de la belle lumière, ce qui leur valu l'opprobre des organisations environnementales et leur progressive interdiction.

Jusque dans les années 2000, la solution préconisée était La lampe " basse consommation " ou CFL (Compact Fluorescent Lamp) qui utilise une technologie similaire au tube fluorescent.

Les CFL offraient un bon rapport entre l'énergie consommée et la lumière émise, une lumière diffusée pour un IRC des plus médiocre et malgré une promotion très active elles n'obtinrent pas le succès escompté.

Lorsque les LED apparurent sur le marché (après quelques ratés dû a l'impatience de certains manufacturiers a phagocyter ce marché émergent) leur longévité supposée, ainsi que leur rendement les rendirent intéressantes.

Nous allons distinguer maintenant deux catégories de LED, d'un coté, les LED de qualité, issue d'une fabrication rigoureuse et d'une technologie pointue qui offrent des caractéristiques photométriques élevées et qui durent longtemps et qui sont difficiles à trouver, de l'autre, celles qui restent et que je qualifie de "tout venant" de qualités très inégales.

Les règles du marché impliquent que pour être vendues en masse un produit doit avoir un prix ajusté au service perçu. En clair pour un prix plus élevé qu'une ampoule halogène ou une lampe Fluo, la LED doit compenser par une longévité accrue et une diminution notable de la consommation électrique.

Et c'est là, que le bas commence a blesser, les LED que les consommateurs achètent dans leur supermarché générique ou dans leur grande surface de bricolage ne correspondent pas à cette promesse (rappelez-vous les ampoules bleuâtres qui étaient garanties 20 ans d'un grand fabriquant, plus aucune ne fonctionne).

Et l'IRC dans tout cela ? j'y viens.

Dans une grande surface de bricolage, lorsque vous demandez une "bonne LED" le vendeur vous parlera de lampe chaude ou froide pour définir la qualité de son produit, ce qui ne signifie rien en sois, si vous demandez l'IRC de la lampe, au mieux le vendeur vous indiquera L'indice 80 en vous affirmant que c'est très bien.

C'est a ce moment de l'exposé que mon expérience d'éclairagiste professionnel va entrer jeu.

Après avoir visité et questionné des vendeurs de LED dans des enseignes grand public en France et en Suisse il en ressort que:

- Aucun n'a su expliquer la signification et ce qu'impliquait la température de couleur et l'indice de rendu de couleur, "on" leur avait dit que "warm" c'est mieux que "cold" et 80 d'IRC c'est très bien, point !

- Il est impossible de trouver dans le commerce grand public des indices de rendu de couleur plus élevé.

En tant que professionnel de la lumière je suis amené a choisir des éclairages correspondant à des critères spécifiques, dans les métiers travaillant la couleurs, les commerces exigeant des teintes justes et des nuances fines, la muséologie (la Joconde éclairée avec des lampes de supermarché perdrait son sourire énigmatique contre un rictus affligé).

Dans le cadre de mon activité je contacte donc des fournisseurs pour professionnels ou les fabricants de luminaires et la question reste la même:

-Que proposez vous avec un IRC supérieur ?

La réponse est plus étoffée, un 80 d'IRC ça reste très bien, si si !! et que le rendu est "joli" ou même "doux" ou encore que certaines couleurs sont plus saturées et pour finir LE argument "les clients ne se plaignent pas" .

J'entend souvent que la méthode de calcul IRC à été "inventé pour" l' éclairage fluorescent et qu'elle n'est pas adapté pour l'éclairage LED. Qu'il existe d'autre moyen d'évaluer la chromacité d'une source de lumière, le CQS et que les LED pouvaient avoir un IRC moyen et un très bon indice CQS (colour quality Scale).

Une rapide explication s'impose, le CQS développé par le NIST (National Institute of standard of Technology) reprend dans les grandes lignes la même méthode de calcul que l'IRC mais avec des teintes de référence plus pertinentes.

Sauf que sur le terrain, une led médiocre en IRC reste médiocre en CQS.

Restons sur l'IRC qui reste, je le rappelle, la seule méthode reconnue d'évaluation chromatique, a ce jour.

Il vient s'ajouter un facteur aggravant notamment sur les lampes ne provenant pas de grands fabriquants, souvent l'IRC mesuré est largement inférieur aux indications portées sur l'emballage.

Etablir une hiérarchie dans les IRC est difficile. dans la littérature (internet notamment) cette évaluation est disparate, on est moyen de 70 à 80, bon de 80 à 90 et excellent de 90 à 100. d'autres sources d'informations sont plus exigeante ou utilisent une autre échelle.

J'ose comparer avec des contenants:

-Un verre c'est trop peu.

-Une bouteille a un seau c'est pas mal.

-Un seau a un tonneau c'est suffisant.

-Un tonneau a une citerne c'est beaucoup.

Cela ne veux rien dire.

En fait, en donnée brut, IRC et CQS sont des informations relativement imprécise.

Je préfère tempérer selon l'usage (c'est subjectif, je l'accorde) et l'étude du spectre.

- 70 pour un parking, un garage, un extérieur ou un escalier de secours ou lieu de stockage

- 80 pour escaliers, couloirs, chambre a coucher, toilettes ou les pièces de transit entre les pièces de vie et de travail.

-85 pour les pièces de vie, de travail et le commerce généraliste

-90 commerce de pret-à-porter, bijouterie, salon de coiffure, bar a ongles, magasins de maquillage.

-95 bijouteries de luxe, maquillages de luxe, carrosseries, expositions d'oeuvres d'arts

-98 alterations des nuances pratiquement imperceptibles.

(liste indicative non exhaustive et non figée)

J'aborde très rapidement la dérive chromatique dont nombre de fournisseurs de LED n'ont même pas entendu parler.

Très très grossièrement expliqué, le rendu des couleurs va s'altérer durant la vie des diodes, et plus la qualité de fabrication du composant est médiocre plus le glissement est important.

Il est évident qu'entre l'idéal et ce qui est finançable, il y a un grand pas et l'éclairagiste doit faire des concessions en maintenant une bonne qualité.

L'éclairagiste doit parfois faire des mesures photométriques post-installation dont des évaluations de rendu de couleurs ( je parle toujours d'évaluations sur site, une mesure fiable se fait en laboratoire dans un outil appelé sphère d'intégration avec du matériel de haute précision)

Lorsque on aborde, avec un installateur, les valeurs IRC, et qu'il m'affirme que son choix est bon, je procède la la manière suivante, dans ces cas la, je prévois un vêtement noir, un bleu très foncé et un anthracite et je demande a l'assemblée de décrire les nuances de mes vêtements sous la lumière a contrôler, la réponse est unanime...noir et lorsque nous sortons c'est la surprise (et parfois la colère du client) les nuances sautent aux yeux.

Soyons clair, plus le spectre des LED est faible plus il travesti la couleur. Dans certain cas cela peu être acceptable voir même, être un effet voulu, il apparait que l'être humain a besoin d'être exposé a une lumière riche c'est notre mode de vie diurne qui l'exige. c'est la responsabilité des maitre d'oeuvre et le rôle de l'éclairagiste de respecter cela.