Fonctionnement et durée de vie des différents types d’ampoules : Halogène, Xénon et LED

    Publié le 09/09/2021 à 01:08:54

    Apprenez-en plus sur la durée de vie des différents types de phares

    Connaître la durée de vie des ampoules de son véhicule permet d’anticiper le changement de cet accessoire. Cela offre au conducteur, une meilleure sécurité surtout lorsqu’il circule la nuit. Notez que cette durée de vie n’est pas la même pour tous les types d’ampoules. Elle varie selon la technologie, les conditions, la fréquence et la durée d’utilisation ainsi que la qualité de fabrication de celle-ci. Vous devrez donc choisir la technologie d’ampoule la plus appropriée parmi les nombreux modèles D’Halogène, Xénon ou LED mais aussi en fonction de l’utilisation que vous en ferez. Voici ce qu’il faut en savoir.

     

    Les ampoules halogène

     

    Les phares dits « halogènes » sont des ampoules à incandescence à l’ancienne. Il s’agit du plus vieux modèle, et du plus populaire. Elles fonctionnent comme celles utilisées à l’intérieur des maisons, à l’aide d’un filament pour produire de la lumière. 

    L’ampoule Halogène se compose d'une capsule en verre. À l'intérieur un gaz appelé « Halogène » permet à la fois d’augmenter la température interne et d’obtenir une liaison chimique avec le tungstène pour obtenir une lumière plus brillante. Au cœur de l’ampoule est disposé un filament en tungstène de forme rectiligne composé de plusieurs spires empilé sur une longueur et un diamètre prédéfini en fonction de la durée de vie et la puissance de l‘ampoule : 35w, 55w, 60w, 65w, 100w, etc… Sous tension, le filament à spirale va opposer une forte résistance au courant électrique ce qui va provoquer un échauffement et une fusion du filament. Les vapeurs de tungstène en combinaison avec le gaz halogène, créeront ainsi une lumière très puissante.

     A savoir, une ampoule à incandescence ordinaire est une technologie qui tend à disparaitre de l’industrie automobile, en effet le filament crée environ 90 % de chaleur perdue et seulement 10 % de lumière. La technologie Halogène subit une grande perte énergétique en particulier, les ondes électromagnétiques rouges et infrarouges. Ce phénomène est à l’origine de sa forte consommation électrique ainsi que de sa courte durée de vie.

    Ces traditionnelles ampoules à filament ont une durée de vie qui varie de 450 à 1 000 heures. Notez que les ampoules halogènes sont également très fragiles et ne supportent pas bien les chocs et vibrations.

     

    Les ampoules xénon

     

    La majorité des ampoules dites à xénon est majoritairement utilisée sur les véhicules haut de gamme. Contrairement aux ampoules halogène, les ampoules xénon ne possèdent pas de filament à incandescence. Ils utilisent cependant du gaz xénon au lieu d’un gaz halogène, comme l’iode ou le brome. Le xénon est un gaz très rare sur terre, de la famille des gaz nobles, de plus celui-ci est inerte dans la plupart des réactions chimiques.

    L’ampoule xénon ou à décharge possède un fonctionnement complexe et ne peut fonctionner seule, sans un module de gestion électronique appelé « ballast ». Celui-ci joue le rôle : de « starter » amplificateur, régulateur électronique et celui-ci est doté d’un système de sécurité. A l’allumage de l’ampoule, une décharge électrique d’environ 25 000 volts est généré par le Ballast et appliqué entre les deux électrodes. Un arc électrique se forme et vient embraser le gaz xénon enfermé dans la petite bulle de verre, ce qui lui donne cette teinte d’éclairage particulière et légèrement bleutée. Ensuite un courant de 85V est maintenu pour conserver l’arc électrique à la puissance prédéfinie. Il est ainsi possible de jouer sur la puissance pour obtenir une lumière plus ou moins blanche avec une légère teinte bleutée, voire violette, selon la puissance du courant appliqué. 

    Cela explique la coloration naturelle des phares xénon car eux-mêmes émettent une lumière de couleur bleue, contrairement aux ampoules halogènes qui émettent une couleur plutôt jaune, et pour lesquelles la couleur d’éclairage blanc/bleutée est obtenue à l’aide d’un filtre coloré incorporé à l’usine autour de l’ampoule.

    Bilan, les ampoules au xénon sont une technologie complexe mais furent une véritable révolution à leur époque que ce soit en termes de rendement énergétique, de puissance ou de couleur d’éclairage, ou de la teinte se rapprochant de la lumière du jour, contrairement à une ampoule halogène. L’ampoule xénon ne perd pas d’énergie à chauffer un filament de tungstène, celle-ci crée seulement un arc électrique pour enflammer le gaz xénon, ce qui demande une consommation électrique moindre. Les phares au xénon durent ainsi plus longtemps que les ampoules tungstène-halogène, soit environ 1500 à 2000 heures pour le xénon et seulement 500 à 1000 heures pour une ampoule halogène.

    La principale qualité du xénon est son intensité lumineuse, avec ses 3000 Lumens et une consommation électrique minime de 35W contre seulement 1500 Lumens avec une ampoule halogène et 55 Watts de consommation. La technologie Xénon offre au conducteur une meilleure visibilité et un faisceau lumineux plus clair. Notez que les phares Xénon ont certes un bon rendement énergétique mais eux aussi comme l’halogène subissent de grandes pertes électromagnétiques, en particulier dans le violet et ultraviolet 

     

    Les ampoules LED

     

    LED est le diminutif du mot anglais : Light-emitting diode ou diode électroluminescente en français. Une LED est un système opto-électronique qui émet de la lumière lorsque celui-ci est parcouru par un courant électrique. Il convertit l’énergie électrique en lumière avec un rayonnement chromatique précis, contrairement au xénon et à l’halogène, toutes les ondes magnétiques émises par la LED sont dans le spectre visible par l’œil humain. 

    À l’origine, la technologie LED était réservée aux voitures hyper sportives et ultra haut de gamme : Audi, Lexus et parfois uniquement utilisé pour les feux de jourclignotants, feux de recul et les feux de stop. Cependant, depuis peu, elles sont de plus en plus appliquées aux véhicules dits « standards » depuis l’année 2020. De plus en plus de véhicules offrent l’option full LED c’est-à-dire avec l’intégralité de la voiture en LED. Un phénomène compréhensible, en vue du potentiel de la technologie LED. Celle-ci possède un des rendements lumineux le plus élevé sur terre, une réactivité au millième de seconde et offre un look magnifique, seul hic pour les constructeurs le coût est plus élevé, comparativement à une voiture équipée d’ampoules halogènes.

    Depuis la démocratisation des LED et l’avancée technique, les ampoules LED voiture ont fait un véritable bon de géant. Rien à voir avec les 1ère ampoules LED, mises sur le marché.

    Souvenez-vous des 1ères générations de LED, vendues en deuxième monte, ces ampoules LED étaient dotées de puces COB (Chip on board) certes avec un fort rendement lumineux, 100 Lm/W, mais en aucun cas celle-ci n’avaient un bon éclairage routier, particulièrement en utilisation, feux de croisement ou même feux de route car la lumière sortant des puces COB avait un angle trop grand.

    La plupart des LED COB vendues à cette époque, faisaient vivre un vrai calvaire à ceux qui avaient la malchance de croiser une voiture équipée avec ces LEDs, l’éblouissement était inévitable malgré que celui-ci soit en feux de croisement. En effet la lumière était tellement diffuse et imprécise qu’elle pouvait éclairer une très large zone jusqu’à la cime des arbres sans pour autant illuminer les zones essentielles. Ce qui avait pour conséquence une très faible concentration de lumière dirigée vers la route, une moins bonne visibilité des obstacles et une plus courte distance éclairée ainsi qu’une impossibilité de passer au contrôle technique. Un éclairage peu satisfaisant qui a grandement participé à la mauvaise réputation des LEDs, deuxième monte au début.

     

    De nos jours les ampoules LED sont de très grande qualité et sont majoritairement équipées de puces CSP High Power, nouvelle génération développant de forte puissance dont la plupart dépassent la largement la barrière des 100Lm/W pour atteindre les 180Lm/Watts pour certaines aujourd’hui en 2021. La technologie CSP la plus performante actuelle est de type PIG (phosphore dans le verre), composée de mini puces LED ultra puissantes et précises, disposées (liaison eutectique) sur une carte PCB de très haute qualité, angle lumineux réduit et parfaitement défini, permet d’avoir un éclairage très précis comme l’origine et une densité optique ultra élevées. Véritable révolution dans le monde de l’éclairage automobile.

    Aujourd’hui certaines ampoules LED obtiennent un flux lumineux très élevé jusqu’à 7500 Lumens Brut et 3900 lumens mesurés en réel avec seulement 45 Watts de consommation électrique contre pour exemple 2200 Lumens Réels pour une ampoule Halogène 100W mais avec une forte consommation. A savoir que la puissance lumineuse d’un xénon 35w se situe autour de 3000 Lumens Réel et que certaines LED actuelles en 2021 tournent déjà autour de 5000 Lumens réel.   

    Le plus grand défi avec les ampoules LED voiture, est la gestion de la chaleur. Au cours de son fonctionnement une Puce LED dégage beaucoup de chaleur à cœur. Un phénomène bien connu, appelé « l’effet Auger » qui dissipe une partie de l’énergie sous forme de chaleur. Avec des ampoules LED à forte puissance ce phénomène est d’autant plus vrai et accentué. C’est pour cela qu’en laboratoire, les chercheurs développent tout un tas de systèmes de refroidissement incorporé sur l’ampoule LED.

    Il existe 2 types de refroidissements en fonction de la puissance lumineuse de l’ampoule LED : Passif pour LED de faible puissance et modéré. Le plus souvent elles utilisent un refroidissement composé de multiples ailettes d’aluminium ou bien encore des tresses de cuivre réalisées avec un maillage très fin. Et enfin les refroidissements actifs destinés au LED délivrant une très forte puissance, avec l’utilisation de ventilateurs couplés à des systèmes « Cooling Tube » conduction de liquide supra conducteur.

     

    La clef absolue pour maximiser la durée d’une LED est directement liée à sa capacité à extraire la chaleur. Si le refroidissement de la LED est optimal, la durée de vie et la puissance lumineuse sera maximum même au bout de plusieurs années. Il est important de noter que les ampoules LED sont les ampoules les plus durables. Elles peuvent en effet durer entre 8 000 et 16 000 heures. Cela suffit à couvrir toute la durée de vie de nombreux véhicules, ce qui signifie que vous n’aurez peut-être jamais à remplacer les ampoules LED. Par rapport à un système conventionnel, sa demande énergétique est beaucoup plus limitée et sa durée de vie est encore plus longue que celle d’un xénon, ce qui rend son utilisation attractive.