Eclairage à LED

Comme promis voici tout ce que je connais sur les LED.
Ou presque Wink

J'ai fait cette étude au début de mon aventure LED... Laughing

J'entendais beaucoup de chose (enfin je lisais) que ce soit en bien ou en mal.
Et j'ai voulu savoir le plus exactement possible ce qu'il en était.

Ma petite étude est divisée en 5 parties :

Principales caractéristiques d’une source lumineuse
Histoire d’éclaircir certains thermes

Les besoins en aquariophilie
Histoire de savoir ce dont on a besoin

Caractéristique des LED
Histoire d’avoir une idée sur ce que donne une LED

Des LED pour un bac
Histoire de voir si c’est compatible

Conclusion

Je tien à préciser que je ne suis pas hyper callé en éclairage.
Les thermes que je vais utiliser peuvent parfois ne pas être forcément hyper scientifique.
Alors si je me trompe, n’hésitez pas à me le dire….

Principales caractéristiques d’une source lumineuse

Mon premier problème a été les différents therme utilisé en photométrie (science de la mesure des intensités lumineuses).

Les données de base sont l'intensité, le flux lumineux et l'éclairement.
Ces trois facteurs sont liés comme ceci :
Une source d'éclairage artificielle - une lampe électrique - rayonne dans toutes les directions de l'espace un flux lumineux dont l'unité est le lumen (lm). Ce flux a, dans une direction donnée, une certaine intensité exprimée en candelas (cd) ; une surface, placée à une distance donnée de la source, reçoit un éclairement qui s'exprime en lux (lx).

Après ce superbe texte….
Voici les différentes définitions :

L’intensité lumineuse
C’est la quantité d’énergie émise par une source sous forme de rayonnement visible dans toutes les directions, par unités de temps. Elle s’exprime en candela (cd).
Cette caractéristique est primordiale car c’est à partir d’elle que les autres sont calculées.

Flux lumineux
C’est la quantité globale de lumière qu’une lampe émet dans toutes les directions. Il s’esprime en lumens (lm).

L’éclairement
L’éclairement indique le flux lumineux reçu par une surface d’une mètre carré. Il s’exprime en lux (lx).
La grande différence entre l’éclairement et le flux lumineux vient de la prise en compte de la distance de l’objet éclairé (ainsi que de l’angle entre la surface éclairée et la source lumineuse).
- Le flux lumineux indiquant la quantité globale de lumière.
- L’éclairement indiquant la quantité de lumière reçu à une distance donnée.

Je mettrais donc le flux lumineux de côté par rapport à l’éclairement. Car je m’interresse plus à la quantité de lumière que va recevoir les plantes plutôt qu’à la quantité de lumière qu’émet la LED.

Le spectre
La lumière est constituée de plusieurs bouts de lumière de couleur différente.
Les différents petits bouts de lumière ont une fréquence différente et une énergie différente.
Le spectre permet justement de voir la décomposition de la lumière en fonction de la fréquence et de l’énergie.
Voici celui du soleil :

L’indice de rendu des couleurs IRC
Cet indice compris entre 0 et 100 définit l’aptitude d’une source lumineuse à restituer les différentes couleurs des objets qu’elle éclaire, par rapport à une source de référence.

A titre d’exemple,
La lumière solaire à un IRC de 100
Les lampes à vapeur de sodium (utilisées dans les tunnels routiers) ont un IRC de 20

Je n’arrive pas à obtenir d’information concernant l’IRC sur les led.
Maintenant, je vais partir sur le fait que la restitution des couleurs dépend du spectre de la source lumineuse.
Par exemple, si j’éclaire une feuille avec une lumière bleue, la feuille me semblera bleu. Donc l’IRC sera très mauvais.
Par contre, si j’éclaire la même feuille avec un spectre proche de celui du soleil par rapport à l’œil humain, la feuille me semblera blanche. Donc l’IRC sera très bon.
Je partirais donc dans l’hypothèse que plus la lumière produite par les led se rapprochera de la lumière solaire, meilleur sera le rendu des couleurs.

La température de couleur
C’est la couleur apparente émise par une source lumineuse blanche. Elle s’exprime en degrés Kelvin.
Les lumières de teintes chaudes tirent sur le jaune-rouge et ont une température de couleur inférieure à 3 000°K.
Les lumières de teintes froides tirent sur le bleu-violet et ont une température de couleur comprise entre 5 000°K et 10 000°K.
A titre d’exemple :
Entre 2 700°K et 2 900°K pour les lumières « incandescentes »
6 500°K pour les lumières de teinte « lumière du jour "

Les besoins en aquariophilie
Afin de dérerminer les besoins en aquariophilie, il faut prendre en compte 3 acteurs : les plantes, les poissons, l’aquariophile !
Chacun de ces acteurs a des besoins qui peuvent varier.

Les plantes
- Le spectre
Les longueurs d’onde utilisées par les plantes pour l’assimilation chlorophyllienne se situent dans le bleu, aux alentours de 450 nm.
Celles utilisées pour l’assimilation des substances nutritives se situent dans le rouge entre 650 et 700 nm.
Ce qui se traduit par le spectre suivant :

Remarque :
Les longueurs d’onde utilisées par les algues se situent en 300 et 650 nm, avec un pic à 400 nm.

- L’intensité
Les besoins en intensité lumineuse varient d’une variété de plante à l’autre.
Cryptocoryne tapissant le fond demande au moin 100 lux
Hygrophyla et autre ludwigia (niveaux intermédiaire) entre 800 et 1800 lux
Plante de surface 2 000 lux et plus
Dans l’idéal, il faudrait donc ajuster l’intensité de la lumière par zone suivant les besoins des plantes.

Les poissons
- L’intensité
Afin de pouvoir répondre aux attentes des différentes variétés de poissons, il est souhaitable d’avoir des zones de différentes intensités.
Ainsi les plus timides pourront se mettre dans l’ombre pendant que les plus curieurs se mettront en pleine lumière

L’aquariophile
- Le spectre
La sensibilité optimale pour l’œil humain est comprise entre 550 et 600 nm, domaine qui correspond aux couleurs vertes et jaunes.

- L’intensité
Il faut fournir une intensité suffisante pour assurer un bon confort visuel.

Caractéristique des LED

Qu’est-ce qu’une LED ?
Pour faire très simple, une LED est une petite ampoule.

Voici leurs caractéristiques :

Spectre
Le spectre ci-dessous donne un exemple de spectre pour des led Vert, Cyan, Bleu, Royal bleu

Pour des LED blanches, le fabriquant utilise généralement des LED bleu. Et rajoute un ‘filtre’ (un phosphore) afin de passer du bleu au blanc.
Ainsi, le spectre est plus large… et donne ceci :

L’intensité lumineuse
L’intensité lumineuse varie énormément d’un fabriquant à l’autre.
Voici un extrait des différentes led que l’on peut trouver :

Angle d’émission
L’angle d’émission d’une LED est l’angle dans lequel va émettre la led.
Ce critère est important car avec la même puissance, une led n’émettra pas le même flux suivant son anlge d’émission.
L’angle d’émission des led vont généralement de 140° à 12°.

Durée de vie
Les LED sont données pour une durée de 100 000 heures.
Cependant une perte de 50% du niveau d’éclairement est constatée au bout de 20 000 heures de fonctionnement.

Des LED pour un bac

Le spectre
Le spectre d’une led ne couvrant pas la totalité des besoins en aquariophilie, il va falloir associer différente led afin de se rapprocher du spectre idéal.

Commençons par le besoin des plantes !
Comme indiqué précédemment, les plantes ont besoins du spectre suivant :

En associant des leds Bleu (450 nm) et Rouge (630 nm), on obtient ce spectre

[img]

[/img]

Nous répondons aux besoins des plantes pour l’assimilation chlorophyllienne. Par contre, nous sommes un peu faible pour l’assimilation des substances nutritives.

Maintenant, si nous comparons ce spectre avec celui d’un tube utilisé en aquariophilie. Voici le spectre du TLD Super 80 840 de Philips

Nous n’en sommes pas très loin…
Mis à part, bien entendu des fréquences entre 500 et 600 nm…

Pour l’œil humain, nous devons rajouter de l’intensité dans les longeurs d’onde comprise entre 550 et 600 nm.
Pour cela, on va rajouter une led Blanche, ce qui nous donne le spectre suivant :

Nous abtenons ainsi un spectre qui semble plutôt convenable.
Afin d’améliorer le rendu des couleurs, il sera possible d’ajouter des led Verte afin d’augmenter les longeurs d’onde dans les 550 nm…

L’éclairement
Avant de prendre en compte l’intensité, je vais me pencher sur l’angle d’émission.
Car c’est le problème majeur !

Voici les surfaces couvertes par des led avec un angle d’émission à 20° (les hauteurs sont données en partant de la LED vers le sol de l’aquarium)
- à 65 cm de hauteur, nous avons un cercle de 47 cm de diamètre
- à 33 cm de hauteur, nous avons un cercle de 24 cm de diamètre
- à 8 cm de hauteur, nous avons un cercle de 6 cm de diamètre

Donc même si une LED pouvait fournir suffisement d’éclairement pour les plantes, il y aurait des trous d’éclairage dans le bac :

Ce qui ne devrait pas gêner pour admirer les plantes, mais quelque peu gênant pour les poissons.

Il faut donc en premier regarder l’emplacement et le nombre nécessaire de led afin de couvrir la totalité de la surface au niveau de l’eau.

En partant de l’hypothèse que les led sont positionné à 8 cm au dessus du niveau de l’eau.
Un led avec un angle d’émission de 20° effectuerait un cercle de 6 cm de diamètre sur la surface de l’eau.
En considérant comme négligeable les surfaces entre chaque cercle, il nous faudrait, pour un bac de 200 cm de long par 70 cm de profondeur, 413 leds !

Maintenant que nous connaissons le nombre de led a mettre, regardons l’éclairement que cela produit.
En considérant un substrat de 8 cm et une hauteur de bac de 70 cm, la lumière d’une led va parcourir 70 cm avant d’atteindre le substrat.
La led effectuera donc un cercle de 51 cm avec un éclairement de 96 lux.
Les led étant positionnée à 12 cm les unes des autres, il va y avoir chevauchement lors de l’éclairement au sol…
Il sera donc supérieur au besoin des plantes !!!
Il ne faudra donc pas utiliser les led à leur puissance maximal…

Si le substrat de l’aquarium est recouvert de moitié par des plantes basses, il faut régler la puissance des led à 50%.
En choisissant le reste en plante de taille normal, il faudra régler la puissance à 60%
Cela nous donne une puissance total de autour 340 W

La température de couleur
De ce côté, les leds étant à 5 500 °K c’est tout à fait convenable.
Il n’y a pas d’idéal pour les plantes, mis à part se rapporcher du soleil qui est à 6 500°K.

Coût

Commençons par l’achat !

Avec les tarifs que j’ai, cela me fait pour le 1 000 litres vue précédement:
- 413 leds blanche : 165 euros
- 413 leds rouge : 83 euros
- 413 leds bleu : 78 euros.
Soit un total de 326 euros

En s’équipant en HQI, il faudrait mettre 4 spots de 250 W pour obtenir un éclairage de 1 000 W…
En se débrouillant bien... On pourrait en avoir pour 4*70 euros soit 280 euros.

L’installation à Led coûte donc plus cher…. 46 euros

Maintenant regardons la consommation électrique !!
Partons sur une tarification EDF à 0,0915 euros le kW/h.
Un éclairage à HQI de 1 000 W fonctionnant pendant 10 heures/jours coûte 28,37 euros/mois
Un éclairage à LED de 340 W fonctionnant pendant 10 heures/jours coûte 9,64 euros/mois
Soit une différence de 18,72 euros/mois.
L’investissement de 46 euros supplémentaire dans les led sera remboursé au bout de 3 mois

La durée de vie des led est donnée pour 100 000 heures de fonctionnement.
La perte des 50% au bout des 20 0000 heures étant compensée par l’augmentation de la puissance.
On supposera qu’il faudra changer les leds au bout de 36 000 heures de fonctionnement.

A raison de 10 heures par jours cela fait une durée de vie d’environ 10 ans !!

Conclusion

En conclusion, je dirais que l’éclairage d’un aquarium par des LED est envisageable à condition de respecter quelques points :
- Bien étudier le nombre des led ainsi que leur emplacement suivant le résultat souhaité
- Effectuer un réglage de la puissance des LED ;
- Bien répartir les LED au dessus du bac en fonction de leur couleur ;
- Contrôler l’apparition d’algues et diminuer la puissance du bleu en conséquence ;
- Adapter l’installation des led en fonction de leurs différentes caractéristiques (angle d’émission, intensité lumineuse…)

De plus, avec un peu d’électronique, celà permet de pouvoir effectuer des effets interressant :
- levé et couché de soleil
- clair de lune
- …

Voici donc l'étude théorique que j'ai fini en septembre 06.

Ca va j'ai endormis personne
Sleep

Bon je continue alors....

n'ayant pas eu de suite des LED...
J'ai utilisé des lampes à LED.

Plus cher, mais plus facile à trouver.
Une lampe à LED se branche généralement sur le 220V et se compose d'une dizaine (ou vingtaine) de LED.

j'ai donc mis de l'eau d'un bac dans une bouteille (25%eau bac, 75% eau robinet environ).
J'ai rajouté un peu d'engrais (plante verte)
J'éclaire le tout avec une lampe à led bleu et une lampe à led blanche.

Et au bout de 14 jours.... l'eau est devenue verte !

Photo Jours J

Photo 14 jours plus tard...

Ceci date du 18 septembre environ...

A aujourd'hui, je déclare haut et fort que les LED peuvent suffire à l'élevage d'algues.

Bon, je suis d'accord que ce n'étais pas un grand pas pour l'humanité.

Car tout le monde ne fait pas d'élevage de daphnie, d'artémias ou la repro de Caridina Japonica...

Et j'avais bien conscience que les algues étaient moin exigente que les plantes sur la qualité de l'éclairage....

Mais c'étais déjà un bon début...

Le 3 Octobre... l'arrivée de mes LED !!! bounce

Ni une ni deux... j'effectue le soir même un montage (très instable pale

)

Et j'effectue des essais.....

Je sais ou vois pas grand chose...

Mais on m'avait bien dit que l'éclairage à LED ne pouvait pas fonctionner pour un aquarium...
Que seul le sol allait être éclairé...

Je prend alors le temps de prendre un baguette platte pour l'électricité et je met une LED blanche, une rouge et une bleu.

Oups !
Effectivement....
On m'avait aussi dit que mon problème sera le mélange des couleurs...

Maintenant, j'ai utilisé les résistances vendue avec les LED et celà donne un courant beaucoup plus important pour la rouge....

Enfin...
Tout ceci me semble mal partis....
Evil or Very Mad

Depuis ce jours....
Les trois LED sont restées sur le bac....

Celà me faisait un joli bac rouge en attendant d'avoir un peu de temps pour faire mes essais...

Et voilà ce que celà donne avec
13 LED blanche
13 LED bleu
1 LED rouge

J'ai toujours mes 3 LED rouge, blanc bleu.
Mais j'ai rajouté une plaque de plexis avec 12 LED blanche et 12 LED BLEU.

Il me reste encore à souder :
12 LED rouge
et une dizaine de LED blanche

Après j'enlèverais mon trio de LED... Wink

Les LED sont posées directement sur le bac.
Au lieu d'être à environ 10 cm au dessus comme prévue initialement.
Mais j'attend d'avoir tout soudé afin de mettre la galerie correctement.

j'ai prévu de rajouter des LED blanche supplémentaire car je n'ai pas eu le temps d'acheter des résistance....
Donc celà devrait diminuer l'effet rouge.

Sinon, voici un exemple d'éclairage avec 12 LED blanche.
Ceci donne un exemple des personnalisations qu'il sera possible de faire...

lorsque les LED sont posées sur le bac

Et lorsqu'elles sont à environ 10 cm plus haut (environ car tenue de la main gauche pendant que la main droite prenait la photo)

Dernier petit point....

Qui a son importance....

Qu'est-ce que celà a donné sur les plantes en pratiquement un moi ?

J'ai de la Cabomba (pas sur que celà en soit vraiment) qui a poussée.

La vallisneria touche maintenant presque le niveau de l'eau.

Et...
L'anubias que je vous ais mis en photo....

Et bien elle se porte à merveille...

Je n'avais pas pris de photo pour faire une comparaison....
Et je m'en mort les doights...
Mais je trouve qu'elle a poussée...

Je remet la photo de l'anubias avec l'éclairage rouge...

Maintenant, je ne vais pas vous dire que l'éclairage à LED fonctionne !

Il va falloir confirmer les premiers résultats...

Pour ça, j'ai pris des photos des différentes plantes dans mon bac d'essai.

Et je vais bientot rajouter les LED rouge...

Ainsi d'ici quelques mois...

On devrait avoir des résultats qui viendront ou non.... confirmé ma sensation positive...

picatchoume, pour répondre à ta question concernant ta rampe...

Il me faut vraiment :
- les dimensions de ton bac
- la hauteur à laquelle se trouve les LED par rapport au niveau de l'eau
- ce que tu souhaites comme rendu d'éclairage

Par rendu, j'entend si la lumière doit être répartis sur l'ensemble du bac (style photo mise précédement à 10 cm) où bien une ambiance mis ombre mis lumière (style photo mise précédement posé sur le bac)

Wink

eh ben,quel travail !

Et c'est pas fini Laughing

un petit lien pour étoffer le débat Wink

Picatchoume, je crois que c'est ta région...
http://www.aquariophile-normands.info/viewtopic.php?t=395
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Agnès

600 L : amazonien qui devient tanganyka
90L : tanganyka provisoire

Très interressant ton lien bubulle...
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de rien, je vais souvent sur ce forum, et enis est nouveau, donc quand j'ai vu qu'il paralit de LED, je me suis dit que ça pouvait peut-être servir.
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Agnès

600 L : amazonien qui devient tanganyka
90L : tanganyka provisoire

salut
bravo belle demonstration

quelles sont les led que tu as choisi et aupres de quel fournisseur pourais tu joindre la photo de la rampe d eclairage pour voir a quoi ca ressemble

en tout cas je suis ton post avec interet encore bravo c est superbement expliqué
@+

Pour ce qui est du branchement....

Voici une vue global
Cette photo a été prise alors qu'il n'y avait pas beaucoup de LED, maintenant il y a encore plus de fil...

Le fil rouge est relié à la plus grande patte de la LED.
Le blanc est relié au plus petit...

Les LED sont insérées dans la plaque de plexis via des trous de 5 mm.

Le fil blanc est relié à une plaque pré-percée
Puis au 0V de l'alimentation d'un vieux PC

Le fil rouge est également relié à la plaque pré-percée
Puis à une résistance.
Et celle-ci est relié au +12V de l'alimentation

Voici le schéma global

Pour ma première galerie, j'ai mis deux fils par LED.
Ceci afin de pouvoir effectuer des modifications plu stard...
Mais dans mes prochaines versions, il y aura beaucoup moin de fil.....

Pour ce qui est du fournisseur...
J'attend d'avoir confirmation, mais il y aurait moyen d'avoir 100 LED blanche pour 27 euros...

toujours en 20° à 50 cd

Mais j'attend d'être certain avant de te donner l'info

salut

dans tes calculs la hauteur d eau modifie egalement l eclairage je suppose

@+

Oui celà prend en compte la distance entre les LED et le sol de l'aquarium.

Par contre, il y aurait un erreur dans une des formules.... study

Bonjour

Désolée de faire remonter ce post enterré.. mais, en parlant de l'angle d'émission d'une led, on parle de tout l'angle pour faire le calcul du nombre de led, ou juste la moitié, pour faire un calcul dans un triangle rectangle?

Par exemple mon aquarium fait 60cm de long, et 30cm de profondeur.. Dans mon calcul, j'utilise de la tangente.

Donc, tan(10)*30= rayon du cercle émis au fond de mon aquarium..
Mais cela ne correspond pas avec les valeurs proposées?

Du coup, j'ai du mal à calculer le nombre de led... (ca commence bien :/ )