Voile et Electronique : Christian Couderc

Récupération de leds rouges
Remplacement des ampoules du bord
Aparté culturel électronique
Lampe éternelle
Nouvelles leds blanches
Montage scialytique
Essais de lampes à leds
Liens leds

Maj : 07/10/04

Abstract :
World of leds is fascinating. In the first ages, just after dinosor, red led was an evolution of a small piece of silicon. A long time after other colours have evaluated, green, yellow, a long time after blue, and in final the fabulous white ones. There is a lot of application with leds…

Résumé :
Le monde des leds est fascinant. Dans les premiers ages, juste après les dinosaures, la led rouge fut une évolution d'un petit morceau de silicium. Longtemps après d'autres couleurs ont évolué, vert jaune, longtemps après bleu et enfin les fabuleuses blanches. Il y a un tas d'applications avec les leds…

C'est le coin du bricoleur... Vous avez récupéré un plein carton de leds rouges. Voir la page astuces du bord

, éclairage de la table à carte. Elles sont très économiques, en particulier en les achetant pour récupération dans des 3 èmes feux stop supplémentaires, bien moins chères que chez un distributeur par quelques dizaines de pièces. Il va falloir maintenant les câbler pour les protéger des surtensions fatales.

En consultant les courbes constructeurs, vous constaterez que les tensions de service tournent maintenant à 3.6 V (cela dépend du modèle), mais attention elles ne supportent pas la moindre surtension !
La luminosité est maximale à la tension nominale, mais décroît rapidement avec la tension. Il faut donc les utiliser à la tension exacte, la tolérance est très faible. Ne faites aucun bricolage avec des résistances et des montages série, le claquage serait assuré batterie à bloc, et la luminosité très faible batterie basse.
Il est évident qu'une stabilisation de tension par un régulateur spécialisé à pompe de charge est la seule bonne solution. Le catalogue Maxim (entre autres) propose toutes les pompes nécessaires pour un nombre quelconque de leds avec une alimentation quelconque. Ces circuits spécialisés commencent à sortir aussi chez les concurrents.

La performance, le rendement exceptionnel, le faible prix et la durée de vie des leds rouges, donne immédiatement à réfléchir au remplacement des fragiles ampoules de tous les feux de navigation.

Un ensemble de leds rouges récupérées dans un feu stop, sera redisposé par bandes sur un tronçon de cylindre. En noyant la base dans la résine, ce nouveau feu rouge durera plus longtemps que le reste du bateau avec une consommation faible, une grande luminosité donc un bon rendement, pour un prix imbattable…
Mais alors, si cela est aussi évident, pourquoi tous les bateaux n'en sont pas équipés puisque ces leds rouges sont si performantes?
La réponse est très simple…
Pour les leds rouges, il n'y a aucun problème, mais les leds vertes équivalentes sont 5 fois plus chères en production et les blanches 10 fois plus chères (voir le dernier chapitre). Les rouges sont les seules qui se trouvent en récupération ou à très faible coût.

Les leds sont monochromatiques, il est évidement impossible de modifier la couleur par un filtre, mais les leds blanches utilisent une astuce géniale basée sur la luminescence secondaire.
Nous oublions les jaunes, les bleues (hors de prix), qui ne sont pas indispensables à bord, sauf comme voyants pour les jolis tableaux électriques.

Les leds bicolores sont constituées par le couplage d'une rouge et d'une verte (ou jaune). Elles se trouvent sous deux formes, en version deux fils (la couleur dépend de la polarité), ou en trois fils avec un point commun.
Les leds tricolores sont toujours à quatre fils, point commun et R,V,B. Un panneau de ces led permet de réaliser un superbe affichage vidéo, chaque niveau étant réglable, elles peuvent donc afficher toutes les couleurs et intensités. Leur seul défaut est leur prix exorbitant et leur luminosité relativement faible.

Sur le bateau, nous nous contenterons donc d'utiliser majoritairement les rouges en éclairage de nuit, des panneaux d'interrupteurs extérieurs, du compas de route et de la table à carte, et les autres couleurs en indicateurs de tableau et éclairage compas.

Ce titre racoleur désigne une lampe alimentée par piles ou accumulateurs qui éclaire pendant un temps infini, bon disons longtemps… J'ai réalisé des matériels de ce type pour la plongée spéléologique après avoir connu les angoisses des lampes qui s'éteignent les unes après les autres pendant une longue exploration, ce qui est extrêmement stressant.

L'idée est très simple. Tant que l'alimentation était suffisante, la lampe marchait normalement à pleine puissance. Quand la tension baissait, un comparateur basculait et un petit circuit découpeur (à double NE 555) commençait à hacher la tension, d'abord 1/10 de seconde éteint et 9/10 allumé, puis au fur et à mesure de l'épuisement en réduisant le rapport cyclique. Pour un phare qui avait 30 minutes d'autonomie normalement, le système s'enclenchait autour des 2/3 du temps et dix heures après, la lampe éclairait encore un peu en envoyant un flash d'un dixième de seconde toutes les quelques secondes, l'alimentation complètement à plat. Cela n'éclaire plus beaucoup mais encore assez pour se diriger dans un boyau totalement noir et offrait ainsi une solution de survie.
Autre avantage de ce système, il indique très clairement au plongeur le niveau d'énergie.

Je tiens à préciser que je ne suis pas l'auteur de cette idée originale, je l'avais lue dans une vieille revue technique américaine de plongée (dont j'ai perdu la trace). Je parle d'un principe voisin dans la page voltmètre à led

Il est évident que si je refaisais maintenant un tel dispositif, le pilotage se ferait bien plus intelligemment par un PIC pilotant une pompe de charge avec leds blanches ou tubes à décharge pour les fortes puissances, mais le principe reste identique.
J'ai fait des variantes de lampes à commande proportionnelles en utilisant un aimant externe plastifié sur glissières et dans le corps de la lampe un capteur à effet Hall (ou un ILS) commandant le rapport cyclique. C'est une solution très élégante qui devrait se généraliser sur toutes les lampes évoluées.
J'ai adapté ce système d'aimants sur glissières pour commander les fonctions d'un petit sous-marin humide d'exploration, cela s'est montré d'une fiabilité absolue.

De remarquables leds blanches se répandent dans le grand public, les prix ayant brutalement chuté. Elles remplaceront progressivement toutes les ampoules à filaments dans la vie quotidienne, avec un rendement dix fois meilleur, très longue durée de vie, sans dissipation thermique.
Pour l'automobile, le problème est différent, l'énergie est surabondante, les constructeurs préfèrent les "HID lamps " (High Intensity Discharge Lamp), lampes bleutées à tubes à décharges stroboscopiques, extrêmement puissantes. Des développements sont aussi en cours pour explorer la voie des leds blanches d’énorme puissance pour les phares.
Vous commencez à en trouver dans les lampes frontales et torches haut de gamme à leds. Offrez-vous ce petit luxe technologique !
Elles ont tous les avantages, un bien meilleur rendement, presque 7 fois mieux que les ampoules à filaments car elles ne dégagent aucune chaleur perdue, quasiment éternelles et insensibles aux chocs.
Une led est dix fois plus chère qu'une ampoule et demande une alimentation soignée car sa plage de fonctionnement est très étroite.
Utilisez une pompe de charge adaptée, en montant les leds en série pour obtenir le rendement optimum.

Il faut tenir compte d'une particularité en montant des séries de leds. Une ampoule, de par sa structure comportant un filament au centre d'une enveloppe, est omnidirectionnelle. Elle sera utilisée avec un réflecteur pour concentrer la lumière comme désiré.
Une led est focalisée par construction, elle émet dans un cône assez étroit. Il faut consulter la fiche spécifique pour connaître cette courbe d'ouverture (par exemple 25 degrés utilisables), afin de réaliser une géométrie spatiale pour obtenir le faisceau voulu. Pour un feu de navigation, les leds seront montées sur un tronçon de cylindre avec un diffuseur. Pour une lampe torche, elles seront montées parallèles, mais il ne faudra pas espérer un faisceau très concentré, ne confondez pas avec des diodes laser.

S'il y en a peu, vous pouvez les mettre en parallèle, avec une bonne pompe de charge qui sort le courant, avec une petite résistance par branche pour équilibrer les dispersions.
Au-delà de quelques diodes, le courant augmenterait trop, il faut donc passer en série. Par exemple, pour une rampe de 30 diodes de 3 V, il faut alimenter en série avec un fil fin sous 90 V. Attention de ne pas se tromper dans le sens, si une diode est inversée, la guirlande ne s'allume pas. Il faudra rechercher la fautive au voltmètre.
Il faut soigner la petite alimentation afin de ne tolérer aucun pic à l'allumage et l'extinction qui serait fatal aux diodes et à limiter le courant à la valeur exacte (en cas de court-circuit partiel sur la chaîne). Testez-la bien sur charges résistives avant de la brancher en vrai.
La réalisation d'une alimentation de quelques dizaines de volts à faible courant, même à partir de très basse tension d'accumulateurs ne pose pas de difficultés. Il faudra simplement utiliser un transformateur avec beaucoup de spires dans le circuit de découpage. C'est un tore très petit car la fréquence de découpage est élevée.

J’en ai fait monter pour des scialytiques de salle d’opération et sur des panneaux d'information (plusiers milliers par panneaux).
C’est aussi un formidable remplacement des ampoules de cadran (avec dépoli car elles éclairent trop) et pour monter en réglette et éclairer le plan de travail sans ombre. Le prix dépend énormément de la puissance d'éclairement en mCandelas, et varie de plus de 1 à 10 suivant les intensités.

Je publierai un jour une application pour la télévision amateur de modulation de ces diodes (blanches ou UV) par vidéo + son + I2C de commande des synthétiseurs pour utilisation de fibre optique faible coût. Cela permet de déporter l’émetteur et le récepteur TV en haut de pylône sans pertes ni parasites, ni coaxial onéreux, ni retour de foudre (sauf par l’alimentation, évidement).
La connexion de la fibre se fait très simplement en perçant un trou dans le calotte sphérique de la diode et en fixant à la cyanolite. Le rendement est médiocre, mais la diode a assez de puissance pour que le signal soit récupéré au bout de quelques kilomètres de fibre (qui se présente comme du crin de pêche, non gainé, une dizaine d’€ le km). Idem à l’autre bout avec le phototransistor.
Pour protéger la fibre, du tube annelé d’installation électrique convient parfaitement, et l’on passe une dizaine de fibres en vrac en réserve d’applications futures avec l’alimentation.

Attention toutes les documentations parlent d’intensité lumineuse en mcd pour microCandelas, c'est très incorrect car l'abréviation officielle est µ pour micro, mais par facilité typographique, tout le monde fait l'erreur !
Donc si vous lisez 5000 mcd ou 5 kmcd, vous devez comprendre 5000 micro Candela, ou 5000 µ Candela, traditionnellement on n’utilise jamais le milli Candela qui devrait bien s’écrire mCd.

La réalisation a été faite pour un client qui est propriétaire de l'étude, mais les généralités sont publiables.
Pour des montages utilisant de grandes quantités de leds, il est indispensable de les regrouper en petit panneaux interchangeables facilement pour la maintenance. L'expérience montre que des modules de 100 leds sont un bon compromis.
Chaque bloc est alimenté par une bonne pompe de charge embarquée afin de pouvoir brancher facilement en 220 V alternatifs avec de faibles courants et donc des fils fins et d'alimenter les leds à la tension précise indiquée par le constructeur.
Les premiers montages utilisaient des groupements en série parallèle, mais cela s'est avéré inutilement compliqué et abandonné. Les leds sont très fiables et ont peu de dispersion, le montage des 100 leds en série s'avère idéal.
La grande difficulté vient de la disposition mécanique et de la réalisation du châssis porteur, car une fois les modules en place, la distance entre les leds d'un même module et de celles des modules adjacents doit être rigoureusement identique. Cela interdit le montage en quinconce et impose un espacement minimal entre les leds.
Il est possible de réaliser un module de 100 diodes de 5 mm sur une plaque 10*10 cm. Si l'on serre davantage, il y aura des trous désagréables entre les modules. Un panneau d'environ 1*1 m contient donc 100 modules de 100 leds et constitue un petit scialytique acceptable. L'expérience montre qu'en usage quotidien de cinq heures, une led grille entraînant le claquage de son module de 100 moins d'une fois par mois. Ce trou n'empêche pas de travailler, la maintenance avec remplacement du module et le dépoussiérage du scialytique prend moins d'une demi heure.
Il serait possible de doubler les leds par des zeners pour éviter de perdre un module complet lors d'une panne de led, mais cela augmente trop le prix final est s'avère superflu. La fiabilité impose la simplicité du montage.

Cette lampe est vraiment minuscule. L’éclairage est étonnement puissant pour la taille ! La notice indique une autonomie de 14 h sur la pile bouton 2016 lithium remplaçable. Cette valeur (non vérifiée) est probablement optimiste.
Ce joli gadget est très séduisant, et constitue un cadeau apprécié, c’est un accessoire indispensable pour le porte-clefs. Elle est proposée à 14 €

Cette lampe est curieuse et étonnante. Elle fonctionne sur une pile (ou NiMh) 6F22 de 9 V, ce qui n’est pas le meilleur choix en terme de rapport énergie/poids. Les piles classiques R6 sont plus performantes, mais il n’aurait pas été possible de faire aussi compact. La surprise vient du fait que cette lampe ne s’éteint jamais ! Elle a un mode « sommeil », à très faible énergie. Cela permet de la retrouver facilement la nuit en émettant une lumière assez faible pour fonctionner ainsi deux ans, mais suffisante pour lire sa montre ou un texte à quelques centimètres de distance.
Toutes ces valeurs d'autonomie sont données par la notice, elles sont très optimistes.
L’appui sur le poussoir fait passer en mode éclairage économique (200 h), puis « fort », ce qui est très relatif (40 h), puis clignotant (200 h). Elle s’éteint, ou plus exactement passe en mode sommeil, très faible, automatiquement après 25 minutes d’utilisation.
Les mesures suivantes montrent que ces chiffres d'autonomie annoncés sont très gonflés, ils ont été relevés avec pile lithium (très chère). La consommation décroît quand la pile s'use, la lumière aussi, ces durées ont eté extrapolées jusqu'à l'extinction totale. En pratique, le dixième des valeurs annoncées est raisonnable.

Pour information, ordre de grandeur des capacités et des prix des divers modèles :

Plus habitué à des lampes à multi leds surpuissantes avec quelques piles R6, je trouve le mode « fort », un peu limité en champ, mais c’est la rançon du volume très compact avec led unique, privilégiant l’autonomie et le faisceau étroit pour une grande portée.
Malgré ces deux limitations, cette lampe est très séduisante et offre sous un petit volume, d'excellentes performances.

La coque est en caoutchouc, de réalisation soignée. Celle lampe plaira aussi aux petits qui ont peur du noir et auront cette étrange lueur sur leur table de nuit. Elle est proposée à 32 €

Consommations en fonction des tensions de pile

Tension (volts)	5	6	7	8	9
"sommeil " ( µA )	17	23	29	35	41
Faible ( ma )	2.2	3	4	5	6
Fort ( mA )	25	37	53	65	80
Flash ( mA )	11	15	20	25	30

Mesures sur la Personal Safety Survival

Application amusante de ces mesures : Il est très facile de connaître avec une grande précision l'état de la pile, il suffit de se mettre en mode flash et de mesurer la période des éclairs.

Cela peut se faire au chronomètre en comptant quelques dizaines d'éclats, mais ces mesures ont été faites plus sérieusement et automatiquement avec un oscilloscope numérique, Tektronix TDS3012, aux bornes d'une photodiode étalonnée :
Photodiode Telefunken BPW21R

La mesure du courant en mode flash est délicate, il faut intégrer les pics.

L'oscillogramme suivant montre une période de 343 ms, rapport cyclique 20 %, correspondant à une pile neuve de 9 V.

Tension Pile (V)	Période flash (sec)
3	1.50
2.5	1.20
4	0.95
4.5	0.75
5	0.70
5.5	0.60
6	0.55
6.5	0.50
7	0.46
7.5	0.42
8	0.39
8.5	0.37
9	0.34

Lampe à induction magnétique, elle ne nécessite aucune pile. Il suffit de l’agiter 30 secondes pour bénéficier de 20 minutes de lumière (décroissance lente). Cette lampe éternelle sans déchet est extrêmement écologique et sera très appréciée de ceux qui culpabilisent en jetant de vieilles piles à la poubelle. Elle est techniquement très intéressante car sans aucun accumulateur qui se dégrade à vide. Le système utilise une super capacité qui accepte sans problème d’être totalement déchargée. En l’agitant, l’aimant mobile se déplace devant une bobine et la variation de champ magnétique produit le champ électrique redressé fournissant l’énergie au « réservoir ».
C’est une lampe qui sera toujours disponible en dernier secours quand toutes les piles ont lâché, c’est un élément de sécurité parfait pour des conditions de survie. Vous pourrez l’oublier des années dans la boîte à gants de la voiture, elle sera toujours opérationnelle lors d’un incident nocturne.
La lumière n’est pas très intense mais elle suffisante pour se sortir d’un mauvais pas. L’intensité décroît peu à peu, quand elle devient trop faible, il suffit de l’agiter à nouveau pour retrouver un niveau suffisant.
Ce coté « éternel » est très séduisant. Je n'ai pu réaliser aucune mesure électrique, rien n'est démontable.
Elle présente toutefois un inconvénient majeur à prendre en compte. L’aimant mobile est extrêmement puissant !
Cela un coté très amusant, car suspendue par un fil elle s’oriente pour éclairer vers le nord…
Le défaut du champ intense est qu’il faut absolument l’éloigner de tout le matériel sensible, les compas magnétiques du bord, évidement, mais aussi les matériels informatiques, disques durs, disquettes, moniteurs crt… Il faudra être très sensibilisé par ce problème, mais cela ne fera pas hésiter, c’est un matériel indispensable en particulier pour les urgences et la survie. Elle et robuste et totalement étanche, flottante, rien n’est démontable. Certaines résistent aux hydrocarbures. Elle est proposée à 70 €

Le site "Lampesdepoche.com " (voir liens) m’a fourni ces échantillons présente un choix de modèles très intéressants, allant jusqu’au puissants projecteurs de plongée. Pour le bateau j’apprécie beaucoup les torches à leds dont les performances et les remarquables autonomies rendent les traditionnels modèles à ampoules avec filaments et lampes à pétrole totalement périmés. L’avenir de l’éclairage est dans les leds et tubes à décharge.

Merci à Daniel Levy pour ces deux liens intéressants :
LightTape fournisseur US de bandeaux d’éclairage en électroluminescence : lighttape.com
Intuigent fournisseur Allemand d’éclairages KKL plus puissant que les LED : intuigent.de (lampe EBI)

Cherchez par mot clef "lucido ", il y a deux produits étonnants, la torche lucido ligtwave, 14 jours d'éclairage avec 3 piles R6, et la petite palight, 2 ans en continu : expe.net/Boutique
Le site allemand du constructeur montre toute la gamme : invia.de/lucido
La frontale Petzl Tikka Led, en vente à 30 € en accessoires camping par exemple : au-vieux-campeur.fr

Ce site sympathique m’a fourni des échantillons, dont trois sont testés au dessus, il offre un choix de modèles très intéressants, allant jusqu’au puissants projecteurs de plongée : lampesdepoche.com

Document technique poussé sur les lampes à décharges HID : misty.com/people/don

Circuits spécifiquement adaptés pour alimenter des leds blanches avec une tension quelconque et très peu de composants annexes. Il n'est pas possible d'obtenir de si bons rendements en composants discrets.

National Semiconductor pour 1 à 4 leds individuelles, LM279x : national.com/pf/LM
Ckez Maxim entre autres, MAX1848 : maxim-ic.com

Merci aux journalistes qui pillent sans vergogne mon site,
d’avoir au moins la courtoisie de citer leurs sources…

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Dernière retouche le 17 Février 2007 à 14 h

Technologie des 6F22 (9 V)	Capacité	Prix moyen
Lithium (jetable)	1200 mAh	20 €
NiMh dernière génération (rechargeable quelques centaines de fois )	200 mAh	10 €
Alcaline très haute capacité (jetable)	500 mAh	3 €