by Seshata on 16/06/2015 | Culture

Systèmes d’éclairage : HPS, LED & LEP

Les lampes au sodium à haute pression (HPS) sont les poids lourds incontestés du monde de l'éclairage depuis des décennies maintenant, les autres systèmes d'éclairage n'ayant été que des menaces mineures pour leur suprématie. Nous allons dans ces lignes nous intéresser de près à leurs différences et exposer ce à quoi les cultivateurs peuvent s'attendre avec chaque type d'éclairage.


Les lampes au sodium à haute pression (HPS) sont les poids lourds incontestés du monde de l’éclairage depuis des décennies maintenant, les autres systèmes d’éclairage n’ayant été que des menaces mineures pour leur suprématie. Nous allons dans ces lignes nous intéresser de près à leurs différences et exposer ce à quoi les cultivateurs peuvent s’attendre avec chaque type d’éclairage.

Que sont donc les éclairages HPS, LED et LEP ?

Hortilux fabrique des lampes HPS haut de gamme, dont certains modèles à arc double.
Hortilux fabrique des lampes HPS haut de gamme, dont certains modèles à arc double.

Les lampes HPS émettent de la lumière en envoyant une décharge d’énergie à haute tension dans un tube pressurisé en quartz rempli de vapeur de sodium, ainsi que d’autres composants tels que le xénon et le mercure. En s’échauffant, les gaz émettent de la lumière. Le sodium produit une lumière orange intense ; elle peut être compensée par le xénon et le mercure qui produisent tous deux une lumière de la partie bleue du spectre visible, produisant ainsi un résultat plus proche du blanc.

Les lampes à LED (diodes électroluminescentes), sont des semi-conducteurs, ce qui permet à l’énergie électrique de passer avec une faible résistance dans un sens, et avec une résistance considérable dans l’autre sens, au travers d’une « jonction PN ». D’un côté de la jonction, on trouve un matériau traité pour produire des électrons excédentaires, et de l’autre côté un matériau traité de sorte qu’« il lui manque » des électrons. Lorsque la tension est appliquée, les électrons supplémentaires se déplacent au travers de la jonction pour combler les « trous d’électrons » de l’autre côté de la jonction. Cela provoque l’émission de lumière, dont la couleur varie en fonction des matériaux utilisés. Le phosphure et le nitrure de gallium, l’aluminium, le zinc et la silicone sont les matériaux utilisés le plus fréquemment.

Les lampes au LEP (plasma électroluminescent) fonctionnement à peu près de la même manière que les lampes HPS, mais au lieu de faire passer une décharge à haute tension au travers d’une chambre en quartz remplie de gaz, l’énergie électrique est dirigée au travers d’un magnétron (le même dispositif que celui qui alimente les micro-ondes) pour être convertie en champ de fréquence radio, avant de traverser la chambre. Les mélanges de gaz utilisés dans les lampes HPS et LEP sont similaires.

Efficacité

Le rendement (ou « efficacité lumineuse ») des systèmes d’éclairage peut être exprimé par une équation basique : flux lumineux produit (lumens) divisé par le nombre total d’unités de consommation électrique (Watts). On s’accorde généralement sur le fait que l’éclairage à haut rendement produit au minimum 90 lm/W, certaines ampoules atteignant un rendement de 150 lm/W ou plus. De plus en plus souvent, les lampes de culture sont évaluées par rapport à leur indice PAR (rayonnement photosynthétiquement actif), mesuré en µmol/s (nombre de photons par seconde inondant 1m² de matière végétale).

L’unité de mesure µmol/s est de plus en plus souvent considérée comme un critère prédominant pour les lampes d’horticulture, car c’est une mesure de la lumière utilisable par la plante plus qu’une mesure de la lumière visible par les humains exprimée par l’unité lm/W, il est donc recommandé de se familiariser avec les tenants et les aboutissants de la mesure de puissance du rayonnement photosynthétiquement actif PAR. Bien que trop complexe pour être expliqué en détail dans ces lignes, un excellent guide traitant de ce concept est disponible à cette adresse.

La lampe de culture Platinium P450 à LED propose une technologie de spectre à 11 bandes.
La lampe de culture Platinium P450 à LED propose une technologie de spectre à 11 bandes.

Actuellement, les ampoules HPS les plus performantes produisent environ 150 lm/W. Par exemple, les ampoules GE Lucalox 600 W produisent 90 000 lumens initiaux (les « lumens initiaux » désignent la quantité de lumière moyenne produite pendant les 100 premières heures), alors que les lampes HPS high-par 600 W de Lumatek produisent 92 000 lumens initiaux. Bien que ce fut rarement le cas auparavant, les nouvelles lampes HPS commencent désormais à intégrer les valeurs de rayonnement PAR. Par exemple, les ampoules Lumatek de 600 W ont une puissance nominale de rayonnement PAR de 1 030 µmol/s.

Pour les lampes de croissance à LED, la valeur en lm/W est généralement considérée comme étant moins pertinente que la puissance de rayonnement PAR. Cela s’explique par le fait que les systèmes basés sur un mélange des rouges et des bleus ont généralement un ratio global lm/W nettement inférieur – étant donné qu’ils fournissent les bandes les plus indispensables pour la photosynthèse, les dépenses en énergie lumineuse « inutile » peuvent être évitées.

Toutefois, les éclairages à LED les plus récents utilisent des bandes multiples pour créer un spectre plus complexe et complet censé être bénéfique pour la croissance végétale, et utilisent souvent des lampes à LED blanches individuelles aux côtés de lampes rouges et bleues. Ces nouvelles LED à spectre intégral indiquent parfois, mais pas toujours, la puissance exprimée en lm/W. Les distributeurs les plus réputés doivent en principe mentionner au minimum la puissance du rayonnement PAR. Par exemple, le système de LED à spectre intégral 410 W de la société britannique Budmaster (le « Budmaster II 675 G.O.D. ») mentionne la puissance du rayonnement PAR à différentes distances (la puissance du rayonnement PAR diminue à mesure que la distance augmente, car la quantité de protons tombant sur une surface de 1 mètre carré est moins grande). À 0,31 m (1 pied), la puissance du rayonnement PAR indiquée dépasse tout juste 2 000 µmol/s.

En théorie, le rendement lumineux des LEP devrait excéder celui des HPS de 15 à 20 %, car il n’y a aucune perte de puissance pour réchauffer les électrodes. En pratique, l’efficacité de la source lumineuse des lampes de culture à LEP (également baptisées « HEP » [lampes plasma à haut rendement], ou simplement lampes « plasma ») est comprise entre 80 et 100 lm/W.

Le rendement des lampes à LEP peut également être exprimé en µmol/s. Par exemple, la lampe à LEP Luxim GRO-75-01 affiche initialement 45 000 lumens et consomme 500 W (fournissant une source de rendement lumineux de 90 lm/W) et un rayonnement PAR de 550 µmol/s. L’éclairage de serre Stray Light 400 W produit 72 lm/W et ne précise pas sa puissance de rayonnement PAR en µmol/s.

Spectre

Malgré les avancées dans le domaine de la technologie d’éclairage HPS, elle reste majoritairement considérée comme étant moins efficace pour recréer la lumière du jour par rapport à d’autres systèmes d’éclairage modernes. Sans ajout de xénon et de mercure, la vapeur de sodium produit une lumière rouge-jaune intense. Toutefois, les nouvelles ampoules dites à « spectre intégral » existent désormais, et sont souvent composées d’un système à arc double comportant un halogénure métallique et un composant HPS. Par exemple, la lampe Hortilux Super Blue HPS/MH (MH pour halogénure métallique) comporte un arc HPS de 600 W et un arc à halogénure métallique de 400 W, pour donner 110 000 lumens initiaux et une représentation bien plus précise de la lumière du jour que les lampes au HPS seul.

L'éclairage de serre à LEP de Stray Light propose une bonne reproduction de la lumière du jour.
L’éclairage de serre à LEP de Stray Light propose une bonne reproduction de la lumière du jour.

Les LED sont probablement à ce jour les meilleures concurrentes en termes de spectre, avec les nouveaux modèles à spectre intégral offrant jusqu’à 11 bandes de longueur d’onde de lumière dont les plantes ont le plus grand besoin. Par exemple, la lampe de culture Platinium P450 274 W à LED, fabriquée aux États-Unis (qui est considérée comme équivalant à une lampe 600 W HPS) offre 11 bandes allant de l’ultraviolet à l’infrarouge.

Les lampes à LEP sont souvent vendues comme lampes à spectre intégral et comme étant la meilleure tentative de reproduction de la lumière du jour de toutes les lampes d’intérieur, mais leur spectre est limité par la composition des gaz à l’intérieur de la chambre. Il a fallu des décennies pour que la première technologie de LEP voie le jour, pour la simple raison que son rendu de couleurs était très mauvais, avec une couverture très médiocre des zones rouges du spectre. Aujourd’hui, l’ajustement de variables telles que les gaz utilisés, les revêtements (par exemple les sels halogénures de métal) et même la pression de la chambre peut créer des reproductions bien plus fidèles de la lumière du jour (et ces lampes ont également l’avantage d’émettre une certaine quantité de lumière dans le spectre UV), mais il reste encore à démontrer si elles sont réellement supérieures aux systèmes à LED à « spectre intégral ».

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