diodes
Les lumières LED (ou DEL, en français) nous envahissent : bien moins gourmandes en énergie, moins chauffantes et plus colorées, elles ont pas mal d’avantages. Mais comment ça marche ?

Comment produit-on de la lumière sans LED ?

De façon ancestrale, on a toujours produit de la lumière avec du feu (torche, chandelle, bougie…) et plus généralement avec de la chaleur (lumière solaire, lampe à filament).

Ces dispositifs fonctionnent avec le principe de la loi du rayonnement de Wien : tout objet chauffé émet du rayonnement. Le corps humain à 37 °C émet dans l’infrarouge. Une flamme à ~1 000 °C émet dans le rouge-orangé. Un filament de tungstène dans une lampe à incandescence traversée par un courant chauffe à 3 000 °C et émet de la lumière blanche.

Le principal ennui avec une lampe à incandescence, c’est que la majeure partie de l’énergie est perdue en chaleur.

Et avec la LED ?

Avec les LED, c’est différent. Le rayonnement émis n’est plus produite par la température mais par un tout autre phénomène, qui n’implique pas de monter en température comme un filament. On passe ainsi d’un rendement lumineux de 5 % pour les lampes classiques à un rendement proche des ~50 %, ce qui est nettement mieux.

Le fonctionnement relève de la physique quantique des semi-conducteurs. Les semi-conducteurs, comme le silicium ou le gallium, sont des matériaux à mi-chemin entre les conducteurs (métaux) et les isolants (plastiques ou verre, par exemple) :

principe des bandes semi-conducteur
(source)

Tous les éléments ont des couches d’électrons autour du noyau. Certaines couches sont responsables des liaisons atomiques dans les molécules : ces couches sont dites « de valence ». La couche externe, est celle qui comporte des électrons libres, ces électrons qui, dans un métal, peuvent conduire du courant électrique. Cette couche est donc dite « de conduction ».

Dans un conducteur électrique, la couche de conduction n’est pas vide et il contient des électrons. Dans un isolant, il n’y a pas d’électrons libres. Sur le schéma ci-dessus, voyez-le comme des niveaux de remplissage : le niveau de Fermi constitue le remplissage d’un atome. Dans un conducteur, le remplissage suffit pour que certains électrons soient conducteurs.

Pour qu’on puisse rendre un matériau conducteur, on peut aussi forcer certains électrons à passer du la bande de valence à la bande de conduction. Pour ça, on donne de l’énergie à l’électron et il passe dans la bande de valence. On fait ça en lui appliquant une tension électrique.

Dans un semi-conducteur, l’application d’une tension faible suffit à faire passer des électrons de la bande de valence à la bande de conduction, et donc de la rendre conductrice. Dans un isolant, il faut une tension très importante, bien au-dessus des limites usuelles (220 V ne suffisent pas, par exemple, pour rendre le caoutchouc conducteur, c’est pour ça que c’est un isolant très pratique).

Une DEL est avant tout une diode

Les semi-conducteurs sont un vaste sujet, et j’ai un article dédié à ça que je vous invite à lire : C’est quoi un semi-conducteur ? Ici je vais résumer un peu.

Le silicium est le plus connu des semi-conducteurs, et aussi le plus utilisé actuellement. En l’état, il ne permet pas grand-chose, car tous les électrons sont covalents et il n’y a pas d’électrons de conduction. Pour combler ce manque, on va ajouter du phosphore dans le silicium.

Le phosphore a un électron en plus que le silicium : quand du phosphore se trouve dans le silicium, il y a donc un électron libre en trop. Ceci ajoute donc une charge libre dans le silicium. Une autre solution est d’ajouter du bore : celui a un électron en moins, et donc un « trou ». Ce trou, en étant bouché, peut également se déplacer : il est également considéré comme porteur de charge (positif). On se retrouve avec deux types de semi-conducteurs : N et P respectivement :

Schématisation du silicium P et N.
Dopages N (avec l’électron en trop) et P (avec le déficit d’électron) — (sources 1 & 2)

Une diode c’est une juxtaposition de deux (di-ode) semi-conducteurs, un P et un N. Or, quand on juxtapose ces deux éléments, il se produit un phénomène naturel intéressant. Au niveau de la jonction, les électrons en trop du phosphore vont aller boucher les trous du bore. Cette migration d’électrons va produire des régions électriquement chargées au sein du composant :

migration des électrons
Migration des électrons aux jonctions PN.

Les régions chargées au centre vont être responsables de l’apparition d’un champ électrique au niveau de la jonction. De plus, les électrons ayant bouché les trous, il n’y a plus de porteurs de charges à cet endroit et le semi-conducteur n’est plus conducteur. Cette région à la jonction P-N porte le nom de zone de déplétion : les atomes y sont ionisés (et la région est chargée à cause des électrons et des trous en trop), mais électriquement isolante car ces charges sont fixes (non mobiles). C’est la zone de déplétion qui va rendre possible l’effet « diode »,

Si l’on met ce dipôle sous tension, avec le + à la zone P et le – sur la zone N, alors les électrons arrivant sur la zone N (à gauche sur le schéma) vont y remplir les trous, tandis que sur la zone P (à droite), les électrons en trop vont être aspirés par le pôle + de la pile : la zone de déplétion se réduit alors.
Sous réserve de l’application d’une tension suffisante, appelée la tension de seuil, les électrons pourront sauter de la région N à la zone P, rendant le dipôle conducteur : le courant de la pile passe.

Si l’on change le sens du branchement, alors les électrons vont être injectés sur la zone P (qui a déjà un surplus) et aspirés à gauche (formant encore plus de trous). La zone de déplétion est donc élargie, et cette zone isolante bloque d’autant plus le passage du courant : la diode est bloquante. Elle le restera tant que la tension appliquée ne dépasse pas une tension de claquage : une tension si important qu’elle forcera les électrons à sauter d’une région à l’autre (mais ceci aura pour effet de « griller » le composant et de la détruire).

Passant dans un sens, bloquant dans l’autre : c’est là bien le principe d’une diode.
Les diodes sont un composant très simple fait de deux semi-conducteurs N et P joints ensemble, mais cette simplicité n’enlève rien à la révolution électronique que leur invention ont permit.

Et la lumière de la LED dans tout ça ?

Pour l’instant, on a vu la diode, mais il n’y a pas encore de lumière. Une LED, ou DEL en français, c’est une diode électroluminescence : c’est donc une diode qui émet de la lumière.

La lumière est obtenue au niveau de la jonction, au moment précis où un électron rebouche un trou : on parle d’une recombinaison « électron-trou ».

En effet, un électron qui bouche un trou, c’est un électron qui passe de la bande de conduction à la bande de valence, autrement dit passe d’un état d’énergie élevée à un état d’énergie faible. Lors de la recombinaison, les électrons perdent donc une certaine quantité d’énergie, qui est alors émise sous la forme d’un photon. Si ce photon est dans le domaine du visible, la diode émet de la lumière visible.

La lumière des LED vient donc de la stabilisation du semi-conducteur par la recombinaison électron-trou.

Ce qu’il y a d’intéressant ici, c’est que selon le matériau semi-conducteur choisi, le gap d’énergie (c’est à dire la différence d’énergie issue de la recombinaison) est très précise et sera aussi celle du photon. Dit autrement, selon le matériau choisi, on peut choisir la couleur de la lumière que l’on souhaite !

Dans le silicium, la lumière émise est infrarouge et on ne peut pas la voir. Pour faire des LED de lumière rouge ou vert, il faut d’autres matériaux : arséniure et phosphure de gallium, arséniure d’indium, etc.
Les diodes émettant du blanc n’existent pas : leur technologie repose sur la combinaison de plusieurs sous-diodes dont la lumière une fois mélangée apparaît comme du blanc.

Pour l’anecdote, les LED rouges ont été les premières à être conçues. Dans les années 1990, elles sont apparues partout. Les LED blues efficaces et utilisables ont en revanche demandé des années de recherche pour être mises au point. À tel point que leur invention dans le milieu des années 1990 et a été récompensée par un prix Nobel. Ce n’est que dix années après, après 2005, qu’on commence à les trouver autant que les LED rouge ou vertes (également apparues entre temps).

Résumé

Les LED sont des diodes particulières : des diodes où la recombinaison électron-trou émet un photon visible.

L’ensemble est possible grâce aux semi-conducteurs, et au dopage : ajout ou retrait d’un électron grâce à l’incorporation de phosphore ou de bore dans le silicium.

image d’en-tête de Tod Kurt

45 commentaires

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qwerty écrit :

Tiens en parlant de laser : pourquoi certains lasers de tel couleur est plus chère que d'autre couleur ?

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Sbgodin écrit :

Salutations distinguées :-)

La couleur obtenue par combinaison du rouge, du vert et du bleu n'est pas non plus du blanc. C'est notre œil qui fait le blanc. Le vrai blanc, c'est un spectre continu contenant toutes les couleurs pures.

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Le Hollandais Volant écrit :

@qwerty : simplement parce que créer un matériau dont le niveau énergétique de la recombinaison électron-trou correspondant au rouge a été très facile, mais qu'il a fallu beaucoup plus de recherche pour en faire des verts, des bleus, des jaunes.

Les bluray (rayon bleu, comme le dit son nom) sont plus chers et sont arrivés si tard après le cd (infrarouge) et le dvd (rouge) en partie à cause de ça.

Aussi, plus on monte vers les fréquences hautes, plus c'est difficile physiquement. Un laser rouge ou vert est simple à alimenter. Mais un laser bleu l'est moins. Un laser uv voire à rayon X sont encore plus compliqué à mettre au point.

On trouve des pointeurs lasers rouges et verts et même bleus pour presque rien maintenant. Les jaunes et les violets sont encore un peu chers.

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Arfy écrit :

Pour le besoin énergétique on voit assez rapidement avec une lampe led de déco "qui change de couleur" que quand la pile se vide, c'est d'abord le bleu qui disparaît, puis le vert et ensuite seul le rouge reste... souvent LONGTEMPS =)

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Le Hollandais Volant écrit :

@Arfy : très logique, d’ailleurs.
Sur la gamme des fréquences, le bleu est à plus haute fréquence que le vert, puis le rouge.
La fréquence du bleu étant plus grande que le rouge, l’énergie d’une onde bleu est également plus grande qu’une rouge. Du coup, la différence d’énergie (égale à l’énergie des photons) entre les deux bandes dans une Led bleue est plus grande que dans une Led rouge. Enfin, la tension nécessaire pour faire passer un électron d’une bande à l’autre est plus grande pour la bleue que pour le rouge.

Si une pile délivre une tension nominale, celle-ci baisse au fil du temps. Vu que la tension à avoir pour le bleu est plus grande que pour avoir du rouge, le bleu s’éteint avant le rouge.

Sur ce tableau : https://fr.wikipedia.org/wiki/Diode_%C3%A9lectroluminescente#Couleurs
On voit très clairement que plus la longueur d’onde de la couleur diminue (donc que la fréquence augmente), plus la tension nécessaire augmente aussi.

(btw, on voit que les semi-conducteurs utilisés contiennent des composés assez bizares : arséniure de gallium, séléniure de zinc, etc. Faites gaffe avec ces produits et à bien les faire recycler correctement : ils contiennent de l’arsenic (très toxique) et du sélénium (très toxique aussi, et son contacte avec la peau produit une sueur plus puante que les œufs pourris, pas pour rien qu’il est sous le soufre dans la table périodique :p)).

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seb écrit :

C'est plutôt marrant d'apprendre que les LED bleues consomment plus que les LED rouges et de voir les voitures électriques pleines de LED bleues.
ça m'a toujours fait halluciner de voir autant de lumières sur des voitures avec une autonomie faible mais là on se rend compte qu'ils utilisent la lumière qui réduit le plus l'autonomie de la voiture. Certes c'est minime mais quand même.

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Le Hollandais Volant écrit :

@seb : c’est très minime, comme tu dis.

Et surtout une question de sécurité. Le bleu un peu vif réveille, alors que le rouge donne plutôt envie de s’endormir. Le soir, quand le soleil est bas, le ciel est rouge et c’est l’heure de dormir. Le cerveau l’interprète comme ça.
C’est pour que ça qu’en mettant un logiciel du style Redshift ou F.lux qui vont colorier l’écran de ton ordi en teintes rouges le soir, tu dormiras mieux : ton cerveau sera pas gardé éveillé par la lumière blanche/bleue.

Si tu mets des led et des lumières uniquement rouges partout la nuit dans les voitures, ça maintient moins éveillé.

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Julien écrit :

A propos de lumière je viens justement de lire un article sur une start-up américaine qui mis au point un procédé (source) pour imprimer de la lumière... Les perspectives et les applications de cette technologie sont vraiment énormes...

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moielias écrit :
Bonjour, mais pour les led COB blanches il y a vraiment 3 "petites" led pour avoir du "blanc" ?! Ou c'est une autre technologie ?
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Le Hollandais Volant écrit :
@moielias : oui, même si aujourd’hui on a aussi des led mono-chromes (bleues) avec un revêtement qui absorbe une partie du bleu pour émettre du jaune. Le jaune et le restant du bleu produisant du blanc (en synthèse additive).

Mais une lampe blanche composée de 3 led colorées n’est pas exotique : ce principe est utilisé dans les écrans, avec les sous pixels colorés (ce ne sont pas des led, mais le principe des 3 couleurs reste le même).
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Atlas écrit :

Je bloque : Pourquoi la recombinaison électron-trou libère un photon ?

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Le Hollandais Volant écrit :

@Atlas : Salut,
C’est parce que quand l’électron est hors de son trou, il est dit « excité » : c’est à dire qu’il possède un surplus d’énergie.

Quand il retourne dans son niveau fondamental, au cours du processus appelé « recombinaison électron-trou », alors il libère ce surplus d’énergie. Ici, il fait cela sous la forme d’une libération de photon.

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Atlas écrit :

@Le Hollandais Volant : Bonjour ! Au risque de passer stupide, je n'arrive toujours pas à visualiser quel procédé permet à l'électron de créer un photon. De l'énergie c'est un mouvement d'électron n'est ce pas ? Comment à partir de ce mouvement l'électron crée un photon ?

Je n'ai malheureusement pas eu la chance de suivre un cursus scientifique et j'esssaye de comprendre tout cet univers qu'est la physique quantique :) Merci de votre aide par vos articles et vos réponses

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Le Hollandais Volant écrit :

@Atlas :

De l'énergie c'est un mouvement d'électron n'est ce pas ?

Non. Tu confonds énergie et électricité. Un mouvement d’électrons, c’est le courant électrique.
Le mouvement d’électrons dont il est question dans l’électricité, c’est quand les électrons sautent d’un atome à un autre, de la borne négative vers la borne positive (d’une pile par exemple). Les électrons se déplacent alors.

Ici je parle de niveaux d’énergie et d’électrons qui passent d’un niveau à un autre. Ceci n’est pas un déplacement.
C’est simplement que l’électron change d’état énergétique : il passe d’un état faiblement énergétique à un état hautement énergétique (excitation) ou l’inverse, d’un état haut à un état bas (désexcitation).

Lors de la désexcitation, l’électron libère un photon. C’est sa façon à lui de se délester d’un surplus d’énergie qu’il possède. Ensuite, le photon, parce qu’il est un photon, se déplace à la vitesse de la lumière.
Il n’y a pas de procédé particulier : une particule qui passe dans un niveau d’énergie plus bas libère un photon.

Ici, dans le cas particulier de la diode, il se trouve que les niveaux d’énergie et l’électricité sont effectivement liés : un électron excité est capable de se déplacer (et constituer un courant électrique). Ceci est possible parce que la diode contient un matériau semi-conducteur (c’est la principale et la plus intéressante propriété de ces matériaux).

Dis-moi s’il y a des choses que tu ne comprends pas.

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Atlas écrit :

@Le Hollandais Volant : C'est passionnant. Quelques interrogations subsistent : Pour rendre le semi conducteur, conducteur, il faut appliquer une tension suffisante. Une tension c'est un mouvement d'électron n'est-ce pas ? Si c'est un mouvement assez "fort" alors on peut expulser des électrons de la bande de valence à la bande de conduction. Un électron qui sort de la bande de valence, sort de son trou. Pour une raison que j'ignore, cette sortie de son trou fait qu'il est excité et qu'il y a un surplus d'énergie. Peut-on dire indirectement que c'est, dans ce cas précis, le mouvement donné à l'électron qui lui a permis d'être excité ? Je me souviens avoir lu que la charge de l'électron peut aussi dépendre de sa distance par rapport au noyau (à confirmer ?), serait-ce plutôt sa nouvelle "place" qui le rend excité ?

Merci !

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Le Hollandais Volant écrit :

@Atlas :

Pour rendre le semi conducteur, conducteur, il faut appliquer une tension suffisante

Oui.
On peut se faciliter la tâche en « dopant » le matériau semi-conducteur, c’est à dire qu’on intègre dans la matériau des impuretés. La tension nécessaire pour le rendre conducteur sera alors réduite. Dans le cas du silicium (semi-conducteur) on y injecte du bore (semi-conducteur de type "P") ou du phosphore (semi-conducteur de type "N"). Voir cet article (de moi) : C’est quoi un semi-conducteur ?.

Une tension c'est un mouvement d'électron n'est-ce pas ?

Non.
Le mouvement d’électrons, c’est le courant électrique.
Ce courant est caractérisé par plusieurs choses, dont principalement :
** l’intensité, qui est le débit d’électrons. Elle se mesure en ampères. Plus il y a d’électrons qui passent, plus l’intensité est grande.
** la tension, qui peut être assimilé à la vitesse, ou la force des électrons. Plus les électrons ont cette "volonté" d’aller d’une borne à l’autre, plus la tension est grande.

La tension est difficile à expliquer comme ça. Il faut le voir comme une différence de potentiel électrique entre deux points d’un circuit. La tension, c’est comme un dénivelé : plus la pente (tension) est raide (grande), plus les électrons vont vite et fortement d’un bout à l’autre du circuit.

Voir cet article pour plus de détails : http://lehollandaisvolant.net/science/elec/

Si c'est un mouvement assez "fort" alors on peut expulser des électrons de la bande de valence à la bande de conduction.

Attention, un électron dans la bande de valence n’est pas en mouvement.
Un électron dans la bande de valence est responsable des liaisons covalentes dans le semi-conducteur. Il s’agit des liaisons qui lient deux atomes entre eux (par exemple dans une molécule, ou ici, une structure cristalline).

Ce n’est qu’une fois que l’électron est excité — sous l’effet d’une tension électrique – qu’il peut cesser de maintenir les liaisons covalentes et parcourir le matériau (et donc former un courant électrique). C’est là qu’il se trouve dans la bande de conduction, car le matériau devient alors conducteur d’électricité.

Un électron qui sort de la bande de valence, sort de son trou. Pour une raison que j'ignore, cette sortie de son trou fait qu'il est excité et qu'il y a un surplus d'énergie.

C’est l’inverse : un électron au repos se trouve toujours dans la bande de valence. Quand on l’excite, il passe dans la bande de conduction. Il est alors dans un état où il possède un surplus l’énergie.

Peut-on dire indirectement que c'est, dans ce cas précis, le mouvement donné à l'électron qui lui a permis d'être excité ?

C’est l’inverse : c’est parce qu’il est excité, qu’il peut aller dans la bande de conduction et se déplacer pour former le courant électrique.

Autrement, oui, c’est l’effet d’une tension électrique suffisante qui excite l’électron et lui permet de passer dans la bande de valence.
L’énergie véhiculée dans le champ électrique (ou tension électrique : dans un matériau conducteur, le champ électrique et la tension, c’est la même chose (quasiment)) est transmis à l’électron, qui le capte.

Note que l’excitation d’un électron ne vient pas forcément d’une tension électrique.
Dans un panneau photovoltaïque, c’est la lumière qui excite les électrons du panneau, et qui produit alors un courant électrique.
Dans un matériau piézoélectrique, c’est la pression exercée sur le matériau qui excite l’électron et produit un (très faible) courant électrique.

Je me souviens avoir lu que la charge de l'électron peut aussi dépendre de sa distance par rapport au noyau (à confirmer ?), serait-ce plutôt sa nouvelle "place" qui le rend excité ?

Non, la charge électrique de l’électron est toujours la même. La charge est une constante propre à une particule, et pour l’électron elle est toujours de $1,602 \times 10^{-19}$ coulomb.

Par contre, la « position » de l’électron au sein de l’atome lui donne une certaine énergie fondamentale. Les électrons externes sont ainsi plus faciles à arracher de l’atome que les électrons internes.
Quand un atome perd un électron, il devient un ion. C’est pour ça qu’on appelle ces énergies des « énergies d’ionisation ».

Par exemple, pour l’atome de chlore, l’énergie nécessaire pour arracher le premier électron est de 1 256 kJ/mol. Pour arracher le second électron, c’est 2 295 kJ/mol. Le troisième, 3 850 kJ/mol. Pour le septième, c’est 11 000 kJ/mol. Plus l’électron est proche du noyau, plus il y est attaché et plus il faut apporter de l’énergie pour arracher cet électron.

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Atlas écrit :

@Le Hollandais Volant : C'est super, j'ai, je pense, tout compris ! Merci beaucoup pour ces explications c'est bien plus clair. Je rejoins comme beaucoup l'avis que ce blog est très très utile. Il a rejoint mes favoris "sciences", je rattraperai mon retard et probablement à très bientôt sur d'autres articles :)

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Emile écrit :

Bonjour,

Il n'y a peut être aucun rapport, mais vos connaissances étant importantes je me suis dit que vous pouviez répondre à ma question.

J'ai acheté récemment plusieurs bandes de LED, des RGB ainsi que des bleus. Voulant les connecter les uns aux autres et n'ayant pas de possibilités électriques infinies sous la main,(entendre par là, fils ou prises à disposition..), j'ai décidé de les raccorder en dérivation.

D'après mes souvenirs d'école, en dérivation l'intensité du générateur se divise entre les composants et la tension reste la même ( les lampes brillent fortement ) alors qu'en série l'intensité reste la même dans chaque composant mais la tension aux bornes de chacun se répartie ( les lampes brillent faiblement).

Ma question est donc la suivante, dois-je comme je le pensais raccorder mes différentes bandes de LED en dérivation ? En fait, je me demande si c'est la tension ou l'intensité qui importe pour une LED en fonctionnement avec une luminosité optimale. ( d'après moi se serait l'intensité, la quantité d'électrons, mais mes cours me font penser l'inverse...)

Sur mon adaptateur, il est indiqué : DC 12 ,6A max.
IL est conçu ( du moins livré avec ) une bande de LED 5050 RGB de 5m.

D'après mes essais, cet adaptateur fonctionne avec 10m. Mais il y a j'imagine une limite qui doit dépendre du nombre de led, de résistances auprès des led, de la longueur et du diamètre de mes fils de raccordement.

Je me demande donc, s'il y a une manière de savoir combien de mètre de led je peut faire fonctionner grâce à cet adaptateur. D'ailleurs, je comptais pour mes led bleues uniquement, les raccorder directement en dérivation en amont de cet adaptateur. LA tension étant de toute manière de 12V avant cet adaptateur.( ce dernier sert uniquement je pense, à contrôler via fréquences, les résistances pour obtenir des couleurs différentes.)

D'ailleurs, si je peut me permettre une autre question. A diamètre trop gros, je ne risque pas d'ajouter une trop forte résistance diminuant ainsi la luminosité des mes led ? Actuellement mon "fil" doit faire 2mm de diamètre, environ 15 petits fils de cuivre (O=1mm) sont à l'intérieur de la gaine.

Merci infiniment d'avoir déjà pris le temps de lire ce pavé.

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jojumir écrit :

@Le Hollandais Volant :
Je suis entrain de me casser la tête pour trouver une manière simple d'expliquer à des élèves de 5ème le principe de fonctionnement d'une DEL.
Au secours !!!!!

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Le Hollandais Volant écrit :

@jojumir : Pas facile sans notions de quantique, de niveau d’énergie ou d’électrons.

J’essayerais donc de dire que la tension électrique appliqué à la DEL donne de l’énergie aux atomes, et que les atomes libèrent ensuite cette énergie sous la forme d’une lumière monochromatique (d’une seule couleur). C’est juste le « E » dans « DEL », qui signifie « électroluminescence » : « de la lumière produite sous l’effet de l’électricité ».

Tu peux ensuite justifier le symbole électrique de la DEL : les deux bornes et les flèches qui en partent.

Ensuite, la couleur de la DEL dépend du matériau utilisé : https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode#Colors_and_materials
J’espère que ça suffira ^^
Après, tout n’a pas besoin d’être expliqué à ce niveau. Garde les explications détaillées pour les questions qu’ils vont te poser. Mais du moment que le principe de fonctionnement est expliqué simplement, ça leur suffira ^^.

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azerty écrit :

@qwerty :
Le rouge et la couleur la plus facile a atteindre ensuite le vert et le bleu donc dans et ordre du moins cher au plus cher.

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Nonono écrit :

Merci beaucoup pour cette explication très claire, et tout de même approfondie.
Bonne continuation

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Evautom écrit :

Bonjour,

Pourriez-vous expliquer le système des lampes de thérapie leds ? Que font les couleurs comment pourquoi ? Merci beaucoup.

Evautom

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Le Hollandais Volant écrit :

@Evautom : La lumière naturelle a un effet qui réveille, sur l’organisme : c’est normal, quand les premiers rayons du soleil arrivent le matin, il est l’heure pour nous de se mettre en éveil pour la journée. Notre organisme s’est adapté à ça. Pareil, quand le Soleil se couche, notre organisme se met en mode « sommeil ».
On parle ici de la lumière naturelle, ou « chaude ». Il s’agit de la lumière du soleil, du feu, d’une flamme ou celle des ampoules à incandescence.

Cette lumière est complète, c’est à dire que toutes les longueurs d’ondes y sont présentes : y compris (et surtout, même) l’infrarouge, qui est responsable de la chaleur ressentie sous ces lumières. D’où la dénomination de « lumière chaude ».

Les led, les lampes à tubes fluorescents, ou les néons, sont des lumières froides : c’est tout sauf de l’incandescence : la lumière est d’origine quantique et dans tout le spectre d’une telle lumière, il n’y a qu’une, ou quelques longueurs d’ondes de présentes. Leur effet sur l’organisme n’est pas identique et la nature ne nous a pas prémuni face à ces sources de lumières. Leur effet est donc différent (parfois décrits comme néfaste, même si je ne sais pas si les études qui ont pu pire ça soient sérieux ou valides).

Néanmoins, une chose reste valables : selon la couleur de la lumière, l’organisme réagit différemment. Une lumière rouge/orangée nous met en mode « sommeil » : c’est en effet la couleur du Soleil couchant, qui annonce l’arrivée de la nuit. C’est de là que viennent les applications qui « rougissent » l’écran des PC ou des téléphones. La lumière bleue par contre, empêche de s’endormir, car elle est plus proche de la lumière du jour.
Du coup, un écran de smartphone normal (pas rouge) qui tire un peu sur les tons bleus et utilisé juste avant de dormir, nous empêche de dormir. Un écran rouge nous aide à dormir.

J’imagine donc que la thérapie led (que je ne connaissais pas), se base sur tout un tas de choses dans ce genre là, considérant peut-être que toutes les couleurs ont un effet différent sur l’organisme…

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Phical écrit :

Belle leçon de choses.
Mais alors, sur la plan pratique du remplacement de lampes à filaments par des lampes à LED : pour les grosses ampoules, pas de question: leur culot compte peut-être un redresseur à diode. Mais pour les petites lampes qui devraient être remplacées par des petits LED, par exemples pour des hublots de 50mm, peut-on alimenter des lampes LED en courant alternatif 50 Hz ?

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Le Hollandais Volant écrit :

@Phical : bien sûr ! La LED ne s'allumera que 50 % du temps seulement.
Mais tout comme ils font des ampoules LED à plusieurs couleurs (les vertes qui deviennent rouge quand oa batterie est vide par exercice), ils peuvent très bien en fait une avec deux LED branchées en opposition de polarité. De cette manière, il y a aura toujours une led allumée.

Aussi, un pont à diode peut aussi être fait avec des diodes lumineuses : les LED restent des diodes.

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jean do écrit :

Bonjours, le rouge est la couleur qui a la longueur d'onde la plus élevé. Pourquoi les led rouge sont les led qui nécessitent le moins de tension pour les allumer ?
Merci bien

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Le Hollandais Volant écrit :

@jean do : parce que parler d’une longueur d’onde pour caractériser une onde est une mauvaise idée. Il faut parler en terme d’énergie.
Cela se voit très rapidement avec les équations exprimant ces deux grandeurs.

Si on prend une onde quelconque, son énergie est :

$$E = h \times \nu$$

Où $h$ est la constante de Planck (constante) et $\nu$ est sa fréquence temporelle (le nombre d’oscillations par seconde). Donc on voit que l’énergie dépend que de sa fréquence temporelle.

La longueur d’onde $\lambda$, dans tout ça, c’est
$$\lambda = \frac{h \times c \times n}{E}$$

Où $n$ est l’indice de réfraction optique du milieu.

De ces deux équations, on voit que :

** l’énergie $E$ ne dépend que de la fréquence de l’onde. Elle est propre à l’onde et de rien d’autre.
** la longueur d’onde $\lambda$ dépend de l’onde, bien-sûr, mais aussi du milieu dans lequel on se trouve. De plus, $\lambda$ et $E$ sont inversement proportionnels. À une grande longueur d’onde correspond une petite énergie, et inversement.

C’est pour ces deux raisons que je décourage de raisonner en terme de longueur d’onde, mais plutôt en terme d’énergie d’une onde.

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Maintenant pour répondre à ta question, même si je pense que tu as compris : le rouge a une grande longueur d’onde, mais une faible énergie. Le bleu, lui, a une courte longueur d’onde mais une énergie plus grande. C’est pour cela que la tension nécessaire pour allumer une LED rouge est bien plus faible. En fait, la tension électrique à appliquer au semi-conducteur dans la LED rouge est faible : l’électron s’excite "un peu" et la lumière émise est également faiblement excitée : elle est rouge. Dans une LED bleue, la lumière est plus énergétique, les électrons passent dans un niveau d’excitation également bien plus grand, et pour cela il faut donc une tension plus grande.

Dans tous les cas, retiens que la seule grandeur qui est invariable sur une onde, c’est l’énergie qu’elle véhicule. Une lumière rouge, que ce soit dans le vide, l’air, l’eau, le diamant… aura une énergie identique (mais sa longueur d’onde changera : de 25% dans l’eau, de 40% dans le diamant, etc.).

J’explique tout ça dans cet article : Pourquoi parler d’une longueur d’onde pour une couleur est un problème.

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kleim écrit :

Alors petite remarque concernant la lumière bleue sur les tableaux de bord :

C'est un peu une hérésie car en conduite de nuit, notre vision passe dans le régime mésopique voire carrément scotopique. ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Domaines_de_vision#Domaine_scotopique )

En gros le max de sensibilité de l’œil passe du jaune-vert (555 nm) au vert-bleu (507 nm). Donc une lumière bleue dégrade légèrement la vision de nuit. On garde encore des affichages rouges pour éviter cet effet dans les bateaux et les avions.
Mais en fait c'est encore plus compliqué ! Les militaires sont passés à la lumière verte qui donne un meilleur compromis anti-éblouissement / acuité visuelle pour la lecture des instruments lors des missions de nuit.
Plus d'infos : http://www.plaisance-pratique.com/La-vision-nocturne

J'aurais tendance à dire que tu ne devrais pas compter sur la lumière bleue pour rester éveillé. Mieux vaut partir plus tôt ou simplement faire une pause. Après 15-20min de sieste sur une aire d'autoroute, je peux repartir pour 2-3h sans soucis :D

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Vannes56 écrit :

Existe t il in instrument qui permet de loin ( 10m) l'extinction de guirlandes gênantes bleues

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LAURENT écrit :

Bonjour,
Je pense qu’il y a une erreur concernant le sens du passage du courant. Si les electrons arrivent à droite, c’est que le courant arrive à gauche alors que la diode est passante dans le sens P vers N.
Le but étant que les électrons traversent la jonction de N vers P de sorte qu’ils passent de la couche énergétique de conduction à celle de valence pour se stabiliser. Mais pour cela, il faut contrer le champ électrique naturel donc soumettre la jonction à une différence de potentielle supérieure à la tension de seuil.

Ai-je raisonné à l’envers ?

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Le Hollandais Volant écrit :

@LAURENT : le sens passant est bien de P > jonction > N. Ce qui signifie que les électrons vont de N vers P.

Mes deux phrases n’étaient pas claires du tout et j’ai reformulé tout ça. Ça devrait être bon là. Merci pour la correction !

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Agro Sylvain écrit :

Bonjour,

Je recherche une réponse technique sur un problème de perturbation vidéo.
En effet, une caméra de surveillance installée sur rail pour son déplacement, transfert ses images par pont Wi-Fi (matériel Pro). Il s'avère que lorsqu'un point lumineux tube LED est allumé, sur l'écran de supervision (à l'autre extrémité donc du pont wifi)des rayures polluent l'image. On éteint ce tube LED, l'image est nickel!! Sacré problème....
Les autres point lumineux sont encore des tubes néons.
Quoi faire lorsqu'il va falloir changer les tubes néons.
Merci par avance pour votre expertise.

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Toni écrit :

Bonjour,

Excusez moi pour une question de débutant mais est-ce que la led peut-être luminescente qu'avec un courant d'électrons ? Si on applique un champ magnétique pex est-il possible que cela marche? Merci pour votre réponse

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Le Hollandais Volant écrit :

@Toni : la LED ne produir de la lumière qu’avec un courant électrique oui.
Mais un champ magnétique, s’il est variant (en intensité, ou s’il tourne, ou si la LED tourne dans le champ) peut produire le courant électrique.

Une LED dont on soude les pattes et avec lequel on forme une boucle, brillera si on le fait tourner très vite dans un champ magnétique. si on relie les pattes à une petite bobine, ça marchera mieux: la bobine a plusieurs tours, ça fonctionnera mieux.

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Nous on est toujours gentils écrit :

Salut le hollandais volant
Peux tu m’expliquer qu’est-ce que la bande de valence etc…
Merci d’avance

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Le Hollandais Volant écrit :

@Nous on est toujours gentils : Salut,

La bande de valence, c’est la bande d’énergie où se trouvent les électrons responsable des liaisons atomiques.

Les liaisons entre plusieurs atomes se nomment liaisons covalentes. La bande d’énergie correspondant, c’est la bande de valence. C’est la même racine étymologique.

Une bande d’énergie, c’est un ensemble de niveaux d’énergie. Un électron qui « se trouve dans la bande de valence » est un électron qui a assez d’énergie pour former des liaisons atomiques.

Dans le cas d’un semi-conducteur en général, si l’on donne de l’énergie supplémentaire à un électron de valence (par exemple en l’éclairant, dans le cas d’un panneau photovoltaïque), cet électron passe dans la bande de conduction : il peut véhiculer l’électricité et le semi-conducteur devient conducteur d’électricité.

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KLOsépu écrit :

Ami "aérien", bonjour, voici un problème électrico-mercantile. Nous sommes éclairés par de longues ampoules "à leds"dans les foyers lumineux extérieurs. L'une d'elles (environ 48 petites capsules en 4 lignes) ne donne plus, sur une seule ligne, qu'une très faible lumière clignotante. Une autre s'allume correctement durant environ 10 à 12 minutes, s'éteint environ 3 mn puis se rallume pour une nouvelle durée équivalente , 10 à 12 mn.
Les culots sont des E-50, c'est-à-dire de Ø 50mm. Quelles pourraient être les causes de ces dysfonctionnements : mauvais contacts dans les culots? obsolescence des produits (en service depuis environ 2 ans)? Le patron de l'entreprise parle de composants défectueux (fabriqués dans un grand pays extrême-oriental). Mais quelle pourrait être la raison technique exacte?
Grand merci d'avance pour une éventuelle réponse.
KLO.


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