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La chaleur, la temperature et la dissipation

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Dans le monde des LED, et pas seulement horticoles, la chaleur est un élément aussi prépondérant que la lumière elle même.

En effet, qu'il s'agisse de la température de jonction, notion d’électronique, de température des composants, de température de l'espace de culture, de chaleur, de sa dissipation ou de son extraction, cette notion doit être comprise et maitrisée pour mener votre projet à bien.

 

 

Introduction

Commençons tout d'abord par définir les différentes notions dont nous aurons l'utilité ensuite.

La chaleur est définie de nombreuses manières dans la vie courante. Elle peut s'exprimer comme la température produite par un corps (un transfert d’énergie) ou comme qualificatif de ce qui est chaud, entre autres.

La température est une grandeur physique qui se définit de plusieurs façons suivant la discipline dans laquelle on opère. Pour simplifier, disons qu'elle matérialise l’état d'agitation des particules. Plus celles -ci sont agitées, plus la température est haute. Le zéro absolu (−273,15 °C, ou 0°K) est l’état dans lequel il n'existe plus aucun mouvement des particules. On utilise en général le degré Celsius comme unité de mesure.

La dissipation, en physique, définit ce qui se passe lorsqu'un un système perd de son énergie au cours du temps.

 

Température

Différents types de mesures de température sont utilisées pour expliquer et comprendre les LED horticoles.

 

Température de jonction

Comme spécifié dans notre glossaire, elle définit la température entre un composant électronique et son support , calculée via la loi d’Ohm thermique. Son unité est le degré Celsius par Watt. Elle dépend de la température ambiante du système, de la résistance thermique et de la puissance dissipée.

 

loi_ohm_thermique

où Ta est la température ambiante, P la puissance dissipée par l'élément semi-conducteur et Rthja la résistance thermique jonction-ambiance.

Selon l'article Wikipedia : La résistance thermique possède une valeur qui peut se situer

entre 30 et 500 °C/W sans dissipateur

entre 1 et 170 °C/W avec dissipateur

entre  0.15 et 0.35 °C/W avec boitier

 

Température du système

Il s'agit de la température dégagée par le panneau en lui même. Elle dépend de la température de jonction, mais également de la température fournie par chacun des éléments du système et de la température extérieure.

 

Température de l'environnement

Il s'agit de la température de l'environnement dans lequel se trouve votre panneau ou rail. Elle est en général (sauf dispositif spécifique) dépendante de la pièce dans laquelle se trouve votre système.

 

 

Propagation de la chaleur

La propagation de la chaleur peut se faire sous 3 formes différentes : La conduction, la convection et le rayonnement

 

Conduction

La conduction est définie comme un transfert de chaleur provenant d'une différence de température entre deux objets en contact ou entre 2 lieux d'un même objet. Caractéristique importante : il n'y a pas de déplacement de matière, contrairement à la convection.

Dans le cas des LED, il s'agit bien, jusqu’à aujourd'hui, d'une propagation de chaleur par conduction qui est subie par le système.

 

Convection

La convection est également un transfert de chaleur, mais c'est un fluide en mouvement qui transporte cette fois de l’énergie, il y a donc déplacement de matière, contrairement à la conduction. Les refroidissement utilisant l'eau ou d'autres liquides existent dans des objets quotidiens tels que le moteur de voiture ou les radiateurs. Pour le moment, les panneaux LED auxquels nous nous sommes intéressés n’implémentent pas ce genre de technologie.

 

Rayonnement

Lors de l'absorption d'une onde électromagnétique par un système, celui-ci voit son énergie augmenter alors qu'elle baisse lors d'une émission d'une telle onde. Ces échanges sont qualifiés de rayonnement. Ce phénomène se produit entre 0,1 et 100 nm environ. La chaleur provenant du soleil, à travers le vide,  nous parvient grâce à ce phénomène.

 

 

Chaleur et dissipation

La gestion de la chaleur doit tenir une place importante dans la gestion de votre jardin. Certes, les LED ne dégagent que peu de chaleur en comparaison d'autres sources lumineuses, mais elle n'est pas nulle, loin de la.

La dissipation peut se faire soit de manière passive avec un radiateur ou de manière active avec l'utilisation de ventilateurs directement associés au panneau.

 

Dissipation passive

La dissipation passive utilise une pièce en métal, directement en contact avec la source de chaleur.

Ce contact permet un transfert d’énergie de l’élément le plus chaud vers le moins chaud. Plus l’élément dissipant la chaleur a un volume important en contact avec l'air ambiant, plus la dissipation est efficace.

 

Dissipation active

Dans le cas de la dissipation active, une pièce en mouvement, un ou plusieurs ventilateurs sur nos panneaux, est chargée d'augmenter l'efficacité de la dissipation thermique seule.

Certains panneaux utilisent dissipateur et ventilateurs. Dans le cas d'une défaillance du système actif, il est possible et fort probable que la dissipation passive ne suffise pas à refroidir le système. Celui-ci risque donc d’être endommagé ou plus si un système de contrôle de température interne n'est pas intégré. Ce système permet, va une sonde de température, de couper l'alimentation lorsque le panneau dépasse une certaine valeur de température.

 

 

Paramètres influençant la chaleur

La chaleur, traduite dans notre cas par le fait que la température produite est trop élevée par rapport à cette désirée, doit être maitrisée rapidement.

En effet, la température idéale de l'environnement de la plupart des plantes que l'on rencontre dans un jardin d’intérieur se situe entre 20 et 30 degrés Celsius. Au delà ou au dessous de ces températures, la plupart de ces végétaux se développent tout de même, mais avec des difficultés. Il est donc important de comprendre comment les différentes températures impactent votre jardin.

Certes, les LED ne dissipent que peu de chaleur, mais dans un petit espace, la température élevée peut devenir rapidement un handicap.

Impact de la température de jonction

Il s'agit de l’élément sur lequel l'utilisateur a le moins d'emprise. En effet, la plupart du temps, cette valeur n'est pas fournie à l'utilisateur par les fabricants. Et donc, impossible de filtrer les panneaux suivant cette valeur. Difficile donc d'en faire un critère de choix au moment de l'achat.

 

Impact de la température du système

Cette température dépendant en partie de la température de jonction, elle n’est pas totalement à notre portée.
Cependant, la conception du panneau a une influence primordiale sur cette valeur. Suivant que le choix du fabricant s'est porté sur une dissipation active ou passive (dissipateurs et/ou ventilateurs) , la chaleur du système varie énormément. De fait, ceux qui choisissent une dissipation passive prennent en compte le faible dégagement de chaleur de tous les composants du panneau qu'ils produisent.

 

Impact de la température de l'environnement

Cette température est celle sur laquelle l'utilisateur a la plus grande maitrise. Vous supposés pouvoir maitriser en partie cette température à l'aide de chauffage, de ventilateurs ou même de climatisation:

Vous aurez beau ajouter autant de dissipateurs ou de ventilateur que vous voudrez, si la pièce dans laquelle se situe votre espace est à 35 degrés, vous ne ferez pas baisser la température du système. Ou alors au prix d'une dépense énergétique très importante.

 

 

Moyens de contrôle

Toutes ces contraintes sont en partie inter-dépendantes, mais il est possible d'appliquer quelques méthodes destinées à en maitriser la majeur partie.

 

Air ambiant

La manière la plus évidente pour contrôler la température de votre espace est le maintien d'une température stable dans la pièce dans laquelle se trouve votre jardin.

La climatisation est la technologie la plus commune mais la plus énergivore pour le contrôle du climat. Avec une pièce assez grande, la chaleur du panneau se diffuse assez rapidement, la chaleur n'a donc pas le temps de s'accumuler.

 

Ventilation

Pour faire baisser la température à proximité immédiate de vos plantes, donc dans le cas d'un espace très petit qui ne laisse que peu de place en hauteur pour votre plante et votre panneau, il peut être judicieux d'utiliser un petit ventilateur à vitesse, clipsable , et orientable. Ils font en général peu de bruit, sont bon marché et permettent également de renforcer les plantes qui se trouvent dans votre jardin.

Un ventilateur ne fera pas baisser la température globale de la boite, mais permettra d’éviter les accumulations de chaleur autour des apex par exemple.

 

Hygrométrie

Un autre moyen, moins couteux à mettre en œuvre, peut être l'utilisation d'un brumisateur. Cet appareil, en brumisant l'espace, augmente l’hygrométrie du jardin. Mécaniquement, cela fait descendre la température.

L’inconvénient de cette technique réside dans le fait qu'une hygrometrie haute ne convient pas a toutes les plantes. Elle favorise également le développement de moisissures si la ventilation est trop faible.
Ceci est donc applicable dans une pièce assez sèche et pour une baisse de quelques degrés seulement.

Dans de nombreux magasins, les brumisateurs a ultrason sont disponibles, et pour certains, très bon marché et peu encombrants. Pratique lorsqu’il faut l'inclure dans la boite. Certains tiennent dans un bidon de 5 litres type "eau déminéralisée".

Ce sont des éléments tres performants pour de petits espaces, inutile de les faire fonctionner en permanence. Suivant votre environnement, les faire marcher 5 ou 15 minutes par heure suffit.

 

Extraction

Il est possible, en plus d'un air ambiant correct, d'aider un peu la dissipation en extrayant l'air vicié. Un courant d'air constant parcours alors l'espace, ce qui permet de vivifier os plantes et les faire respirer correctement.

L’inconvénient de cette technique, c'est qu'elle peut rapidement être bruyante. En effet, une VMC ou un extracteur de gaine possédant des pièces mécaniques en mouvement et n’étant pas prévues pour être silencieux, risque de rapidement rendre votre espace indésirable dans une pièce à vivre.

Les extracteurs silencieux ( ceux de PC notamment) sont chers mais il est possible d'atteindre ce silence à cout plus faible.

En effet, le bruit vient en général du souffle en entrée et en sortie plutôt que du moteur en rotation. Il est donc pertinent de baisser la fréquence de rotation du moteur.
Et pour ne pas perdre en volume extrait, il faut surdimensionner l'extracteur et le faire tourner à environ la moitié de sa puissance.

Sur de petits ventilateurs type PC, il est possible de faire varier cette vitesse avec un potentiomètre. Il sont très peu chers, efficaces et très faciles à trouver. Pour les jardins de taille modeste, cette méthode reste la meilleure.

Sur des moteur de type asynchrones, plus gros et plus puissants (torin...), pour des jardin de grande taille, le variateur de tension est totalement déconseillé. Il endommage le moteur à très court terme. Il est alors nécessaire de passer par des éléments plus chers : variateur de fréquence...

Une fois la vitesse du moteur divisée par 2, le bruit ne devrait plus être un inconvénient dans votre pièce à vivre.

Il est conseillé d'utiliser un volume d'extraction situé entre 0,6 et 1 fois la puissance en watt. Pour un panneau de 100w par exemple , une extraction de 80 m3/heure est suffisante.

 

Intraction

En plus de l'extraction, qui produit de fait une intraction passive, il est aussi possible d'utiliser une intraction active. Un intracteur de gaine ou VMC marche également dans ce cas. Il faut cependant faire attention à utiliser un materiel moins puissant que l'extraction. En effet, il vaut toujours mieux pour vos plantes que votre jardin soit en légère dépression que l'inverse.