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Les unités de mesure de l’horticulture sous LED V2

Pour comprendre le monde des LED, tout comme pour comprendre celui de l'horticulture, il est nécessaire de bien maîtriser un certain nombre de concepts. Ces concepts se basent sur des unités de mesure qui doivent être appréhendées car elles sont à la base de la solution la mieux adaptée à votre situation : Électronique, lumière, son...

 

 

 

Lumière

 

 

Flux Photonique Photosynthétique

Le Flux Photonique Photosynthétique est une unité de mesure du total de la lumière PAR (cf ci-dessous) émise par une source de lumière et est exprimée en µmol/s (micromoles par seconde). Ce flux exprime combien de photons (particules de lumière) sont émises par la source toutes les secondes.

Cette unité de mesure est une de celles utilisées pour qualifier un panneau LED et connaître ses applications en fonction des végétaux cultivés. Cette valeur est bien celle émise par la source de lumière et ne présage en rien du PPFD à une certaine distance.

En général, la mention de la valeur de cette unité de mesure sur une fiche de caractéristiques est plutôt bon signe.

 

 

Densité de Flux Photonique Photosynthétique

La Densité de Flux Photonique Photosynthétique (PPFD en anglais) est une unité de mesure qui représente le nombre de photons, au sein des bornes de fréquences photosynthétiquement actives (PAR), tombant sur une surface d'un mètre carré chaque seconde à une certaine distance de la source.

Son unité, qui peut être déduite de sa description, s'exprime en µmol/m2/s ( les micromoles "µmol" représentant un nombre de photons : 6,022×1017 photons )

Tous les végétaux connaissent une valeur PPFD maximale qui correspond à leur absorption maximale de lumière. Nous l'utiliserons donc pour connaître les besoins en lumière de nos cultures et savoir si un materiel est adapté.

En général, cette valeur est donnée de manière unique à la verticale de la source de lumière et à une certaine distance (ex : 1500 µmol/m²/s-1 à 60 cm). Mais dès qu'on s’éloigne de cette verticale, la valeur chute. Elle devrait dans l’idéal être représentée par une série de mesures à une certaine hauteur et à différentes distances de la verticale.

Par exemple, cette représentation de chez California LightWorks :

 

 

 

Rayonnement Photosynthétiquement Actif

Le Rayonnement Photosynthétiquement Actif  (PAR en anglais) n'est pas une unité de mesure à proprement parler.  Il s'agit d'un rayonnement dont les longueurs d'onde s'étendent de 400 à 700 nm (donc du bleu au rouge), utilisé par le feuillage vert des plantes lors de la photosynthèse.

C'est au sein de cette zone de fréquences que nous composons le spectre qui sera au mieux adapté aux plantes. Mais attention, nous utiliserons aussi potentiellement, les fréquences situées en dessous et au dessus de ces bornes. En effet, il ne faut pas oublier qu'il existe une influence hormonale des infrarouges et les ultraviolets qui produit des effets sur les plantes. Elle n'a donc pas de valeur mais permet de donner une caractéristique "horticole" à une source de lumière.

 

Voici comment Fluence représente cette bande de fréquences sur son site avec les longueurs d'onde en abscisse et l'efficacité  photosynthétique relative en ordonnée :

 

 

Kelvin

Le Kelvin (symbole K) est officiellement défini comme le 1/273,16ème de la température du point triple de l'eau (soit 0,01 °C).

Dans le cas de la température de couleur, elle est donnée en degrés kelvins, comme étant la température du corps noir dont l'apparence visuelle serait la plus proche de la source de lumière. Un corps noir chauffé à 1000K serait rouge alors qu'à 12000K, il serait bleu. Toutes les fréquences du spectre visible sont présentes de 400 à 750 nm dans cette représentation.

Pragmatiquement, cette valeur permet à l'horticulteur sous LED de connaître les couleurs dominantes du spectre et leur répartition. Tous les spectres ne peuvent pas être représentés avec cette valeur. Il est par exemple impossible de donner la température de couleur d'une LED verte en degrés Kelvin.

Pour se représenter cette valeur, il faut penser à la couleur du soleil dans différentes phases : le soleil a l'horizon présente une température de couleur de 2000K environ alors qu'elle passe à environ 6000K lorsqu'il est au zénith. On voit bien que vers 2000K, il apparaît "plutôt" rouge alors qu'au zénith, il apparaît bien plus blanc puis rouge.

Cette unité de mesure est presque tout le temps utilisé pour l’éclairage domestique (néons, lampe à économie d’énergie ...). Pour faciliter les choses, on emploi les termes de blanc chaud (en dessous de 4000K), blanc neutre (entre 4000K et 6000K) et blanc froid (au delà de 6000K). Cette "inversion" du concept de chaud et froid (froid avec une température supérieure au chaud) peut être expérimentée avec une flamme. Celle-ci est rouge pour un briquet (peu puissant) puis passe progressivement au bleu quand on augmente la température (une plaque a gaz par exemple).

 

Voici un graphique disponible sur Wikipedia et qui résume les dominantes de couleur en fonction du degré Kelvin :

 

 

 

Indice de rendu de couleur

L'indice de rendu de couleur, (IRC) est une valeur qui définit la capacité d'une source de lumière à restituer les différences entre les couleurs du spectre visible. Il est compris strictement entre 0 et 100. Comparer l'Indice de rendu de couleur de deux sources lumineuses n'a de sens que dans la mesure où la température de couleur émise par ces sources est la même.

La lumière du jour a, par définition, une valeur de 100. Les tubes fluorescents ont une valeur comprise entre 65 et 90. Les LED haut de gamme sont capables d'atteindre une valeur de 98.

Dans le cas des plantes carnivores par exemple, un éclairage blanc avec un IRC supérieur à 80, pour la température de couleur considérée, est souhaitable pour des questions esthétiques.

 

 

Lumen

Le Lumen (symbole lm) est l'unité de mesure, dérivée du système international, du flux lumineux. Cette mesure se base sur la perception humaine de la lumière (le maximum de sensibilité de l’œil se situe vers 555 nm, donc dans le vers).

Dans notre cas, pour la photosynthèse, cette valeur n'a pas d'utilité directe car les plantes voient les couleurs très différemment de nous et n’utilisent pas toutes les couleurs, et le vert de manière assez minoritaire.

 

 

Lux

Le Lux ( symbole lx ) est l'unité de mesure de l’éclairement lumineux. Un lux est l'éclairement d'une surface qui reçoit, d'une manière uniformément répartie, un flux lumineux d'un lumen par mètre carré.

De fait, de même que pour le lumen, cette unité n'est pas pertinente dans notre cas d'utilisation. Si seule cette indication existe pour une lampe horticole, la méfiance est de mise.

 

 

Nanomètre

Le nanomètre (symbole nm) est une unité de mesure de longueur (symbole nm), équivalente à un milliardième de mètre.

Nous l'utilisons pour qualifier les longueurs d'onde de la lumière émises par une LED. Chaque onde monochromatique (donc représentant une unique couleur de l'arc en ciel), possède une fréquence propre modélisée sous forme de fonction sinusoïdale. La longueur d'onde en nanomètre est la distance séparant deux maxima consécutifs de l'amplitude de la courbe.

A 450 nm environ, on trouve la couleur bleue, à 550 nm le vert et à 650 nm le rouge. Les LED monochromatiques (rouge ou bleu par exemple) ne produisent qu'une seule couleur précise (comme le fait un laser rouge par exemple). Alors que les LED blanches produisent une lumière qui est composée de plusieurs fréquences, donc de plusieurs couleurs. Le blanc est en effet le mélange simultané de toutes les couleurs de l'arc en ciel.

 

 

 

Électronique

 

 

Ampère

L’ampère (symbole A) est l'unité de mesure de l'intensité d'un courant électrique. Il correspond à un débit de charges électriques de 1 coulomb par seconde, soit au passage de 6,24 x 1018 électrons par seconde.

Pour un voltage de 230 volts, classique en France, un élément avec une intensité d'un ampère produira 230 watts.

Les LED que nous utilisons en horticulture sont alimentées avec des courants allant de quelques centaines de milliampères à quelques ampères.

 

 

Facteur de puissance

Par définition, le facteur de puissance, le Cos φ  d’un appareil électrique, est égal au rapport de la puissance active P en kW (kilowatt) sur la puissance apparente S en  kVA (kilovoltampère ) et peut varier de 0 à 1.

Plus le facteur de puissance se rapproche de 1, plus il est efficace et plus l'énergie fournie par le driver est utilisée par la lampe et non perdue en chaleur.

 

 

Volt

Le Volt (symbole V) est l'unité de mesure de la tension, ou la différence de potentiel qui existe entre deux points d'un fil conducteur parcouru par un courant constant de 1 ampère lorsque la puissance dissipée entre ces points est égale à 1 watt.

Dans la quasi totalité des pays du monde, l’électricité est fournie à une tension de 220-230V.

Les drivers utilisés pour alimenter les LED peuvent fournir une tension différente suivant les modèles (30V / 46V ...). Ceux qui sont dimmables permettent de faire varier la valeur de la tension au besoin.

 

 

Watt

Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international, utilisée pour quantifier une puissance, un flux énergétique ou un flux thermique. Un watt est la puissance d'un système énergétique dans lequel une énergie de 1 joule (ou 0,00024 kilocalorie) est transférée uniformément pendant 1 seconde.

Dans le cas des LED, les puissances les plus communes sont de 1, 3 et 5 watts. Et ensuite nous trouvons les LED COB qui possèdent des puissances différentes suivant les fabricants.

 

 

 

Son

 

 

Décibel

Le décibel (symbole dB)  est une application à l'acoustique du décibel, qui exprime le rapport de puissance entre l'intensité acoustique ou la pression acoustique et une valeur de référence qui correspond à un son imperceptible.

Ce n'est pas une échelle linéaire : Lorsqu'un appareil produit  6dB de plus qu'un autre appareil, alors son bruit est deux fois plus fort. Mais 20 dB de plus représentent un facteur de 10.

 

 

 

Vous pouvez maintenant consulter les autres guides  ou notre référentiel d’éclairages pour faire votre choix !

 

Sources:

https://fr.wikipedia.org/wiki/Watt

https://fr.wikipedia.org/wiki/Lumen_%28unit%C3%A9%29

http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/dico/d/physique-ampere-328/

http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/dico/d/physique-volt-369/

http://www.alpestechnologies.com/sites/all/images/pdf/CF-alpes_technologies-Dephassage-et-facture-de-puissance.pdf

https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9cibel_%28bruit%29

http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/nanom%C3%A8tre/53749

https://fr.wikipedia.org/wiki/Lux_%28unit%C3%A9%29