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Mon éclairage LED

Chaque aquarium nécessite un éclairage spécifique.
Le but de cet article est d’expliquer ma démarche et mes choix pour obtenir un éclairage que j’estime le meilleur pour mon bac.
Accessoirement, il peut servir à tous ceux qui envisagent d’utiliser des LED pour construire leur éclairage.

Cliquez sur les illustrations pour les agrandir; elles défileront automatiquement en cliquant sur la première.
Photo lors de la mise en service le 01/12/2011


















1) Pourquoi construire un éclairage LED ?

Historique.

Avec mon premier bac de 400 litres (120 x 60x 60 cm) j’ai acheté, début 2002, une rampe Arcadia comprenant 2 HQI de 150W en 10.000°K + 2 tubes bleus Osram 67 de 30W qui me donnait satisfaction. Le bac étant visible des 4 côtés, les PV sont situées au centre avec des pentes avant et arrière plutôt raides et proches des vitres.
Pour « donner de l’air » en éloignant les PV des vitres j’ai construit en 2004 un bac de 750 litres (150 x 90 x 65 de haut) : la construction est décrite ici.
J’ai gardé le même éclairage mais j’ai bien du me rendre à l’évidence : il était devenu insuffisant pour le nouveau volume ; j’ai donc remplacé les ballasts et les HQI de 150W par des modèles de 250W ; la description de la conversion se trouve ici.
Les coraux grandissant et les faces avant et arrière des PV étant maintenant accessibles j’ai voulu y mettre de nouveaux hôtes mais les sources HQI étant trop ponctuelles, ces côtés étaient mal éclairés ; j’ai envisagé la construction d’une rampe HQI 2 x 400W avec réflecteurs grand angle qui finalement me semblait trop massive.

J’ai aussi envisagé la construction d’une rampe constituée de 96 LED de 3W : 64 blanches + 32 cyan mais je me suis rendu compte qu’avec la technologie de l’époque l’intensité lumineuse serait insuffisante et je rechignais à mettre en œuvre plus de LED.
J’ai finalement choisi la solution de facilité : une rampe Giesemann Matrix comportant 12 T5 de 54W dont j’étais initialement très content pour le rendu couleur, bien que l’absence des ondulations (vaguelettes) rende l’aquarium moins « vivant ».

Lorsque j'ai commandé la rampe, j'ai en même temps commandé la "vitre" de protection (60€) ; Giesemann a livré la rampe mais pas le "plexi", et a avoué ensuite qu'ils avaient des problèmes de déformation, qu'ils cherchaient une solution, je l'attends toujours (2 ans).
Vu les éclaboussures, j'ai ajouté une vitre de 4 mm dans la glissière prévue mais la rampe n'est alors plus ventilée, les réflecteurs couvrant toute la surface (pas d'espace entre eux) et séparant les tubes des ballasts situés au-dessus, de ce fait le refroidissement des tubes peut seulement avoir lieu par le dessous (déjà pas très logique); le verre ne bronche pas mais ça chauffe entre la vitre et les réflecteurs; j'ai bien essayé un ventilo tangentiel pour souffler entre la vitre et le réflecteur parallèlement aux tubes mais le gain en température est minime.

Si Giesemann conseille une hauteur minimum de 30 cm c'est probablement pour éviter d'éclabousser les tubes et surtout réflecteurs, mais à 30 cm évidemment elle éclaire toute la pièce, raison pour laquelle je l'ai mise à 20 cm (plus bas l'accès au bac devient difficile et puis elle ne passe pas entre les pompes de brassage externes Tunze 4002) et pas mal de lumière passe quand même par dessus le bac.

J'en suis finalement arrivé à la conclusion que cette rampe Giesemann, très bien finie et très esthétique par ailleurs, est mal conçue.
Et puis je me suis rendu compte que les rampes T5, même au raz de l'eau, présente un autre inconvénient : si l'angle d'incidence des rayons lumineux sur la vitre latérale dépasse 48,8° il y a réflexion totale (la lumière revient complètement dans le bac).
Tous calculs faits (réfraction air-eau, eau-verre, verre-air : voir plus loin mon programme de répartition de lumière), si l'angle d'ouverture du luminaire dépasse 122° la lumière ne revient pas dans le bac, elle traverse l'interface verre-air et éclaire la moquette; or les rampes T5 ont probablement un angle supérieur (la mienne fait 140°) ; cette simulation, de face et de profil, permet de comprendre pourquoi 17% de lumière se perd hors du bac.
J’étais resté sur l’idée des nombreuses LED de 3W, fastidieuses à mettre en œuvre, quand je suis tombé par hasard sur un article faisant état de LED de 50W : il en fallait beaucoup moins, c’est ce qui a ravivé mon projet.
En résumé
comparaison des avantages et inconvénients des rampes HQI, T5 et LED (0 = mauvais, 1 = moyen; 2 = bon)
2 HQI 250W12 T5 54W12 LED 50W
Couleur122
Répartition lumière012
Perte de lumière212
Vaguelettes202
Eclairement122
Allumage / extinction progressifs112
Total7712

Par rapport à ma rampe T5 actuelle et à mon ancienne rampe HQI, mes objectifs sont donc

  1. couleur globale similaire aux T5;
  2. lumière répartie dans tout le bac mais moins uniformément que les T5, en tout cas pas ponctuelle comme 2 HQI;
  3. peu de perte de lumière par dessus le bac et à travers les vitres verticales par réfraction;
  4. effet vaguelettes;
  5. éclairement un peu supérieur aux T5;
  6. allumage et extinction progressifs.

2) Choix des LED


J’ai cherché et trouvé 2 fournisseurs : Satisled et ac-rc à qui j’ai posé des questions (rendement, couleur, lentille, …).
N’ayant reçu aucune réponse du premier j’ai décidé d’acheter une LED chez ac-rc qui, bien que plus cher, n’était pas avare en renseignement ; il vendait des modèles 10.000K et 20.000K ; le premier me semblant un peu faible j’ai choisi le second, avec une lentille à 60°
Premiers tests avec un refroidisseur de processeur PC comme dissipateur (TDP (Thermal Design Power) 77W) qui donne un accroissement de température ambiance - semelle de 13°C.
Puissance : à 1,75A la tension aux bornes atteint 31V donc 54,25W
Lentille : j'ai un beau cercle de 23 cm de diamètre à 20 cm du chip soit un angle de 60° comme annoncé.
Flux lumineux : 101.000 lux sur un cercle de 23 cm (0,0415m²) soit 4.196 lumens ou encore 77,35 lm/W. Ensuite sur mon refuge, éclairé à ce moment par un HQI Aqua Medic Aqualine 70w 13000K.
Ça me semblait correct mais j’avais besoin d’un moyen de contrôle, un appareil de mesure de la couleur, et j’ai trouvé deux méthodes empiriques, l’une de Mc Camy qui ne fonctionne bien théoriquement jusque 12.500K, l’autre de Javier Hernandez-Andres, Raymond L. Lee, Jr., et Javier Romero qui va beaucoup plus loin (l'erreur ne dépasse pas 0,62% entre 9.000 et 17.000K et 1,02% entre 17.000 et 50.000K) mais elle donnait des résultats aberrants !
Dans les 2 cas la méthode consiste à calculer la température de couleur (CCT = Correlated Color Temperature) à partir des composantes RGB. J’ai donc pris des photos d’un objet blanc, en l’occurrence une feuille de polystyrène expansé (ce n’est certainement pas une « référence » blanche absolue mais j’utilise toujours la même afin que les résultats relatifs soient cohérents), ai analysé les composantes RGB à l’aide d’un logiciel photo (Jasc Paint Shop Pro) et entré la formule Mc Camy dans une feuille Excel.

Entretemps, un membre de Cap récifal a trouvé l’erreur dans la seconde formule que j'ai exploitée dans un programme qui réalise automatiquement, sur 15.000 points, l’étape fastidieuse de l’analyse RGB; ce programme est téléchargeable ici

Et j’ai été un peu surpris des résultats :
• éclairage T5 : 16.500K
• HQI 13.000K : 7.400K
• LED 20.000K : 13.200K, résultat du programme corroboré par une mesure par un professionnel de la photo avec un logiciel professionnel DXO.
Voici les étapes du calcul
1. mesurer les 3 composantes R, G, B
2. calculer les valeurs du tristimulus X, Y, Z
X = 0.431*R + 0.342*G + 0.178*B
Y = 0.222*R + 0.707*G + 0.071*B
Z = 0.020*R + 0.130*G + 0.939*B
3. Calculer les coordonnées x, y dans l’espace couleur (graphique ci-contre)
x = X / (X + Y + Z)
y = Y / (X + Y + Z)
4. calculer la CCT à l’aide de l’équation de Mc Camy
T=449n³+3525n²+6823,3n+5520,33
avec n=(x-xe)/(ye-y)
xe et ye étant les coordonnées de l’épicentre de référence à savoir 6.500K
Bon, la LED 20.000K n’en sort que 13.000, anomalie que j’ai signalée au vendeur qui en était bien surpris ; mais à ce stade il me semblait que je pouvais mélanger ces LED avec quelques bleues 455nm, qui existent aussi dans ce modèle, pour obtenir la CCT souhaitée. J’ai donc décidé de garder cette première LED pour mon refuge et j’en ai commandé 3 autres à 20.000K pour poursuivre les tests ; cependant le vendeur ayant signalé le problème et renvoyé les LED à son fournisseur, ces 3 nouvelles LED étaient beaucoup plus bleues : 40.000K !
J’ai donc décidé de faire le contraire : les mélanger avec des LED « blanches » 10.000K et j’en ai commandé une pour voir ; j’ai associé 2 bleues et une blanche et fait varier le rapport d’intensité ; j’ai obtenu ceci
On voit qu'avec une blanche pour 4 bleues j'arrive à environ 17.000K, proche de la CCT de ma rampe T5 actuelle (objectif 1).
J'ai aussi représenté sur le graphique la couleur d'une bleue seule (0%), d'une blanche seule (100%), et d'une blanche pour 3 bleues (25% de blanc).
Cette proportion m'arrange bien compte tenu de la géométrie de la rampe.

3) Répartition de lumière

Je rappelle que le but principal est de trouver un compromis entre l’éclairage HQI trop ponctuel et l’éclairage TL trop réparti.
Lors de ma première étude sur les LED 3W (nombreuses LED avec angle étroit) j’avais comparé les éclairages HQI et LED à l'aide d'un logiciel de dessin.
Cette méthode graphique étant trop fastidieuse pour essayer facilement différentes possibilités, j’ai à nouveau écrit un programme expliqué et téléchargeable ici
D’une part les LED choisies sont livrables avec une lentille de 60 ou 90°, cet angle s’étant avéré exact à l’essai : à 20 cm de distance, cercle bien délimité de 23 et 40 cm respectivement.
D’autre part je devais jouer avec la forme particulière du bac (coins coupés) et la présence de la surverse à ne pas éclairer à l’arrière ; pour remplir l'objectif 3 j’en suis arrivé à la disposition ci-contre
  • 4 LED bleues en premier rang avec lentille 60°;
  • 5 LED en 2è rang :
    • une bleue 60°
    • 3 blanches 90°
    • une bleue 60°;
  • 3 LED bleues en 3è rang avec lentille 60°.
On voit que la lumière est bien répartie (objectif 2) notamment les parois avant et arrière des PV sont bien éclairées par les LED périphériques, et le sommet du récif reçoit une lumière à la fois moins bleue et moins puissante (angle d’ouverture des 3 LED centrales plus élevé).
Ci-dessous le dissipateur central (3 LED blanches au centre, une bleue de chaque côté) en comparaison avec la rampe T5.

4) Puissance

Ma rampe T5 actuelle éclaire avec 28.000 Lux effectifs (mesurés) soit 37.800 lumens (1,35 m²) ou encore 58 lm/W (650 Watts) ; je voudrais un peu plus.
Les LEDs que j'ai achetées donnent 77,35 Lm/W effectifs ; avec 12 LED soit 600W je serais donc à 46.410 Lumens soit 34.378 Lux en moyenne (23% en plus que l’éclairage T5 actuel).
Je ne souhaite cependant pas utiliser les LED à leur maximum de puissance, disons 1,5A sous 31V soit 46,5W par LED, 558W au total, ce qui donne 43.161 Lumens ou pratiquement 32.000 Lux (15% en plus que l’éclairage T5 actuel : objectif 5).

Ci-joint l'éclairement relevé au luxmètre tous les 5 cm à partir de la verticale à 26 cm sous une LED à 46,5W avec une lentille de 90°.

5) Refroidissement

L'essentiel de la puissance fournie aux LED est dissipée en chaleur.
Sachant qu'un watt de puissance lumineuse équivaut à environ 667 lumens, et que ma rampe devrait fournir environ 43.000 lumen, ceci équivaut à 64,5 watts.
Les LED vont donc produire 558 – 64,5 = 493,5 W de chaleur soit un rendement de 11,5% (par LED : 5,4W en lumière et 41W en chaleur).
Il faut y ajouter 3 x 3V x 1,5A = 13,5W pour les drivers.
En d’autres termes, il faut évacuer 507 W via les dissipateurs.

Je pense que la méthode la plus efficace pour les LED serait d’utiliser des dissipateurs munis de ventilateurs prévus pour refroidir les processeurs des PC (Ventirad), comme celui utilisé pour mon refuge ci-dessus ; de plus on en trouve pour moins de 10€.
Je n’écarte pas cette possibilité mais elle présente l’inconvénient de mettre en œuvre 12 ventilateurs : je crains que le bruit soit prohibitif.
En effet, même avec des ventilateurs produisant 18dB à 1m, 12 ventilateurs produiraient 29dB (18 + 10 x log(12)).

Pour cette raison j’ai envisagé successivement
o dissipateur passif : pour éviter que la température de la LED monte au-delà de 25°C il faudrait une résistance thermique inférieure à 0,5°/W, ce qui est possible mais au prix d’un coût supérieur à 300€ rien que pour les dissipateurs ;
o solution hybride : 3 dissipateurs de 1 m avec un seul ventilateurs ; le coût ventilateurs compris est réduit de moitié ; par contre on doit construire un « tunnel » sur le dissipateur afin que l'air suive le rail jusqu'à l'extrémité; j'ai donc expérimenté cette solution.
Les données relatives aux dissipateurs figurant sur les sites marchands me semblant un peu fantaisistes en fonction de la longueur du rail, j’ai utilisé le calculateur disponible ici qui donne, pour le dissipateur choisi de type ML25, une résistance thermique de 0,75°/W pour 25 cm de longueur (distance entre les LED).

D’autre part le coefficient k de diminution de résistance thermique par un flux d’air (graphique ci-contre) est donné par la formule
k = 0,24 + e -v/1,17
v étant la vitesse de l’air en m/s.
Le ventilateur DFS802512M a été choisi pour son diamètre correspondant à la largeur du dissipateur et surtout pour son silence (28dB) et son débit de 55m³/h soit une vitesse de 6,25 m/s compte tenu de la section du tunnel, ce qui donne un facteur de 25% pour la résistance thermique soit 0,18°/W.
La température moyenne du dissipateur ne devrait pas excéder 50 x 0,18 = 9°C en plus de la température ambiante; bien sûr compte tenu de la conduction de l’aluminium elle sera plus élevée au niveau de chaque LED.

Le tunnel de ventilation est constitué de 2 équerres en aluminium de 25x25 mm et d’un plat de 50 mm formant un U inversé, le tout peint en noir et chapeautant le dissipateur. Les différents éléments sont vissés entre eux (trous taraudés, vis de 3 mm) en n’omettant pas la graisse thermique.
Le premier rail de 83 cm de long, son tunnel et son ventilateur portera 3 LED ainsi que le driver ; le ventilateur souffle vers le rail.
La sonde de température est insérée entre les ailettes du dissipateur en forçant un peu (bon contact thermique) ; les tests de température ont donné les résultats suivants :
Température initiale : 21°C.
Après une heure de fonctionnement
  • au centre, sous le ventilo : à peine tiède (pas mesuré);
  • côté droit du dissipateur : 31°C ;
  • côté gauche : 47°C, un peu élevé à mon goût, à améliorer, quoique sur la patte de connexion de la LED, qui ne doit pas être loin de la température du substrat, je n'ai pas plus de 48°;
Différence max : 48 - 21 = 27°C.
Le centre situé sous les turbulences du ventilo et recevant de l'air "froid" (ambiant) est évidemment mieux refroidi que les extrémités qui reçoivent de l'air déjà réchauffé; j'ai donc tout simplement retourné le ventilo pour qu'il aspire au centre; résultat :
  • Température initiale : 20,1°C;
  • Après une heure de fonctionnement aucune partie du dissipateur ne dépasse plus 40,4° soit une différence de 20,3°C : pas vraiment spectaculaire mais j'ai toujours gagné 7°C et ça ne coûte rien !
J'avais déjà ajouté un U en alu, comme on le voit en gris sur ce dessin, qui sert de support mécanique mais participe aussi à la dissipation thermique ; je pensais encore gagner quelques degrés en ajoutant 2 "ailes" (en rouge).
Cependant le 2è dissipateur (5 LED), après une heure de fonctionnement, atteint 59°C (t ambiante 19°C) soit un delta trop élevé de 40°C; mis à part le remplacement du ventilo qui ferait fatalement plus de bruit, je ne vois pas de solution.
J'avais envisagé l'utilisation de ventirads mais avais écarté l'idée à cause de leur hauteur et de leur bruit. Question hauteur j'ai trouvé ce modèle akasa AK-865 qui ne mesure que 50 mm pour un TDP de 89W et ne coûte que 7€; quant au bruit, 12 ventirads de ce type produiraient moins d'un dB en plus que mes 3 ventilos actuels !
Enfin je gagnerais 5 kg (15 au lieu de 20).
J'y ai directement monté une LED et fait des essais de température en variant la tension d'alim du ventilo.
En bas à droite, une des alim MeanWell LPC-60-1400 qui délivre en fait 1,43A (44,33 Watts sur la LED) bien constant quelle que soit sa température (elle chauffe très peu).
Pour une température ambiante de 18,6°C en faisant varier la tension du ventilo de 7 à 14V la température de la semelle varie de 35,2 à 28,7°C soit un Dt de 16,6 à 10,1°C (graphique ci-contre).
Jusque 7V, la relation semble pratiquement linéaire : Dt = 24 - Vventilo
A une tension plus basse, Dt augmente nettement et le ventilo risque de décrocher.
En d'autres termes si je considère une température normale du living de 20°C je peux maintenir la semelle à moins de 33°C en alimentant les ventilos sous 10V; sous cette tension, le ventilo n'est audible qu'en y collant son oreille alors que sous 12V on commence à le percevoir à partir de 50 cm; j'ai bien un dB-mètre mais le ventilo est sous le bruit ambiant bien qu'il fasse calme.
D'autre part si la température du living atteignait 30°C, ce qui est rare ici, sous une tension maximale possible pour mon alim de 13,3V la température de semelle ne dépasserait pas 44°C.

6) Alimentation

J'avais d'abord prévu une alimentation secteur de 700 VA (2 alims à découpage de 350 VA, j'en ai acheté une pour la tester) et une source de courant dans chaque LED afin d'utiliser un de leurs avantages : l'allumage et l'extinction progressifs et même la simulation des nuages.
L'inconvénient est une consommation et une dissipation non négligeables de l'ordre de 10% dans les sources de courant.
Il serait plus simple d'allumer les LEDs successivement mais en TOR (Tout Ou Rien, brutalement donc). J'ai alors posé la questions sur le forum Cap récifal et à la société Alpheus spécialisée en éclairages LED pour aquarium.
Les réponses sont sans appel : oui c'est très utile, surtout au début de l'allumage et à la fin de l'extinction, esthétiquement d'abord mais aussi (je cite) Les périodes crépusculaires sont des temps forts du récif. Entre la phase diurne et la phase nocturne de nombreux chasseurs sont particulièrement actifs, leur comportement est ainsi intéressant à observer. Des parades, pontes, etc. ont également lieux lors de ces moments
La demi-heure qui précède la chute de luminosité au coucher du soleil est particulière. Ainsi, même si il y a peu d'activité avant, durant cette demi heure il y a une augmentation d'agitation de la part de la faune, les poissons sortent furtivement, changent de lieu, s'excitent devant leurs trous ou dalles... et puis plus rien, tous les animaux diurnes disparaissent, le calme est revenu avant de laisser le champ, plus tard, aux nocturnes. C'est le signe que cette période ou le poisson doit préparer sa nuit, est cruciale pour lui. Il lui faut le temps de s'adapter à ce grand changement quotidien, lui supprimer cette phase d'adaptation doit être pour lui une source de stress
.
Donc remise en question de l'approche initiale pour celle-ci
  1. allumage progressif de quelques LEDs
  2. allumage successif des autres LEDs
  3. éventuellement, variation aléatoire des LEDs dimmables pour simuler les nuages
  4. en fin de photopériode, extinction successive
  5. et finalement extinction progressive des dernières LEDs
Ainsi la dissipation dans les sources de courant tombe à 2,5% du total.
En pratique j'ai donc gardé l'alim 350 VA pour les 3 LED dimmables, et acheté 9 alimentations LPC-60-1400 pour les autres LEDs, avec une rendement de 87% bien quelle soit un peu faible en courant (1,4A soit 43W par LED) mais qui est particulièrement bon marché; il existe bien un modèle 1,75A (54W par LED) mais là c'est un peu trop, et des modèles ajustables par potentiomètre (PLC-60 et CEN-60) qui coûtent le double !
Le driver (schéma ci-contre) est constitué de
  • en haut à droite : un transfo de 2x6V ac, un pont et 2 condensateurs de 1.000µF délivrant 2 tensions de +8,5V -8,5V et -5V DC;
  • en bas à droite : 2 diviseurs 4040 et 2 portes 4012 qui produisent à partir du 50Hz secteur le signal de pilotage des LED blanches; le timing est pratiquement fixe sauf la durée totale qui peut être choisie entre 8h55 et 10h18, valeurs curieuses multiples de puissances de 2 x 20 ms (50 Hz); la durée des "nuages" peut être choisie entre 10 ou 20 minutes ou annulée (pas de nuage);
  • en haut au centre : 2 interrupteurs analogiques 4066 qui appliquent, en fonction du signal de pilotage, une tension de +1,25V ou -1,25 V sur l'entrée de
  • en haut à gauche : l'intégrateur (ampli opérationnel TL074) qui produit la rampe des 3 sources de courant (transistors BD649 et leur ampli op associé); le collecteur du transistor est relié à la cathode de chaque LED et son émetteur à la masse via une résistance de 0,47 W qui sert à mesurer le courant;
  • en bas au centre : le comparateur LM311 veille à ce que le courant des LED ne dépasse pas la consigne imposée par la résistance ajustable S2; la LED D6 indique si le courant est en train d'augmenter;
  • enfin les connecteurs situés en bas à gauche servent à alimenter les ventilateurs, en série 3 par 3, par la tension produite par le régulateur LM317 K20 en fonction de la CTN qui mesure la température sur le dissipateur central.
Le schéma et le dessin du circuit imprimé ont été réalisés avec le logiciel Easy PC de Number One Systems.
Le circuit imprimé a été gravé par PCB Pool.
Le régulateur des ventilos, les transistors de pilotage des LED, les résistances de mesure de courant et les connecteurs sont au verso.
Test temps réel du driver; quelques constatations :
  • par suite d'une erreur de câblage une des LED a reçu un peu trop de courant : 7A au lieu du maximum recommandé de 1,7A; je ne m'en suis aperçu qu'en me brûlant avec le dissipateur; la LED n'a pas claqué bien qu'elle ait suporté ce traitement pendant près d'une demi heure;
  • mesurée au luxmètre, la luminosité est pratiquement proportionnelle au courant; le rendement n'augmente donc pas quand le courant diminue !
  • les dissipateurs se maintiennent à 10°C en plus que la température ambiante en les alimentant sous 10V;
    cette tension s'adapte bien automatiquement en fonction de la température des dissipateurs;
  • à cette tension le bruit est vraiment négligeable : j'ai perdu mon temps et mes sous avec mon histoire de tunnels.
Trois problèmes à résoudre
  1. pendant les périodes de nuage la luminosité des LED blanches centrales est diminuée, donc leur température diminue aussi, ainsi que la vitesse des ventilateurs qui lui est asservie, y compris celle des ventilateurs des LED bleues dont la luminosité ne diminue pas et dont la température va donc augmenter.
    En fait les ventilateurs reçoivent normalement 10V pour un Dt de 10°C; en période de nuages du fait de la diminution de puissance des LED blanches ils ne reçoivent plus que 8,6V ce qui donne un Dt de 15,4°C; finalement ce n'est donc pas un problème;
  2. lorsque l'alimentation secteur est coupée, les 3 LED blanches centrales émettent un flash dont je n'ai pas vraiment trouvé la cause mais j'ai envisagé plusieurs remèdes : une fois l'extinction terminée je peux couper l'alim à découpage, soit par un relais supplémentaire dans le driver, soit avec l'Aquatronica; je peux aussi neutraliser la sortie du driver avant de couper son alim; j'ai finalement opté pour le relais dans le driver.
  3. L'alimentation à découpage de 350W contient un ventilateur qui démarre automatiquement quand la température est trop élevée; cependant il s'agit d'un petit ventilateur qui fait beaucoup de bruit.
    Une résistance en série devrait le ralentir; il tournera de fait plus longtemps mais en faisant moins de bruit; cette alim n'étant utilisée qu'à moitié de sa puisance maximale ceci ne pose plus de problème avec une résistance de 33W.
    Le rendement électrique au niveau des LED atteint 79% (538 W fournis aux LED pour 678 W absorbés sur le secteur).
    Le rendement lumineux ne dépasse pas 9,5% (43.000 Lumens correspondent à 64,5W pour 678 W absorbés sur le secteur).
    A noter que ma rampe T5 absorbe 706 W sur le secteur pour fournir 648 W aux tubes soit un rendement électrique de 92%
    mais produit seulement 37.800 Lumens soit un rendement lumineux de 8% (37.800 Lumens correspondent à 56,7 W).

    7) Conception mécanique

    Premier test d'allumage des 12 LED.
    Température de couleur mesurée : 17.300K.
    Schéma d'empilage des différents éléments
    les lentilles s'insèrent dans une feuillure dans la plaque de fond.
    Une feuillure dans la plaque de fond.

    Le fond provisoire en panneau de coffrage.
    12 paires de fils pour alimenter les LED + 12 paires pour les alimentations ça fait un peu désordre. Quelques colliers nylon et ça a déjà meilleure allure;
    ils reposeront simplement sur la plaque de fond.
    Les ventilateurs ajoutent encore 12 câbles; ils seront reliés 3 par 3 via leur connecteur 3 broches à 4 petits circuits imprimés.
    Les réflecteurs sont collés sur les LED à l'epoxy; pour suspendre la rampe, 2 ponts qui seront peints en noir mat reçoivent des attache-câbles réglables Arcadia.
    J'ai utilisé ma rainureuse à biscuit pour creuser l'encoche qui recevra la plaque de fond ma défonceuse
    pour arrondir le bord supérieur
    ma scie à onglet
    pour découper la plinthes à 22,5°
    et ma rainureuse à biscuit
    pour poser les biscuits.
    Pour la plaque de fond finale, j'hésitais entre
    • garder cette plaque de coffrage, lourde et risquant de ne pas résister aux éclaboussures, même peinte;
    • une plaque de polystyrène blanc opalin, bon marché mais cassant;
    • une plaque de PMMA blanc opalin, avec d'excellentes caractéristiques mécaniques, facile à travailler mais d'autant plus chère qu'il m'en fallait une plaque de 2m² (1m x 2m) pour n'en utiliser que 0,75m² (1m20 x 0m60).
    J'ai opté pour la plaque de PMMA blanc opalin en 1m x 1m avec le compromis de réaliser le fond en 3 parties reliées par des profilés plastiques blancs.
    Pour tester le perçage (défonceuse) j'ai refait le support de la LED du refuge : elle était équipée d'une lentille 60° mais comme j'en ai cassé une (laissé tomber) ac-rc m'en a renvoyé une gratuitement mais j'ai pris une lentille 90° qui convient mieux au refuge et je récupère celle du refuge pour remplacer celle de 60° que j'ai cassée; bref pour le perçage c'est sans problème; Concernant le "refuge", voici 2 photos en balance des blancs manuelle (6.000K) : ce n'est plus vraiment un refuge car j'y ai mis Stylophora (en haut à droite), Montipora (à gauche), Capnella et Ricordea (en bas) et, au centre, Acropora jaune, Acropora gris-bleu, Euphyllya, Caulastrea blanc; tout ce petit monde se porte très bien malgré l'absence de brassage (150 l/h de circulation pour 50 litres); la puissance d'éclairage atteint 1 W par litre et la température de couleur mesurée avec mon programme 13.300K.
    Remarquez la pousse du Stylophora sous LED en 3 mois ½ !
    Découpage à la scie sauteuse de la plaque de PMMA de 4 mm, encore protégée par sa feuille de plastique bleu, et perçage des feuillures pour installer les lentilles.
    D'abord la feuillure de 2 mm à la défonceuse Ensuite le trou central à la scie cloche Une lentille dans sa feuillure La lentille dépasse juste ce qui faut en dessous.
    La plinthe et fond PMMA ayant été assemblés, la structure est posée sur des entretoises;
    remarquer les 2 U en alu 20x20mm qui vont solidariser la structure à la plinthe afin que le PMMA ne supporte pas le poids de celle-ci;
    par dessous on voit les LED à travers les trous : ouf !
    Le côté oblique côté surverse est percé de 3 trous pour le passage des câbles; la plinthe reçoit 2 couches de vernis et les lentilles sont collées sur le PMMA.
    Vue du dessous de la rampe terminée : on voit nettement les 9 lentilles 60° très bombées à la périphérie et les 3 lentilles 90° plus plates au centre.

    8) Tests : les photos sont prises en balance des blancs manuelle 6.000K.

    Vue d'ensemble pour comparer l'éclairage T5 avec l'éclairage LED qui est plus intense dans le bac et moins dispersé à l'extérieur du bac.
    D'abord les 3 LED blanches centrales avec lentille à 90°
    dont l'allumage et l'extinction seront progressifs,
    puis 4 LED bleues centrales avec lentille à 60° et enfin les 5 LED bleues latérales avec lentille à 90°.
    La rampe est installée à 15 cm de l'eau car je n'avais pas envie de démonter la rampe T5 pour ce test; elle est prévue pour être montée à 20 cm, peut-être plus, ce qui diminuera les cônes de lumière.
    J'ai du ensuite faire une pause d'un mois dans la réalisation.
    Les 30 novembre 2011 la rampe LED prend sa place définitive

    Premières constatations
    • J'ai retrouvé mes vaguelettes.
    • On ne voit plus les cônes de lumière des LED à 20 cm de l'eau alors qu'ils étaient très visible lors de l'essai à 15 cm.
    • Il y a juste un peu plus de lumière avec les LED (temps de pose un peu plus court et/ou ouverture plus petite) alors qu'il y a 17% de puissance en moins.
    • Le contraste est meilleur avec les LED; je ne sais pas si c'est parce que les LED éclairent moins en dehors du bac (c'est la première chose que mon épouse m'a fait remarquer), parce que la lumière est plus dirigée ou s'il y a une autre raison.
    Ces 2 dernières photos sont en balance des blancs automatique.
    Sur base de leurs paramètres la rampe LED envoie dans le bac 27% de lumière en plus que la rampe T5.
    Globalement, le rendement de la rampe LED est donc supérieur de 32,5% à celui de la rampe T5.

    9) Budget

    10) Et après ...

    Exactement un an après la mise en service de ma rampe j'ai mesuré l'éclairement de la LED multichip de 50W qui a éclairé mon refuge pendant 4.000 heures depuis juin 2011; peut-être pace que j'ai changé la plaque PMMA qui la supporte, l'intensité à la verticale a un peu diminué et l'intensité périphérique a un peu augmenté, le flux lumineux total étant pratiquement inchangé.
    • les 3 LED centrales à 8.500K ont fonctionné pendant 3.600 heures;
    • 4 LED bleues ont fonctionné pendant 3.450 heures;
    • 5 LED bleues ont fonctionné pendant 3.000 heures;
    je ne constate aucune variation de luminosité ni de couleur.
    J'ai eu un seul problème technique fin novembre 2012 : le transfo d'alimentation de mon dimmer maison a cramé; 2 heures de travail pour démonter, remplacer le transfo et remettre en service.
    Mon bac se porte bien, les coraux ont bien poussé et leur forme est normale.
    Voici 2 photos à un an d'intervalle
    01/12/201101/12/2012/

    11) Après 3 ans

    Début 2014 le décor a été refait; voici une photo prise juste après cette réfection et une autre un an plus tard.
    je ne constate aucune variation de luminosité ni de couleur; je n'ai eu aucun autre problème technique.
    07/01/201405/01/2015/

    12) Après 3 ans 1/2

    Une LED a cessé de fonctionner : son driver LPC-60-400 a subitement rendu l'âme après 12.400 heures. Un mois plus tard un autre driver rend l'âme !
    25/06/201530/07/2015/

    13) Après 4 ans 1/2

    • les 3 LED centrales à 8.500K ont fonctionné pendant 16.700 heures;
    • 4 LED bleues ont fonctionné pendant 15.900 heures;
    • 5 LED bleues ont fonctionné pendant 14.200 heures;
    Une mesure de l'éclairement montre une diminution de 15%.
    Depuis le début je trouve que les 3 LEDs 8.500K sont un peu jaunes, j'avais acheté 3 LEDs 11.000K; j'ai donc décidé de faire le remplacement.
    J'ai constaté qu'il y avait de la poussière au-dessus des lentilles càd entre les lentilles et les LEDs, ce qui devait déjà absorber un peu de lumière. Mais surtout les LEDs sont "sales" (photo ci-contre); j'ai essayé de frotter et même de gratter cette bordure grise sans succès; j'ignore à quoi c'est du mais la perte de lumière ne doit pas être négligeable; il vaudrait la peine de remplacer les 9 autres LEDs.

    Rien que le nettoyage et le remplacement de 3 LEDs sur 12 apportent une amélioration significative : ci-dessous 2 photos avant/après, balance des blancs manuelles à 6.500K, exposition manuelle identique (ISO 1000 f/5.6 1/100è).
    Le bac est manifestement plus lumineux; en mode automatique l'appareil se règle à ISO 1000 1/100è f/5.6 pour la première, idem sauf f/6.3 ce qui prouve que l'éclairement est plus fort pour la 2ème (on ne peut pas dire combien car réglage "à prédominance centrale").
    Comme je n'ai pas envie de démonter à nouveau tout ça à brève échéance je remplacerai les 9 autres LEDs l'année prochaine.
    Après la mort d'un driver (Meanwell LPC-60-1400) en juin 2015 et un autre en juillet 2015 en voilà deux autres qui rendent l'âme en janvier 2017 (16.000 heures en 5 ans) : 4 sur un total de 9 ça commence à bien faire.
    Bon tout ça en 5 ans et ça m'a pris 15 minutes pour remplacer l'un d'eux par celui que j'avais en réserve mais ça relance ma question : remplacer le driver en panne ainsi que les LEDs ou acheter ou construire une autre rampe ?

    14) Après 7 ans

    • les 3 LED nouvelles centrales à 8.500K ont fonctionné pendant 8.300 heures;
    • 4 LED bleues ont fonctionné pendant 23.750 heures;
    • 5 LED bleues ont fonctionné pendant 21.250 heures;
    L'éclairement des LEDs bleues a diminué de 45%, j'ai donc décidé de les remplacer.

    L'espace couleur des nouvelles LEDs (x = 0,238 y = 0,173) est pratiquement le même que celui des anciennes (x = 0,247 y = 0,185)