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Fabrication d’un éclairage à base de leds

L’objectif de cet article n’est pas de discuter les avantages et les inconvénients de ce type d’éclairage, ni de le comparer aux autres sources lumineuses (HQI, T5, T8, plasma), mais de donner la possibilité à ceux qui font le choix d’éclairer leur bac avec des leds de fabriquer par eux-mêmes leur rampe. Vous verrez que ce type de montage est techniquement accessible à toute personne un brin bricoleuse et qui dispose de quelques notions d’électricité de base. Le plus compliqué, c’est de choisir le matériel qui conviendra à notre utilisation et au rendu que l’on souhaite !


Dans la suite de cet article, je présente donc les matériels nécessaires pour la fabrication d’une rampe à base de leds en me basant uniquement sur ma propre expérience. Pour ceux qui veulent aller plus loin, il est possible de piloter cette rampe à l’aide d’un Arduino … ça pourrait faire l’objet d’un second guide technique !




NB : il est tout à fait possible d’allumer et d’éteindre une rampe à base de leds de manière classique, à l’aide d’un programmateur sur prise, comme on peut le faire avec une rampe à base de tubes néons par exemple. L’avantage en ajoutant un Arduino est de pouvoir, par exemple, contrôler l’allumage et l’extinction progressive des leds selon un programme qu’on définit.





Ce guide est écrit par un néophyte pour des néophytes.
Certains termes pourront donc paraître approximatifs pour les puristes. L’objectif ici n’est pas de donner un cours d’électricité, mais d’arriver à éclairer son bac avec des leds. Pour des infos plus détaillées et complémentaires, et pour mieux comprendre le principe, je ne peux que recommander la lecture des articles des pros (Alpheus par exemple).







Attention : il est bien entendu que la réalisation d’une rampe d’éclairage suppose de manipuler des appareils fonctionnant sous une tension de 220V.
Il conviendra donc de prendre toutes les précautions nécessaires en matière de sécurité, et de vérifier soigneusement la qualité du montage électrique.




Prérequis, avant de se ruer sur son fer à souder …

Avant de commencer, quelques éléments techniques un peu complexes mais nécessaires pour comprendre le choix du matériel et le montage à réaliser (ce sont « mes » définitions, désolé pour les puristes) :



Les LEDs

Je ne reviendrai pas sur le choix des leds qui dépendra des caractéristiques lumineuses recherchées. En revanche, ce qui nous importe ici pour le montage ce sont les caractéristiques électriques des leds. En particulier, une led fonctionne à un voltage donné (exprimé en Volts), et sur une certaine gamme d’intensité de courant (exprimée en Ampère, A). Sur cette gamme d’intensité, plus on alimentera les leds avec une intensité élevée, plus l’intensité lumineuse sera élevée. Le corollaire est que plus l’intensité délivrée est élevée, moins le rendement de la led est élevé et plus la led chauffe et son espérance de vie diminue ! Il faudra donc veiller à dissiper efficacement la chaleur des leds en utilisant de bons dissipateurs thermiques et éventuellement des ventilateurs.


Exemple de fiche technique

CREE XP-G R5 Cool White LED
  • Min. lumens 139 @ 350mA 
  • 1500mA max. drive current 
  • 5000-8,300K color temperature 
  • CREE part number XPGWHT-L1-0000-00H51


La température de couleur varie donc entre 5000 et 8300K selon l’intensité administrée. La led supporte au grand maximum 1500mA (il est déconseillé de les faire fonctionner à cette intensité). Pour 350mA, cette led émet 139 lumens. On peut en apprendre davantage en allant sur le site du constructeur (« Data sheet »)


La répartition du spectre lumineux (courbe bleue pour la XPG R5 ci-dessus :


L’intensité lumineuse en fonction de l’intensité du courant administrée à la led (le 100% correspond ici à 139Lm@350mA) :



Le Driver


C’est l’appareil qui permet d’alimenter les leds. Par comparaison aux autres types de sources lumineuses, le driver est l’homologue du ballast. Les caractéristiques du driver sont primordiales : le choix du driver dépend des caractéristiques des leds utilisées (intensité de courant admissible) et de leur nombre. Les drivers à intensité de courant constante délivrent, comme leur nom l’indique, une intensité constante aux leds et ajustent automatiquement le voltage selon le nombre de leds. On choisit donc le driver en fonction de l’intensité de courant que l’on veut adresser aux leds. Ces drivers ne fonctionnent que pour un nombre de leds donnés (si le nombre de led est inférieur ou supérieur, il y a un risque de détérioration du driver et/ou des leds).


Il existe 2 types de drivers à intensité constante :

  • les drivers non dimmable : il s’agit d’alimentations qu’on utilisera de manière classique, en ON/OFF avec un programmateur de prise. On les utilise pour les montages les plus simples
  • les drivers dimmable : ces alimentations peuvent délivrer une intensité de courant variable entre 0 et une valeur maximale. Pour ces drivers, on doit « informer » au driver l’intensité qu’on souhaite qu’il délivre aux leds : ce type de driver dispose donc de 2 fils supplémentaires pour recevoir cette information. Il existe 2 manières de transmettre cette information :
  1. Signal PWM (Version P pour les MeanWell). On envoie au driver un courant constant (10V pour les MeanWell) avec une fréquence variable. C’est la fréquence du courant qui renseigne le driver sur l’intensité qu’il doit délivrer aux leds. Pour délivrer ce type de signal on peut utiliser un Arduino.
  1. Signal 0-10V (version D pour les MeanWell). Ici c’est le voltage transmis au driver, variant entre 0V et 10V, qui donne l’information.

Exemple de fiche technique d’un driver :

Mean Well LPC-60-1050 constant current driver
  • For driving 3~14 x 3W CREE XP-G LEDs
  • 1050mA constant current
  • 115-230V AC input
  • Short circuit / Over voltage / Over current protection

Si on décrypte ces informations, on remarque que :
  1. on peut contrôler 3 leds de 3W minimum, et jusqu’à 14 leds maximum
  1. il délivre un courant constant de 1050mA
  1. il peut être utilisé en France puisqu’il accepte jusqu’à 230V en entrée

Et maintenant, la pratique !!!

Le matériel

Passons aux choses sérieuses. Pour fabriquer votre rampe, vous devrez vous procurer :


- Un dissipateur thermique :

Je commence par lui car c’est certainement l’élément le plus important. C’est le cœur et le support de votre projet. C’est sur le dissipateur qu’on va coller les leds. Celui-ci doit être adapté au nombre de leds et à l’intensité à laquelle vous aller les alimenter (plus on pousse les leds vers leur intensité max, plus ça chauffe !). Il n’est pas recommandé d’habiller le dissipateur, pour favoriser le refroidissement : c’est donc le plus souvent le dissipateur qui fait l’esthétique !! Un exemple de dissipateur couramment utilisé par les internautes est le ML41. Il existe des versions anodisées noires, un peu plus esthétiques, et parait-il plus performante.


- Les leds :
Il existe différents types, différentes marques … Pour ma part, pour le recifal j’utilise un ratio 50/50 de leds blanches XPG-R5 et de Royal Blue XP-E de marque Cree. J’utilise 2 drivers : l’un alimente les XP-G (à 1A), le second alimente les XP-E à (0.7A). Pour mon bac de 125L, j’utilise 28 leds au total. Le plus simple pour les soudures est de prendre des leds sur platine « Star ».


- Des optiques pour les leds :

Si la profondeur du bac est importante et/ou si la hauteur de la rampe leds par rapport au niveau de l’eau est élevée, on peut ajouter des optiques aux leds pour concentrer le flux lumineux.

- Les drivers :

Je n’ai utilisé pour le moment que des MeanWell. Sur mon bac recifal j’utilise une version dimmable en PWM pour contrôler à l’aide d’un Arduino. Pour l’exemple ci-dessous, j’utilise un driver non-dimmable, plus simple d’utilisation.

- La pâte thermique adhésive:
Cette colle vous permettra de coller vos leds sur le dissipateur et a l’intérêt de très bien transmettre la chaleur. Attention : ne pas confondre avec la graisse thermique, qui ne colle pas.

- Autres accessoires:
Une plaque de plexi transparent pour protéger les leds des éclaboussures d’eau du bac. Les matériaux classiques : fils, vis inox, ....


Les outils

- un fer à souder avec une panne assez fine … car une led c’est pas bien gros !
- les outils classiques : pince, tournevis, …



L’assemblage d’un éclairage non-dimmable

En gros, voici le schéma électrique qu’on tente de reproduire pour un montage avec Driver non-dimmable. On se rend compte que finalement, une fois le matériel bien choisi, le montage n’est pas compliqué :




Pour illustrer, je vous donne ci-dessous l’exemple d’une petite rampe que je fabrique pour un bac eau douce Dennerle 30L. Le projet est basé sur un driver MeanWell 0.7A non dimmable et 9 leds Cree : 1 bleu royal, 7 blanc froid, 1 rouge. Le tout est fixé sur un dissipateur 100mm*100mm anodisé noir.


Vue d’ensemble du matériel:



Etape 1: On colle les leds sur le dissipateur




Etape 2: On soude les leds entre elles, en série. Attention : les leds ont un (+) et un (-). On soude le côté (+) d’une led avec le côté (-) de la suivante:
On colle si besoin les optiques des leds à l’aide de la pâte thermique adhésive. Dans le cas de cette mini-rampe eau douce, je n’ai pas mis d’optique. Sur ma rampe récifal en photo ci-dessous, j’ai mis des optiques sur 1 led sur 2.


Etape 3: Branchement du driver pour les premiers tests. Le (+) du driver sur le (+) de la première leds en série, et le (-) … ben sur le (-) de la dernière leds en série.



Etape 4: Mise en place de la plaque de plexi de protection et fabrication du support à l’aide de cornières en alu



Etape 5: On fait un test avant installation. Constat : la puissance est trop élevée et ça chauffe ! -> 9 leds c’est trop : suppression de 2 leds ou ajout d’un ventilo nécessaire.



Etape 6: Finalement j’ajoute un ventilo qui tourne au ralenti, inaudible. On teste sur le bac et on sort une binouse du frigo car ça donne soif tout ça !




Où se procurer le matériel sur Lyon?

Pour ma part, je vais essentiellement chez Electronique-diffusion, dans le 8ème. Il y a bien sûr d’autres magasins, pour me dépanner je vais par exemple chez Ag-électronique, sur le cours de la Liberté.
Par contre pour les leds et les drivers … je ne trouve que sur le net pour le moment, notamment sur Rapidled.com ou sur Led-tech.de.


Exemples de prix de revient de mes montages:

  • Rampe récifale (bac 125L) 28 leds de 3W Cree alimentée en 1A, dimmable, pilotée par Arduino : environ 180 euros, y compris le contrôleur (mais le taux de change du dollar était plus avantageux qu’aujourd’hui).

  • Rampe eau douce (30/50L) 9 leds de 3W Cree alimentée en 700mA, non dimmable + ventilo : 70 euros tout compris. Les drivers coûtent chers, il est donc plus avantageux de fabriquer des « grosses » rampes.

Au sommaire du prochain épisode (s’il y a des intéressés) :
Comment programmer au plus simple un Arduino pour contrôler un (ou plusieurs) drivers PWM ! (sans écran et tout le tatouin, juste pour un allumage et une extinction progressifs).


Bon bricolage les Atolliens !!!

Avec l'aimable autorisation de Hervé, voici son article, qui décrit comment concevoir une rampe, avec le choix des LEDs, le calcul de puissance, etc…
Un très bon complément à
découvrir ici: http://www.rudyv.be/Aquarium/Articles/LED.pdf

Comments *

1) Re: Fabrication d’un éclairage à base de LEDs
Written by blubaqua le juin 23, 2012, 07:20:36 am
bravo pour l'article, une lecture très simple avec des explications super bien précis, il me tarde déjà le seconde article.

2) Re: Fabrication d’un éclairage à base de LEDs
Written by redfoxformat.c le juin 23, 2012, 10:36:13 am
Supêrbe reportage.
Clair , Precis et net.
Manque seulement, pour moi, le montage dans le cas d'un Drivers Dimmable.
A prochain episode peut etre ?
Vivement la suite

3) Re: Fabrication d’un éclairage à base de LEDs
Written by mimiche74 le juin 23, 2012, 10:49:40 am
Bravo, belle explication didactique!
à vos fers à souder les bricoleurs!
Je me réjouis déjà de lire l'épisode II !

4) Re: Fabrication d’un éclairage à base de LEDs
Written by AURIGA 01 le juin 23, 2012, 15:00:04 pm
Super article pour les novices....comme moi
Félicitations

5) Re: Fabrication d’un éclairage à base de LEDs
Written by shirosaki le juin 23, 2012, 18:51:36 pm
Bravo ca ma presque paru simple :-)
Comment met tu la protection plexi et ton support ?
Merci :-)

6) Re: Fabrication d’un éclairage à base de LEDs
Written by lionav69 le juin 24, 2012, 18:09:46 pm
Merci les gars :-)
Comme je le disais, pour un bricoleur c'est vraiment pas compliqué de faire une rampe non dimmable :
le plus dur, c'est de choisir et trouver le bon matos ! Pour une rampe dimmable, ça se complique un
peu car il faut programmer le contrôleur, ou alors acheter ceux existant dans le commerce mais qui coûtent un bras :-)

Pour la protection plexi : j'achète sur mesure du pmma coulé sur
http://www.plastiquesurmesure.com. Ensuite je fixe la plaque sur le dissipateur thermique des leds à
l'aide de vis inox, en taraudant le dissipateur au bon diamètre. Pour maintenir

7) Re: Fabrication d’un éclairage à base de LEDs
Written by brunocb750 le juillet 08, 2012, 17:47:14 pm
Salut,
Sympa ! un article initiatique sans rentrer dans les détails, sans ce prendre le chou.
J'attends avec impatience l'article concernant la gestion avec Arduino du PWM.
A+

8) Re: Fabrication d’un éclairage à base de LEDs
Written by babe le juillet 24, 2012, 22:37:58 pm
A lire l'article, je pourrais presque le faire avec mes 2 mains gauches! franchement super cet article!

9) Re: Fabrication d’un éclairage à base de LEDs
Written by red88 le novembre 02, 2013, 11:55:44 am