Introduction

Le programme américain Energy Star a mis au point les outils de calcul TM-21 et TM-28, fondés sur les normes TM-21-2011 et TM-28-2014 publiées par l’IES, afin d’aider l’industrie des LED à prédire la durée de vie des modules et luminaires LED à partir des données d’essai LM-80 et LM-84. Comme les deux normes ont été élaborées par l’IES, les fabricants de produits LED n’ont qu’à utiliser les outils de calcul fournis par l’organisme de normalisation pour éviter les malentendus concernant les méthodes de calcul au sein de l’industrie, tout en garantissant que les prévisions de duree de vie led soient plus précises et comparables pour tous. Les méthodes TM-21 et LM-80 sont bien établies dans l’industrie pour évaluer la dépréciation du flux lumineux des LED ; la méthode de calcul repose principalement sur les rapports d’essai LM-80 fournis par les fabricants de LED ou de modules LED. En saisissant les données pertinentes issues des rapports LM-80 et ISTMT dans le tableur de calcul TM-21, il est possible de déterminer les paramètres de duree de vie led, tels que le L70 ou d’autres valeurs Lxx. TM-28, en revanche, utilise le rapport de test de dégradation de la lumière (Qu’est-ce que la dégradation de la lumière ?) pour le luminaire complet (le rapport LM-84) comme base de calcul ; c’est ce point que nous allons maintenant détailler dans la suite de cet article.

Fondement théorique de deux méthodes de calcul de la duree de vie led

La norme TM-21 repose sur le modèle de vieillissement thermique accéléré d’Arrhenius, dont le principe fondamental est que le taux de dépréciation du flux lumineux d’une puce LED est déterminé par sa température de jonction et demeure relativement indépendant des autres composants du luminaire. Elle implique de mesurer le maintien du flux lumineux de la puce LED pendant au moins 6 000 heures à des températures spécifiques (généralement 55 °C, 85 °C, 105 °C, etc.), conformément à la norme LM-80. Combinée aux températures de fonctionnement de la LED (Ts et Tj) et au courant de fonctionnement des rapports de test ISTMT ou LM-98-24, la duree de vie led L70 est calculée à l’aide de la formule d’extrapolation de décroissance exponentielle de TM-21.

TM-28, en revanche, adopte une approche de test au niveau du système, reconnaissant que la dégradation du flux lumineux d’un luminaire complet n’est pas uniquement attribuable aux puces LED, mais est également influencée par divers facteurs tels que le pilote LED (Plus d’informations sur le pilote LED), les lentilles optiques et la structure de gestion thermique. La norme fondamentale est la LM-84, qui mesure directement la courbe de dégradation du flux lumineux du luminaire complet dans des conditions réelles de fonctionnement, puis calcule la duree de vie led à l’aide de l’outil de calcul TM-28. Par ailleurs, la TM-28 autorise une approche d’« extrapolation hybride » : si la durée réelle des essais sur le luminaire complet est inférieure à 6 000 heures, les données LM-80 et TM-21 relatives aux LED peuvent être utilisées pour faciliter l’extrapolation. Cette méthode reflète plus fidèlement les scénarios d’utilisation réels, mais elle implique des cycles d’essai et des coûts nettement plus élevés.

Sujet de test et source de données de deux méthodes

L’essai TM21 s’applique aux puces LED, aux modules encapsulés ou aux matrices (au niveau du composant). Les données proviennent de trois sources : premièrement, les rapports d’essai LM-80 fournis par les fabricants de puces LED, qui incluent généralement des courbes de dégradation couvrant des milliers d’heures à au moins un point de température (idéalement trois) ; deuxièmement, les rapports ISTMT (mesure de température in situ) établis par le demandeur, documentant la température de fonctionnement réelle des puces LED (température de fonctionnement des LED et du pilote de LED) au sein du produit ; et troisièmement, le rapport ISTMT doit inclure un schéma ou une photographie indiquant l’emplacement du point de mesure de la température (TMP).

L’essai TM-28 s’applique aux luminaires complets (produits finis). Ses données fondamentales proviennent du rapport d’essai LM-84, qui doit documenter l’évolution du flux lumineux de l’ensemble du luminaire après au moins 6 000 heures de fonctionnement continu en laboratoire. Si la méthode d’extrapolation hybride est retenue, le rapport LM-80 relatif aux puces LED ainsi que la feuille de calcul TM-21 ENERGY STAR doivent également être fournis. Contrairement à la méthode TM-21, la norme TM-28 n’exige pas la soumission distincte de photographies ISTMT ou TMP, car les mesures réelles effectuées sur le luminaire complet prennent déjà en compte tous les effets thermiques.

Avantages, inconvénients et applications de deux méthodes

Les principaux avantages de la méthode TM-21 résident dans son faible coût et ses délais d’exécution réduits. Les essais ISTMT ne prennent généralement que quelques jours et, comme les données LM-80 sont fournies gratuitement par les fabricants de puces LED, l’estimation de la duree de vie led ne nécessite qu’une semaine environ. Cette méthode présente toutefois l’inconvénient de dépendre de données externes et comporte des risques d’erreurs théoriques liés à l’extrapolation de la température. La mesure s’effectuant au point Ts, toute variation de l’emplacement de ce point peut fausser les résultats de température. De plus, comme les différentes puces LED (Plus d’informations sur les puces LED) sont positionnées différemment dans la structure du luminaire, la dissipation de chaleur peut varier légèrement. L’ensemble de ces facteurs entraîne un écart entre les résultats extrapolés selon la méthode TM-21 et la durée de vie réelle du luminaire complet. La méthode TM-21 est particulièrement adaptée aux puces LED de grands fabricants tels que Lumileds, Cree, Nichia et Osram ; ces entreprises proposent en effet des produits à la conception thermique éprouvée et sont en mesure de fournir des rapports d’essais LM-80 certifiés.

Le principal atout de la norme TM-28 réside dans son authenticité et son indépendance. Les essais réalisés sur le luminaire complet ne dépendent pas des données fournies par le fabricant de LED ; ils permettent d’évaluer le comportement global de vieillissement de tous les composants, y compris le driver, l’optique et le système de dissipation thermique (des facteurs déterminants pour l’efficacité lumineuse). Cette méthode est particulièrement adaptée aux conceptions de dissipation thermique non standard ou aux solutions LED en marque blanche. Les inconvénients sont tout aussi manifestes : un essai LM-84 de 6 000 heures nécessite environ 250 jours, et les coûts de location de laboratoire ainsi que les frais d’essai sont nettement plus élevés que ceux d’un essai ISTMT. Bien qu’une approche d’extrapolation hybride puisse réduire la durée réelle des essais, la validation croisée des données s’avère complexe. La norme TM-28 est davantage indiquée pour les produits haut de gamme, les luminaires sur mesure ou les cas où les puces LED ne disposent pas de données LM-80 fiables. Naturellement, pour certains projets municipaux aux exigences strictes, cette méthode fournit des estimations de duree de vie led plus fiables, car elle prend en compte un éventail de facteurs plus large.

Comment utiliser le calculateur TM-21 ou TM-28 pour prédire la duree de vie led ?

Dans l’industrie de l’éclairage, les outils de calcul TM-21 et TM-28 sont des instruments professionnels utilisés pour estimer la durée de vie des luminaires LED. En résumé, leur fonction principale consiste à estimer la dépréciation du flux lumineux (en lumens) des composants ou luminaires LED (tels que les éclairages LED ZGSM) à long terme, en se basant sur les données d’essai LM-80 ou les rapports d’essai LM-84. Prenons l’exemple de la méthode TM-21 : le processus d’estimation de la duree de vie led se décompose essentiellement en trois étapes. Premièrement, il faut obtenir les données d’essai LM-80. Deuxièmement, il convient de déterminer la température de fonctionnement du luminaire (Ts ou TMPLED) ainsi que le courant d’alimentation. Troisièmement, ces données (résultats LM-80, température de fonctionnement et courant) sont saisies dans le tableur TM-21. Enfin, il est possible d’établir la courbe de dépréciation du flux lumineux du luminaire et d’obtenir ainsi sa durée de vie projetée ou déclarée (c’est-à-dire le pourcentage de flux lumineux restant à une échéance donnée). Pour la méthode TM-28, le principe est similaire à celui de la TM-21, mais elle utilise directement le rapport d’essai LM-84 complet du luminaire. Ce rapport intègre déjà la courbe de dépréciation lumineuse mesurée sur 6 000 heures pour des conditions spécifiques de température et de courant ; la méthode TM-28 permet alors d’extrapoler directement ces données LM-84 pour déterminer la durée de vie du luminaire LED. Vous trouverez ci-dessous la liste des documents requis pour chacune de ces méthodes.

Durée de vie	Méthode TM-21	Méthode TM-28
	LM-80	LM-84
	ISTMT TMPLED (Mesure in situ de la température au point Ts)	Calculateur TM-28
	Calculateur TM-21	Méthodes TM-21 (ISTMT et LM-80)

Comme l’illustre la figure ci-dessous, l’image de gauche présente le calculateur TM-21, tandis que celle de droite montre le calculateur TM-28. Pour le TM-21, on saisit dans le calculateur le pourcentage de maintien du flux lumineux des puces LED selon différentes conditions de température au point de mesure (Ts) — généralement trois températures — ainsi que les valeurs de Ts relevées dans le rapport ISTMT ; pour le TM-28, il convient de saisir les résultats des essais du luminaire effectués à différentes températures ambiantes, incluant la température Ts (désignée ici comme la température ambiante d’essai) et le pourcentage de maintien du flux lumineux. Une fois la température de fonctionnement réelle du luminaire (telle qu’indiquée dans le rapport ISTMT) saisie dans le calculateur, celui-ci utilise la courbe de dépréciation du flux lumineux établie selon la méthode TM-21 ou TM-28 pour estimer la duree de vie led.

Laquelle est principalement utilisée pour calculer la duree de vie led : TM-21 ou TM-28 ?

La norme TM-21 est la plus répandue dans l’industrie pour estimer la duree de vie led, tandis que la norme TM-28 n’est retenue que pour des applications exigeant des performances produit très strictes. Bien que la TM-28 reflète plus fidèlement la dégradation globale du luminaire dans son ensemble, elle présente également des limites importantes. La TM-21 s’appuie sur les rapports standard LM-80 concernant la dépréciation du flux lumineux des modules, combinés aux données de mesure de température ISTMT, pour établir des projections de durée de vie. Elle ne nécessite pas d’essais de vieillissement prolongés sur les luminaires finis, ce qui se traduit par des coûts d’essai réduits et des cycles courts. La grande majorité des projets de développement de nouveaux produits d’éclairage général et des certifications nord-américaines standard d’efficacité énergétique adoptent cette approche. À l’inverse, la TM-28 — introduite en 2016 — impose des essais de vieillissement à long terme selon la norme LM-84 sur l’intégralité du luminaire. En raison des coûts élevés des tests et de leur longue durée, son utilisation n’est obligatoire que dans des scénarios spécifiques tels que les projets d’éclairage commercial haut de gamme du DLC, les projets d’éclairage public (solutions d’éclairage public ZGSM) et les évaluations de luminaires d’Amazon aux États-Unis ; au cours de la dernière décennie, son taux d’adoption global est resté bien inférieur à celui de la TM-21. Même si les normes LM-84 et TM-28 venaient à remplacer totalement les normes LM-80 et TM-21, leurs défauts inhérents subsisteraient ; en particulier, l’inadéquation entre les conditions d’essai et les environnements d’utilisation réels constitue un problème commun aux deux méthodes de calcul. Lors des essais standard, les LED fonctionnent en continu pendant 24 heures dans un environnement contrôlé, à température, humidité et courant d’alimentation constants ; or, en conditions réelles, les luminaires ne fonctionnent pas en continu pendant 24 heures, et la température, l’humidité ainsi que le courant ne sont pas statiques. L’enjeu majeur consiste à déterminer dans quelle mesure ces différences opérationnelles affectent les estimations de duree de vie led, un sujet sur lequel les recherches restent limitées.

Solutions d’éclairage LED ZGSM

Résumé

Cet article compare systématiquement les deux principales normes d’évaluation de la durée de vie des éclairages LED — TM-21 et TM-28 — en les analysant sous cinq angles : fondements théoriques, objets de test et sources de données, avantages, inconvénients et cas d’application, méthodes d’utilisation des outils de calcul, ainsi que l’état actuel des applications industrielles. La norme TM-21 repose sur le modèle d’accélération thermique d’Arrhenius. Elle utilise des puces ou des modules LED comme objets de test et s’appuie sur les rapports LM-80 ainsi que sur les données de mesure de température in situ (ISTMT) pour estimer la durée de vie par extrapolation exponentielle. Elle présente des avantages considérables, notamment un coût réduit et un cycle de test court (environ une semaine), ce qui en fait la solution privilégiée pour la R&D de la plupart des nouveaux produits d’éclairage général et pour l’obtention de certifications nord-américaines d’efficacité énergétique. Toutefois, ses inconvénients sont tout aussi manifestes : elle dépend de données fournies par des fabricants tiers de puces LED, et les variations dans l’emplacement des points de mesure de température (points Ts), ainsi que les différences de dissipation thermique selon la position de la puce dans le luminaire, peuvent entraîner un écart entre les résultats estimés et la durée de vie réelle du luminaire complet.

À l’inverse, la norme TM-28 porte sur le luminaire complet et estime la duree de vie led à partir du rapport de vieillissement à long terme LM-84 établi pour l’ensemble du luminaire. Elle reflète de manière exhaustive le comportement de dégradation de tous les composants — y compris le driver, les éléments optiques (lentille et distribution lumineuse) et la structure de dissipation thermique — et fournit des résultats plus fidèles aux conditions d’utilisation réelles. Elle est particulièrement adaptée aux conceptions de dissipation thermique non standard ou aux solutions utilisant des puces LED génériques (marque blanche). Cependant, les essais LM-84 nécessitent environ 250 jours et sont nettement plus coûteux que ceux de la norme TM-21 ; ils ne sont donc exigés que dans des cas spécifiques, tels que la R&D de produits haute performance, l’éclairage commercial haut de gamme dans le cadre du programme DLC, ou les évaluations de luminaires pour Amazon aux États-Unis. En pratique, la norme TM-21 occupe une position dominante absolue, tandis que la TM-28 est beaucoup moins utilisée. Il convient de noter que les deux normes partagent une limite commune : leurs conditions de test (fonctionnement continu 24 heures sur 24 avec température, humidité et courant constants) ne correspondent pas aux environnements d’utilisation réels. Par ailleurs, on manque actuellement de recherches suffisantes sur l’impact spécifique de ces différences de conditions d’essai sur les résultats d’estimation de la duree de vie led.

Questions fréquemment posées

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