Dans de nombreux projets d’éclairage, les paramètres optiques sont souvent au cœur de la conception, de la sélection et de l’évaluation, tels que l’efficacité lumineuse, la distribution lumineuse, l’UGR et l’indice de rendu des couleurs. Cependant, en réalité, des problèmes tels que la luminosité insuffisante à l’extrémité de la bande LED, une luminosité instable, un scintillement anormal du transducteur ou une panne prématurée pointent souvent vers un autre facteur sous-estimé : la chute de tension.

La chute de tension n’est pas un paramètre produit, ni démontrée dans la fiche technique, mais elle affecte profondément :

• Fonctionnement stable des luminaires LED ;
• La constance de la luminosité et la reproduction des couleurs du système de bandes LED ;
• Contraintes thermiques et durée de vie à long terme du transducteur ;
• Efficacité énergétique et sécurité de l’ensemble du système d’éclairage ;

Des bandelettes basse tension aux systèmes AC haute tension, passant par l’alimentation passive aux circuits de compensation active, les chutes de tension causent non seulement des problèmes de luminosité visible et de changement de couleur, mais peuvent aussi entraîner une défaillance thermique et déclencher des mécanismes de protection électrique à l’intérieur du transducteur, affectant finalement la durée de vie de l’ensemble de la lampe.

Cet article se concentrera sur les systèmes d’éclairage LED, analysant en profondeur les sources, les chemins d’impact, les manifestations et les mécanismes de défaillance de la chute de tension, et proposera des solutions d’ingénierie pour différentes architectures de systèmes.

01 Qu’est-ce que la chute de tension ? Comment cela affecte-t-il une ampoule ?

Dans un circuit, lorsque le courant circule dans un fil, la résistance propre du fil « consomme » une partie de la tension, ce qui entraîne une différence entre la tension de sortie de l’alimentation et la tension reçue par la lampe.

Cette différence s’appelle la chute de tension. Les facteurs clés qui l’influencent incluent :

• Longueur du fil : Plus la distance est grande, plus la chute de tension est importante.
• Épaisseur du fil : Plus le fil est fin, plus la résistance est grande.
• Flux de courant : Les systèmes à fort courant subissent des chutes de tension plus importantes.
• Matériau conducteur : Le fil de cuivre est supérieur au fil d’aluminium.

On peut considérer tout le circuit comme un tuyau d’eau : la pression de l’eau représente la tension, et le débit représente le courant. Si le tuyau est très fin et long, et que beaucoup d’eau coule, alors la pression de l’eau du robinet ne sera certainement pas suffisante — c’est l’intuition physique de la chute de tension. Pour l’éclairage LED, les conséquences d’une pression d’eau insuffisante ne sont pas négligeables.

• Bandes LED basse tension : Les extrémités s’assombrissent et deviennent rouges, ce qui entraîne une distorsion des couleurs.
• Luminaires haute tension : Une compensation élevée de charge du transducteur peut provoquer une surchauffe, des scintillements, voire un burnout prématuré.

De plus, il ne s’agit pas seulement de savoir si c’est « brillant ou non », cela peut aussi concerner « la capacité de travailler ».

02 D’où vient la chute de tension ? Cela semble simple, mais c’est très systématique.

L’essence de la chute de tension est que lorsque le courant circule dans un conducteur avec résistance, une partie de la tension est « consommée » en chemin. Bien qu’en physique, ce soit simplement V=IR, dans les systèmes d’éclairage réels il s’agit souvent d’une manifestation dynamique résultant de la superposition de plusieurs facteurs. Facteurs d’influence courants :

• Longueur de ligne : Plus la ligne est longue, plus la résistance est grande et la chute de tension est importante.
• Spécifications du câble : Plus le fil est fin (section transversale plus petite), plus la résistance est grande.
• Magnitude du courant de charge : Plus la puissance du système et le courant sont élevés, plus la chute de tension est importante.
• Matériau conducteur : Le cuivre est supérieur à l’aluminium, ce qui entraîne une chute de tension plus faible pour les mêmes spécifications.
• Niveau de tension du système : Les systèmes basse tension sont plus sensibles à la chute de tension (voir la Partie 3 pour les détails).

Effet de chauffage non linéaire : Bien que la chute de tension soit linéairement liée au courant, le chauffage des lignes augmente de façon exponentielle. C’est-à-dire que lorsque le courant augmente de 50 %, la chute de tension n’augmente que de 50 %, mais la puissance de chauffage de la ligne montera jusqu’à 2,25 fois sa valeur initiale, ce qui entraîne facilement les conséquences suivantes.

• Augmentation excessive de la température du fil
• Surchauffe, décoloration, voire fondure des bornes du câblage
• Vieillissement de l’entrée du luminaire
• La tension d’entrée du haut-parleur sort de sa plage de fonctionnement, déclenchant le mécanisme de protection ou provoquant un burnout

Ces « défauts invisibles » sont souvent découverts lorsque les lumières clignotent, réduisent la luminosité ou ne fonctionnent pas prématurément, alors que la période de prévention est souvent passée.

Image : Luminosité de sortie lumineuse irrégulière causée par la chute de tension dans la bande LED (Image tirée d’internet)

03 Basse tension DC vs. haute tension AC : L’architecture système détermine la sensibilité.
Les systèmes d’éclairage LED peuvent être globalement divisés en deux catégories :

1. Système DC basse tension (LVDC) : comme les bandes LED 12V/24V
2. Systèmes AC haute tension (CVC) : tels que les luminaires alimentés en 220V AC (plafonniers, panneaux lumineux, ampoules, etc.)

Ces deux types de systèmes ont des mécanismes de réponse complètement différents aux chutes de tension : l’un est le « gradage direct » et l’autre la « déformation du conducteur ».

3.1 Système basse tension : Pourquoi la bande LED s’atténue-t-elle toujours à mesure que vous la traversez ?

Prenons la puissance de 60W comme exemple :

• Courant système 12V : 60 / 12 = 5 A
• Courant système 220V : 60 / 220 ≈ 0,27 A

Dans les mêmes conditions de circuit, le courant dans un système basse tension peut être plus de 15 fois supérieur à celui d’un système haute tension, et puisque la chute de tension est directement proportionnelle au courant, cela conduit à :

• Forte chute de tension:Un système basse tension peut faire tomber 2V, ce qui représente déjà 16 % à 20 % de la tension totale.
• Le pourcentage a un impact plus important:Si une bande LED 12V coupe 2,5V, les extrémités peuvent s’assombrir ou devenir décolorées.

De plus, les bandes lumineuses RVB peuvent présenter un décalage de couleur dû à des valeurs Vf incohérentes des trois puces de couleur (le bleu et le vert s’éteignent en premier, ne laissant que le rouge), ce qui est une manifestation typique d’un désaccord de chute de tension.

3.2 Système haute tension : Le pilote « galère »

La plupart des luminaires LED 220V disposent d’un pilote SMPS (alimentation à découpage) intégré, qui dispose d’une certaine capacité d’adaptation de la tension d’entrée (comme la plage 100–240V).

Caractéristiques de performance :

• Lorsqu’il y a une légère chute de tension : le transducteur ajuste activement le cycle de commutation pour stabiliser le courant de sortie.
• Lorsque la chute de tension est trop profonde : la protection contre la sous-tension (UVLO) est déclenchée, et la lampe entière s’éteint soudainement.
• Exposition prolongée aux conditions de bord : charge du transducteur accrue, durée de vie raccourcie, et même une défaillance thermique du MOSFET.

L’avantage de ce mécanisme est que les utilisateurs ne peuvent pas percevoir le changement de luminosité, mais les risques du système sont cachés à l’intérieur, ce qui impose une demande accrue au personnel de maintenance et aux concepteurs.

04 Qu’est-ce qu’une chute de tension change exactement ? De « lumières qui s’atténuent » à « défaillance système » ? »
La chute de tension ne provoque pas directement l’extinction d’une lumière, mais elle affaiblit progressivement la stabilité et la constance du système d’éclairage de manière systématique. Nous pouvons comprendre son parcours d’impact à trois niveaux :

4.1 Manifestations visuelles : luminosité irrégulière, assombrissement, teinte colorée

• La bande lumineuse devient plus faible à mesure que vous bougez.
  Couramment trouvé dans les projets à bandes LED 12V/24V, il est lumineux au début et devient rougeâtre ou décoloré à la fin, particulièrement visible dans les systèmes RGB. La cause est un voltage d’entrée insuffisant de la puce dû à une chute de tension, et une tension Vf (chute de tension directe) inégale provoque une différence de couleur.
• Luminosité irrégulière dans plusieurs rétroprojecteurs/projecteurs
  Dans le même circuit, les lumières plus proches de l’alimentation sont plus vives, tandis que celles plus éloignées sont plus tamisées, ce qui entraîne une mauvaise cohérence du flux lumineux et affecte l’effet visuel global et la fidélité de conception.
• Scintillement localisé dans l’alimentation longue distance
  Lorsque la tension atteint le seuil de démarrage du pilote, cela déclenche un démarrage/arrêt périodique, visible par l’utilisateur comme un scintillement.

Ces changements visuels dégradent non seulement la qualité de l’éclairage, mais sont aussi facilement diagnostiqués à tort comme des « problèmes de qualité des lampes » ou une « instabilité du conducteur », tout en négligeant les problèmes systémiques d’alimentation.

4.2 Réaction du conducteur : de la compensation à la surchauffe en passant par les dommages

Pour les luminaires LED haute tension (tels que les projecteurs, les projecteurs et les lampes industrielles), les principales « victimes » de la chute de tension sont en réalité l’alimentation électrique. Elle se manifeste ainsi :

• Fonctionnement continu à haute charge :Afin de maintenir un courant de sortie constant, le haut-parleur augmente activement le temps d’allumage du transistor à commutation, ce qui entraîne une augmentation de la température.
• Fonctionnement dans un état critique :Lorsque la tension d’entrée est proche de la limite inférieure de démarrage, des scintillements occasionnels peuvent survenir, voire une protection contre la sous-tension peut être déclenchée.
• Accumulation de dommages à long terme :Les composants du cœur tels que les MOSFET et les condensateurs électrolytiques sont soumis à une forte contrainte pendant de longues périodes, ce qui réduit considérablement la durée de vie.

En résumé : la chute de tension ne brûlera pas la lampe, mais elle brûlera le transducteur.

4.3 Vulnérabilités de stabilité système : difficiles à détecter, difficiles à dépanner et avec de graves conséquences.

• Non visible pendant la phase de construction
  Lors de l’installation initiale et des tests, la lumière doit rester allumée sans anomalies évidentes. Les problèmes n’apparaissent souvent que plusieurs mois après l’utilisation de l’appareil.
• Difficile à localiser pendant la maintenance
  Les luminaires fonctionnent clairement, et les pilotes ont été remplacés, mais les lumières clignotent encore de façon intermittente ou la luminosité est instable. La cause, cependant, réside dans la chute de tension à travers la ligne, située à des dizaines de mètres.
• Coûts d’entretien élevés
  Si les points de défaut sont largement répartis, il est souvent nécessaire de recâbler ou de remplacer par des câbles à section transversale plus large, ce qui est bien plus coûteux que l’investissement initial.

En conception technique, la chute de tension n’est ni la responsabilité du fournisseur du luminaire ni celle du fournisseur du système de contrôle. Cela est souvent négligé dans la conception ou l’équipe de construction choisit le câblage en fonction de son expérience, ce qui rend difficile la définition des responsabilités et la prévention des problèmes.

05 Stratégies de réponse à la chute de tension : de la « vérification » à la « conception redondante »
Comment pouvons-nous éviter ou réduire l’impact de la chute de tension pendant les phases de conception et de construction ? Voici quelques stratégies courantes et concrètes :

5.1 Des calculs de chute de tension doivent être effectués avant de sélectionner un câble.

Utilisez la loi d’Ohm ou un tableau de consultation pour estimer la chute de tension, en veillant à ce que la tension à l’extrémité reste dans la plage normale de fonctionnement de l’équipement.

Formule de calcul de la chute de tension (CA monophasée)：

Parmi eux :

ΔV : chute de tension(V)

L : Longueur du câble (m)

I : Actuel(A)

ρ : Résistivité du conducteur (le cuivre est 0,0175)

R : Surface de la section transversale du conducteur (mm²)

Recommandation : La chute totale de tension doit être maintenue entre 3 % et 5 % de la tension du système.

5.2 Planifier à l’avance une alimentation électrique segmentée ou une compensation à distance

• Les systèmes à bande LED devraient de préférence utiliser une alimentation segmentée ou une alimentation à double extrémité.
• Les installations à grande échelle peuvent adopter une alimentation centralisée + ligne à tension constante + architecture de module local à réduction de tension.

Les pilotes dotés d’une fonctionnalité de rétroaction de tension à distance peuvent compenser avec précision les pertes de ligne.

Image : Alimentation segmentée et alimentation à double extrémité pour bandes LED (Image d’internet)

5.3 La redondance n’est pas un gaspillage, mais plutôt une forme d’assurance système.

• Augmentez le diamètre du fil de manière appropriée (par exemple, de 1,5 mm² à 2,5 mm²).
• Lorsqu’on utilise une basse tension sur de courtes distances, 24V est recommandé plutôt que 12V.
• La disposition des lignes devrait prendre en compte la « résistance de boucle » plutôt que la distance.

La chute de tension n’est pas une question de « savoir si elle existe », mais plutôt la limite de « si elle a causé un problème ». Plus la conception technique est rigoureuse, plus la stabilité du système est élevée.

06 Un système d’éclairage n’est pas un projet patchwork, mais un projet d’ingénierie complet.
À l’ère de l’éclairage LED, nous sommes habitués à poursuivre des indicateurs de qualité de la lumière « visible » tels que l’indice de rendu des couleurs, la cohérence de la température de couleur, un faible taux d’ugr et le contrôle du faisceau, et nous aimons également mettre l’accent sur des concepts « avancés » tels que la conception optique, le contrôle intelligent et la santé du rythme circadien. Cependant, plus ces systèmes améliorent leurs capacités, plus nous ne devons pas négliger les facteurs fondamentaux d’ingénierie qui relèvent de la catégorie de la « distribution de puissance ».

Chute de tensionest l’exemple le plus représentatif : il n’apparaît pas dans les calculs d’illuminance ni dans la table des paramètres luminaires, mais il peut silencieusement baisser la base globale de performance du système. Plus le projet est grand, plus les circuits sont complexes, et plus la distance du terminal est longue, plus la chute de tension risque de devenir un « tueur caché » qui ne peut être rapidement identifié.

Cela rend les bons produits « inutilisables », provoque l’arrêt inexplicable de disques stables et fait apparaître des systèmes de contrôle qui semblent des dysfonctionnements « inexplicables ». Ces problèmes peuvent en fait être évités aux premiers stades de la conception — à condition que nous soyons prêts à considérer le système d’éclairage comme un système d’ingénierie complet, plutôt que comme une simple combinaison de luminaires et de contrôleurs.

Un système d’éclairage véritablement stable, efficace et contrôlable n’est jamais qu’une superposition de lumière, mais un système synergique de lumière, d’électricité et de contrôle. Ce n’est qu’en valorisant la logique de « l’électricité » que nous pouvons véritablement défendre la qualité de la « lumière ».