Nos réalisations ou modifications en éclairage de locos, voitures ou bâtiments fixes, font de plus en plus appel aux Leds (Light Emitting Diode). Si les ampoules offrent certains avantages, elles ont aussi beaucoup d'inconvénients que j'énumère dans le comparatif ci-dessous :

Depuis leur invention en 1879 par Thomas Edison, les ampoules à incandescence n'ont pas fondamentalement changé. Le principe consiste à faire passer un courant électrique dans un matériau (végétal à l'origine), ce qui produit un échauffement jusqu'à l'incandescence. Puis Edison l'a rapidement remplacé par un filament métallique de tungstène enfermé dans une ampoule en verre contenant un gaz inerte, (dont la composition a évolué au cours des années) ce qui empêche sa combustion.

Cette combustion ne manquerait pas de se produire si le filament était à l'air libre, il brûlerait alors et serait détruit en quelques secondes seulement.

Pour les Leds, le principe est totalement différent. Il n'y a plus de filament et donc plus de combustion, mais on a recours à une puce à semi conducteur dopé (comme dans les transistors par exemple) de nature différente selon la couleur souhaitée. Soumise à un courant électrique calibré, la puce à semi-conducteur émet alors de la lumière presque monochromatique de façon continue sous réserve que les caractéristiques de son alimentation électrique soient respectées.

Pour ce qui nous concerne, on peut considérer que la principale règle à respecter est l'intensité ou courant (et la tension à ses bornes par voie de conséquence) qui alimente la Led, soit environ 20 mA maxi sous peine de destruction quasi instantanée.

A noter que certaines Leds industrielles peuvent "encaisser" beaucoup plus mais avec des contraintes de refroidissement impossibles à mettre en oeuvre en modélisme.

Il est donc obligatoire d'alimenter une Led au travers d'un élément électrique (montage en série) qui limitera le courant à une valeur convenable. C'est le rôle de la résistance par exemple, sachant que d'autres systèmes à régulation électronique peuvent aussi arriver à ce résultat.

Quelque soit le modèle, les Leds, selon leurs couleurs, sont caractérisées par des limites électriques à ne jamais dépasser.

Ne pas oublier non plus que les Leds sont des composants polarisés. Comme son nom l'indique, une Led est un diode à part entière, qui, comme toutes diodes, ne laisse passer le courant que dans un seul sens, ce qui implique un branchement dans le respect de cette contrainte. Dans le cas inverse, la Led ne s'allumera pas mais risque de mal supporter à terme cette inversion prolongée de polarité, ce qui n'est pas le cas des ampoules plus simples à câbler. 

Ci-dessous, les tensions seuil des principales Leds.

Valeurs données à titre indicatif pour les tensions seuil de Leds luminosité dite "standard" sachant que les modèles "Haute Luminosité" obéissent aux mêmes règles mais avec des rendements bien supérieurs qui permettent d'utiliser des résistances de valeurs encore plus élevées et donc des courants bien plus faibles pour la même luminosité, le tout étant une affaire de goût.

Les schémas ci-dessus correspondent aux types d'implantation les plus utilisés.

Dans l'exemple basique de la figure A, on voit qu'une résistance marquée RX est installée en série avec la Led en vue d'alimenter le circuit sous 12Volts. La valeur de la résistance RX dépend de la Led qui est variable selon sa couleur. Dans cet exemple, le courant circulant du +12V vers le 0V va d'abord "traverser" la Led, puis la résistance (à noter que dans un montage série, l'ordre des composants n' aucune importance).

Ensuite, c'est la Loi d'Ohm qui s'applique de la façon suivante avec par exemple une Led blanche prévue pour fonctionner sous 3 Volts (maxi par sécurité). Le circuit étant alimenté sous 12 Volts, il faut donc "absorber" la différence, c'est à dire 12-3 = 9 Volts pour que la Led fonctionne avec un courant de 20mA.

En application de la loi d'Ohm, R = U / I, où

• R est la valeur de la résistance à déterminer,
• U est la tension d'alimentation connue
• ULed est la tension maximale admise par la Led 
• I est l'intensité (ou courant) limite connue également

Le calcul est le suivant :

             Rx = (U =12 - ULed = 9) / 0.02, soit 450 Ohms.

Avec ces valeurs, la Led reçoit donc son courant maximum. Pour des raisons de sécurité, on se contente parfois d'un courant de 10mA, ce qui est souvent très largement suffisant.

Le calcul donne alors : 9 / 0.01 = 900 Ohms.

En pratique, une valeur de 1000 Ohms est à la fois sécurisante pour la Led et suffisante pour éclairer correctement.

Il faut noter aussi que deux ou plusieurs Leds peuvent parfaitement être montées en série et alimentées au travers d'une seule et unique résistance. Dans ce cas, leurs tensions de seuil s'ajoutent, par exemple pour 3 Leds blanches, les tensions seuil seront : 3 + 3 + 3 Volts, soit 9 Volts.

Le calcul pour 10 mA donnera alors :

               12 - (3 + 3 + 3) / 0.01, soit 300 Ohms.

Dans l'exemple B on a cette fois 3 Leds montées en parallèle (ou dérivation pour les puristes), ce qui permet de n'utiliser qu'une seule résistance (*) pour les trois.

Cette configuration presqu'identique induit cependant un courant dans le circuit multiplié par 3, soit 30mA et non plus 10.

On aura donc : (12 - 9) / 0.03, soit 300 Ohms.

Dans l'exemple C on a cette fois deux résistances montées en parallèle dont il faudra calculer la valeur résultante selon la formule 1 / ((1 / R1) - (1 / R2)). La deuxième partie de la feuille de calcul à télécharger ci-dessous permet d'ajuster la valeur trouvée en fonction des valeurs commerciales disponibles.

* Dans tous les cas, il faut également tenir compte de la valeur de la puissance dissipée par la (ou les) résistance (s). En effet, Les résistances sont prévues pour pouvoir dissiper en chaleur le courant qui les traverse. Les valeurs des puissances les plus courantes sont 1/8 de Watt, 1/4 de Watt, 1/2 Watt ou même 1 Watt et parfois beaucoup plus.

Le calcul de la puissance dissipée obéit à la règle suivante :

                                         P = U x I 

Dans ce cas, la tension U qui doit être prise en compte est celle qui est présente aux bornes de la résistance. Par exemple, si U = 12 - 3 donc 9 Volts, P est égale à 9 x 0.01, soit 0.09 W.

En pratique, une résistance de 1/8 W (0.125) est donc suffisante, mais 1/4 W est plus facile à trouver. Et comme qui peut le plus peut le moins, inutile de se priver.

Notez enfin qu' en revanche, il est bien rare de trouver dans le commerce la valeur exacte préconisée. On choisira alors la valeur immédiatement supérieure, par exemple pour 900 Ohms, on pourra prendre la valeur normalisée de 910 Ohms ou même 1000 Ohms.

Pour info, ci-dessous, les valeurs normalisées de la série E24 disponibles dans les commerce :

Ne soyez pas effrayés par les formules, je les donne juste pour expliciter les règles à appliquer car l'interface du petit programme à télécharger ci-dessous, permet de déterminer les valeurs des résistances nécessaires sans faire aucun calcul, c'est le programme qui s'en charge pour vous.