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Les phares laser pourraient constituer la nouvelle génération de technologie d'éclairage automobile. Certains grands constructeurs automobiles les utilisent déjà. Les phares laser (ou projecteurs laser) font partie d'un système de phares avancé, qui est plus lumineux, plus économe en énergie et permet aux conducteurs de voir beaucoup plus loin dans l'obscurité (afin de repérer beaucoup plus tôt les voitures venant en sens inverse).
Les phares laser représentent la dernière avancée en matière de technologie de phare, qui n'a cessé de progresser de manière significative, passant des phares halogènes et des ampoules au xénon aux diodes électroluminescentes (LED). Les phares à LED ont été adoptés pour l'éclairage intérieur et extérieur de certains véhicules.
Les phares laser sont un système de phares avancé qui utilise de simples diodes laser bleues, dont la lumière est focalisée à partir de la source lumineuse laser sur une lentille recouverte d'une surface en phosphore jaune pour produire une lumière vive.
Pour certains dispositifs d'éclairage, du phosphore rouge peut être utilisé, mais du phosphore jaune est utilisé pour les phares. Les lasers bleus sont positionnés pour se focaliser sur un système de miroir, avec toute l'énergie laser concentrée sur la surface en phosphore jaune.
Le processus fonctionne sur la base du principe d'émission stimulée, la combinaison du faisceau lumineux bleu et du phosphore jaune sur la lentille produisant une lumière blanche intense. La luminosité et la couleur spécifique de la lumière blanche sont régies par le rapport entre le faisceau laser bleu et le phosphore jaune. Cette lumière est ensuite renvoyée vers l'arrière sur un réflecteur, qui réfléchit alors une lumière blanche sur la route devant le phare. Grâce à leur puissance élevée, les phares laser contribuent à rendre la conduite de nuit plus sûre pour les conducteurs, car ils réduisent les temps de réaction requis pour les véhicules venant en sens inverse.
Les phares laser n'ont pas connu le succès escompté par les constructeurs automobiles, mais ils ont déjà quelques cas d'utilisation. En fait, ils sont déjà utilisés par certains grands constructeurs automobiles tels que BMW et Audi.
Au-delà des obstacles économiques à l'adoption à grande échelle, il existe deux raisons principales qui expliquent pourquoi la dynamique est plus faible que prévu. La première raison est l'introduction de la règle 108 de la norme fédérale américaine sur la sécurité des véhicules motorisés. Cette règle a introduit une limite de puissance des phares de seulement 150 000 candelas au total pour les véhicules vendus aux États-Unis. En Europe, une puissance totale de 430 000 candelas est autorisée, ce qui freine l'adoption sur le marché américain.
La deuxième raison est l'introduction des feux de route adaptatifs (ADB) aux États-Unis en 2022, qui offrent une alternative plus simple utilisant la technologie LED existante et permettent de contrôler le faisceau lumineux des phares avec une précision bien supérieure à celle des phares à LED standard.
Les phares à LED adaptatifs sont plus complexes que les phares à LED classiques, car ils nécessitent des micro-miroirs ou des systèmes microélectromécaniques (MEMS), mais ils sont plus polyvalents et plus sûrs à utiliser que les phares à LED existants. Alors que les phares laser offrent un éclairage plus puissant, les nouveaux modèles de phares se concentrent davantage sur le contrôle des faisceaux lumineux que sur leur puissance.
Cependant, les phares laser sont intégrés aux véhicules haut de gamme, car ils sont actuellement trop chers pour être utilisés dans tous les véhicules qui pourraient bénéficier de ces performances améliorées.
Aujourd'hui, les phares laser sont utilisés uniquement comme feux de route, tandis que les phares à LED classiques sont utilisés comme feux de croisement. Les phares laser s'allument uniquement lorsqu'aucune voiture ne se trouve à une certaine distance et que les seuils de vitesse ont été atteints (environ 72 km/h ou 45 mph). Ainsi, les phares laser sont actuellement utilisés en combinaison avec des LED. À l'avenir, il pourrait toutefois être possible de créer des phares dont les feux de croisement et les feux de route utilisent tous deux des lasers, même si les feux de croisement devraient être équipés de lasers à faible puissance.
Outre les phares, les lasers peuvent être utilisés dans de nombreuses applications d'éclairage automobile à l'intérieur et à l'extérieur du véhicule, tout comme les LED aujourd'hui, notamment dans les projecteurs de champ proche, les écrans en verre et l'éclairage esthétique. Cet éclairage est légèrement différent dans la mesure où la lumière laser bleue passe le long d'une fibre optique avec une gaine en phosphore jaune. Ainsi, lorsque le laser passe le long de la fibre, il crée une lumière blanche le long de la fibre.
Des concepts de véhicules ont été développés, tels que le véhicule électrique Lotus Theory 1, qui utilise l'éclairage laser pour plusieurs fonctions. La voiture a été développée en collaboration avec Kyocera, qui a utilisé ses lasers à diode super luminescente (SLD) pour l'éclairage interne et externe. En plus des phares blancs, un éclairage caractéristique a été créé à l'intérieur du véhicule à l'aide de lasers couplés à une fibre optique et le véhicule était également équipé de feux arrière à laser rouge.
Les phares laser sont un système d'éclairage automobile plus avancé que d'autres systèmes qui l'ont précédé. Cependant, bien qu'il y ait un certain nombre d'avantages à leur utilisation, certaines limitations continuent d'entraver leur adoption généralisée dans l'industrie automobile.
Bien que de nombreux avantages et limitations des phares laser soient une réponse direct aux phares LED (puisqu'ils constituent actuellement la référence en matière d'éclairage automobile), le tableau ci-dessous présente les principales différences entre ces deux technologies d'éclairage.
| Phares à LED | Phares laser |
| Technologie établie avec une chaîne d'approvisionnement robuste (beaucoup de fabricants), des connaissances approfondies en matière de développement et une réussite éprouvée sur le marché | Une nouvelle technologie très prometteuse mais plus coûteuse, qui n'a pas de chaîne d'approvisionnement majeure en raison du nombre limité de fabricants, et qui pourrait ne pas être nécessaire pour les voitures d'entrée de gamme |
| Les innovations dans le domaine des nouveaux phares à LED continuent de repousser les limites du possible, rendant les phares laser moins attractifs en termes d'investissement qu'on ne le pensait initialement. Cela inclut le développement de phares à LED adaptatifs et de phares à LED qui ne clignotent plus, ce qui améliore la visibilité et la sécurité routière. | En concurrence avec une technologie établie qui dispose de beaucoup plus de connaissances en R&D et en innovation pour s'améliorer et évoluer rapidement. Les phares à LED adaptatifs rencontrent moins de barrières à l'entrée sur le marché, car la technologie peut être facilement intégrée à la technologie LED existante |
| Performances globales inférieures à celles des phares laser | Éclairage beaucoup plus performant que les phares à LED qui permettent aux conducteurs de voir plus loin sur la route |
| Consommation d'énergie supérieure aux phares laser | Consommation d'énergie inférieure pour des performances supérieures aux LED classiques |
| Beaucoup moins complexe sur le plan technologique et plus facile à remplacer | Beaucoup plus complexe sur le plan technologique et plus difficile à remplacer |
| Performances optiques inférieures à celles des phares laser | Performances optiques supérieures à celles des phares à LED |
| Les LED doivent être remplacées plus souvent | Les phares laser sont plus robustes et durent plus longtemps, ce qui nécessite moins de remplacements pendant toute la durée de vie d'une voiture |
| La technologie LED s'améliore sans cesse et pourrait, à l'avenir atteindre des performances similaires à celles des phares laser (en fonction des besoins moyens) pour un coût inférieur | Les capacités futures des phares laser sont incertaines, tout comme leur proposition de valeur à long terme, mais il existe actuellement un fort potentiel pour créer des systèmes d'éclairage haute performance |
Le laser est une source de lumière complexe, et plusieurs outils doivent être combinés pour le simuler, avec ses propriétés, sa propagation à partir de la diode, ainsi que son utilisation dans l'environnement du véhicule. En effet, il s'agit d'une source de lumière cohérente avec des propriétés spécifiques qui doivent être simulées comme un système complet. Ansys dispose d'une gamme d'outils de simulation optique et non optique pour analyser le comportement et les performances des phares laser, comme indiqué ci-dessous.
Logiciel avancé de simulation électromagnétique FDTD 3D Ansys Lumerical FDTD : utilisé pour caractériser le faisceau laser lui-même et modéliser les propriétés optiques du faisceau avant de prendre en compte ses propriétés au niveau d'un composant et d'un système plus large.
Logiciel de conception et d'analyse de systèmes optiques Ansys Zemax OpticStudio : utilise les faisceaux laser développés dans le logiciel Ansys Lumerical et évalue le fonctionnement et le comportement des diodes et des phares au niveau des composants afin de s'assurer qu'ils offrent les performances et la projection adéquates sur la route, et que la lumière des phares se comporte comme prévu.
Logiciel de simulation optique et d'éclairage intégré CAD Ansys Speos : intègre les données des logiciels Ansys Lumerical et Ansys Zemax OpticStudio pour simuler le comportement des phares laser au niveau du système, en tenant compte de divers scénarios de conduite pour garantir leur conformité aux réglementations.
Logiciel d'analyse structurelle par éléments finis Ansys Mechanical et logiciel de simulation de refroidissement électronique Ansys Icepak : utilisé pour mesurer la chaleur émise par les lasers pendant le fonctionnement normal afin de s'assurer qu'elle ne sera pas suffisamment élevée pour causer des problèmes de fonctionnement ou endommager les composants.
Logiciel de test de phares automobiles Ansys AVxcelerate Headlamp : utilisé pour simuler et tester les performances des phares dans différents scénarios de conduite en temps réel.
Même si les phares laser n'ont pas été aussi largement adoptés que prévu, leur développement futur suscite toujours un grand intérêt. Si vous souhaitez découvrir comment utiliser la simulation pour développer des phares laser moins coûteux et plus performants, contactez dès aujourd'hui notre équipe technique.
Si vous êtes confronté à des défis d'ingénierie, notre équipe est là pour vous aider. Forts de notre expérience et de notre engagement en faveur de l'innovation, nous vous invitons à nous contacter. Collaborons pour transformer vos obstacles techniques en opportunités de croissance et de réussite. Contactez-nous dès aujourd'hui pour entamer la conversation.