Sciences et Techniques L' ECLAIRAGE
Publié le 02/02/2019
Extrait du document
l’enceinte de verre, la pression est basse, de sorte que le rayonnement émis contient plus d’ultraviolets que de lumière visible. La face interne du tube est revêtue de phosphores.
Ceux-ci sont stimulés par les ultraviolets émis et entrent alors en fluorescence, c’est-à-dire qu’ils absorbent les ultraviolets et restituent une lumière visible. En variant la proportion des phosphores, on peut reproduire à peu près toutes les couleurs.
Plus de rouge
Vers le milieu des années 1960, on ajouta une terre rare -le vanadate d’yttrium- dans des tubes au mercure à haute pression. Cela produisit une fluorescence rouge qui compensait encore la lumière du mercure. Ces nouveaux tubes étaient beaucoup plus compacts et, avec l’équipement électrique adéquat, pouvaient s’adapter sur les installations pour ampoules conventionnelles. Ils utilisaient quatre fois moins d’énergie que ces dernières et produisaient moins de chaleur.
L’addition de certains métaux (thallium, dysprosium, indium, sodium) aux vapeurs de mer-
cure sous haute pression améliore également le rendu des couleurs. Les lampes aux halogénures de métaux peuvent restituer une lumière blanche presque naturelle, avec des rendements de 80 à 85 lumens/watt. Ce sont des dispositifs de ce type, scellés dans des ampoules à réflecteur en verre, qui servent à éclairer les stades de football, et qui ont supplanté les vieilles lampes à arc de carbone pour les éclairages extérieurs employés par les équipes de télévision.
L’augmentation de la pression de la vapeur dans les lampes au sodium donne un meilleur rendu des couleurs. Le problème, c’est que, près-
sion élevée, le verre du tube ne peut supporter l’attaque chimique du sodium ionisé à des températures de l’ordre de 700° C. Un certain nombre de solutions ont donc été mises au point. On peut traiter la paroi interne avec une poudre diffusante ou employer des tubes en quartz ou en céramique à l’oxyde d’aluminium. Il existe ainsi plusieurs types de lampes au sodium à haute pression.
Les fabricants développent également des tubes à décharge au xénon, qui produisent une lumière presque identique à celle du jour. Mais c’est l’électroluminescence -technique grâce à laquelle les murs et les plafonds produiraient de la lumière- qui risque fort d’être la technique d’éclairage du futur.
Les nouvelles technologies
D’autres développements sont en cours. Des lampes spéciales, dont le spectre déclenche certaines réactions chimiques, ont été employées à des fins industrielles. Des lampes à infrarouges sont utilisées pour accélérer le séchage des peintures et possèdent, avec les ultraviolets, des applications médicales. Des endoscopes à source lumineuse sont introduits dans l’organisme des patients afin que les chirurgiens, lors d’interventions minimes, puissent voir ce qu’ils font sans avoir à pratiquer de grandes incisions. Incorporée dans un endoscope, la fibre optique conduisant un rayon laser -un rayon de lumière très fin et très puissant- permet des interventions microchirurgicales. On a ainsi recours aux lasers dans de nombreux traitements, par exemple pour arrêter les saignements des ulcères de l’estomac, procéder à l’ablation d’une partie endommagée du cerveau, anesthésier des centres douloureux ou éliminer des cellules précancéreuses dans le col de l’utérus.
Le laser est un type d’éclairage très particulier. Il fonctionne sur le principe de l’émission stimulée, c’est-à-dire la création d’une cascade de grains de lumière - les photons- qui ondulent tous en phase pour former un rayon très directif (sans dispersion) et très énergétique.
Les lasers sont actuellement des outils pour les systèmes de guidage et de transmission de données. Mais les chercheurs travaillent également à en faire des armes de destruction. Les missiles guidés au laser, par exemple, ont une précision bien supérieure à celle des dispositifs visuels de visée.
elles délivraient une puissante lumière, les lampes à arc de carbone étaient imposantes, salissantes, et requéraient une attention constante. Les scientifiques cherchèrent alors d’autres solutions. Ils effectuèrent des expériences en faisant passer un courant électrique dans un fin filament conducteur: en s’échauffant, celui-ci brillait et produisait de la lumière. Ainsi, en 1878, sir Joseph Swan fixa dans une ampoule de verre un fin morceau de cellulose carbonisé. Il chauffa le filament pour chasser les gaz du carbone, puis fit le vide à l’intérieur de l’ampoule. Mais c’est Thomas Edison, en Amérique, qui fut le grand gagnant de la course à l’ampoule électrique. Un an après Swan, il produisit une ampoule équipée d’un filament de bambou carbonisé et, en 1882, construisit la première centrale électrique de la ville de New York. Elle fournissait assez de courant pour éclairer 10000 ampoules: l’ère de l’électricité était née.
Les ampoules aujourd’hui
Les ampoules modernes sont équipées d’un filament de tungstène spiralé. Pour qu’il s’échauffe, on y fait passer un courant électrique. Quand il atteint 2700° C, il diffuse une puissante lumière.
La lumière émise par une ampoule est mesurée en lumens (lm). Le rapport entre la quantité de lumière produite et la quantité d’électricité utilisée est appelé «rendement». Le rendement d’une lampe à filament de tungstène est proche de 12 lumens/watt, ce qui en fait une source lumineuse relativement peu efficace. La plupart des radiations émises par le filament se situent dans le spectre infrarouge, invisible à l’œil humain, et sont surtout perçues sous forme de chaleur. Par ailleurs, les atomes de tungstène s’arrachent de la surface du filament et se déposent à l’intérieur de l’ampoule de verre. Cela en obscurcit la surface et réduit la quantité de lumière émise. Avec le temps, cette perte de matière affaiblit le filament qui finit par se rompre, faisant «griller» l’ampoule. Pour ralentir cette évaporation du filament, les ampoules sont remplies de gaz,
«
LE
FONCTIONNEMENT D'UN
TUBE FLUORESCENT
Ce schéma montre
comment s'opère
la décharge électrique
dans un tube
fluorescent classique,
ou au mercure,
et comment
les radiations
ultraviolettes
provoquent
la fluorescence
de la couche interne
du tube.
On peut
produire des lumières
de presque toutes
les couleurs
ou de couleurs
mélangées.
......
Les traÎnées
de lumière
laissées par les feux
des automobiles sur
une photographie L'AMPOULE
À INCANDESCENCE
en pose.
Les premières
voitures étaient
équipées de lampes
à carbure, dans
lesquelles de l'eau
et du carbure de
calcium produisaient,
en réagissant,
de l'acétylène, un gaz
inflammable.
Les voitures actuelles
utilisent des ampoules
halogènes au
tungstène, qui sont
légères, compactes,
•tirent • peu sur
la batterie
et produisent une vive
lumière blanche.
gaz
de
remplissage _
neutre
support conducteur
chon où s'effectuait le mélange air-gaz.
Lors
qu'on allumait, le manchon se mettait à briller,
délivrant une chaude lumière blanche.
Ce systè
me fut, jusqu'en 1930, un sérieux rival de l'élec
tricité pour l'éclairage intérieur.
Les premières lampes électriques, à arc de car
bone, furent développées en 1809 par sir Hum
phry Davy.
Lorsqu'on rapprochait deux baguettes
de charbon de bois, reliées aux bornes d'une
volumineuse batterie, elles produisaient au point
de contact une lumière blanche.
En les écartant
à nouveau d'environ 10 centimètres, elles entrete
naient alors un intense arc lumineux.
L'ère de l'électricité
Ce n'est qu'en 1831, avec le développement
des générateurs électriques, que les lampes à arc
de carbone devinrent une source pratique de
lumière.
Dans les années 1850, elles étaient utili
sées comme éclairage de rue temporaire dans les
villes de Paris, Londres, Berlin et New York.
Si filament
ampoule
en
/ verre
bouton de verre
disque déflecteur de
chaleur
base en
laiton i Les différents A composants
d'une ampoule
à incandescence
classique.
Le filament
de tungstène est
chauffé par un courant
électrique.
La quantité
et la couleur
de la lumière émise
dépendent de
la température
du filament lorsqu'il
est en fonction.
Celui-ci produit
sa lumière la plus
blanche à 2 700 oc.
3.
Les électrons ionisent le
gaz, ce qui réduit sa
résistance, et un arc
électrique se tonne.
Les électrons de l'arc activent
les atomes de mercure, qui
émettent des radiations.
2c.
Un circUit à départ instantané arrache
les électrons de la cathode.
4.
Les radiations des atomes de
mercure sont absorbées par la
couche de phosphore, qui émet
alors de la lumière visible..
»
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