Lampe à décharge

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu d’une traduction de l’article en anglais : « Gas-discharge lamp. »

Une lampe à décharge est une lampe électrique constituée d'un tube ou d'une ampoule en verre rempli de gaz ou de vapeur métallique, sous haute ou basse pression, au travers duquel on fait passer un courant électrique, il s'en suit une production de photons donc de lumière.

La couleur de la lumière émise par luminescence, par ces lampes dépend du gaz utilisé :

• Le néon donne une couleur rouge;
• Le mercure s'approche du bleu tout en produisant une quantité d'ultraviolet importante ;
• Le sodium rayonne dans le jaune. Souvent on le mélange avec du néon pour rendre la lumière orangée.
• Le xénon (récemment employé pour l'éclairage des automobiles) est le gaz qui permet de s'approcher le plus possible du blanc pur.

Sommaire 1 Principe de fonctionnement 2 Histoire 3 Couleur 4 Lampes à décharge les plus courantes 4.1 Lampes à décharge basse pression 4.2 Lampes à décharge haute pression 5 Utilisation 6 Les lampes à vapeur de mercure

[modifier] Principe de fonctionnement

Les molécules du gaz métallique utilisé ont la faculté de pouvoir se ioniser lorsqu'elles sont soumises à la différence de potentiel créée entre les électrodes situées de chaque coté de la lampe. Les électrons libérés sont attirés par une des électrodes et les ions positifs par l'autre. Un énorme flux d'électrons traverse l'ampoule.

Lors du passage de ce flux, se produisent de nombreuses collisions entre les électrons libres et ceux présents dans le gaz de la lampe. Lors de ces collisions, les électrons sont chassés de leur orbite, changent de couche et y reviennent ; c'est la création d’un photon dont la longueur d'onde (sa couleur) dépend de l'énergie qu'il contient mais elle est habituellement comprise dans le spectre du visible ou de l'ultraviolet.

[modifier] Histoire

Francis Hauksbee a, le premier, décrit une lampe à décharge en 1705. Il montra qu’un globe de verre dans lequel on a réalisé un vide partiel ou complet, lorsqu’il est chargé d’électricité statique, peut produire une lumière suffisante pour permettre de lire. Sir Humphry Davy décrivit en 1802 le premier arc électrique à la Royal Institution de Londres. Depuis, de nombreuses recherches ont été réalisées sur les sources de lumière à décharge, car elles produisent de la lumière à partir de l’électricité de façon considérablement plus efficace que les ampoules à incandescence.

Plus tard, on a découvert que l’arc de décharge peut être optimisé en utilisant un gaz inerte au lieu de l’air en tant que milieu. Pour cette raison, dans le passé, des gaz nobles tel que le néon, l’argon, le krypton ou le xénon furent employés tout comme le dioxyde de carbone.

L’introduction de la lampe à vapeur de métal, incluant divers métaux à l’intérieur du tube de décharge, fut une avancée postérieure. La température du gaz de décharge vaporise un peu de métal et la décharge est alors produite presque exclusivement par la vapeur de métal. Habituellement, on utilise du sodium et du mercure en raison de leur haute pression de vapeur qui augmente l’efficacité de l’émission électromagnétique dans le spectre visible.

Un siècle de recherche supplémentaire a conduit à des lampes sans électrodes. À la place, le gaz est excité par des émetteurs de micro-ondes ou d’ondes radio. De plus, des sources de lumière de puissance bien moins importante ont été créées, permettant d'étendre les applications de l’éclairage à décharge aux habitations ou aux utilisations en extérieur.

[modifier] Couleur

Chaque gaz, en fonction de sa structure atomique, émet dans certaines longueurs d’ondes, ce qui se traduit par différentes couleurs d’éclairage. Pour pouvoir évaluer la capacité d’une source de lumière à reproduire la couleur de divers objets éclairés par cette source, la Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) a introduit l’Indice de rendu de couleur. Certaines lampes à décharge ont un indice inférieur à 100 ce qui signifie que les couleurs apparaissent complètement différentes que, par exemple, sous la lumière du soleil.Certains d’entre nous ont conscience du phénomène,et quand ils choisissent un vêtement ,essayent de le voir à la lumière du soleil pour déterminer sa « véritable » couleur.

Gaz	Couleur	Remarques	Image
Hélium	Orange tirant sur le blanc ; peut tirer sur le gris, le bleu ou le vert-bleu sous certaines conditions	Utilisé par les artistes pour des besoins éclairages particuliers.
Néon	Rouge orangé	Lumière intense. Fréquemment utilisé pour les enseignes au néon et les lampes au néon.
Argon	Violet et bleu lavande pâle	Souvent utilisé avec des vapeurs de mercure.
Krypton	Greyish dim off-white  ⇔  blanc tirant sur le gris pâle . Peut tirer sur le vert. Bleu vif et blanc a forte intensité.	Utilisé par les artistes pour des besoins éclairages particuliers.
Xénon	Gris blanc pâletirant sur le gris ou le bleu, vert très vif tirant sur le bleu à forte intensité	Utilisé dans les Stroboscopes, les phares au xénon, les lampes à arc au xénon, et les artistes pour des besoins éclairages particuliers.
Azote	Similaire à l’argon mais plus terne et tirant plus sur le rose ; Blanc tirant sur le bleu vif a forte intensité ; plus blanc que l’argon.
Oxygène	Violet - lavande, plus pâle que l’argon.
Hydrogène	Lavande à faible intensité ; magenta tirant sur le rose au-delà de 10 mA.
Vapeur d'eau	Similaire à l’hydrogène mais plus pâle
Dioxyde de carbone	blanc tirant sur le bleu clair ; plus vif que le xénon en faible intensité.
Vapeur de Mercure	Bleu clair, ultraviolet intense	Utilisé en combinaison avec le phosphore pour généré de nombreuse couleurs du spectre lumineux. Largement utilisé dans les lampes à vapeur de mercure et les lampe hydrargyrum medium arc iodide  ⇔  hydrargyrum medium arc iodine . Souvent utilisé avec de l’argon.
Vapeur de Sodium (basse pression)	Jaune vif	Largement utilisée dans les lampes à vapeur de sodium.

[modifier] Lampes à décharge les plus courantes

[modifier] Lampes à décharge basse pression

Les tubes fluorescents 

Ils produisent jusqu’à 100 lumens/watt. Ce type de lampe est le type le plus utilisé en éclairage de bureau ainsi que dans de nombreuses autres applications tertiaires. Les tubes fluorescents sont communément, mais faussement, encore appelés lampes néon.

Les lampes à vapeur de sodium basse pression 

Ce type de lampe est le type de lampe à décharge le plus efficace, produisant jusqu’à 200 lumens/watt, mais au dépend d’un rendu de couleurs très pauvre. La lumière jaune quasi monochromatique est acceptable uniquement pour l’éclairage publique et les utilisations similaires.

[modifier] Lampes à décharge haute pression

Les lampes métal halide 

Ces lampes produisent de la lumière presque blanche et atteignent 100 lumens/watt. Les utilisations comprennent l’éclairage d’intérieur d’immeubles de grande hauteur, de parking, de magasins, de terrains de sports.

Les lampes à vapeur de sodium haute pression 

Elles produisent jusqu’à 150 lumens/watt. Ces lampes produisent un spectre de lumière plus large que lampes à vapeur de sodium basse pression. Elles sont aussi utilisées pour l’éclairage publique et pour la photo assimilation artificielle dans culture des plantes.

Les lampes à vapeur de mercure 

Ce type de lampe est le type de lampe haute pression le plus ancien. Il a été remplacé dans la majeure partie des utilisations par des lampes métal halide et des lampes à vapeur de sodium haute pression.

[modifier] Utilisation

• Tube fluorescent
• Lampe fluorescente
• Tube néon

[modifier] Les lampes à vapeur de mercure

Ces lampes sont constituées de vapeur de mercure mélangée à de l'argon. Leur durée de vie dépasse les 10000 h. Leur efficacité lumineuse est située entre 50 et 100 lm/W ce qui est plus de 5 fois supérieur aux lampes à incandescence.

La lumière étant dans ce cas principalement produite par luminescence, celle ci est principalement composée d'ultraviolet (254 nm pour le mercure : UVC) il est donc nécessaire d'augmenter la longueur d'onde de la lumière émise par fluorescence c’est-à-dire par adjonction sur les parois du tube d'une poudre blanche qui diminue la fréquence des ondes émises pour les "replacer" dans le spectre visible. Selon la composition chimique de ces poudres, il est possible d'obtenir un grand éventail de couleurs.

Dans le cas des lampes à vapeur de mercure haute pression, au moment où la lampe s'allume, seul un arc à basse pression se produit et donc, une faible quantité de lumière est émise ; puis la lampe chauffe, la pression de la vapeur de mercure augmente peu à peu, un arc à haute pression se forme et, une quantité plus importante de lumière est émise. La lampe met environ 5 minutes avant de produire son flux lumineux maximal.