LES TYPES DE LUMIÈRE

 

Richard Forster

 

Une lampe est un convertisseur d’énergie. Bien qu’elle puisse trouver d’autres applications, son but premier est la transformation de l’énergie électrique en rayonnement électromagnétique dans le domaine visible. Il existe de nombreux moyens de créer de la lumière. La méthode standard de création d’un éclairage général consiste à convertir l’énergie électrique en lumière.

 

Les types de lumière

 

Incandescence

Lorsqu’on chauffe des solides ou des liquides, ils émettent aux températures supérieures à 1 000 K un rayonnement visible; ce phénomène est appelé «incandescence».

 

Il constitue la base de la production de lumière dans les lampes à filament: un courant électrique traverse un mince fil de tungstène, dont la température atteint 2 500 à 3 200 K, selon le type de lampe et son utilisation.

 

Cette méthode est soumise à une limite, décrite par la loi de Planck pour l’émissivité du corps noir, selon laquelle la répartition spectrale de l’énergie rayonnée augmente avec la température. Aux environs de 3 600 K et plus, il existe un gain significatif dans l’émission du rayonnement visible, et la longueur d’onde du maximum d’émission se déplace dans le domaine visible. Cette température est proche du point de fusion du tungstène, utilisé pour le filament, et la température limite se situe donc en pratique aux alentours de 2 700 K, car au-delà, l’évaporation du filament devient excessive. Ces déplacements de spectre ont, entre autres, pour conséquence qu’une grande partie du rayonnement émis n’est pas restituée sous forme de lumière, mais sous forme de chaleur dans la zone infrarouge. Les lampes à incandescence peuvent donc constituer des systèmes de chauffage efficaces et sont employées en tant que tels pour le séchage en imprimerie, la cuisson des aliments et l’élevage.

 

Décharge électrique

La décharge électrique est une technique utilisée dans les sources d’éclairage modernes pour le commerce et l’industrie, du fait de sa meilleure efficacité dans la production de lumière. Certains types de lampes combinent la décharge électrique et la photoluminescence.

 

Un courant électrique traversant un gaz provoque une excitation des atomes et des molécules qui émettent un rayonnement avec un spectre caractéristique des éléments présents. Deux métaux sont habituellement utilisés, le sodium et le mercure, car leurs caractéristiques permettent d’obtenir des rayonnements dans le domaine visible. Aucun de ces deux métaux n’émettant de spectre continu, les lampes à décharge présentent des spectres sélectifs. Leur rendu des couleurs ne sera jamais identique à celui d’un spectre continu. Les lampes à décharge sont souvent classées en haute et basse pression, bien que ces termes soient relatifs et qu’une lampe à vapeur de sodium haute pression fonctionne au-dessous d’une atmosphère.

 

Les types de luminescence

La photoluminescence se produit lorsque le rayonnement absorbé par un solide est réémis avec une longueur d’onde différente. Quand le rayonnement réémis se trouve dans le spectre visible, le phénomène est appelé fluorescence ou phosphorescence.

 

L’électroluminescence est un phénomène auquel on assiste lorsque la lumière est produite par un courant électrique traversant certains solides, tels que des matériaux phosphoreux. Elle est utilisée dans les enseignes lumineuses et les tableaux de bord, mais elle ne s’est pas révélée être une source lumineuse pratique pour l’éclairage intérieur ou extérieur.

 

L’évolution des lampes électriques

Bien que le progrès technologique ait permis de fabriquer différentes lampes, ce sont les contraintes du marché extérieur qui ont été les principaux facteurs à influer sur leur développement. Ainsi, la production de lampes à filament utilisées au début du XXe siècle n’est devenue possible qu’après la mise au point de pompes à vide efficaces et du tréfilage du tungstène. Toutefois, ce sont la production et la distribution de l’électricité à grande échelle pour répondre à la demande d’éclairage électrique qui furent déterminantes pour la croissance du marché. L’éclairage électrique offrait de nombreux avantages par rapport à l’éclairage au gaz ou au pétrole, à savoir une lumière stable nécessitant peu d’entretien et une meilleure sécurité due à l’absence de flamme et de sous-produits de combustion.

 

Durant la période de reconstruction qui suivit la seconde guerre mondiale, l’accent fut mis sur la productivité. Le tube fluorescent devint la principale source d’éclairage dominante, car il permettait un éclairage sans ombres et sans chaleur des usines et des bureaux, et donc une utilisation optimale de l’espace. Le tableau 46.1 donne les spécifications de flux lumineux et de puissance d’un tube fluorescent type de 1 500 mm.

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Tableau 46.1   Amélioration du flux lumineux et de la puissance de quelques tubes fluorescents types de 1 500 mm

 

Puissance (W)

Diamètre (mm)

Gaz de remplissage

Flux lumineux (lumens)

80

38

argon

4 800

65

38

argon

4 900

58

25

krypton

5 100

50

25

argon

5 100

(ballast haute fréquence)

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Dans les années soixante-dix, l’augmentation des prix du pétrole fit de l’énergie un élément important des coûts de fonctionnement. La demande du marché se porte sur les lampes fluorescentes qui produisent la même quantité de lumière pour une moindre consommation d’électricité. La technologie des lampes a été améliorée de plusieurs manières. En ce début de siècle, la population est très sensible aux problèmes écologiques de la planète. Une meilleure utilisation des matières premières non renouvelables, le recyclage ou l’élimination des produits selon des procédures de sécurité et le souci constant des économies d’énergie (en particulier de celle produite à partir de combustibles fossiles) ont un impact certain sur la conception actuelle des lampes.

Les critères de performance

Les critères de performance varient selon les applications. En général, leur importance relative ne répond à aucune hiérarchisation.

 

Flux lumineux: le flux lumineux d’une lampe détermine sa bonne adaptation à la taille de l’installation et à la quantité de lumière nécessaire.

 

Apparence de la couleur et rendu des couleurs: des échelles et des valeurs numériques différentes s’appliquent à l’apparence de couleur et au rendu des couleurs. Il est important de garder présent à l’esprit que ces chiffres ne sont donnés qu’à titre indicatif et que certains ne sont que des approximations. Dans la mesure du possible, des évaluations d’adaptation devraient être effectuées avec des lampes réelles et avec les couleurs ou les matériaux applicables à la situation.

 

Durée de vie des lampes: la plupart des lampes devront être remplacées plusieurs fois au cours de la vie de l’installation d’éclairage. Les concepteurs devraient donc réduire le plus possible les désagréments que l’entretien et les pannes occasionnelles peuvent causer aux occupants. Les lampes sont utilisées dans un large éventail d’applications. La durée de vie moyenne constitue souvent un compromis entre le coût et les performances. Ainsi, la lampe d’un projecteur de diapositives aura une durée de vie d’une centaine d’heures, car il est important pour la qualité de l’image d’avoir un flux lumineux maximal. Au contraire, certaines lampes d’éclairage de voies publiques peuvent être changées tous les deux ans, soit après quelque 8 000 heures de fonctionnement.

 

En outre, la durée de vie des lampes est affectée par les conditions de fonctionnement, de sorte qu’il n’existe pas une valeur unique applicable à tous les cas. De même, la durée de vie effective d’une lampe peut être déterminée par différents modes de défaillance. Une défaillance physique, telle que la rupture du filament ou de la lampe, peut être précédée d’une diminution du flux lumineux ou d’un changement de son apparence de couleur. La durée de vie d’une lampe dépend des conditions d’environnement extérieures telles que la température, les vibrations, la fréquence d’allumage, les fluctuations de la tension d’alimentation, l’orientation, etc.

 

Il est à noter que la durée de vie moyenne donnée pour un type de lampe est définie comme le temps au bout duquel la moitié des lampes d’un lot d’essai est hors service. Cette définition est peu susceptible de s’appliquer à de nombreuses installations commerciales ou industrielles et la durée de vie réelle d’une lampe est habituellement inférieure aux valeurs publiées dont on ne doit se servir que dans un but comparatif.

 

Efficacité: en règle générale, l’efficacité d’un type de lampe donné s’améliore avec l’augmentation de la puissance nominale, car la plupart des lampes ont une certaine perte fixe. Cependant, les différents types de lampes présentent de nettes différences d’efficacité. Il convient d’utiliser les lampes possédant la meilleure efficacité lumineuse, à condition que les critères de taille, de couleur et de durée de vie soient également remplis. Les économies d’énergie ne devraient pas se faire aux dépens du confort visuel ou des performances des occupants. Le tableau 46.2 donne l’efficacité de quelques lampes types.

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Tableau 46.2   Efficacité de lampes types

 

Efficacité de lampes

 

Lampe à incandescence de 100 W

14 lumens/watt

Tube fluorescent de 58 W

89 lumens/watt

Lampe à sodium haute pression de 400 W

125 lumens/watt

Lampe à sodium basse pression de 131 W

198 lumens/watt

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Les principaux types de lampes

Au fil des années, différents systèmes de nomenclatures ont été établis par des normes et des commissions nationales et internationales.

 

En 1993, la Commission électrotechnique internationale (CEI) a publié un nouveau système international de codification des lampes (Système international de codification des lampes (ILCOS)) (CEI, 1999) destiné à remplacer les systèmes régionaux et nationaux existants. Le tableau 46.3 donne un échantillon de codes ILCOS abrégés pour différentes lampes.

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Tableau 46.3   Système international de codification des lampes (ILCOS) pour certains types de lampes

 

Type (code)

Puissance (watts)

Rendu des couleurs

Température de couleur (K)

Durée de vie (heures)

Lampes fluorescentes compactes (FS)

5-55

Bon

2 700-5 000

5 000-10 000

Lampes à vapeur de mercure haute pression (QE)

80-750

Passable

3 300-3 800

20 000

Lampes à vapeur de sodium haute pression (S–)

50-1 000

Mauvais à bon

2 000-2 500

6 000-24 000

Lampes à incandescence (I)

5-500

Bon

2 700

1 000-3000

Lampes à induction (XF)

23-85

Bon

3 000-4 000

10 000-60 000

Lampes à vapeur de sodium basse pression (LS)

26-180

Couleur jaune monochromatique

1 800

16 000

Lampes halogènes (HS) basse tension

12-100

Bon

3 000

2 000-5 000

Lampes aux halogénures métalliques (M–)

35-2 000

Bon à excellent

3 000-5 000

6 000-20 000

Tube fluorescent

4-100

Passable à bon

2 700-6 500

10 000-15 000

Lampes halogènes à tungstène (HS)

100-2 000

Bon

3 000

2 000-4 000

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Lampes à incandescence

Ces lampes utilisent un filament de tungstène placé dans un gaz inerte ou dans le vide à l’intérieur d’une ampoule de verre. Le gaz inerte élimine l’évaporation du tungstène et réduit le noircissement de l’enveloppe. Il existe une grande variété de formes de lampes dont l’aspect vise surtout un but décoratif. La structure d’une lampe standard d’éclairage général est illustrée par la figure 46.1.

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Figure 46.1   Schéma d’une lampe d’éclairage général standard

 

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Les lampes à incandescence existent également dans un large éventail de couleurs et de finitions. Le tableau 46.4 donne des exemples de codes ILCOS et de formes types.

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Tableau 46.4    Couleurs et formes courantes des lampes à incandescence avec codes ILCOS

 

Couleur/forme

Code

Claire

/C

Dépolie

/F

Blanc

/W

Rouge

/R

Bleu

/B

Vert

/G

Jaune

/Y

Standard (poire)

IA

Flamme

IB

Conique

IC

Globe

IG

Oignon

IM

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Les lampes à incandescence demeurent très utilisées pour l’éclairage domestique du fait de leur coût modique et de leur compacité. Toutefois, pour l’éclairage commercial et industriel, leur faible efficacité les rend d’un emploi coûteux, ce qui explique pourquoi les lampes à décharge constituent le choix le plus courant. Ainsi, une lampe de 100 W possède une efficacité type de 14 lumens/watt, tandis qu’une lampe fluorescente de 36 W apporte 96 lumens/watt.

 

Les lampes à incandescence dont on peut facilement faire varier le flux en réduisant la tension d’alimentation restent employées lorsque la variation de la lumière constitue une caractéristique d’utilisation importante.

 

Le filament de tungstène constitue une source lumineuse compacte, facile à focaliser au moyen de réflecteurs ou de lentilles. Les lampes à incandescence sont très utiles à l’éclairage des vitrines pour lequel il est nécessaire d’orienter le faisceau lumineux.

 

Lampes tungstène halogène

Similaires aux lampes à incandescence, ces lampes produisent de la lumière de la même manière, à partir d’un filament de tungstène. Cependant, l’ampoule contient un gaz halogène (brome ou iode) qui limite chimiquement l’évaporation du tungstène (voir figure 46.2).

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Figure 46.2   Le cycle halogène

 

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Pour le cycle halogène, il est essentiel que l’ampoule présente une température de paroi de 250 °C minimum pour assurer le maintien de l’halogénure de tungstène à l’état gazeux et, donc, éviter sa condensation sur l’ampoule. Cette température implique de fabriquer les ampoules en quartz et non pas en verre, ce qui permet de réduire leur taille.

 

La plupart des lampes tungstène halogène offrent une meilleure durée de vie que des lampes à incandescence équivalentes, et leur filament atteignant une température supérieure, il génère une lumière plus intense, d’une couleur plus blanche.

 

Les lampes tungstène halogène sont maintenant très utilisées dans les domaines où une taille réduite et un haut niveau de performances constituent des besoins primordiaux, y compris l’éclairage des scènes de théâtre et des plateaux de cinéma et de télévision où l’orientation et la variation de flux sont des attentes courantes.

 

Lampes tungstène halogène basse tension

A l’origine, ces lampes ont été conçues pour les projecteurs de diapositives et de cinéma. En 12 V pour la même puissance, le filament devient plus petit et plus épais que pour 230 V, ce qui permet une meilleure focalisation, ainsi qu’une augmentation du flux lumineux du fait de la plus grande masse du filament qui autorise une température de fonctionnement plus élevée. Le filament épais est plus robuste. Ces avantages n’ont pas échappé au marché de l’éclairage des surfaces de vente et, bien qu’elles requièrent un transformateur réducteur de tension, ces lampes sont maintenant largement utilisées pour l’éclairage des vitrines (voir figure 46.3).

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Figure 46.3   Lampe à réflecteur dichroïque basse tension

 

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Bien que les utilisateurs de projecteurs de cinéma réclament le plus de lumière possible, une chaleur excessive détériore le support transparent. Un type de réflecteur spécial a été développé, qui ne réfléchit que le rayonnement visible et transmet vers l’arrière de la lampe le rayonnement infrarouge (chaleur). Ce dispositif est désormais intégré à un grand nombre de lampes à réflecteurs basse tension pour l’éclairage des étalages et pour le matériel de projection.

 

Sensibilité à la tension: toutes les lampes à filament sont sensibles aux variations de tension, car elles affectent leur flux lumineux ainsi que leur durée de vie. La politique d’«harmonisation» de la tension d’alimentation à 230 V dans l’ensemble de l’Europe se concrétise par l’élargissement des tolérances allouées aux compagnies productrices. La tendance s’oriente vers ±10%, ce qui correspond à une plage de tensions de 207 à 253 V. Les lampes à incandescence et les lampes tungstène halogène ne peuvent pas fonctionner valablement dans cette plage, et il sera donc nécessaire d’adapter la tension d’alimentation réelle à la puissance des lampes (voir figure 46.4).

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Figure 46.4   Lampes standards à filament et tension d’alimentation

 

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Les lampes à décharge seront également affectées par cette large variation de tension et, dans ces conditions, il sera important de bien définir leur ballast.

 

Tubes fluorescents

Il s’agit de lampes à vapeur de mercure basse pression qui existent en deux versions: à «cathodes chaudes» et à «cathodes froides». Le tube fluorescent classique utilisé dans les bureaux et les usines correspond à la première version; le terme «cathode chaude» se rapporte à l’amorçage de la lampe par préchauffage des électrodes pour créer une ionisation suffisante du gaz et des vapeurs de mercure afin de stabiliser la décharge.

 

Les lampes à cathodes froides sont principalement utilisées pour les enseignes et la publicité (voir figure 46.5).

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Figure 46.5   Principe de la lampe fluorescente

 

 

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Les lampes fluorescentes nécessitent un ballast externe pour l’amorçage et la stabilisation du courant. Outre la petite quantité de vapeur de mercure, elles contiennent un gaz d’amorçage (argon ou krypton).

 

La basse pression du mercure provoque une décharge à émission lumineuse dans le bleu pâle. La majeure partie du rayonnement se trouve dans la zone ultraviolette à 254 nm, fréquence de rayonnement caractéristique du mercure. La paroi intérieure du tube comporte une fine couche de substance fluorescente, qui absorbe les ultraviolets (UV) et rayonne l’énergie sous forme de lumière visible. La qualité de la couleur de la lumière est déterminée par la couche fluorescente. Il existe différentes substances fluorescentes émettant diverses couleurs et offrant plusieurs rendus des couleurs.

 

Dans les années cinquante, les substances fluorescentes existantes offraient le choix entre une efficacité lumineuse raisonnable (60 lumens/watt) avec une moins bonne lumière dans les rouges et les bleus, ou un meilleur rendu des couleurs avec des substances fluorescentes «de luxe», mais d’un moindre rendement (40 lumens/watt).

 

De nouvelles substances fluorescentes à bande étroite furent développées dans les années soixante-dix. Elles émettaient séparément dans le rouge, le bleu et le vert mais, combinées, elles produisaient une lumière blanche. Un dosage des proportions permettait d’obtenir une gamme d’apparences colorées offrant toutes un excellent rendu des couleurs. Ces substances employées pour les lampes à trois bandes sont plus efficaces que les anciennes et constituent la solution d’éclairage la plus économique, même si les lampes sont plus chères. L’amélioration de l’efficacité réduit les coûts d’installation et de fonctionnement.

 

Le principe des «trois bandes» a été étendu aux lampes cinq bandes pour les applications nécessitant un excellent rendu des couleurs, comme dans les galeries d’art et en chromaticité industrielle.

 

Les substances fluorescentes modernes à bande étroite offrent une plus large durabilité, un meilleur maintien du flux lumineux et une durée de vie de lampe accrue.

 

Lampes fluorescentes compactes

Du fait de sa forme linéaire, le tube fluorescent n’est pas destiné dans la pratique à remplacer la lampe à incandescence. Des tubes étroits et de petite taille peuvent être configurés pour avoir à peu près la même dimension que la lampe à incandescence, mais cela impose une densité superficielle de puissance beaucoup plus importante sur les substances fluorescentes. L’utilisation des substances à trois bandes est essentielle pour obtenir une durée de vie acceptable pour les lampes (voir figure 46.6).

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Figure 46.6   Lampe compacte à tube fluorescent replié en double U

 

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Toutes les lampes fluorescentes compactes utilisent des substances à trois bandes. Si elles sont employées avec des tubes fluorescents, ces derniers doivent donc également émettre sur trois bandes pour assurer l’homogénéité des couleurs.

 

Certaines lampes compactes comportent un ballast incorporé pour pouvoir être substituées aux lampes à incandescence. La gamme s’agrandit et permet une évolution facile des installations existantes pour un éclairage présentant un meilleur rapport énergie/efficacité. Ces lampes à ballast incorporé ne conviennent pas aux installations comportant des gradateurs de lumière.

 

Ballast électronique haute fréquence: si la fréquence d’alimentation normale de 50 ou 60 Hz passe à 30 kHz, l’efficacité des tubes fluorescents augmente de 10%. Il existe des circuits électroniques susceptibles d’alimenter une seule lampe à la fois à cette fréquence. Ils sont conçus pour assurer le même flux lumineux que le ballast bobiné, à partir d’une puissance de lampe réduite, ce qui permet de conjuguer une bonne efficacité lumineuse avec l’avantage d’une augmentation notable de sa durée de vie. Ces dispositifs électroniques peuvent fonctionner sous une certaine plage de tensions d’alimentation.

 

Du fait de l’absence de norme commune pour les ballasts électroniques, les performances des lampes peuvent être différentes des informations publiées par les fabricants de lampes.

 

L’utilisation d’un ballast électronique haute fréquence élimine l’habituel problème du papillotement auquel certaines personnes peuvent être sensibles.

 

Lampes à induction

Des lampes utilisant le principe de l’induction ont récemment fait leur apparition sur le marché. Il s’agit de lampes à vapeur de mercure à basse pression avec une couche de substances fluorescentes à trois bandes, similaires aux lampes fluorescentes, destinées à la production de lumière. L’énergie est transférée à la lampe par rayonnement haute fréquence à environ 2,5 MHz à partir d’une antenne située au centre de la lampe. Il n’existe pas de connexion physique entre l’ampoule et la bobine. Sans électrodes ni connexions filaires, la structure du tube de décharge est plus simple et plus durable. La durée de vie de la lampe est principalement déterminée par la fiabilité des composants électroniques et le maintien du flux lumineux de la couche fluorescente.

 

Lampes à vapeur de mercure à haute pression

Les lampes à décharge à haute pression sont plus compactes et supportent des charges électriques plus importantes; elles nécessitent par conséquent des tubes à décharge en quartz pour résister à la pression et à la température. Le tube à décharge est enfermé dans une enveloppe extérieure en verre remplie d’azote ou d’argon-azote pour réduire l’oxydation et les décharges. L’ampoule filtre efficacement le rayonnement ultraviolet généré par le tube à décharge (voir figure 46.7).

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Figure 46.7   Eléments constitutifs d’une lampe à vapeur de mercure

 

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A haute pression, la décharge dans la vapeur de mercure émet principalement un rayonnement bleu et vert. Pour améliorer la couleur, une couche de poudre fluorescente sur l’ampoule extérieure ajoute une émission rouge. Il existe des versions de luxe avec une plus grande part de rouge, donnant un flux lumineux supérieur et un meilleur rendu des couleurs.

 

Toutes les lampes à décharge haute pression demandent un certain temps pour atteindre le fonctionnement en régime établi. La décharge initiale est favorisée par le gaz d’amorçage, puis le métal s’évapore au fur et à mesure que la température de la lampe augmente.

 

Lorsque la pression est stable, la lampe ne redémarre pas immédiatement sans un système d’amorçage spécial. Il faut attendre que la lampe refroidisse suffisamment et que la pression chute pour que la tension d’alimentation normale ou le circuit d’allumage puisse rétablir l’arc.

 

Les lampes à décharge ayant une caractéristique de résistance négative, le ballast extérieur est nécessaire pour limiter le courant. Ces éléments de ballast entraînent des pertes, de sorte que l’utilisateur doit prendre en compte la consommation totale dans le calcul des coûts de fonctionnement et de l’installation électrique. Il existe une exception pour les lampes à mercure haute pression, dont un type comporte un filament de tungstène qui fonctionne comme limiteur de courant et ajoute les couleurs chaudes à la décharge bleue et verte, ce qui permet le remplacement direct des lampes à incandescence.

 

Bien que les lampes à vapeur de mercure aient une durée de vie assez longue d’environ 20 000 heures, le flux lumineux tombe à environ 55% du flux initial à la fin de cette période et par conséquent la durée de vie économique peut être plus courte.

 

Lampes aux halogénures métalliques

Il est possible d’améliorer la couleur et le flux lumineux des lampes à vapeur de mercure en ajoutant différents métaux à l’arc du mercure. La dose étant faible pour chaque lampe, il est plus pratique, pour une application précise, d’employer les métaux sous forme de poudre comme les halogénures qui, lorsque la lampe chauffe, se dissocient en libérant le métal.

 

Une lampe aux halogénures métalliques peut utiliser un certain nombre de métaux différents, chacun émettant dans sa couleur caractéristique, comme par exemple:

 

dysprosium — spectre large vert-bleu;

indium — spectre étroit bleu;

lithium — spectre étroit rouge;

scandium — spectre large bleu-vert;

sodium — spectre étroit jaune;

thallium — spectre étroit vert;

étain — spectre large orange-rouge.

 

Il n’existe pas de mélange standard de métaux; par conséquent, les lampes aux halogénures métalliques de différents fabricants risquent de ne pas être interchangeables aussi bien dans leur aspect que dans leurs performances de fonctionnement. En ce qui concerne les lampes de faible puissance, entre 35 et 150 W, la compatibilité physique et électrique se rapproche d’une norme commune.

 

Les lampes aux halogénures métalliques nécessitent un ballast d’amorçage et de stabilisation, mais leur diversité implique de veiller soigneusement à la compatibilité de la lampe et du ballast pour assurer un bon amorçage et des conditions de fonctionnement correctes.

 

Lampes à vapeur de sodium basse pression

Le tube à décharge présente une taille similaire au tube fluorescent, mais il est constitué d’un verre feuilleté spécial recouvert à l’intérieur d’une couche résistant au sodium. Le tube à décharge en forme de long «U» est enfermé dans une ampoule extérieure sous vide pour assurer la stabilité thermique. Pendant l’amorçage, les lampes émettent une lueur rouge intense due au gaz néon qu’elles contiennent.

 

Le rayonnement caractéristique des vapeurs de sodium basse pression est un jaune monochromatique, couleur proche de la sensibilité maximale de l’œil humain. Avec près de 200 lumens/watt, les lampes à vapeur de sodium basse pression sont actuellement les lampes qui ont l’efficacité lumineuse la plus élevée. Cependant, elles demeurent limitées aux applications dans lesquelles la discrimination des couleurs ne revêt pas d’importance, comme les routes nationales et les souterrains, ainsi que les rues résidentielles.

 

Dans de nombreux cas, ces lampes sont remplacées par des lampes à vapeur de sodium haute pression qui, parce qu’elles ont une taille réduite, permettent de mieux maîtriser la répartition de la lumière, notamment pour l’éclairage urbain où la pollution lumineuse constitue une préoccupation grandissante.

 

Lampes à vapeur de sodium haute pression

Ces lampes sont similaires à celles à vapeur de mercure haute pression, mais offrent une meilleure efficacité lumineuse (supérieure à 100 lumens/watt) et un excellent maintien du flux lumineux. La nature réactive du sodium requiert un tube à décharge en alumine polycristalline translucide, car le verre ou le quartz ne conviennent pas. L’ampoule de verre extérieure est sous vide pour éviter la formation d’arc et l’oxydation. La décharge dans le sodium ne générant pas de rayonnement ultraviolet, les revêtements de substances fluorescentes ne sont donc pas nécessaires. Certaines ampoules sont dépolies ou traitées pour diffuser la source lumineuse (voir figure 46.8).

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Figure 46.8   Constitution d’une lampe à vapeur de sodium haute pression

 

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Lorsque la pression du sodium augmente, le rayonnement passe en bande large autour de la raie jaune pour donner un aspect blanc doré. Toutefois, au fur et à mesure que la pression augmente, l’efficacité diminue. A l’heure actuelle, il existe trois types de lampes à vapeur de sodium haute pression, comme indiqué dans le tableau 46.5.

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Tableau 46.5   Types de lampes à vapeur de sodium haute pression

 

Type de lampe (code)

Température de couleur (K)

Efficacité (lumens/watt)

Durée de vie (heures)

Standard

2 000

110

24 000

De luxe

2 200

80

14 000

Blanche (White SON)

2 500

50

 

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En règle générale, les lampes usuelles sont utilisées pour l’éclairage extérieur, les lampes de luxe pour l’éclairage intérieur en milieu industriel et les blanches (White SON) pour l’éclairage commercial et les vitrines.

 

Variation du flux lumineux des lampes à décharge

Il est difficile de faire varier le flux lumineux des lampes à haute pression, car toute variation de la puissance modifie la pression, et donc, les caractéristiques de base de la lampe.

 

Il est possible de faire varier le flux lumineux des lampes fluorescentes avec des alimentations haute fréquence, générées par ballast électronique. L’apparence des couleurs demeure très constante. En outre, le flux lumineux est à peu près proportionnel à la puissance consommée de la lampe, avec pour conséquence une économie d’électricité lorsque le flux lumineux est réduit. En couplant le flux lumineux de la lampe au niveau d’éclairage naturel fourni par la lumière du jour, il est possible d’assurer un niveau d’éclairement intérieur presque constant.