Éclairagisme/Conversion d'énergie par fluorescence

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Principe de la fluorescence

L'éclairage par fluorescence associe la décharge électrique dans un gaz (luminescence) et la production de lumière par la fluorescence. Un corps est dit fluorescent lorsque, frappé par certaines radiations, il les absorbe et restitue des radiations de longueur d'onde égale ou différente.

Amorçage d'un tube

Dans un tube fluorescent, la différence de potentiel entre les électrodes provoque, dans l'atmosphère d'argon de la lampe, un déplacement d'électrons du pôle négatif vers le pôle positif. L'élévation de la température de l'argon ionisé vaporise le mercure contenu dans la lampe. Dès lors, tout se passe comme si le mercure était seul dans la lampe.

Production de la lumière

Les électrons émis par les électrodes rencontrent sur leur parcours les atomes de mercure (1). Ils agissent alors sur les électrons périphériques de ce métal à l'état de vapeur en élevant leur niveau d'énergie (2). Les électrons périphériques ainsi excités à chaque collision retombent ensuite à leur niveau antérieur en libérant des photons (particules de lumière)(3). Ces photons étant situés dans l'ultraviolet ne peuvent donner directement de la lumière visible. Les radiations ultraviolettes, dont la longueur d'onde est de 253,7 nm sont rendues visibles pas les poudres fluorescentes qui tapissent la paroi interne du tube et dont le rayonnement se situe entre 400 et 750 nm.

Spectre lumineux

Le spectre lumineux d'un tube fluorescent est dû d’une part au gaz ionisé, d’autre part à la substance fluorescente. Il n’est pas continu, mais composé d'une succession de raies de longueurs d'onde différentes.

La combinaison des poudres fluorescentes doit permettre un très bon rendement lumineux et un spectre se rapprochant de la lumière du jour.

En l'absence de poudre fluorescente, le tube n'émet que des rayonnements ultraviolets qui vont réagir de façon extérieure, c’est ce qu'on appelle la lumière noire.

Allumage du tube

Alimentation du tube : stabilisation

La décharge électrique alimentée par le courant électrique provoquerait, aussitôt amorcée, un court-circuit si une résistance ou impédance de stabilisation n'était pas intercalée entre la source du courant et le tube : c’est le ballast.

Allumage par starter

Le starter a pour but, en fermant le circuit des filaments, d'assurer le chauffage des cathodes au démarrage pour les rendre très émissives pendant un court instant.

• Hors tension, le starter est ouvert.
• Quand on ferme l'interrupteur, la tension du secteur se trouve appliquée aux bornes du starter, le néon contenu dans le starter (qui s'ionise à partir de 80 V) devient conducteur, le starter s'allume.
• Le starter allumé, la chaleur dégagée par cette décharge déforme les électrodes bi-métalliques qui viennent en contact. À ce moment la lueur disparaît. De ce fait, le courant circule par le starter : les deux filaments montés en série avec le ballast s'échauffent et les électrodes deviennent émissives.
• Les électrodes bi-métalliques du starter se refroidissent alors et se séparent brutalement en reprenant leur position initiale. Cette coupure de courant entraîne une surtension aux bornes du starter donc du tube d'où l'amorçage de celui-ci. Le courant s'établit alors dans le tube.
• La tension aux bornes du tube allumé est d'environ 10 à 40 V. Elle est maintenant insuffisante pour provoquer l'ionisation du néon dans le starter. Si le tube ne s'est pas allumé, la tension aux bornes du starter permet à nouveau une ionisation du néon et un nouveau cycle recommence jusqu'à ce que le tube soit allumé.

Température de couleur

La température de couleur caractérise l'ambiance colorée, chaude ou froide, que les tubes fluorescents permettent d'obtenir :

Température apparente	Température de couleur
Chaude (blanc rosé)	< 3300 K
Intermédiaire (blanc)	3500 à 5500 K
Froide (blanc bleuté)	> 5500 K

Remarque : la température de couleur d'un tube fluorescent ne fournit aucune indication sur la répartition spectrale qui seule, détermine le rendu des couleurs.

Indice de rendu des couleurs (IRC)

Il caractérise l'aptitude des tubes fluorescents à ne pas altérer l'aspect coloré habituel des surfaces qu’ils éclairent. Par convention, cet indice est compris entre 0 et 100. S'il n'y a aucune différence d'aspect, l'indice est 100.

Rendu des couleurs	Valeur de l'IRC
Médiocre	60 < IRC < 80
Moyen	80 < IRC < 85
Bon	IRC > 85

Spectre lumineux

Le spectre lumineux est dû au gaz ionisé et à l'excitation de la substance fluorescente. Le spectre n’est pas continu, mais composé d'une succession de raies de différentes longueurs d'onde.

Température de couleur	Dénomination	IRC
6300 K	Lumière du jour	92
5000 K	Blanc harmonie	90
4300 K	Blanc industrie	65
3800 K	Blanc brillant de luxe	83
3000 K	Blanc soleil de luxe	80
2700 K	Blanc confort	95

Le mélange des poudres de sels fluorescents permet de faire varier les teintes du spectre lumineux généré. Chaque fabricant présente ses tubes sous des appellations commerciales très différentes.

Caractéristiques des tubes fluorescents

Efficacité lumineuse

Pour un tube de diamètre 26 mm – 32 W, l'efficacité lumineuse est de : 3200 lm / 32 w = 100 lm/W.

Flux lumineux

Le flux lumineux a tendance à diminuer avec le vieillissement. Le flux donné par le constructeur est la valeur obtenue après 100 heures de fonctionnement.

Durée de vie

La durée de vie des tubes fluorescents est beaucoup plus élevée que celle des lampes à incandescence. Elle est de l’ordre de 6000 à 10000 heures

Désignation d'un tube fluorescent

• La puissance électrique : elle est liée à la longueur du tube : 18 W pour 0,6 m ; 36 W pour 1,2 m ; 58 W pour 1,5 m
• La température de couleur : blanc confort, blanc soleil …
• La nature du dispositif d'allumage : direct ou avec starter
• Le culot : une ou deux broches
• La forme du tube : droit, U, circulaire, miniature