Leçons de niveau 13

Rudiments sur les émissions lumineuses/Décharge électrique dans les gaz, principe du tube fluorescent

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Décharge électrique dans les gaz, principe du tube fluorescent
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Chapitre no 7
Leçon : Rudiments sur les émissions lumineuses
Chap. préc. :Luminescence, fluorescence et phosphorescence
Chap. suiv. :Autres sources de lumière
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Rudiments sur les émissions lumineuses/Décharge électrique dans les gaz, principe du tube fluorescent
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Une lampe à décharge comporte deux électrodes entre lesquelles on provoque une décharge électrique, ce qui a pour effet d’ioniser le gaz présent entre les électrodes.

Un atome est ionisé si on lui arrache un électron. Les électrons ainsi arrachés à l’atome sont accélérés sous l’effet du champ électrique. Ces électrons accélérés vont entrer en collisions avec d’autres atomes. Sous l’effet des chocs ainsi produits, les électrons changent de niveau d’énergie, ce qui se traduit par l’émission de lumière.


On distingue deux types de lampes à décharge :


Lampe à décharge basse pression[modifier | modifier le wikicode]

Dans ces lampes, le gaz de remplissage est sous faible pression. Le spectre du rayonnement de ces lampes est constitué de raies émergeant d’un léger fond continue. Les raies obtenues sont caractéristiques du gaz présent dans l’atmosphère de l’ampoule. On peut donc utiliser ce principe pour identifier des gaz inconnus.

Dans les lampes à décharge basse pression, le gaz est le plus souvent constitué de vapeurs métalliques (mercure, sodium, zinc…) ou de vapeurs formés de gaz rares (néon, argon, krypton…).

Les lampes à vapeur de mercure émettent principalement dans l’ultraviolet. On peut donc les utiliser pour se faire bronzer. Les lampes à vapeur de sodium émettent une lumière jaune quasiment monochromatique.

Les lampes à vapeur de néon sont à l’origine des lampes que l’on appelle couramment « néons » (même s’il n’y a pas de néon dedans).


Lampe à décharge haute pression[modifier | modifier le wikicode]

Dans ces lampes, le gaz de remplissage n’est pas sous faible pression. Le spectre du rayonnement de ces lampes est un spectre continu. Les électrodes sont rapprochées et l’intensité du courant entre celles-ci est grande. On appelle cela le régime d’arc.

Le rayonnement émis par les atomes est très intense. Ces lampes ressemblent un peu aux lampes à incandescence si ce n’est que l’on arrive ainsi à simuler des spectres d’émission de corps noir de température très élevée.

Par exemple, si le gaz de remplissage est du xénon, le spectre obtenu est très proche du spectre solaire. Les lampes au xénon permettent d’obtenir une lumière très proche de la lumière du jour.


Le tube fluorescent[modifier | modifier le wikicode]

Nous avons vu précédemment qu’une substance fluorescente pouvait absorber des photons d’énergie élevée (ultraviolet) pour réémettre des photons d’énergie plus faible (lumière visible) si les électrons ne redescendent pas directement à leur niveau d’origine mais passent par des niveaux intermédiaires.

Les ingénieurs ont donc conçu une substance fluorescente qui, après avoir reçu un rayonnement ultraviolet, réémettait une lumière proche de la lumière du jour. Il suffit donc ensuite de prendre un tube à décharge basse pression qui émet principalement dans l’ultraviolet (tube basse pression à vapeur de mercure par exemple) et de le recouvrir de la substance fluorescente en question. On obtient ainsi une lampe, appelée tube fluorescent, qui émet une lumière plus proche de la lumière du jour que les lampes à incandescence et donc d’efficacité lumineuse plus élevée (environ 75 lumens par watt, voir cours de photométrie).