précisions sur les tubes fluorescents

[invitebff23d5f]

Boujour et bon courage à tous pour cette nouvelle année qui se profile

Je fais des recherches sur les tubes fluorescents et j'ai déja appris pas mal de choses en consultant des discussions sur ce forum ... néanmoins il me reste quelques points obscurs à éclaicir.

_ Le défaut des tubes fluorescents c'est qu'il faut pour ioniser le gaz à l'allumage une tension importante de l'ordre du kV qui va entrainer des pertes par effet joule dans le ballast et l'usure des électrodes. Or le gaz qu'il faut ioniser est un gaz rare, ce qui signifie que toutes ces couches électroniques externes sont complètement pleines et donc qu'il faut boucoup d'énergie pour l'ioniser ... c'est un paradoxe puisque la raison d'être de ces tubes est économique . Pourquoi n'utilise-t-on pas un gaz plus facile à ioniser que l'argon pour jouer le rôle de gaz tampon ?

_ D'autre part j'ai trouvé dans un livre un schéma qui montre la distribution du potentiel électrique dans un tube fluorescent, qui est une droites croissante de la cathode vers l'anode mais avec des pentes très accentuées aux extrémités. Or si on résoud l'equation de Poisson, on devrait trouver une simple droite. Le schéma mentionne aussi l'existence de divers espaces du côté de la cathode : espace d'Aston, de Crookes, de Faraday ... avant la colonne positive qui correspond à l'émission de la lumière, le tout sans aucune explication ! Comment expliquer ces phénomènes ?
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[invitef7177163]

Salut et bonne annee a toi!

_ Le défaut des tubes fluorescents c'est qu'il faut pour ioniser le gaz à l'allumage une tension importante de l'ordre du kV qui va entrainer des pertes par effet joule dans le ballast et l'usure des électrodes.

Ce defaut n'est pas typique aux seuls tubes fluos, mais est en fait commun a toutes les lampes a decharges ou a arc, ou il faut necessairement faire passer le gas present entre les electrodes de l'etat neutre a l'etat ionise afin de fermer le circuit electrique de ladite lampe.
Il est vrai qu'il faut en general environs 1-5 kV pour allumer un tube fluo, mais cette condition d'amorcage depend du type de lampe, et certaines technologies permettent l'amorcage du tube a la tension du secteur. Par contre, les pertes par effet joules induites dans le ballast lors de l'amorcage sont somme toutes tres negligeables, et n'impactent pas sur le rendement global du systeme lampe-ballast.

Or le gaz qu'il faut ioniser est un gaz rare, ce qui signifie que toutes ces couches électroniques externes sont complètement pleines et donc qu'il faut boucoup d'énergie pour l'ioniser ... c'est un paradoxe puisque la raison d'être de ces tubes est économique . Pourquoi n'utilise-t-on pas un gaz plus facile à ioniser que l'argon pour jouer le rôle de gaz tampon ?

D'une part, la nature du gas tampon est choisie de telle maniere que le rendement et la duree de vie de la lampe soient maximises. La nature et pression de ce gas influencent enormement la production d'UV par la vapeur de mercure, car la temperature et densite electronique du plasma dependent de la balance energetique de la decharge, elle meme influencee en premier ordre par le gas tampon.
Ainsi, de maniere generale l'argon est utilise pour les lampes de puissances moyennes comprises entre 18 et 65W; le neon est plutot empoyes pour les puissances superieures allant jusqu'a 215W, et le krypton et xenon employes pour les puissances inferieures a 32W.

D'autre part, l'amorcage de la lampe ne se fait pas dans du gaz rare pur, mais dans un melange mercure-argon car il y a a temperature ambiante de la vapeur de mercure presente. Ce melange mercure-argon est tres particulier, car c'est un melange dit de Penning qui est tres facile a ioniser du fait du transfert resonnant d'energie entre les atomes d'argon metastables et ceux de mercure.
Il y a bien sur des cas ou la vapeur de mercure est tres tenue, comme dans les lampes a amalgam, ou dans des environnements a tres faible temperatures. Dans ces cas, on a recours a des melanges Penning binaires de gas rares (Xe-Ne par exemple), ou a des aides a l'amorcages comme une antenne courant le long de la lampe...

Maintenant, en ce qui concerne ton paradox de l'economie d'energie de ces lampes - ce n'est en fait pas un paradoxe car la duree d'amorcage de ces lampes est ultraminime comparee a la duree de fonctionnement. Ce a un point que l'energie depensee lors de l'allumage n'influence quasiment pas le rendement global.

_ D'autre part j'ai trouvé dans un livre un schéma qui montre la distribution du potentiel électrique dans un tube fluorescent, qui est une droites croissante de la cathode vers l'anode mais avec des pentes très accentuées aux extrémités. Or si on résoud l'equation de Poisson, on devrait trouver une simple droite. Le schéma mentionne aussi l'existence de divers espaces du côté de la cathode : espace d'Aston, de Crookes, de Faraday ... avant la colonne positive qui correspond à l'émission de la lumière, le tout sans aucune explication ! Comment expliquer ces phénomènes ?

Les explications relatives a la formation d'une decharge luminescente normale sont donnees dans tout bon livre sur la physique des plasmas qui se respecte.
Pour faire simple, le plasma de la colonne positive qui emet la lumiere possede certaines proprietes physiques comme la densite en charges (electron, ions) dont chaques especes ont certaines temperatures, le tout etant fixe par l'intensite du courant, la geometrie du tube, la nature et pressions des gas presents dans la lampe. Or l'histoire ne s'arrete pas la, car il faut aussi coupler ce plasma a des electrodes, ce qui aura pour consequences la formations de zones de charges d'espaces dans la plasma qui correspondent aux zones que tu cite.
Par exemple, l'anode collecte un courant electronique qui est egal au courant de la lampe. Ce courant collecte depend de la temperature et densite electronique de la colone positive, qui peut ou ne pas suffir, ou etre meme trop important. Ainsi dans le cas ou trop peut d'electrons emergent naturellement de la colone positive, une zone se formera devant l'anode ou un champs electrique repoussera les ions et accelerera les electrons afin d'accroitre la production de charges et de satisfaire le bon fonctionnement de l'anode. De meme, a la cathode il y aura plusieurs zones de charge d'espace qui se formeront afin que le courant injecte dans la colonne positive soit suffisant au bon fonctionnement de la lampe.
Ces zones de charge d'espace se forment spontanement car elle permettent a la decharge de s'equilibrer et d'atteindre un point d'energie minimal. Toute modification artificielle de ces zone entraineront une elevation de tension de la lampe, ou de sa puissance, ou un effet similaire ...

Le cas de la simple droite de potentiel que tu mentionne existe dans la cas de la decharge sombre de Faraday ou le courant est tres faible et la densite electronique trop minime pour qu'il y ait formation de zones de charges d'espaces aux electrodes. Je te laisse le soin de regarder dans un bouquin traitant des gaz ionises pour plus de details.

A++

Max

[invitebff23d5f]

Je te remercie pour la promptitude de ta réponse particulièrement instructive , notamment au sujet du fameux mélange de Penning sur lequel je vais pouvoir faire des recherches plus approfondies et l’existence de ces étranges espaces aux extrémités du tube. J’imagine que le fait que la décharge s’y équilibre et atteigne un point d’énergie minimal justifie le fait qu’elles sont relativement sombres. Néanmoins ta réponse a soulevé une nouvelle lacune concernant la catégorie des tubes fluorescents . Je pensais avoir compris qu’ils appartiennent aux lampes à décharges et atteignent, lorsque le gaz est ionisé et stabilisé par le ballast, un régime d’arc, entraînant l’émission de lumière. Or d’après ce que j’ai lu, les lampes à décharges et les lampes à arc semblent être deux catégories différentes : « Ce defaut n'est pas typique aux seuls tubes fluos, mais est en fait commun a toutes les lampes a decharges ou a arc, ou il faut nécessairement faire passer le gas present entre les electrodes de l'etat neutre a l'etat ionise afin de fermer le circuit electrique de ladite lampe. » Qu’en est-il ?

[invitef7177163]

Salut,

J’imagine que le fait que la décharge s’y équilibre et atteigne un point d’énergie minimal justifie le fait qu’elles sont relativement sombres.

Non, l'aspect des zones sombres et claires presentes autours des electrodes n'a absolument rien a voir avec le fait que la decharge se stabilise a son point d'energie minimal. Les aspects et couleurs de la lueure negative, cathodique et anodique ainsi que l'allure sombre des zones de Crookes et de Faradays ne sont due qu'a l'evolution spatiale de la densite et energie des electrons.
De plus, ces formations ne sont pas typiques aux tubes fluos seuls, mais sont communes a toute decharges ou arc electriques connecte a des electrodes. Les differences entre chaques systemes resident dans les dimentions et aspect de ces differentes zones.

Néanmoins ta réponse a soulevé une nouvelle lacune concernant la catégorie des tubes fluorescents . Je pensais avoir compris qu’ils appartiennent aux lampes à décharges et atteignent, lorsque le gaz est ionisé et stabilisé par le ballast, un régime d’arc, entraînant l’émission de lumière. Or d’après ce que j’ai lu, les lampes à décharges et les lampes à arc semblent être deux catégories différentes

Il ya bien une difference entre decharge et arc, mais comme toute terminologie il existe des cas particuliers et des variantes qui dependent des gens...
Dans la cas des lampes, celles a arc appartiennent a la famille des sources a hautes ou tres hautes pressions, la ou les electrons sont emis de la cathode par effet thermoelectronique, et les differentes especes du plasma sont en equilibre thermodynamique partiel entre elles. A l'autre extremite, il y a les lampes a decharges, ou la pression est inferieur a l'atmosphere et le plasma fortement hors equilibre thermodynamique (electrons plus chauds que les especes lourdes). La difference entre ces deux cathegories emerge donc dans la nature du plasma, nature qui donnera a la lampe des characteristiques optiques et electriques tres differentes selon que l'on considere une famille ou une autre.
Il y a bien sur entre ces deux types de lampes d'autres sources qui tombent dans des cathegories intermediaires, ce qui est le cas des tubes fluos par exemple. Certains les considerent comme des lampes a arc car la cathode fonctionne en regime thermoelectronique, et d'autre les apellent des lampes a decharge car le plasma est du type basse pression, hors equilibre thermodynamique! Je suis personellement favorable a la deuxieme appelation car les termes "arc" et "decharge" ne se referrent qu'au plasma et non au fontionnement de la cathode... mais nombres de livres utilisent le premiers terme.
Si l'emission d'electrons a la cathode atteint bien le regime d'arc, le plasma de la colonne positive en revanche garde des proprietes d'une decharge luminescente. Donc l'apellation technique d'un tube fluo est ouvert au debat, qui je pense ne sera jamais bien resolu entre les gens du metier...

J'espere que cela repond a tes questions...
Au fait, c'est quel livre que tu a lu a ce sujet? Celui de Waymouth ou celui d'Elenbaas?

A++

Max

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebff23d5f]

Je ne connais pas ces livres là . Mes principales sources sont des TEC et TEC DOC . En particulier un petit livre bleu : « L’éclairage : Notions de base - projets d'installations - De Vandeplanque - TEC et DOC ». Il ne met pas beaucoup l’accent sur la théorie, mais il explique bien différents projets d’éclairage d’intérieur et d’extérieur : choix du niveau d’éclairement, du type de lampes, des luminaires, de la répartion des foyers … c’était le seul sur le sujet que j’ai trouvé à Gilbert Jeune … Si je trouve tes livres j’essaierai d’y jeter un œil, mais bon, comme je passe mes concours dans moins de quatre mois , j’ai pas trop le temps d’aller flâner dans les bibliothèques.
J’ai une autre question plus pratique à te poser. J’aimerais observer le spectre d’un tube fluorescent, et je pense que c’est plus facile de manipuler une ampoule fluocompacte. Je sais que ce spectre est plus ou moins discontinu avec 2 ou 3 pics dans le domaine visible. Je sais que je peux l’obtenir avec un réseau et un système de lentille de manière à le focaliser sur un écran, mais je ne sais pas si l’intensité lumineuse de la lampe sera suffisante pour observer ces pics à l’œil nu, et éventuellement faire une comparaison avec le spectre continu d’une lampe à incandescence. J’aimerais savoir si cette expérience vaut le coup d’être faite, ou bien si il est possible d’augmenter suffisamment la luminosité de la lampe avec un appareil adapté. Sinon il doit y avoir des appareils très coûteux, donc que je ne trouverais pas au lycée , mais que je pourrais peut être utiliser ailleurs ?

[invitef7177163]

Salut,

Je ne connais pas ces livres là . Mes principales sources sont des TEC et TEC DOC . En particulier un petit livre bleu : « L’éclairage : Notions de base - projets d'installations - De Vandeplanque - TEC et DOC ». Il ne met pas beaucoup l’accent sur la théorie,

Curieuse coincidence, car j'ai eu quelques discutions avec lui il y a dix ans quand je cherchais a peaufiner mon orientation post-bac. Cette personne s'interesse avant tout a l'utilisation de la lumiere plutot qu'a la physique sousjacente, donc c'est normal que tu n'ai pas trouve toutes les infos dans son livre.

Sinon en ce qui concerne les deux livres que je mentionnais (Electric discharge lamps de J.Waymouth, et Fluorescent lamps de W.Elenbaas), il sont en rupture d'impression depuis longtemps et les chances que tu les trouves en librairie sont quasi nulles. Donc je pense qu'il te faut passer par la case bibliotheque, et encore ce n'est pas gagne. Tu peut aussi chercher dans les "techniques de l'ingenieur", il y a une serie d'articles ecrit par Marc LaToison qui sont assez interessants mais je ne me souvient plus si la physique des tubes fluos y est traitee en profondeur.

J’ai une autre question plus pratique à te poser. J’aimerais observer le spectre d’un tube fluorescent, et je pense que c’est plus facile de manipuler une ampoule fluocompacte.

Cette experience peut tout a fait etre faite avec une fluocompacte. Le tout c'est d'enfermer la lampe dans un tube (ou autre) muni d'une fente de sorte d'un pinceau lumineux emerge de l'ensemble. Le tout est qu'il ne doit pas y avoir de la lumiere parasite.
Avec une lentille tu focalise l'image de la fente sur un ecran, et tu y intercale un reseau ou un prisme pour la dispersion de la lumiere. Personellement j'utiliserai un prisme, car dans ce cas et contrairement au reseau, toute la lumiere servira a former un unique spectre qui sera d'intensite maximale.
Le spectre auquel tu doit t'attendre est constitue des raies visibles du mercure superposees aux bandes (3 ou plus) d'emission de la poudre fluorescente.

A++

Max

[invitef7177163]

Une petite precision en passant concernant le choix de la fluocompacte.

Je te conseille tout d'habord de prendre une lampe dont les tubes sont apparents (donc pas de globe diffusant). Ensuite, il te serait preferable de choisir la lampe qui a les tubes de plus faible diametre, car elles ont une plus forte luminance. Ceci te permettra de maximiser l'intensite lumineuse du spectre obtenu.

A+

Max

[invitebff23d5f]

Je te remercie pour ces précisions, j’espère réaliser cette expérience dans les jours à venir … Néanmoins elle reste très qualitative et j’aimerais bien avoir des mesures sur lesquelles je pourrais travailler. J’ai trouvé sur Internet un graphique qui quantifie l’énergie associée aux différences raies émises … je pense que, l’unité en ordonnée n’étant pas précisée, il s’agit d’une quantification relative où les valeurs de l’énergie sont repérées en pourcentage par rapport à la valeur maximale d’une raie du spectre dans le domaine visible. Comme au lycée, l’équipement se limite en tout et pour tout au luxmètre, je me demande si ce dernier est assez sensible pour me permettre de tracer un graphique du même genre. Sachant que la cellule réceptrice fait 2.5 mm de large, en la translation perpendiculairement au spectre obtenu sur l’écran et en relevant en différents points les valeurs de l’éclairement, je pourrais peut être obtenir quelque chose de potable ? ? ?

[360no2]

Une autre question sur le sujet, parce que dans à peu près tout ce que j'ai pu lire sur le sujet, il est dit qu'une lampe fluocompacte fonctionne sur le principe du tube fluorescent, bon globalement je veux bien, mais j'aurais voulu savoir si quelqu'un pouvait pointer les différences et les difficultés de la réalisation d'une lampe fluocompacte (il doit bien y avoir une raison si un nombre assez conséquent d'années sépare l'apparition des deux systèmes... )
Basiquement, la première grande différence est que la lampe fluocompacte est coudée, mais je voudrais bien savoir les difficultés que cela entraîne : puisque le principe est de faire circuler un courant entre deux électrodes dans l'atmosphère contenue dans l'ampoule, je ne vois à priori pas ce qui peut poser problème (pas plus en tout cas qu'avec un fil électrique "plié" ).
Ensuite, je voudrais aussi savoir s'il n'y a pas d'autres différences fondamentales entre les deux systèmes auxquelles je n'aurait pas pensé (vu que certaines avancées effectuées avec les lampes fluocompactes sont applicables dans les tubes fluorescents à mon avis, je pense notamment aux systèmes de démarrage électroniques...)
Enfin, une petite question comme ça pour l'anecdote : pourquoi est-ce qu'on appelle couramment les tubes fluorescents des tubes "néon" (alors qu'il me semble que ce gaz n'a jamais été utilisé pour le système )

[invitef7177163]

Salut

>>gonzlufcadful

le plus simple est que tu fasse une photo (avec un appareil numerique) du spectre et que tu la traite avec un programme du genre Matlab, ou autre, afin d'obtenir le profil en intensite.

Une autre question sur le sujet, parce que dans à peu près tout ce que j'ai pu lire sur le sujet, il est dit qu'une lampe fluocompacte fonctionne sur le principe du tube fluorescent, bon globalement je veux bien,

Que tu le veuilles ou non, les fluocompactes sont avant tout des tubes fluorescents, et marchent exactement selon le meme principe. La difference reside dans la geometrie de la source lumineuse, et le fait qu'une alimentation est integree au niveau de la douille de la lampe.

(il doit bien y avoir une raison si un nombre assez conséquent d'années sépare l'apparition des deux systèmes... )

Il y a plusieurs raisons a cela. La premiere a ete un probleme de poudre fluorescente. Jusqu'en 1973 le materiau employe etait a base d'un melange binaire d'halophosphates (GEC, Angleterre, 1941), qui ne resiste pas vraiment bien a un fort bombardement d'ions mercure (ce qui est rencontre dans les plasmas de mercure), et a une luminance maximale assez limitee. De ce fait, la majorite des lampes employant ce materiau ne pouvaient pas avoir de diametre inferieur a 38mm, sous peine de faible rendement.
En 1973, une nouvelle poudre fluorescente a base de terre rares a vu le jour (Philips, Hollande), et possede une meilleure resistance et rendement que la technologie precedente. Cette avancee a permis la reduction du diametre des tubes fluos de 38mm a 26, 16, 10, 7, et puis 2 mm dans les annees 90, sans perte de rendement jusqu'a 7mm. Cette reduction a aussi ete permise par le development et l'utilisation de revetement protecteurs deposes sur la poudre fluorescente.

L'autre probleme majeur a ete la balance thermique de la lampe. Un tube fluo standard fonctionne a sont point optimal vers les 40C, car cette temperature determine la pression de vapeur de mercure dans le plasma de la lampe. Ce dernier parametre a une tres grande importance sur le rendement de la source. Le probleme est que plus le tube est petit, plus la temperature est elevee pour une puissance dissipee constante. Ainsi en depassant les 40C, l'efficacite de la lampe chute. Il a falut donc attendre le developement d'amalgames mercure-bismuth par Osram en 1968-69 pour permettre un maintient du rendement a plus fortes temperatures.
Le spectre des licences a payer pour l'utilisation d'une technologie concurrente a aussi pousse au developement de differentes methodes alternatives afin de garder la pression de vapeur de mercure a sa valeur optimale.

Troisiemement, il y a eu le probleme de l'alimentation. Bien que les premieres alims electroniques aient vues le jour dans les annees 50, leur utilisation a grande echelle n'a explosee qu'au debut des annnes 80. Ceci est du au development des transistors MOS-FET de puissance et a la miniaturisation des circuit.
Ainsi les premieres lampes fluocompactes employais un lourd ballast ferromagnetique, ce qui leurs a donne le surnom de "cans of beans" (boites de fayots), tant les dimensions et poids etait equivalents. Il faudra attendre 1982 pour voir apparaitre les premieres fluocompactes electronique... qui n'etaient pas tres compactes d'ailleur!
A ce probleme s'attache celui du rejet harmonique de l'alim, qui doit etre minimum et necessite donc des circuits plutot complexes. Pour la petite histoire, en Europe, la regulation sur les rejets harmoniques dans le reseau par des lampes est plutot souple pour des puissances inferieues a 25W. C'est pour cette raison precise que les plus puissantes fluocompactes "grand public" trouvables sur le marche ne font que 23W.

En finalite, il y a aussi le cout technologique. De telles lampes auraient pu etre mise sur le marche dans les annees 60, mais a un prix prohibitif. D'autant plus prohibitif qu'il faudra attendre les chocs petroliers des annees 70 pour que l'on s'interesse vraiment a un remplacement economique de ces pompes a energie que sont les lampes a incandescences.

Donc en tout, ce sont la necessite d'innovations technologiques et l'accroissement du cout de l'electricite qui ont fait que ces fluocompactes n'ont ete introduites qu'en 1976, par Philips.

Basiquement, la première grande différence est que la lampe fluocompacte est coudée, mais je voudrais bien savoir les difficultés que cela entraîne : puisque le principe est de faire circuler un courant entre deux électrodes dans l'atmosphère contenue dans l'ampoule, je ne vois à priori pas ce qui peut poser problème (pas plus en tout cas qu'avec un fil électrique "plié" ).

Ce n'est pas si simple que cela, car un plasma ne se comporte pas comme un simple "fil electrique plie", surtout en regime alternatif. La reduction du diametre du tube introduit plus de perte de charges du plasma. Concretement cela se traduit par une tension d'amorcage plus elevee (il faut bien faire passer le gas d'etat isolant a conducteur), et une tension en regime normal aussi plus elevee. De plus, les pics de reamorcage a chaque demi-alternance sont plus eleves, ce qui impose des contraintes assez importantes a l'alim.

Enfin, une petite question comme ça pour l'anecdote : pourquoi est-ce qu'on appelle couramment les tubes fluorescents des tubes "néon" (alors qu'il me semble que ce gaz n'a jamais été utilisé pour le système )

A vrais dire je n'en connais pas la raison exacte. Une des hypotheses est que le grand public associe les tubes fluos avec les enseigne lumineuses, dont certaines sont effectivement des tubes au neon (mais pas toutes).
L'autre possibilite est de nature historique. Les tubes au neons (lumiere rouge) ont ete introduits au tout debut du XXeme siecle (George Claude), soit trente ans avant les tubes fluos. Or, d'apres certains documents, ces tubes neons, tres vite employes pour la publicite, on assez marque l'imagination du public. En plus, avant l'introduction des tubes fluos en 1936 (Osram), ces tubes neons etaient aussi employes en conjonction avec des tubes a vapeur de mercure basse pression (1901, Cooper-Hewitt) pour l'eclairage general. La lumiere rouge du neon avec celle verte-bleue du mercure donne une lumiere blanche de qualite assez mediocre. Donc il est tout a fait possible que le terme "tube neon" soit reste bien apres l'avenement des tubes fluos...


A++

Max

[360no2]

Merci bien pour toutes ces réponses

[inviteffa1e107]

je me pose une question : quel est la technologie qui permet d'avoir la lampe la plus puissante en terme de flux lumineux.

J'ai ouie dire que les éclairages de stade par exemple utilisent des lampes à décharge
cela dit je me fait peut etre des idée sur la puissance de ces appareils. Apres tout ce sont des systèmes d'éclairage directif et couplé pour éclairer un endroit précis du stade.


pour ce uqi est de ton probleme, gonzlufcadful, le seul probleme avec ton luxmetre est de savoir si il va etre assez sensible pour mesurer les variations de flux (bref si c'est pas une antiquité ca devrait aller). La largeur de la cellule receptrice va lisser ta mesure(pic moins prononcé et plus large.)

Si il n'est pas assez sensible, tu peux envisager de trouver des cellules photoélectrique plus sensible. tu ne devrais pas avoir de mal à en trouver par exemple chez radiospare, et tu dois facilement pouvoir trouver le cablage électrique nécessaire à ton insallation (internet voir meme datasheet). Du coup tu mesurerai des volts. Ce n'est pas tres grave puisque tu fais une mesure monochromatique et normalement une table de rendement est présente dans les datasheet te donnant la part de flux absorbée pour chaque longueur d'onde (tu divises par la valeur correspondant a ta longueur d'onde et tu as une valeur proportionnelle au flux recu par le capteur pour la longueur d'onde considérée)

pour ce qui est de la largeur de la cellule, il y a une solution simple. Tu colles une fente juste devant la cellule recptrice (façon de parler, ne touche pas à la surface de mesure, place la fente juste devant). la fente orientée perpendiculairement à l'étalement de ton spectre. Plus la fente est fine plus ta mesure est fine mais moins tu mesures de flux

ensuite c'est facile tu notes tes résultats en gardant toujours la meme fente. tonluxmetre te donne l'éclairement moyen sur toute se cellule. en multipliant le resultat par l'aire de cette cellule tu obtiens le flux erçu par le capteur
en le divisantpar la surface laissée "éclairée" par la fente tu obtiens l'éclairement moyen réel

mais au final peut t'importes, une mesure de spectre a pour but de déterminer la répartition de flux entre les différentes longueurs, c'est donc une mesure relative d'onde
sinon il te reste a evaluer le flux total transmis

voila ce que j'en pense
asgrim

[invitef7177163]

Salut,

je me pose une question : quel est la technologie qui permet d'avoir la lampe la plus puissante en terme de flux lumineux.

C'est la technologie des arc haute pression, ou dans certains cas plus de 10kW/cm peuvent etre dissipes dans le plasma! Cette characteristique permet la fabrication de lampes extremement brillantes et compactes, permettant un excellent control optique de la lumiere generee.
Cette famille comprend les lampes suivantes:
- les lampes au xenon a arc court (XBO, 20-100 bar | 1-10kW/cm) pour la projection des films au cinema.
- les lampes au mercure employes dans les videoprojecteurs (UHP, 150-300 bar | 1-3.5kW/cm)
- les lampes aux halogenures metallique a arc courts (HMI, ~25 bar | 1-6kW/cm)

En terme de puissance, les lampes aux halogenures et au xenon peuvent atteindre les 20-30kW sans trop de problemes, avec des flux generes de l'ordre de plusieurs millions de lumens - a comparer avec les 2500 lumens d'une lampe classique de 100W.

Sinon pour ce qui est du record, il s'agit d'une lampe a argon de 300kW dont l'arc (dit de Gerdien) est stabilise par un vortex d'eau circulant a la surface de l'envelope en quartz de la lampe. Cette source n'est bien evidement pas employe pour l'eclairage, mais est utilisee pour fondre et recuire tres rapidement des materiaux metalliques et ceramiques. Deja qu'a 200W on arrive a enflamer du papier journal a distance, je te laisse deviner l'effet du rayonnement de la source de 300kW!
Pour la petite histoire, pendant la deuxieme guerre mondiale des "skytrackers" etaient employes pour voir les avions pendant les batailles nocturnes. Comme les intensites lumineuses obtenues avec les lampes de l'epoques n'etaient dans bien des cas pas suffisantes, l'armee a eu recours a une technologie vieille d'un siecle: l'arc au charbon. Un arc est cree dans l'air entre un barreau (cathode) et une plaque de graphite (anode), ces electrodes etant impregnees de sels metalliques afin d'accroitre la puissance lumineuse emise.
Les puissances dissipees etaient dans certains cas monstrueuses, jusqu'a 5MW pour les sources les plus puissantes. Une telle dissipation necessitait evidemment des electrodes massives, avec des anodes rotatives afin de limiter leur combustion. Certains de ces projecteurs subsistent encore aujourd'hui, mais pas de la gamme du MW pour autant que je sache.

J'ai ouie dire que les éclairages de stade par exemple utilisent des lampes à décharge cela dit je me fait peut etre des idée sur la puissance de ces appareils. Apres tout ce sont des systèmes d'éclairage directif et couplé pour éclairer un endroit précis du stade.

Tu a raison sur le fait que les lampes de stade sont des lampes a decharge. Leurs puissances va de 1 a 3.5W, les 2kW etant le model le plus utilise. Le fait que ces systemes d'eclairage soient directifs est du au fait que ces sources lumineuses sont assez compacte, et de brillance tres elevee, ce qui permet donc un bon control optique.
Des annees 70 a 90, ces sources avaient une extension de l'ordre de 10 a 25cm, puis les annees 90 ont vues l'introduction de nouvelles gammes de lampes a arc beaucoup plus courts: 2-3 cm, ce qui a grandement accru le rendement optique des luminaires.

A++

Max

[inviteed7336aa]

Salut,
Je crois aussi qu'il est utile de préciser que l'avancée technologique des fluo compactes tient aussi du fait que l'électronique basée sur le découpage a permis de concevoir ces lampes, en effet, l'ammorçage est facilité par la haute fréquence de ce découpage de la tension d'allimentation.
A+

[invitebff23d5f]

Asgrim, ton idée de la fente placée devant la cellule du luxmètre pour obtenir plus précisément le flux émis dans un faible intervalle de longueur d’onde est intéressant. Il est vrai que l’éclairement mesuré par le luxmètre à travers cette fente sera probablement très faible, mais bon je vais essayer.


J’ai tenté par ailleurs une autre expérience avec la lampe fluo que j’ai achetée. Cette dernière indique sur la notice au dos un flux de 1200 lumens, pour une consommation de 20 watts, donc si je ne m’abuse, une efficacité de 1200/20 = 60 lm/w, ce qui lui vaut d’être dans la catégorie A, celle des lampes économiques. J’ai essayé de retrouver ce résultat avec mon luxmètre favori pour voir si le constructeur est honnête homme. Ma lampe fluo a une surface apparente Sapp = 26 cm2 et une surface émettrice S = 50cm2.
J’ai fait en sorte que la surface réceptrice du luxmètre soit parfaitement orthogonale à celle de la lampe, et distante d’une longueur D. D’autre part on voit ,depuis la cellule de luxmètre, la surface de la lampe sous un angle solide O.
J’ai fait des mesures à plusieurs distances dont une à 60 cm qui me donne un éclairement de la cellule du luxmètre E = 400 lux, ce qui est plausible. C’est après que ça se corse. D’après les relations que j’ai trouvé sur les grandeurs photométriques :
- O = Sapp/D2 , soit ici O = 26 / 60*60 = 0.0072 sr
- l’intensité du flux émis par la lampe est I = Sapp*L où L est la luminance de la lampe fluo
- d’autre part E = I/D2
- d’où : E = Sapp*L/D2 = L*O
- J’en ai donc déduit L = E / O = 400 / 0.0072= 55555 cd/m2 ce qui me paraît beaucoup ? ? ?
- enfin d’après le loi de Lambert : le flux de la source est :
F = pi*L*S = 3.14*55555*0.005 = 872 lm … soit un écart en valeur relative de 27 % avec ce qu’annonce la notice …

Pouvait vous m’indiquer s’ ils existe des erreurs dans ma méthode de calcul, ou bien si j’ai fait des approximations trop grossières , ou tout simplement si c’est normal , ou encore si le constructeur a fait de la surenchère !


J’ai aussi une autre question : il est dit qu’une lampe comme l’ampoule à incandescence classique émet son rayonnement de manière isotrope, c’est à dire qu’il a les mêmes propriétés dans toutes les directions de l’espace. A l’inverse, un tubes fluorescent a une émission orthotrope, ce qui signifie à luminance uniforme. Comment expliquer cette différence d’un point de vue physique ?

[invite7c1192a2]

Bonjour,

Je suis également en quête d'informations sur le fonctionnement des tubes fluorescents dans le cardre des tipe.
Par contre, j'ai beaucoup de diffculté à trouver de la documentation précise qui traite de leur fonctionnement. Pour couronner le tout, les deux seuls livres que tu cites ne sont plus édités !!!!
Saurais-tu où je pourrais trouver de la doc ?
En fait j'ai déjà pas mal épluché le forum, qui a déjà pas pas mal épluché le sujet, mais même si je comprend désormais assez précisément le principe de fonctionnement de ces tubes, j'aimerais aller plus loin.
Par exemple, quel est exactement la composition du gaz dans les lampes et qu'est-ce qui le rend si adapté, physiquement parlant ?
L'émission de lumière est procoquée par la chute d'un électron d'un niveau d'énergie à un autre. Y a-t-il des niveaux d'énergie privilégiés pour le mercure ?
Pourquoi la pression du gaz "tampon" (ici l'argon je crois) est si importante ? Je n'ai presque pas de notion de physique des plasmas, et le seul livre que j'ai trouvé contenait plein d'équations mais rien de vraiment applicable aux tubes fluo, à mon niveau bien sûr.

Evidement, je suis ouvert à tout site internet, si quelqu'un (Max par exemple ? ) a été plus chanceux que moi.

Merci a tous.

[invitebff23d5f]

C’est vrai que les livres sur les tubes fluo sont assez rares : j’ai fait des recherches dans mon cdi et dans la bibliothèque universitaire affiliée à mon lycée et je n’ai pas trouvé de livre traitant spécifiquement des tubes fluo … néanmoins on peut se débrouiller en le découpant en trois parties :
_ une partie électronique avec ce qui touche à l’établissement du courant dans le tube : le ballast, le starter, les spécificités des électrodes …. Il y a pas mal d’informations dessus dans le forum
_ une partie qui concerne la physique des plasmas ; tu ne dois pas être en seconde année puisqu’elle est au (nouveau) programme de spé ; tu dois pouvoir trouver quelques choses dans les livres de 2sd année du genre « tout en un » qui expliquent ce qu’est un plasma, comment on l’obtient en ionisant un gaz (ici l’argon) …
_ enfin une partie mi physique mi chimie, probablement la plus abordable, sur les poudres fluorescentes qui tapissent le parois du tubes et dont le rôle et de ramener les radiations émisent principalement par le Hg des UV au domaine visible, avec le shift de Stockes, illustré par un diagramme de Jablonsky

Les livres traitant spécifiquement de ces différentes parties sont plus simples à trouver, notamment les TEC qui ont le méritent d’êtres précis, complets et surtout faciles à se procurer dans les bibliothèques.

Concernant ta remarque à propos de la pression importante de l’argon dans les tubes fluorescents, il me semble plutôt que c’est l’inverse ( environ 100 Pa, soit 1000 fois moins que celle atmosphérique ). En effet le libre parcours des électrons, qui vont exciter la vapeur de mercure, dans le milieu est inversement proportionnel à la pression . Dans le cas contraire, celui des lampes à incandescence par exemple, les chocs incessant des électrons avec les atomes constituant le milieu se traduisent par un effet joule important et non désirée pour la production de lumière. Ce qui explique que les tubes sont toujours relativement froid, tièdes au plus, ce qui est toujours assez déstabilisent quand on associe la lumière à la chaleur du soleil !

Quoiqu’il en soit, c’est vrai qu’en prépa on a pas trop de temps pour faire des recherches approfondies dans les bibliothèques, alors je te conseille de te vouer au bon vouloir de google en lui rentrant les mots clés que je t’es donné plus haut … à priori il y a de quoi faire .

[invite7c1192a2]

Je te remercie pour ton aide.

Je vais essayer de trouver ces fameux TEC.
J'ai continuer quelques recherches sur internet, et en fait on peut trouver beaucoup d'informations dès qu'on rentre un peu dasn le domaine anglophone. Par exemple on trouve pas mal de choses sur http://members.misty.com/don/f-lamp.html et les liens présents sur la page.
Merci aussi pour ta précision sur l'influence de la pression en argon. Par contre, si tu en savais un peu plus sur ce sujet, je suis preneur !! (Ben oui, pourquoi le libre parcourt des électrons est "pile poil" inversement proportionnel a la pression ?)
Encore un truc : en fait je suis en seconde année (PSI). Mais la prof de physique ne nous a parlé des plasmas que brièvement dans la cadre des ondes électromagnétiques dans un plasma. J'espere que ca va bientot venir !!

Sur ce, bonne chance pour la suite et surtout pour les concours !!

[inviteffa1e107]

F = pi*L*S = 3.14*55555*0.005 = 872 lm … soit un écart en valeur relative de 27 % avec ce qu’annonce la notice …

Pouvait vous m’indiquer s’ ils existe des erreurs dans ma méthode de calcul, ou bien si j’ai fait des approximations trop grossières , ou tout simplement si c’est normal , ou encore si le constructeur a fait de la surenchère !

ben la il est tard mais ca a l'air correct
mais je ne suis pas sur que la loi de lambert soit aplicable
de toute facon tu trouve un résultat de l'ordre de grandeur de ce que tu cherche donc ca doit pas etre totalement faux

ajoute a ca que le constructeur exagere toujours un peu, et puis ta méthode de mesure n'est pas fiable (qui te dis que le flux sera le meme dans toute les directions, la géométrie, les zones ocultées par la mécanique etc fausse ton modele lambertien)
donc tu ne peut q'estimer grossierement le flux

de plus, je ne connais pas trop ce type de lampe mais pour toutes les autres il y a des variations dans le temps : as tu attendu la stabilisation thermique?? ton circuit électrique est il stable

la meilleure méthode pour mesurer efficacement le flux d'une lampe c'est une mesure avec une sphere optique: le flux de sortie est directement proportionel à celui de la lampe

mais ne t'embete pas à faire ce genre de mesure si tu n'en a pas l'utilité, en général la mesure change d'un jour à l'autre
cela dit j'ai deja fait ce genre de manip "pour le plaisir" disons

J’ai aussi une autre question : il est dit qu’une lampe comme l’ampoule à incandescence classique émet son rayonnement de manière isotrope, c’est à dire qu’il a les mêmes propriétés dans toutes les directions de l’espace. A l’inverse, un tubes fluorescent a une émission orthotrope, ce qui signifie à luminance uniforme. Comment expliquer cette différence d’un point de vue physique ?

ben justement moi j'ai fait la manip avec une lampe à incandescence
je te promets qu'ace le meme montage que toi la mesure d'écklairement varait de 20% => disons que c'est isotrope à l'oeil ou bien trés loin
pour ce qui est des tubes je ne comprend pas ta question
de toute facon la lumière est générée par radiation d'un atome du filament (ou du matériau convertissant les uv en lumière visible etc) il n'y a pas de raison qu'il y est une direction privilégiée d'émission
donc il y a des phonons émis dans toutes les directions, le tout est de savoir si ils vont pouvoir "quitter la lampe" sans etre interceptés
pour les arc je sais pas mais ca doit etre du meme genre
voila
asgrim

[invitef7177163]

Salut,
Je crois aussi qu'il est utile de préciser que l'avancée technologique des fluo compactes tient aussi du fait que l'électronique basée sur le découpage a permis de concevoir ces lampes, en effet, l'ammorçage est facilité par la haute fréquence de ce découpage de la tension d'allimentation.
A+

Si l'emploi de tensions HF change effectivement les condition d'amorcage (qui ne sont pas necessairement plus faciles) des tubes fluos, ce n'est en revanche pas cela qui a permit la creation des premieres fluocompactes. De 1973 a 1982, ces lamps employaient seulement des ballast ferro-magnetique avec starter, tout comme les circuit classiques de tubes lineaires.
C'est par contre bien l'evolution de l'electronique (notamment la technologie CMS) qui a permi de reduire considerablement le poid et dimention de ces lampes. De plus, l'emploi de la HF n'est pas du tout motivee par l'obtention d'une tension d'amorcage un peu plus faible, mais surtout par le fait que le rendement des lampes fluos croit avec la frequence, et que la HF implique des selfs et elements de transformation plus petits et moins vorace en energie. En une phrase, la HF permet d'avoir un circuit plus petit, moins dissipateur d'energie, et un meilleur rendement de la lampe.


>>>gonzlufcadful

la difference entre le flux limineux mesure et le flux reel est du au fait que la lumiere emise par une fluocompacte n'est pas de nature isotrope. Cette anisotropie depend aussi enormement du type de lamp, certaines etant meilleurs que d'autre. Donc comme le dit Asgrim, le mieux est d'utiliser une sphere integrante qui homogeneisera le flux total de la lampe.
En ce qui concerne le flux lumineux annonce, il est donne a 100hrs d'utilisation quand la lampe a atteind un regime stable de fonctionnement. Donc si il s'agit d'une grande marque (et non une marque obscure), alors le flux annonce est bien le bon a plus ou moins 5%.

>>>johnf

Le libre parcour moyen n'est pas a proprement parler "pile poil" inversement proportionnel a la pression, mais depend aussi de l'energie des particules - chose qui est crucialement vraie avec les electrons. Maintenant, and premiere approximation il existe un model collisionel dit de "boules de billard" ou ce libre parcour moyen est effectivement non dependant de l'energie/vitesse des particules. Dans ce cas, alors ce libre parcour moyen est inversement proportionnel a la densite de particules, donc aussi a la pression. Pour plus de details consulte un bon bouquin de physique des plasma comme celui de Brown, Reece-Roth, Raizer, ou autre. C'est un sujet extensivement traite...

A+

Max

[invite98538f59]

salut, je suis en math spé et je prépare un tipe sur les lampes fluocompactes.
je n arrive pas à trouver de docs pour expliquer ce qui permet effectivement à ces lampes de consommer moins d energie que des lampes ordinaires et d avoir un meilleur rendement.

[invitebff23d5f]

Asgrim ( où quelqu'un qui s'y connait en photométrie) , tu as dit plus haut que tu a déjà fait des mesures d’éclairement pour des lampes à incandescence, tu devrais donc pouvoir m’ « éclairer » sur ce point. Dans les relations que j’ai établies précédemment pour calculer le flux lumineux émis par la surface d’un tube fluorescent, on fait intervenir des surfaces apparentes Sapp et des surfaces émissives S. Néanmoins, pour une lampe à incandescence ça me paraît difficile de définir la surface de filament tortillé dans tous les sens, ni même de définir un angle solide sous lequel on le voit … Je me suis donc penché sur la question, et j’ai appris que pour ce type de lampe on définit l’intensité lumineuse I constante dans toutes les directions donc sur une sphère centrée sur la source, considérée comme ponctuelle. Dans ce cas, on considère un angle solide interceptant tout l’espace soit de 4pi sr et on définit le flux par F = 4pi*I
Comme la relation reliant l’éclairement E, l’intensité I et la distance d entre la source et le récepteur sous incidence normale est : E = I/d^2 , on aurait un flux : F = 4pi*E*d^2
C’est cette dernière formule qui me laisse dubitatif , elle n’est pas donnée explicitement dans mon livre et on elle donne un résultat étrange ! Dans ma chambre j’ai une ampoule de 60 w qui émet 710 lumens d’après le constructeur. Je l’ai emmenée au lycée pour mesurer son éclairement et là c’est le drame , 3200 lux à 60 cm, soit d’après la formule un flux de 14500 lm pour une ampoule toute bête. Soit c’est mon luxmètre qui délire, soit ç’est ma formule ….. ( remarque : j’ai aussi fait une mesure à 20 cm qui a donné 5420 lm, peut être que la photodiode n’a pas apprécié ?)

[inviteffa1e107]

était tu dans une chambre noire (pas de lumière parasite et mur noir)
c'est peut etre la lumière réfléchie par les murs qui augmente ton éclairage : si les murs sont blancs c'est nomal

pour en revenir à tes formules, on a en feffet recours à l'intensité pour caractériser l'émission des lampes
en fait l'intensité, c'est la totalité du flux envoyé dans une direction par l'ensemble de la lampe. Bien sur il faut se placer à une suffisament longue distance pour pouvoir considérer la source ponctuelle
la luminance L tiens compte de la géomètrie de la source. En fait on considére le flux émis par une surface élémentaire (source) vers une autre surface élémentaire (capteur) en tenant compte de leur orientation (surface "apparentes")
c'st plutot utilisé pour caractériser les sources complexes (écrans, afficheurs LCD...) et pour mesurer ce que voit l'oiel humain

asgrim

[inviteed7336aa]

Pour plus de details consulte un bon bouquin de physique des plasma comme celui de Brown, Reece-Roth, Raizer, ou autre. C'est un sujet extensivement traite...

A+

Max

.....
( Je vais finir par croire que tu bosses au R&D de chez Philips!! Y a des indices : localisation .... Hi! hi! hi! )
A+

[invitef7177163]

Salut,

je ne savais pas qu'ils avaient une implantation la-bas... Quelle drole d'idee.

salut, je suis en math spé et je prépare un tipe sur les lampes fluocompactes.
je n arrive pas à trouver de docs pour expliquer ce qui permet effectivement à ces lampes de consommer moins d energie que des lampes ordinaires et d avoir un meilleur rendement.

si tu cherche sur ce forum tu trouvera tres certainement reponse a ta question. Ce sujet a deja ete traite.

A+

Max

[invitebff23d5f]

"était tu dans une chambre noire (pas de lumière parasite et mur noir) c'est peut etre la lumière réfléchie par les murs qui augmente ton éclairage : si les murs sont blancs c'est normal"

J'ai conscience de ce problème, je sais qu'on peut se débrouiller pour soustraire les réflexions et autres avec différentes mesures, mais j'ai quand même décidé d'employer la manière radicale, c'est à dire la construction d'une chambre noire, ou plutôt une boîte noire, de sorte à ne plus tenir compte des sources secondaires ... on a construit à quatre cette boîte de dimensions L=2m30,l=30cm et h=50 cm, totalement en carton et peinte en noire mate à l'intérieur , avec un couvercle amovible... et on devrait refaire bientôt d'autres mesures ...
J'aimerais bien savoir si la peinture que j'ai utilisé réfléchit peu la lumière, pour cela il faudrait que je mesure le coef de réflexion p des parois de mon carton ainsi peint. Connaissez vous un moyen simple de le déterminer avec un luxmètre ?

[invitebff23d5f]

Une question qui n'a rien à voir avec les tubes fluos :
Max, tu es vraiment au Groenland ??? J'aimerais bien savoir ce qu'on peut faire là-bas à part chasser le phoque ?

[inviteffa1e107]

[QUOTE=gonzlufcadful

J'aimerais bien savoir si la peinture que j'ai utilisé réfléchit peu la lumière, pour cela il faudrait que je mesure le coef de réflexion p des parois de mon carton ainsi peint. Connaissez vous un moyen simple de le déterminer avec un luxmètre ?[/QUOTE]

non il n'y en a pas sauf avec une sphere intégante
et ce car justement tu veux une surface diffusante
avec du noir laqué ce serait plus simple mais ca ne convient pas à l'application
mais pour info pour un proto j'ai aussi utilisé ce type de peinture (Mr bricolage ou equivalent) et c'étais trés diffusant avec un albédo de 5% environ
de toute facon tu ne pourras pas avoir bcp mieux
re de toute facon, c'est 5% réfléchi dans tout le demi espace donc tres peu est envoyé vers ton détecteur
le reste se reréfléchi est donc ca fait 5% de 5% = pas grand chose
au lieu de 90% de 90% (soit 81%) avec une paroi en papier blanc

mais si tu es vraiment pointilleux tu recouvres ta boite de piege à lumière (des cones par exemple peints en noir "brillant")
mais tu ne devrais pas en avoir besoins

petite astuce : place ton détecteur sur la face la plus éloignée de ta source , l'atténuation de la lumière parasite par multiréflexion destructrices sera plus importante
fait gaffe de ne pas mettre ta lampe trop prés du carton, ca brule et attends 10à 20 minute la stabilisation thermique

bon courage
asgrim

[inviteed7336aa]

[QUOTE=asgrim
mais si tu es vraiment pointilleux tu recouvres ta boite de piege à lumière (des cones par exemple peints en noir "brillant")
mais tu ne devrais pas en avoir besoins


bon courage
asgrim[/QUOTE]
Salut,
Ce ne serait pas plutôt du noir mat ?
A+

[inviteffa1e107]

non le noir mat c'est si tu veux diffuser le peu de lumière réfléchie

la c'est bien du noir brillant, 95 % de la lumière est absorbée et on élimine le reste pâr multiréflexion
comme c'est brillant la lumière est ammenée au fond du cone et il n'en reste presque rien : 95%*95%*95% etc = pas beaucoup
voir dessin joint

mais je l'admets, il n'est pas dit que tu vera la différence si tu utilise une peinture noire mat , le flux réfléchi sera minime de toute facon par rapport à celui mesuré
c'est surtout utiolisé pour faitre des mesures de précision ou faire "disparaitre" un faisceau laser

asgrim