La lumière dans la technique de signalisation

Comment générer la lumière : un petit aperçu des différentes possibilités.

Il est possible de créer de la lumière de différentes manières

LED

LED

Les diodes électroluminescentes sont fabriquées sur la base de semi-conducteurs spéciaux. Pour agir de manière précise sur les propriétés optiques et électroniques de la LED, on intègre dans le cristal semi-conducteur des atomes étrangers ayant des propriétés de couleur. La moitié du semi-conducteur est dotée d’atomes étrangers (zone n) possédant un électron de liaison de plus que les atomes du semi-conducteur. Cet électron en surnombre est un électron libre. L’autre moitié (zone p) est dotée d’atomes étrangers possédant un électron de moins que les atomes du semi-conducteur. Lorsque la LED est mise sous tension, ces atomes en manque d’électron (trous) reprennent les électrons libres (recombinaison). Cette opération libère de la lumière sous la forme de photons. L’énergie,
et ainsi la couleur de la lumière émise est fonction du semi-conducteur utilisé, par exemple GaAsP fournit de la lumière rouge.

Ampoules à incandescence

Gluehlampen

Un filament de tungstène est porté à haute température et libère de l’énergie selon un large spectre ; énergie qui devient visible sous forme de lumière (de manière comparable à la lumière solaire). Avec le temps, le tungstène s’évapore. Si la part de tungstène passe sous une valeur définie, la durée de vie de l’ampoule est terminée. Le tungstène s’oxydant rapidement à l’air libre et se détruisant ainsi, il faut donc placer le filament dans un environnement non oxydant, sous vide par exemple. Ce qui nous donne l’aspect connu des ampoules en verre hermétiquement clos.

Ampoules halogènes

Halogenlampen

Les ampoules halogènes sont des ampoules dans lesquelles le filament de tungstène fonctionne dans un environnement contenant une quantité réduite d’halogènes. Ceci a pour effet que l’évaporation du filament de tungstène se réduit grâce à une réaction chimique avec les halogènes et que l’émission lumineuse est pratiquement stable durant toute la durée de vie de l’ampoule.

Ampoules au xénon

Gasentladungslampen

En signalisation, on utilise très fréquemment des lampes flash au Xénon. Cette lampe est constituée d’une ampoule remplie d’un gaz rare : le Xénon. Si l’on applique une tension suffisamment élevée, on a alors une décharge au sein de l’ampoule qui se caractérise par la formation d’un éclair. Cet éclair est très lumineux.

Les unités de mesure de la lumière

 

Dans les domaines de l’éclairage et de la signalisation, on utilise différentes unités de base pour caractériser
la lumière. Ce sont tout particulièrement les unités lumen, candela et lux qui jouent un rôle important.

  • Lumen (lm)

    Le flux lumineux est mesuré en lumen qui indique à l’aide de la courbe de sensibilité lumineuse la totalité du rayonnement visible émis par une source lumineuse :

    Flux lumineux φ [in lm] = puissance de rayonnement x degré de sensibilité lumineuse V(λ)

    Pour déterminer l’impression de clarté sur l’oeil humain, on part d’une courbe de sensibilité précise V(λ) donnant la
    sensation ressentie par l’oeil en fonction de la longueur d’onde. Le maximum de cette courbe est à environ 555 nm;
    c’est à cette longueur d’onde que nous voyons le mieux; V (555nm) = 1.

  • Candela (cd)
    Candela

    En signalisation néanmoins, il faut seulement tenir compte de la partie du flux lumineux qui est émise dans une direction précise. Cette intensité lumineuse est mesurée en Candela. Elle est définie par le flux lumineux d’une lampe et l’angle solide.

    Intensité lumineuse [in cd] = flux lumineux φ/ angle solide Ω

    Candela

    Une sphère complète possède un angle solide de Ω = 4 π sr.
    Exemple : une bougie ayant un flux de 12,566 lumen a une intensité

    lumineuse de 12,566 / 4π sr ≈1cd.

    Ce qui explique le nom : le mot latin « candela » signifie chandelle, bougie.

  • Lux (lx)

    La puissance d’éclairage est une valeur importante pour les installations d’illumination. C’est une unité indiquant
    l’intensité avec laquelle est éclairée une surface. A l’inverse de l’intensité lumineuse (en cd) qui est une propriété de la
    source lumineuse, la puissance d’éclairage est appliquée à la surface éclairée.

    La règle est la suivante pour une répartition régulière du flux lumineux :

    Puissance d’éclairage E [in Lux] = flux lumineux φ / surface A