La lumière au 21ème siècle

Compte rendu du b'art du 7 février 2009 (34éme du nom)

La lumière au 21ème siècle

(par Eric et Didier)

Eric ROAUX, n'est pas seulement un ingénieur spécialiste en pyroélectricité et passionné de tout ce qui éclaire (lampes et philosophie comprises) , non ; c'est aussi un magicien ! Il nous a démontré, (prototypes, ustensiles lumineux et appareils éclairants à l'appui), que la lumière est un phénomène autant social que scientifique.

Notre monde ne peut vivre convenablement sans lumières artificielles. Tout le monde a déjà vu ces clichés pris, la nuit, depuis l'espace, et sur lesquels on aperçoit les pays riches et éclairés... l'Afrique, et les régions pauvres étant tous plongés dans une obscurité révélatrice. La lumière est donc un vecteur fondamental de progrès social. Eric, qui a, durant plus de 20 ans, fait des recherches dans les domaines très variés : physique nucléaire, caméra infrarouge, vision nocturne, éclairage (direction du labo de recherches chez MAZDA) nous a expliqué et démontré en quoi la lumière était indispensable.

Tout d'abord, (et là je fais un petit coucou amical à Denis GINGRAS, notre ami québécois, qui en Octobre 2008 nous avait fait une conférence sur les couleurs... Faites défiler vers le bas cette page écran pour lire le conmpte-rendu), la vision nécessite trois paramètres : 1- Une source (le mode d'éclairage), 2- un objet à éclairer 3- un récepteur (généralement l'oeil).

Tout n'est ensuite qu'une question de choix : Que faut-il éclairer, comment, avec quelle intensité, pour quoi faire, combien de temps etc. ?

Il est facile de comprendre que l'on n'éclairera pas de la même façon et avec le même système : un atelier de 500 personnes, une autoroute, un match en nocturne au Stade de France (Allez les bleus !) une chambre à coucher ou un salon où l'on cause. Il existe des milliers de lampes différentes.

Eric nous explique alors, de façon très imagée, ce qui détermine le choix de ces lampes ou du système d'éclairage. Pour ce faire, il compare la lumière à l'eau jaillissant d'un robinet.

1- Le flux lumineux (dont l'unité est le LUMEN)

C'est ce qu'Eric compare à la quantité d'eau (par seconde) qui sort du robinet.

2- L'intensité lumineuse (unité : la candéla)

C'est le flux lumineux(par unité d'angle solide) dans une direction donnée. Un peu comme la quantité d'eau que l'on récupèrerait aux différents endroits d'un jet d'eau.

3- L'éclairement = le LUX

C'est la quantité de lumière reçue sur une surface donnée... Equivalent à la quantité d'eau tombant dans une bassine dont la surface est connue. Cette quantité d'eau se mesure alors par la hauteur d'eau en mm(Volume d'eau /surface)

4- La LUMINANCE

C'est la lumière qui revient vers l'oeil ; un peu comme les éclaboussures d'eau qui pourraient être projetées sur nous après leur chute dans le lavabo.

Tous ces paramètres, reliés ensemble, donnent aux scientifiques des critères extrêmement précis, quantifiables et répertoriés.

Ainsi, une lampe de vélo traditionnelle fournira 30 lumens, contre 900 pour une lampe à incandescence standard de 75 W, et 5200 pour une lampe fluorescente de 58 W.

Une bougie offrira une intensité de 1 candéla (candela en latin signifie "bougie") dans toutes les directions de l'espace, une lampe de 100W, 110 candéla et ... le soleil : 26.1026 (26. 10 puissance 26 candela).

A midi, en été, on mesurera 100 000 lux, alors que la nuit, la rue éclairée présentera entre 5 à 30 lux, avec une pleine lune à 0,25 lux. A ce dernier niveau d'éclairement la vision devient monochrome l'oeil ne distingue plus les couleurs.

Par ailleurs, précisons que l'oeil ne perçoit ni les intensités lumineuses, ni les éclairements, ni les flux mais uniquement les luminances. (Voir une fois encore la conférence de Denis sur les couleurs)

Ces exemples, ainsi que bien d'autres, ont permis à la nombreuse assistance de mieux comprendre le fonctionnement des lampes.

Voici d'ailleurs ici, une photo de notre magicien préféré, présentant une lampe dont l'éclairage n'est utilisé que sur les autoroutes.(lampe au sodium basse pression)

Une autre présentant les toutes nouvelles technologies LED. 7 watt environ pour cet éclairage intense (entre les mains d'Eric), comparée aux 40 watt de la lampe traditionnelle, ici au premier plan. Même résultat sur le plan luminance ! C'est beau le progrès.

Bref, vous l'aurez compris, cette conférence dynamique était FA-BU-LEU-SE !

Eric aborde ensuite l'histoire de l'humanité ; tant il est vrai que depuis 400 000 ans et la découverte du feu (HONKRR !!) les progrès humains sont flagrants (pas dans tous les domaines, mais là je ne m'étendrai pas.)

Il a quand même fallu attendre 1784 pour que la lampe à huile voie le jour (avec un certain Antoine QUINQUET, dont le nom est resté célèbre dans l'expression "Allumer ses quinquets") remplacée par la lampe à pétrole en 1853.

Bref, beaucoup de temps passé sans vraiment de progrès, si l'on excepte VOLTA et sa pile inventée en 1800, EDISON et ses recherches sur les filaments résistifs. Eric précise d'ailleurs qu'Edison n'est pas vraiment l'inventeur de la lampe à incandescence ; Il faut lui associer également les noms de SWAN, DAVY, d'autres physiciens et chimistes, comme FOUCAULT, A.E BECQUEREL (père d'Henri, monsieur radioactivité) qui ont fait progresser respectivement les arcs électriques et les poudres fluorescentes (rappelons qu'environ 100 ans après ces recherches , le tube fluo voyait le jour ! 1938).

Vinrent ensuite les études sur toutes les vapeurs métalliques (mercure, sodium, cadmium zinc…) et matériaux susceptibles de contenir ces vapeurs en basse pression mais aussi en haute pression : verre, quartz, alumine…

Quelques dates au 20ème siècle :

- 1934 : lampe mercure à haute pression (pour éclairer les usines, les magasins, les routes…)

- 1938 : Tube fluo (Général Electric aux USA)

- 1964 : lampe halogène (ici Tarzan ; humour !) lampe incandescence à gaz dans laquelle un halogène (Iode ou brome) empêche les atomes de tungstène du filament de se déposer sur l'ampoule.

- 1973 : Utilisation des luminophores, rouge, vert, bleu dans les tubes fluorescents permettant une amélioration importante de la qualité de la lumière (Voir conférence de Denis ci-dessous)

- 1986 : Lampe sodium " blanc " : augmentation de la pression du sodium pour l'éclairage des commerces. Dans le spectre d'émission, la raie fondamentale, jaune n'apparaît plus. Ce phénomène, nommé Métamérisme, est utilisé dans les supermarchés pour éclairer les légumes de façon bien plus alléchante. La couleur jaune étant supprimée, les salades et autres produits maraîchers paraissent bien plus frais qu'ils ne le sont en réalité.

- 1991 : lampes à induction, lampe à décharge sans électrodes dont la durée de vie est très importante (100 000 à 200 000 h)

- 1994 : le quartz des lampes à halogénures métalliques est remplacé par de l'alumine poly cristalline.

- 1995 : tube fluo petit diamètre(T5)

- 1998 : lampe au sodium sans mercure. Rappelons que le mercure est un métal lourd et polluant.

Il faut absolument éviter de casser les tubes fluorescents qui en contiennent et les jeter n'importe où. D'autant, dit Eric, que ces tubes sont recyclables.

- 2002 : " lampe " DEL diode électroluminescente appelée également LED (Light emitting diode) présente une efficacité lumineuse de 15 lm / watt (voir photo ci-dessus)

2008 : lampe LED à 75 lm/W. Ces lampes, dont le poids, l'intensité et la durée sont incomparables par rapport aux lampes traditionnelles (voir photo ci-dessus) vont révolutionner notre quotidien et l'industrie.

REMARQUE :

Il est un tantinet scandaleux d'utiliser encore aujourd'hui des lampes peu performantes datant pour certaines de plus 60 ans…La demande existe, car l'utilisateur peut ainsi garder ses vieux équipements (luminaires et appareillages), les fabricants produisent donc ces lampes " énergivores " qui sont parfois plus chères que des lampes récentes… Il faut compter sur les pouvoirs politiques pour interdire la fabrication de telles lampes. La Communauté Européenne s'en préoccupe et prépare des directives qui interdiront à partir de 2010 l'utilisation de ces lampes.

Eric précise également de façon très structurée, que le choix d'une lampe dépend de multiples critères. En clair (si j'ose dire) choisissons le bon éclairage, la bonne lampe :

- Son coût donc (attention à la lampe peu cher qui consomme plus qu'une autre, moins bon marché certes, mais dont la consommation globale serait moindre).

- Sa durée de vie

- Son allumage immédiat

- la répartition spatiale de ses intensités lumineuses

- Sa puissance

Son efficacité

- La maintenance du flux (après 6 mois d'utilisation , cette lampe est-elle toujours performante ?)

Tous ces paramètres, à rapprocher du lieu que l'on veut éclairer (bureau, chambre, salon, lieu intime ou chaleureux, peuplé ou non).

Sans parler des critères environnementaux :

- lampe polluante

- recyclable

- émettant des infrarouges ou ultra violets

etc.

Voilà.

Je remercie infiniment Eric de sa conférence très détaillée et intéressante. Je remercie aussi sa charmante épouse et ses sympathiques camarades, d'avoir participé, outre à une soirée bien éclairée, à un repas chaleureux (et pas trop allumé...) dans notre restaurant franco-indien fétiche où je vous invite à venir vous régaler !

A Arts et liens, ces moments privilégiés, instructifs et conviviaux...nous on aime !

N'hésitez pas à vous joindre à nous lors de nos prochaines réunions.