Qu’est-ce qu’une source lumineuse au xénon ?
Les sources lumineuses au xénon sont des sources de lumière artificielle qui utilisent la lumière émise par une décharge d’arc dans le gaz xénon.
La décharge d’arc fait référence à l’ionisation des molécules de gaz entre les électrodes positives et négatives dans un état de plasma, à travers lequel circule un courant électrique. En raison de leur principe lumineux, les sources de lumière au xénon se caractérisent par une consommation d’énergie plus faible et une durée de vie plus longue que les sources de lumière à incandescence qui alimentent des filaments tels que les ampoules à incandescence. Parmi les autres grandes sources de lumière artificielle figurent les lampes halogènes. Toutefois, les sources de lumière au xénon sont plus puissantes que les lampes halogènes et peuvent éclairer des zones plus petites.
Bien qu’elles soient parfois décrites comme des lampes au xénon, le terme de source lumineuse au xénon est préféré dans cet article car il prête de les distinguer avec les lampes à incandescence remplies de xénon (ampoules au xénon). Une ampoule au xénon, qui émet de la lumière en faisant passer un courant électrique à travers un filament, est totalement différente d’une source lumineuse au xénon. Cette dernière émet de la lumière en faisant passer un courant électrique à travers un gaz xénon plasmatisé.
Utilisations des sources lumineuses au xénon
Les sources lumineuses au xénon ont une durée de vie relativement longue car elles ne sont pas chauffées par un filament comme les ampoules à incandescence. De plus, lorsqu’elles sont associées à des filtres spéciaux, leur spectre est presque identique à celui de la lumière du soleil, ce qui les rend utiles dans les secteurs industriel et médical, ainsi que dans d’autres sites où les couleurs naturelles doivent être reproduites.
1. Utilisations des lampes à arc court
Les lampes à arc court au xénon sont utilisées comme sources lumineuses ponctuelles à haute luminance dans les cas suivants :
Éclairage
Bien qu’elles soient également utilisées comme sources lumineuses à haute intensité, telles que les projecteurs et les phares, leur utilisation est également fréquente pour l’éclairage de scène et dans les lampes chirurgicales, où la reproduction des couleurs naturelles est nécessaire. Elles sont également utilisées comme sources lumineuses pour les endoscopes, car elles peuvent être miniaturisées.
Source lumineuse pour les essais
Les simulateurs solaires ayant des propriétés similaires à la lumière du soleil, ils sont idéaux pour tester l’efficacité de la production d’énergie des panneaux solaires. Ils sont aussi parfaits pour effectuer des tests de durabilité, tels que la décoloration ou la dégradation des matériaux sous l’effet de la lumière du soleil. En raison de leur capacité à émettre de la lumière dans une large gamme de longueurs d’onde, ils servent de sources lumineuses pour les analyseurs spectraux et de teste les écrans et les appareils de mesure.
Source lumineuse pour la projection
Les lampes à arc court au xénon sont la source lumineuse la plus appropriée pour les projecteurs de planétarium ainsi que les grands projecteurs car, en plus d’être une source lumineuse ponctuelle, elles exigent un rendement stable et un rendu des couleurs élevé.
2. Utilisations des lampes à arc long
Les lampes à arc long au xénon sont souvent utilisées comme sources lumineuses de grande taille qui doivent éclairer une large zone, comme les projecteurs dans les stades et l’éclairage de guidage des avions dans les aéroports.
3. Utilisations des lampes flash
Les lampes flash au xénon, qui sont les plus courantes, sont des lampes flash utilisées pour la photographie. Elles sont utilisées dans les grandes lampes de poche des studios photographiques et dans les lampes de poche des appareils photo reflex.
Elle servent aussi pour les équipements de photothérapie au xénon afin d’améliorer le flux sanguin dans la peau lors du traitement de cicatrices, de brûlures et d’ecchymoses (pour favoriser la régénération), et comme source de lumière pour l’épilation IPL (Intense Pulse Light).
Principe des sources lumineuses au xénon
La structure de base d’une source lumineuse au xénon se compose de gaz xénon enfermé dans un tube en verre de quartz, de deux électrodes et d’un circuit d’éclairage connecté aux deux électrodes depuis l’extérieur du tube de verre. Le rôle du circuit d’éclairage est d’initier une décharge d’arc en appliquant des impulsions de haute tension aux électrodes pour générer une rupture d’isolation. Une fois amorcée, la décharge d’arc peut être maintenue même à des tensions appliquées plus faibles, ce qui explique pourquoi la plupart des sources lumineuses au xénon ont une tension nominale de 15 à 30 V.
Une fois la décharge d’arc amorcée, une large gamme de longueurs d’onde de lumière (spectre continu) est émise lorsque les électrons ionisés se recombinent avec les ions xénon et retournent aux atomes.
De plus, certains des électrons de l’atome de xénon sont excités sans être ionisés et, lorsque les électrons excités retournent à leur état fondamental, ils émettent de la lumière à une longueur d’onde spécifique (spectre linéaire). Le spectre d’une source de xénon est donc un spectre continu plus un spectre de raies.
Types de sources lumineuses au xénon
Les sources lumineuses au xénon peuvent être classées dans les catégories suivantes :
1. Lampes à arc court
Les lampes à arc court ont une courte distance de moins de quelques millimètres entre les électrodes, de sorte que la zone d’émission est plus petite que celle des lampes au xénon, ce qui permet de créer une source de lumière ponctuelle avec une luminance élevée. Le tube en verre de quartz est rempli de gaz xénon à haute pression (environ 5-10 atmosphères) et à température ambiante. Les atomes de xénon émettent de la lumière sous l’effet d’une décharge de courant continu, et un rendement stable peut être obtenu en peu de temps.
2. Lampes à arc long
Ces lampes sont constituées d’un long et étroit tube en verre de quartz rempli de gaz xénon à près de 1 atm (105 Pa). Elles se caractérisent par un flux lumineux extrêmement élevé et ont généralement une puissance absorbée nominale de 1 kW ou plus ; certaines lampes ont une puissance absorbée nominale de plus de 50 kW.
Elles émettent généralement de la lumière par décharge à courant alternatif, la distance entre les électrodes est de 5 à 10 cm ou plus, et la partie du tube d’éclairage devient très chaude lorsqu’elle est allumée, de sorte qu’un refroidissement à l’eau ou à l’air est nécessaire.
3. Lampes flash
Il s’agit de sources lumineuses au xénon qui émettent de la lumière pendant un temps extrêmement court (plusieurs μs à plusieurs ms). En raison de la courte durée d’émission, aucun système de refroidissement n’est nécessaire et la taille globale peut être réduite.
Elles se présentent sous différentes formes et sont remplies de gaz xénon de 2 à 10 kPa. Il en existe deux types : une tension d’impulsion est appliquée à l’allumage, et un système shimmer, qui permet un éclairage rapide en appliquant constamment un faible courant, même lorsque la lampe n’est pas allumée.