Les tubes fluorescents

Présentation

Le « Tube Fluorescent » est une lampe à décharge en forme de tube allongé. Il émet une lumière blanche pâle avec une teinte chaude (orangée, jaune), neutre (blanc pur) ou froide (bleue). Il est souvent appelé à tort un « néon » (la plupart des tubes fluorescents ne contiennent pas un atome de ce gaz).

Historique

Le premier tube à décharge est inventé en 1901 par l'anglais Cooper-Hewitt. C'est toutefois Georges Claude qui, le 20 novembre 1936, présente le premier tube fluorescent commercialisable. Il émet une « lumière blanche » (elle est en tout cas considérée comme telle). Il présente l'avantage d'émettre 2 à 3 fois plus de lumière qu'une lampe à incandescence classique de même puissance, et d'avoir une durée de vie beaucoup plus longue. En Europe, sa diffusion est ralentie par la Seconde Guerre Mondiale. Les premiers tubes fluorescents sont installés en France en 1946, dans les stations Lena et Alma-Marceau du métro parisien. Une publicité d'un tube fluorescent de PHILIPS datant de janvier 1946 résume plutôt bien les arguments mis en valeur pour ce type de lampes :
Ère de la fluorescence
En Amérique, leur succès est foudroyant !!!
  • Trois fois plus de lumière pour une même consommation.
  • Une nouvelle lumière belle comme le jour.
  • Grande luminosité très douce sans éblouissement.
  • Très longue durée de vie.
  • Dégagement de chaleur réduit.
  • Sécurité et simplicité de fonctionnement.
  • Grandes ressources décoratives et architecturales.

    • Utilisation contemporaine

    Les tubes fluorescents ont principalement été utilisés pour l'éclairage intérieur. Leur principal avantage a longtemps été d'être bien plus économiques que les lampes à incandescence, de par leur rendement lumineux et leur durée de vie. Peu adaptés aux installations domestique (un tube fluorescent nécessite un système de fixation encombrant et appareillage dédié pour fonctionner), ils sont en revanche très utilisés pour éclairer les locaux grand public, tels que les espaces de travail, les hôpitaux, les centres commerciaux… À l'extérieur, ils sont très utilisés dans les lieux semi-abrités tels que les stations-service. Le tube fluorescent est de très loin la source lumineuse la plus vendue parmi toutes celles existantes au début du 21ème siècle.
    Leur particularité est d'émettre une lumière peu diffuse et uniforme. Cette lumière présente l'avantage d'être peu fatigante pour les yeux et de limiter les ombres trop marquées. L'éclairage fourni par ces lampes est toutefois souvent décrié, souvent jugé peu esthétique. De plus, psychologiquement, les tubes fluorescents évoquent souvent des lieux froids et impersonnels.
    En France, les tubes fluorescents (généralement 4000°K) ont été massivement installés entre 1946 et 1955 pour l'éclairage public, avant que les ballons fluorescents ne prennent le relais. Des installations pour tubes fluorescents ont été installées entre 1955 et 1980, notamment en zones rurales, mais celles-ci sont restées très occasionnelles. Au début des années 2000, des tubes fluorescents (généralement 3000°K) étaient parfois installés pour fournir un éclairage d'ambiance, autour de certains bâtiments de bureaux par exemple. À l'étranger, comme en France, ils ont généralement été supplantés, soit par les ballons fluorescents, soir par les lampes à vapeur de sodium sous basse pression. C'est en Belgique et en Allemagne qu'on en trouvait le plus au sein de l'Europe.

    Constitution

    Le tube fluorescent est constitué :
  • D'une enveloppe tubulaire en verre ou en quartz.
  • D'une poudre fluorescente, déposé sur les parois intérieures du tube.
  • De deux électrodes, respectivement placées aux extrémités du tube.
  • De vapeur de mercure sous basse pression, mélangé à un gaz d'emprisonnement.

    • Principe de fonctionnement

    Le tube fluorescent contient généralement de l’argon en tant que gaz d’emprisonnement et du mercure sous basse pression en tant que gaz de travail. Le fonctionnement du tube fluorescent est celui d'une lampe à décharge. Comme la plupart des lampes à décharge, un tube fluorescent ne peut fonctionner en étant directement branché sur le secteur (230V / 50 Hz). Il doit être accompagné d'un appareillage dédié (un starter et un ballast électromagnétique, ou bien un ballast électronique). Une fois le tube fluorescent mis sous tension et en régime établi, l'émission de lumière se produit en deux temps :
  • Le courant électrique qui circule dans la vapeur de mercure sous basse pression provoque une décharge électrique. Cette décharge provoque l'émission d'un rayonnement majoritairement ultraviolet à l'intérieur du tube (raies de résonnance de 185 et 253,7 nanomètres), avec une partie visible (de couleur bleue–verte). On parle alors « couleur non corrigée ».
  • La poudre fluorescente déposée sur les parois du tube permet de convertir le rayonnement ultraviolet en rayonnement visible, par fluorescence ***. On parle alors « couleur corrigée ».
    • Lumière d'un tube fluorescent non-corrigée et corrigée
    La photo ci-dessus montre un tube fluorescent qui émet une lumière mauve, installé autour de la vitre d’un salon de coiffure. La couleur mauve est obtenue après correction de la lumière par la poudre fluorescente déposée sur la paroi. Une partie du tube ne comporte pas de revêtement fluorescent. On y aperçoit une lumière non corrigée, émise par la vapeur de mercure sous basse pression, de couleur bleue-verte.
    La couleur émise par le tube fluorescent dépend de la poudre appliquée sur les parois du tube. Sa constitution varie selon les fabricants. Elle peut contenir de l’aluminium, du baryum, du terbium, du strontium, du calcium, du manganèse ainsi que du lanthane. Les tubes dits « blanc industrie » utilisent un phosphate de calcium activé par des ions antimoine et manganèse. Certaines poudres contiennent des mélanges de 3 composés principaux, le premier convertit le rayonnement non visible en rouge, le second en vert et le troisième en bleu (vanadate d'yttrium dopé par des ions d'europium Eu3+ pour le rouge, aluminate de magnésium dopé par des ions d'europium Eu2+ pour le vert, aluminate de magnésium dopé par des ions de terbium Tb3+, pour les poudres appelées « tri-phosphore »). On obtient ainsi un mélange « RVB » (Rouge-Vert-Bleu) qui permet d'obtenir une gamme très étendue de couleurs.
    Certains tubes fluorescents d'entrée de gamme, tels que les modèles « blanc industrie », ont un revêtement qui ne donne que des composantes lumineuses rouges, vertes et bleues. Le spectre lumineux n'est rempli que par des raies étroites donnant un spectre discontinu. Ces tubes fluorescents émettent une lumière blanche de mauvaise qualité. L'IRC (Indice de Rendu des Couleurs) de ces lampes est généralement compris entre 60 et 85. Les tubes fluorescents de bonne qualité emploient des substances fluorescentes complémentaires dont les émissions à large bande remplissent les « trous » initialement présents dans le spectre lumineux de la lampe. L'IRC dépasse alors généralement 90, et permet aux couleurs du décor d'être beaucoup mieux perçues.

    Performances

  • Son rendement lumineux était d'environ 90 lm/W en 2000 (contre 60 lm/W en 1960). Dans un tube fluorescent de 40 Watts, environ 25 Watts sont rayonnés, dont 10 Watts qui sont convertis en lumière (poudre fluorescente). Les 15 Watts non-convertis additionnés aux 15 Watts non rayonnés chauffent la paroi, le gaz, les électrodes.
  • Son IRC atteint aujourd'hui 90% (contre environ 60% en 1960).
  • Sa durée de vie est généralement comprise entre 7000 et 10000 heures.

    • Dans le commerce

    La demande reste focalisée sur les tubes fluorescents qui émettent une lumière blanche. Dans les magasins grands publics, on trouve en général 4 grandes catégories de tubes fluorescents dans le commerce :
  • Température de couleur 2700 °K : correspond à du « blanc très chaud » (reflets orangés).
  • Température de couleur 3000 °K : correspond à du « blanc chaud » (reflets jaunes).
  • Température de couleur 4000 °K : correspond à du « blanc neutre » (reflets rosés).
  • Température de couleur 6500 °K : correspond à du « blanc froid » (reflets bleutés).
    • Dans le commerce, les tubes fluorescents sont souvent désignés par un code à trois chiffres. Le premier chiffre désigne l'IRC (chiffre des dizaines), le deux suivants désignent la température de couleur (chiffres des milliers puis des centaines). Par exemple, le code « 827 » désigne un tube d'un IRC de 80~89 % et d'une température de couleur de 2700 °K. Deux diamètres sont disponibles :
  • T12 : Diamètre de 38 millimètres. Ils se sont généralisés à partir des années 1950.
  • T8 : Diamètre de 26 millimètres. Ils se sont généralisés à partir des années 1980. Ils offrent généralement un meilleur rendement lumineux que les tubes de diamètre T12.
    • Tube fluorescent blanc 2700 °K
    Tube fluorescent blanc 3000 °K
    Tube fluorescent blanc 4000 °K
    Tube fluorescent blanc 6500 °K
     
    Des tubes fluorescents de couleur sont également commercialisés, avec un très grand éventail de choix : jaune, rouge, bleu, vert, orange, rose, violet... Ceux-ci sont généralement utilisés par les commerçants pour l'éclairage des enseignes.

    Photos d'installations utilisant des tubes fluorescents

    Quelques photos d'installations modernes équipées de tubes fluorescents en situation :
    Ci-dessous une rue de Meudon (92) éclairée par des installations modernes équipées de tubes fluorescents :
    Ci-dessous un tunnel éclairé par des tubes fluorescents :
    Quelques photos de luminaires anciens équipés de tubes fluorescents en situation :
    Une photo d'enseigne utilisant des tubes fluorescents de couleur bleue :