TPE : LA REVOLUTION DES LAMPES FLUOCOMPACTES
TPE de 1ère S au LFL
Expérience 1 : Qualité de la lumière
Rappel : La couleur blanche perçue par l’œil humain n’est pas nécessairement composée de toutes les radiations lumineuses du spectre visible de la lumière blanche du Soleil, mais nécessite seulement la présence des radiations bleues, vertes et rouges (la couleur des cônes constituants la rétine de nos yeux qui captent les couleurs aux quelles elles sont associées) à une intensité assez proche.
Note : La qualité de la lumière peut être associée à l’indice de rendu des couleurs (IRC), qui est un pourcentage montrant la capacité de cette lampe à plus ou moins bien rendre les couleurs des objets qu’elle éclaire.
Résultats et interprétations des résultats
Tout d’abord, on constate que chacune des lampes possède un spectre assez différent les unes des autres. La lampe halogène se démarque des autres par la présence d’un spectre d’émission continu et une forte intensité des radiations sur beaucoup de longueurs d’onde. Ses pics d’émissions sont de 96% à 573.7 nm, soit entre le vert et le jaune, et de 95,6% à 656 nm, soit dans le rouge. Cependant, la lampe halogène émet aussi des ultraviolets, néfastes pour la santé si on y est trop exposé.
On en déduit donc qu’elle possède une très bonne qualité de lumière et que toutes les couleurs apparaissent clairement sous cette lampe. La prédominance des radiations vertes et rouges donne à la lampe halogène une nuance jaune-orangé. Ces résultats s’expliquent par le fonctionnement de cette lampe (production de lumière par la chaleur) qui à la manière du Soleil émet un large spectre de radiations (y compris des UV, dangereux pour l'organisme; et des infrarouges, qui ne le sont pas).
Ensuite, la lampe à DEL possède un spectre plus différent que les 3 autres lampes restantes (qui sont à peu près les mêmes). Contrairement à la lampe halogène, le spectre n’est pas continu. Elle émet un pic de radiation au niveau du bleu, avec 95,5% à 447.5 nm, et la majorité de ses autres radiations entre 500 nm et 650nm (vert avec un peu de rouge) sans dépasser 70% d’intensité. La couleur rouge est par contre plus faible que les autres couleurs et certaines radiations sont presque inexistantes
La qualité de la lumière de la lampe DEL est assez médiocre par rapport à la lampe halogène, et ne couvre pas bien toutes les couleurs visibles. Le pic de radiation bleu donne une teinte bleuté et froide à cette lumière, mais apparait tout de même blanc. Comme cette lampe à DEL fonctionnent à partir de DELs bleues dont les radiations ont été en parti modifiées en vert/jaune pour donner une couleur pseudo-blanche, le bleu est prédominant et le rouge plus faible que les autres couleurs.
Les spectres lumineux des tubes fluorescents et lampes fluocompactes se ressemblent beaucoup. Leurs spectres ne sont pas continus, et se composent principalement de trois pics de radiations bleus, verts et rouges, les autres radiations étant beacoup plus faibles mais présentes tout de même. Le plus grand pic de radiation est le vert, avec respectivement 85,7% d'intensité à 545.2 nm et 92,5% à 545.6 nm. On constate cependant la présence d'ultraviolets dans le spectre, tout comme la lampe halogène.
Même si elles sont encore loin de la qualité de la lampe halogène, la qualité de la lumière du tube fluorescent et de la lampe fluocompacte reste assez moyenne et meilleure que la lampe à DEL. Les couleurs visibles sont donc assez bien rendues en général et la présence des trois pics de radiations rendent la lumière blanc ivoire ou blanc pur. Les UV produits par cette lampes sont très faibles donc peu dangereux, à la juste quantité pour exiter la poudre fluorescente.
Cependant, on observe entre les deux qualités différentes de lampe fluocompacte des différences notables dans leur spectre. Ci-dessus était représenté le spectre d'une lampe fluocompacte dont la qualité est sûre (Phillips). Mais sur le spectre d'une lampe acheté sur le marché, le pic de radiation rouge n'est pas présent, bien que la répartition des radiations soit plus homogène. De plus le pic le plus élevé se situe dans le bleu, avec 94,4% d'intensité pour 436.2 nm. La quantité d'ultraviolets émis par cette lampe est aussi beaucoup plus élevé que celle proposée par la CEET (presque deux fois plus !).
La qualité de la lampe elle-même se reflète à travers la qualité de la lumière : l'abscence du pic de radiation rouge va moins bien rendre les couleurs proche du rouge, et en comparaison avec le spectre de la lampe à DEL, on constate que l'intensité des autres radiations est plus faible que celle-ci. La qualité de lumière de la "contrefaçon" est donc pire que celle de la lampe à DEL, et présente légèrement plus de dangers pour la santé que la lampe fluocompacte de qualité.
En conclusion
Le choix du modèle de la lampe est très important si on fait attention à la qualité de la lumière qu'elle produit. De plus, même au sein d'un modèle, la qualité même de la lampe influence ce facteur.
Un plus grand zoom sur le pic d'émission de cette lampe
Expérience 2 : L'Efficacité lumineuse
Grâce au luxmètre et wattmètre, on obtient les résultats suivants :
Cependant, on ne peut comparer l’éclairement de plusieurs lampes que si elles possèdent tous la même puissance et que l’on prend les mesures à la même distance.
Comme aucune de nos lampes n’a la même puissance, il est préférable de comparer à la place l’efficacité lumineuse (en lumen/W). Là encore, un problème d’unité se pose, voila pourquoi nous avons simplement fait un ratio lux/W et comparé les résultats à travers ce graphique :
On constate que la lampe halogène possède le ratio le plus bas : elle consomme donc énormément d’énergie pour éclairer peu. En effet, pour les lampes à incandescence, seul 5% de l’énergie consommée est utilisée pour l’éclairage, le reste est dégagé en chaleur afin de chauffer le filament pour qu’il brille suffisamment (raison pour laquelle cette lampe est très chaude quand elle fonctionne).
A contrario, la lampe à DEL possède le ratio le plus élevé : elle est la plus économe en énergie tout en brillant plus. Les DEL contenues dans la lampe produisent beaucoup de lumière avec un faible courant électrique, ce qui permet à la lampe à DEL d’être la plus performante de toutes ces lampes.
La lampe fluocompacte de qualité (Philips) possède un meilleur ratio que le tube fluorescent et que sa congénère contrefaite. En effet, son circuit électronique qui remplace le système de ballast/starter du tube fluorescent lui permet d'économiser plus d’énergie et d'obtenir de meilleurs performances.
La différence d’efficacité lumineuse est très notable entre la lampe fluocompacte de Philips et la contrefaçon. La qualité de la lampe est un facteur très important, c’est pourquoi il ne faut pas hésiter à mettre le prix si l'on ne veut pas être déçu.
Les puissances nominales des lampes et celles mesurées en réalité sont différentes, c'est pourquoi nous avons mesuré les puissances pour calculer l'efficacité lumineuse.
Conclusion du II - Etude expérimentale
Grâce aux résultats de nos expériences, nous savons maintenant que bien que la qualité de la lumière de la lampe fluocompacte ne soit pas la meilleure possible, elle possède une très bonne efficacité lumineuse qui compense ce défaut. Bien que la lumière qu’elle émet soit de moins bonne qualité que la lampe halogène, et qu’elle soit moins forte que la lampe à DEL, elle reste plus performante que le tube fluorescent sur le plan efficacité lumineuse.
N.B. : Dans cette galerie se trouve le spectre de la lumière du Soleil. Elle est composée de presque toutes les radiations lumineuses visibles en assez forte quantité, faisant d’elle une lumière blanche d’excellente qualité. Comme il s’agit d’un spectre d’absorption d’une étoile, on peut voir des raies sombres correspondant aux radiations absorbées par les gaz présents dans l’atmosphère de l’étoile.