Lampes à halogénures métalliques : Un guide complet
Une lampe à halogénures métalliques est un type de lampe à décharge haute intensité (HID) qui produit de la lumière par un arc électrique à travers un mélange gazeux de mercure vaporisé et d'halogénures métalliques. Les halogénures métalliques sont des composés de métaux avec du brome ou de l'iode. Les lampes à halogénures métalliques ont une efficacité lumineuse élevée, une restitution des couleurs et une longue durée de vie. Elles sont largement utilisées pour l'éclairage général, tant en intérieur qu'en extérieur, comme dans les espaces commerciaux, industriels et publics, les parkings, les arènes sportives, les usines, les magasins de détail, ainsi que pour l'éclairage de sécurité résidentiel et les phares automobiles.
Qu'est-ce qu'une lampe à halogénures métalliques?
Une lampe à halogénures métalliques est définie comme une lampe électrique qui produit de la lumière par un arc électrique à travers un mélange gazeux de mercure vaporisé et d'halogénures métalliques. L'arc électrique est créé entre deux électrodes à l'intérieur d'un petit tube d'arc en quartz fondu ou en céramique, qui est enfermé à l'intérieur d'une ampoule en verre plus grande ayant un revêtement pour filtrer la lumière ultraviolette produite. Le tube d'arc fonctionne sous une pression élevée de 4 à 20 atmosphères et à une température élevée d'environ 1000 K.
Les halogénures métalliques utilisés dans la lampe sont généralement l'iode de sodium, l'iode d'indium et l'iode de thallium. Ces composés améliorent l'efficacité et la restitution des couleurs de la lumière en ajoutant des nuances orangées et rouges au spectre de la ligne D du sodium et des nuances vertes au spectre de la ligne du thallium lorsque les ions métalliques se ionisent. Le composé d'halogénure métallique le plus couramment utilisé est l'iode de sodium. Les halogénures métalliques aident également à stabiliser l'arc et à réduire le scintillement de la lumière.
Les lampes à halogénures métalliques ont une efficacité lumineuse élevée d'environ 75 à 100 lumens par watt, ce qui est environ deux fois celle des lampes à vapeur de mercure et 3 à 5 fois celle des lampes incandescentes. Elles ont également un indice de rendu des couleurs (IRC) élevé de 65 à 95, ce qui signifie qu'elles peuvent reproduire les couleurs avec précision. Les lampes à halogénures métalliques ont une durée de vie de 6 000 à 15 000 heures, selon le type et la puissance de la lampe.
Qui a inventé les lampes à halogénures métalliques?
Les lampes à halogénures métalliques ont été inventées par Charles Proteus Steinmetz en 1912, mais elles n'étaient pas disponibles commercialement avant les années 1960. Le Dr. Reiling de General Electric était l'un des pionniers qui a développé les lampes à halogénures métalliques en 1960. Il a utilisé l'iode de sodium comme additif métallique dans sa lampe. Plus tard, d'autres chercheurs ont expérimenté avec différents halogénures métalliques, tels que l'iode d'indium, l'iode de thallium, l'iode de scandium et l'iode de dysprosium.
Comment fonctionne une lampe à halogénures métalliques?
Une lampe à halogénures métalliques fonctionne en créant un arc électrique entre deux électrodes à l'intérieur d'un tube d'arc contenant un mélange gazeux de mercure vaporisé et d'halogénures métalliques. Le tube d'arc est connecté à un ballast électronique qui régule la tension et le courant fournis à la lampe.
Lorsque la lampe est allumée, aucun arc n'est produit au début car la pression et la température du gaz à l'intérieur du tube d'arc sont trop faibles. Pour démarrer la lampe, un électrode auxiliaire ou un électrode de démarrage près d'un des électrodes principaux crée une décharge initiale entre eux. Un interrupteur bimétallique court-circuite l'électrode de démarrage à l'électrode principale juste au moment du démarrage.
La décharge initiale chauffe le mélange gazeux à l'intérieur du tube d'arc et ionise une partie de l'argon et du mercure. Cela crée un arc de faible intensité entre les électrodes principales qui augmente progressivement en luminosité et en température à mesure que davantage de molécules de gaz sont ionisées.
À mesure que la température de l'arc augmente, les halogénures métalliques s'évaporent et diffusent depuis la paroi vers le flux d'arc. Ils se dissocient ensuite, libérant des atomes de métal et d'iode libres. Les atomes de métal produisent la majeure partie de la sortie lumineuse en émettant un rayonnement visible lorsqu'ils retournent à leur état fondamental après avoir été excités par l'arc électrique.
Les différents halogénures métalliques s'évaporent à des taux différents en fonction de leur pression de vapeur et de leur configuration de niveau d'énergie. Généralement, l'iode d'indium s'évapore en premier et forme une gaine bleue autour de l'arc de mercure. Ensuite, l'iode de thallium s'évapore et forme une gaine jaune autour de la gaine d'indium. Enfin, l'iode de sodium s'évapore et ajoute des nuances orangées et rouges au spectre.
La lampe atteint sa pleine puissance lumineuse après environ 5 minutes de chauffe. Pendant ce temps, la température de couleur et l'IRC de la lampe changent à mesure que davantage d'halogénures métalliques s'évaporent.
Quels sont les composants d'une lampe à halogénures métalliques?
Une lampe à halogénures métalliques est composée de plusieurs éléments qui travaillent ensemble pour produire de la lumière. Ces composants sont :
Ampoule en verre : C'est l'enveloppe extérieure qui entoure le tube d'arc et le protège de l'air et de l'humidité. Elle a également un revêtement pour filtrer la lumière ultraviolette produite par l'arc.
Tube d'arc : C'est un petit tube en quartz fondu ou en céramique qui contient les électrodes et le mélange gazeux de mercure vaporisé et d'halogénures métalliques. Il fonctionne sous une pression et une température élevées.
Électrodes : Ce sont deux tiges de tungstène scellées aux extrémités opposées du tube d'arc. Elles créent un arc électrique entre elles lorsque le courant circule à travers elles.
Électrode de démarrage : C'est une électrode auxiliaire attachée à l'une des électrodes principales ou à un culot en verre près d'elles. Elle crée une décharge initiale entre elle-même et une autre électrode pour démarrer la lampe. L'électrode de démarrage a une forte résistance pour limiter le courant au début de l'arc.
Tige en verre : C'est un tube en verre qui relie le tube d'arc à la base de la lampe. Il maintient également les fils de molybdène qui transportent le courant aux électrodes.
Fils de molybdène : Ce sont des fils métalliques fins qui sont fusionnés dans le tube d'arc et la tige en verre. Ils sont non magnétiques et ont un point de fusion élevé. Ils transmettent le courant aux électrodes et scellent le tube d'arc de l'air et de l'humidité.
Base : C'est la partie de la lampe qui se connecte à la douille ou au support de lampe. Elle peut avoir différentes formes et tailles selon le type et la puissance de la lampe. Certains types de bases courantes sont E26, E39, G12, G8.5, GX10, RX7s et RX7s-24.
Mélange gazeux : C'est une combinaison d'argon, de mercure vaporisé et d'halogénures métalliques qui remplit le tube d'arc. L'argon aide à démarrer la lampe et à maintenir une tension d'arc basse. La vapeur de mercure fournit la plupart du rayonnement ultraviolet qui excite les atomes de métal. Les halogénures métalliques ajoutent un rayonnement visible et améliorent la restitution des couleurs de la lumière.
Quels sont les avantages et les inconvénients des lampes à halogénures métalliques?
Les lampes à halogénures métalliques présentent de nombreux avantages et inconvénients par rapport à d'autres types de lampes. Voici quelques-uns d'entre eux :
Avantages
