Lampe à vapeur de sodium haute pression : Définition, fonctionnement et applications
Une lampe à vapeur de sodium haute pression est un type de lampe à décharge gazeuse qui utilise du sodium dans un état excité pour produire de la lumière. C'est l'un des types de sources lumineuses les plus efficaces et elle a une longue durée de vie. Elle est largement utilisée pour l'éclairage industriel et les zones de sécurité extérieures, telles que les parkings et les routes.
Qu'est-ce qu'une lampe à vapeur de sodium haute pression?
Une lampe à vapeur de sodium haute pression est définie comme une lampe qui fonctionne sous une pression élevée (supérieure à 1 atm) et une température (supérieure à 1000 °C) à l'intérieur d'un tube d'arc translucide en céramique polycristalline d'alumine (PCA). Le tube d'arc contient un mélange de gaz xénon, d'amalgame de sodium-mercure et d'électrodes aux deux extrémités. Le tube d'arc est enfermé dans une enveloppe extérieure en verre résistant à la chaleur qui est évacuée ou remplie de gaz inerte.
La lampe fonctionne en appliquant un pulse de haute tension provenant d'un ballast et d'un allumeur aux électrodes, ce qui ionise le gaz xénon et crée un arc initial. L'arc chauffe le tube d'arc et vaporise le mercure et le sodium. La vapeur de mercure émet une lumière bleu-blanc, tandis que la vapeur de sodium émet une lumière jaune. La combinaison de ces deux spectres donne une lumière dorée-blanc avec une température de couleur d'environ 2000 K et un indice de rendu des couleurs d'environ 25.
La lampe à vapeur de sodium haute pression présente plusieurs avantages par rapport à d'autres types de lampes, tels que :
Efficacité lumineuse élevée : Elle peut produire jusqu'à 150 lumens par watt, ce qui est environ deux fois plus que les lampes à vapeur de mercure et cinq fois plus que les lampes incandescentes.
Longue durée de vie : Elle peut durer jusqu'à 24 000 heures, ce qui est environ quatre fois plus longtemps que les lampes à vapeur de mercure et 24 fois plus longtemps que les lampes incandescentes.
Maintenance réduite : Elle ne nécessite pas de remplacement ou de nettoyage fréquent, ce qui réduit les coûts de main-d'œuvre et d'élimination.
Fiabilité élevée : Elle peut résister aux fluctuations de tension, aux vibrations et aux températures extrêmes, ce qui la rend adaptée aux environnements difficiles.
Cependant, la lampe à vapeur de sodium haute pression présente également certains inconvénients, tels que :
Rendu des couleurs médiocre : Elle a un faible indice de rendu des couleurs, ce qui signifie qu'elle déforme les couleurs des objets qu'elle éclaire. Cela la rend inappropriée pour les applications où la précision des couleurs est importante, comme les magasins de détail ou les musées.
Éblouissement : Elle produit une lumière vive et intense qui peut causer un inconfort ou une gêne visuelle aux conducteurs ou aux piétons. Cela peut être réduit en utilisant un écran ou un diffuseur approprié.
Cycles : Elle peut connaître des cycles ou des clignotements lorsqu'elle atteint la fin de sa vie ou lorsqu'elle fonctionne à basse température. Cela peut être prévenu en utilisant un ballast ou une isolation thermique appropriés.
Schéma d'une lampe à vapeur de sodium haute pression
Le schéma suivant montre les principaux composants d'une lampe à vapeur de sodium haute pression :
Enveloppe extérieure en verre : Elle protège le tube d'arc contre les dommages physiques et les chocs thermiques. Elle filtre également le rayonnement ultraviolet nocif provenant de l'arc.
Tube d'arc : Il est fabriqué en alumine polycristalline (PCA), qui est résistante à la corrosion par la vapeur de sodium. Il contient les électrodes, le gaz xénon et l'amalgame de sodium-mercure.
Électrodes : Elles sont fabriquées en fil de tungstène avec un revêtement émissif. Elles sont connectées au ballast et à l'allumeur par des caps en métal.
Gaz xénon : Il est utilisé comme gaz de démarrage car il a un potentiel d'ionisation faible. Il contribue également à la production de lumière en émettant une lumière bleue.
Amalgame de sodium-mercure : Il est utilisé comme source lumineuse principale car il émet une lumière jaune avec une efficacité lumineuse élevée. Il est stocké dans un réservoir derrière l'une des électrodes.
Ballast : C'est un dispositif électrique qui régule le courant et la tension vers la lampe. Il fournit également le pulse de haute tension nécessaire au démarrage de la lampe.
Allumeur : C'est un dispositif électronique qui génère le pulse de haute tension nécessaire au démarrage de la lampe en le superposant sur la tension d'alimentation.
Applications de la lampe à vapeur de sodium haute pression
La lampe à vapeur de sodium haute pression est principalement utilisée pour des applications nécessitant une forte luminosité, une longue durée de vie et une maintenance réduite, telles que :
Éclairage public : Les lampes à vapeur de sodium haute pression sont largement utilisées pour l'éclairage des rues publiques, des autoroutes, des ponts, des tunnels et d'autres zones extérieures. Elles offrent une forte luminosité, une longue durée de vie et une maintenance réduite. Elles ont également un faible facteur d'éblouissement et une stabilité de couleur élevée au fil du temps. Cependant, elles ont un rendu des couleurs médiocre et une acuité visuelle faible, ce qui peut affecter la sécurité et le confort des conducteurs et des piétons.
Éclairage industriel : Les lampes à vapeur de sodium haute pression sont également utilisées pour l'éclairage de diverses applications industrielles, telles que les entrepôts, les usines, les ateliers, les mines, les centrales électriques et les stades. Elles offrent une efficacité lumineuse élevée, une grande fiabilité et une grande résistance aux environnements difficiles. Elles ont également une bonne maintenance de la luminosité et un taux de dépréciation faible. Cependant, elles ont un rendu des couleurs médiocre et un temps de chauffe élevé, ce qui peut affecter la productivité et la qualité du travail.
Éclairage horticole : Les lampes à vapeur de sodium haute pression sont également utilisées pour l'éclairage des plantes d'intérieur et des serres. Elles offrent un rayonnement photosynthétique actif (PAR) élevé, qui stimule la croissance et la floraison des plantes. Elles ont également une longue durée de vie et une consommation d'énergie faible. Cependant, elles ont une forte production de chaleur et une qualité spectrale faible, ce qui peut affecter la santé et la diversité des plantes.
Éclairage publicitaire : Les lampes à vapeur de sodium haute pression sont également utilisées pour l'éclairage des panneaux publicitaires, des enseignes, des monuments et d'autres expositions extérieures. Elles offrent une forte luminosité, une longue durée de vie et une maintenance réduite. Elles ont également un rapport de contraste élevé et une bonne visibilité la nuit. Cependant, elles ont un rendu des couleurs médiocre et une température de couleur faible, ce qui peut affecter l'attrait et la lisibilité des expositions.
Comparaison de la lampe à vapeur de sodium haute pression avec la lampe à vapeur de sodium basse pression
Une lampe à vapeur de sodium basse pression est un autre type de lampe à décharge gazeuse qui utilise du sodium dans un état excité pour produire de la lumière. Elle fonctionne sous une pression faible (inférieure à 0,1 atm) et une température (inférieure à 300 °C) à l'intérieur d'un tube d'arc en verre qui contient de la vapeur de sodium et du gaz néon. Le tube d'arc est enfermé dans une enveloppe extérieure en verre qui est remplie de gaz inerte ou de vide.
La lampe fonctionne en appliquant une tension aux électrodes situées aux deux extrémités du tube d'arc, ce qui ionise le gaz néon et crée un arc initial. L'arc chauffe le tube d'arc et vaporise le sodium. La vapeur de sodium émet une lumière jaune monochromatique avec une longueur d'onde de 589 nm.
La lampe à vapeur de sodium basse pression a certains avantages sur la lampe à vapeur de sodium haute pression, tels que :
Efficacité lumineuse supérieure : Elle peut produire jusqu'à 200 lumens par watt, soit environ 30 % de plus que la lampe à vapeur de sodium haute pression.
Durée de vie plus longue : Elle peut durer jusqu'à 30 000 heures, soit environ 25 % de plus que la lampe à vapeur de sodium haute pression.
Coût inférieur : Elle a un coût initial et un coût d'exploitation inférieurs à ceux de la lampe à vapeur de sodium haute pression.
Cependant, la lampe à vapeur de sodium basse pression a également certains inconvénients par rapport à la lampe à vapeur de sodium haute pression, tels que :
Rendu des couleurs médiocre : Elle a un indice de rendu des couleurs très faible d'environ 0, ce qui signifie qu'elle déforme complètement les couleurs des objets qu'elle éclaire.
Température de couleur faible : Elle a une température de couleur très faible d'environ 1700 K, ce qui signifie qu'elle produit une lumière très chaude et terne.
Taille plus grande : Elle a une taille et un poids plus grands que la lampe à vapeur de sodium haute pression.
Cycles : Elle peut connaître des cycles ou des clignotements lorsqu'elle atteint la fin de sa vie ou lorsqu'elle fonctionne à basse température.
Impacts environnementaux et sanitaires de la lampe à vapeur de sodium haute pression
La lampe à vapeur de sodium haute pression a certains impacts environnementaux et sanitaires qui doivent être pris en compte avant son utilisation.
Pollution au mercure : La lampe à vapeur de sodium haute pression contient du mercure comme l'un de ses composants. Le mercure est un métal toxique qui peut causer de graves problèmes de santé s'il est ingéré ou inhalé. Le mercure peut également fuir des lampes cassées ou éliminées dans le sol ou les sources d'eau, où il peut s'accumuler dans la chaîne alimentaire et affecter la faune et l'homme. Par conséquent, une manipulation et un recyclage appropriés des lampes contenant du mercure sont essentiels pour prévenir la pollution au mercure.
Pollution lumineuse : La lampe à vapeur de sodium haute pression produit une lumière vive et intense qui peut causer de la pollution lumineuse dans les zones urbaines. La pollution lumineuse est l'utilisation excessive ou inappropriée de la lumière artificielle qui peut interférer avec les cycles naturels de lumière et d'obscurité. La pollution lumineuse peut avoir des effets négatifs sur l'astronomie, l'écologie, la santé humaine, la consommation d'énergie et l'esthétique.
Rayonnement ultraviolet : La lampe à vapeur de sodium haute pression émet une petite quantité de rayonnement ultraviolet (UV) provenant de l'arc. Le rayonnement UV peut causer des dommages cutanés, des irritations oculaires et une suppression du système immunitaire chez les humains et les animaux. Le rayonnement UV peut également dégrader certains matériaux, tels que les plastiques et les tissus. Par conséquent, un blindage ou un filtrage approprié du rayonnement UV est nécessaire pour protéger la santé et la sécurité des utilisateurs et de l'environnement.
Interférence électromagnétique : La lampe à vapeur de sodium haute pression génère une interférence électromagnétique (EMI) provenant du ballast et de l'allumeur. L'EMI peut affecter les performances et le fonctionnement d'autres appareils électroniques, tels que les radios, les télévisions, les ordinateurs et les téléphones. L'EMI peut également interférer avec les systèmes de communication et de navigation des avions et des véhicules.
