Choisir une source lumineuse

Les spectres d'émission

Le spectre d’émission est constitué des rayonnements émis par un corps, chacun d’eux étant caractérisée par sa couleur (s’il s’agit de lumière visible) et par sa longueur d’onde. On l’obtient en décomposant la lumière émise par la source à l’aide d’un système dispersif.

A) Le spectre continu

Spectre de la lumière blanche

Il offre un éventail des couleurs de l’arc-en-ciel sans interruption entre elles.

Un spectre continu comporte généralement une longueur d’onde pour laquelle l’intensité est plus forte que pour les autres. Ce phénomène est mesurable avec un luxmètre.

La détermination de cette longueur d’onde particulière permet d’établir la température du corps émetteur : plus la température s’élève, plus les longueurs d’onde diminuent.

Exemple

Voici la lumière émise par une lampe à filament de tungstène en fonction de la température du filament. On constate que plus le filament chauffe, plus il émet une lumière tendant vers la lumière blanche.

B) Les spectres de raies

Un gaz, à basse pression et à température élevée, émet une lumière constituée d’un nombre restreint de radiations. Le spectre qui en résulte est donc constitué de raies lumineuses coïncidant chacune avec une longueur d’onde donnée.

Les raies qui constituent ce type de spectre sont caractéristiques de l’élément chimique qui émet la lumière : à chaque élément correspond une raie donnée (et sa longueur d’onde) ou une série de raies.

Vapeur de mercure

Vapeur de cadmium

Les spectres de quelques sources lumineuses

Chaque source lumineuse peut être caractérisée par son spectre d’émission continu.

L'efficacité énergétique

L’efficacité énergétique est le rapport entre l’énergie utile produite par un système et l’énergie totale consommée pour le faire fonctionner. Elle se mesure en W/lum et se calcule avec la formule :

Étiquette-énergie

k = $\frac{\text{P}}{\Phi }$, avec P la puissance de la source lumineuse en watt et Φ la puissance lumineuse en lumen.

Les lampes d’éclairage se divisent en 4 grandes familles : les DEL, les fluorescentes, les incandescentes halogènes (progressivement retirées du marché), et les incandescentes classiques (déjà retirées de la vente pour la plupart). L’étiquette-énergie, obligatoire sur les emballages, les classe selon leur efficacité énergétique.

Le laser

A) Les propriétés

Le mot « laser » est un acronyme issu de l’anglais : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, qui signifie « amplification de la lumière par émission stimulée de radiation ».

Les lasers sont des dispositifs qui produisent ou amplifient un rayonnement cohérent et directif pour des longueurs d’onde situées dans le domaine optique des ondes électromagnétique couvrant l’infrarouge, le visible et l’ultraviolet.

Le tableau suivant compare les propriétés respectives de la lumière émise par une lampe à incandescence et de la lumière émise par une source laser.

B) La puissance

La puissance des lasers est très variable. Faible (quelques mW) ou moyenne pour des lasers à fonctionnement continu, elle peut devenir très grande pour des lasers fonctionnant par impulsion et atteindre 10⁶ W, voire 10¹⁵ W pendant des durées très brèves (10^–12 s).

Sur le schéma ci-contre, la photodiode est éclairée par un laser. Elle transforme la lumière reçue en courant électrique. Dans ce cas, la puissance P (en W) du laser se calcule avec la formule :

 I : l’intensité du courant traversant la photodiode (A)

P = $\frac{\text{I}\times \text{A}}{\text{0,63}\times \text{S}}$ A : l’aire sensible de la photodiode (m²)

 S : la section du faisceau laser (m²)