Photographie/04 - Rayonnements et lumière/Luminescence
Un livre de Wikibooks.
Le terme luminescence s'applique aux rayonnements dont l'origine n'est pas purement thermique. Il y a luminescence si, pour une même longueur d'onde et une même température absolue, le rayonnement est plus intense que celui du corps noir. Les spectres émis par luminescence sont le plus souvent formés de raies ou de bandes plus ou moins larges, caractéristiques des atomes, des molécules ou des mélanges excités. Un fond continu d'origine thermique peut éventuellement se superposer aux bandes et aux raies.
De nombreuses sources luminescentes peuvent avoir des applications intéressantes en photographie.
Sections |
[modifier] Les tubes à décharge
Le passage d'une décharge électrique dans les gaz ou les vapeurs métalliques sous faible pression fournit un spectre de raies caractéristiques des atomes : rose pour le néon des enseignes lumineuses et des voyants électriques, lavande pour le krypton, bleu ciel pour le xénon. La vapeur de sodium émet deux raies particulièrement intenses pour λ = 0,5890 et 0,5896 μm. Elle trouve des applications pour l'éclairage public et les lanternes de sûreté des laboratoires photographiques. La vapeur de mercure fournit des raies visibles et des raies ultraviolettes. Elle sert aussi pour l'éclairage public et intervient dans les lampes-éclair des flashes électroniques, associée à du krypton ou à du xénon.
 Petite lampe au néon, a priori sans intérêt pour les usages photographiques |
 Spectre visible d'une lampe à vapeur de mercure à haute pression. |
 Spectre discontinu d'une lampe à vapeur de mercure dans l'ultraviolet et le violet. |
 Spectre d'une lampe à vapeur de sodium à haute pression, pour deux régimes de fonctionnement. Noter (x) l'auto-absorption d'une des raies caractéristiques. |
 Luminescence de l'hélium |
 Luminescence de l'argon (le symbole est A, pas Ar) |
 Luminescence du krypton |
 Luminescence du néon |
 Luminescence du xénon |
 Arc électrique au voisinage de l'électrode centrale d'une lampe à plasma |
 Décharge électrique dans une lampe à plasma |
Lorsque la pression du gaz n'est plus négligeable les raies spectrales s'élargissent et deviennent des bandes. Comme nous le verrons plus tard, le rendu des couleurs des objets éclairés par ces sources devient moins mauvais.
[modifier] Fluorescence et phosphorescence
De nombreux corps absorbent certaines radiations et en réémettent simultanément d'autres de longueurs d'ondes plus grandes (loi de Stokes). On utilise beaucoup en radiophotographie des écrans de platinocyanure de baryum (fluorescence jaune) ou de tungstate de calcium (fluorescence violette). Ces écrans s'illuminent sous l'effet des rayons X et de l'ultraviolet. Ce phénomène est courant et tout le monde connaît la fluorescence du Nylon frappé par le proche ultraviolet (lumière noire). Lorsque l'émission persiste après que l'excitation a cessé, on dit qu'il y a phosphorescence. Le sulfure de zinc, par exemple, après qu'il a été éclairé, émet une lumière jaune-vert qui décroît progressivement.
Les objets et composés chimiques fluorescents ou phosphorescents présentent sous l'effet du rayonnement ultraviolet des aspects très éloignés de ceux qu'ils présentent sous les éclairages habituels. Ceci permet par exemple de distinguer rapidement deux minéraux apparemment identiques à la lumière du jour, de déceler des retouches faites à un tableau, etc. Les scientifiques, les experts en art, les archéologues, la police scientifique, font grand usage de cette propriété.
La photographie dans l'ultraviolet nécessite des techniques particulières décrites dans une page consacrée à ce sujet. Les lumières visibles réémises par fluorescence ou phosphorescence sont quant à elles enregistrables avec des surfaces sensibles classiques et certains photographes en font un usage artistique intéressant.
[modifier] Les tubes fluorescents
Ils contiennent de la vapeur de mercure sous très faible pression. La décharge électrique y provoque l'émission de raies visibles et ultraviolettes. Les premières traversent la paroi du tube tandis que les secondes sont absorbées par diverses poudres déposées à l'intérieur du tube et chargées de réémettre de la lumière visible par fluorescence. Ces poudres sont choisies de façon que leur rayonnement de fluorescence complète le spectre du mercure pour donner une impression de lumière plus ou moins blanche. On utilise par exemple des produits tels que l'arséniate de magnésium ou les silicates de baryum, de strontium ou de lithium.
 Spectre de l'arséniate de magnésium |
 Spectre du silicate de baryum |
La lumière émise se caractérise par la superposition des raies visibles du mercure et des bandes de fluorescence, avec des discontinuités plus ou moins marquées.
 Différents tubes fluorescents |
 Lampe fluorescente dite « à économie d'énergie » |
 Spectre d'émission d'un tube fluorescent « blanc chaud » |
 Spectre de lampes fluorescentes |
Les tubes et les lampes fluorescents sont en général de très mauvaises sources d'éclairage pour la prise de vues et l'examen des épreuves en couleurs. Avec les appareils argentiques on peut utiliser des filtres spéciaux qui limitent les dégâts, du moins avec certaines de ces sources ; avec les appareils numériques il convient d'utiliser la balance des blancs manuelle, quand c'est possible, ce qui donne généralement un résultat moins mauvais.
 Ce que peut donner la balance des blancs automatique avec des lampes au mercure (métro Cité, à Paris). |
[modifier] Les sources mixtes incandescence-fluorescence
On peut par exemple associer un filament aux lampes à vapeur de mercure à haute pression, de sorte que les raies vertes et bleues émises par ce métal soient superposées au rouge provenant du filament. Les lampes à arc en atmosphère de xénon fournissent ainsi un rayonnement très proche de celui du Soleil, tandis que les lampes à vapeur de sodium à haute pression produisent une lumière constitués presque exclusivement de jaune, mais avec un excellent rendement lumineux.
[modifier] Les diodes électroluminescentes
Ce sont des composants électroniques capable de transformer directement l'énergie électrique en énergie rayonnante. Lors de la recombinaison d'un électron et d'un trou dans un semiconducteur, il peut y avoir émission d'un photon. Cette transformation s'opère avec un excellent rendement et depuis quelques années on sait réaliser des sources relativement puissantes.
On les désigne souvent par l'acronyme français DEL (diode électroluminescente) ou éventuellement par l'acronyme anglais LED (light emitting diode) [1].
Les premières DELs émettaient une lumière rouge mais on a ensuite réussi à émettre du jaune, du vert, du bleu et de l'ultraviolet. Les diodes utilisées pour les sources d'éclairage portatives (lampes frontales par exemple) émettent une lumière composée de raies séparées par de fortes discontinuités et le rendu des couleurs qu'elles permettent est encore loin d'être parfait.
On réalise depuis peu des diodes suffisamment puissantes pour remplacer les tubes à décharge dans les flashes des appareils numériques de bas de gamme et des téléphones mobiles. Toutefois, la lumière émise par ces diodes est globalement très différente de celle des flashes ordinaires et il faut alors procéder à un équilibrage spécifique de la balance des blancs.
 DEL rouges |
 Trois DEL |
 DELs diverses |
 Structure d'une DEL |
 DEL émettant dans l'ultraviolet |
 La lumière des DELs est relativement dirigée |
 Superposition des spectres de trois DELs |
 Spectre de DELs et lumière blanche |
 Affichage à DELs |
 Affichage à DELs |
Les diodes électroluminescentes émettent une lumière désordonnée et ne doivent pas être confondues avec les diodes laser qui émettent une lumière cohérente. Leurs applications pratiques sont étudiées ici
[modifier] Autres phénomènes
Beaucoup d'autres causes peuvent provoquer des phénomènes de luminescence :
- chimiluminescence : la plupart des réactions chimiques produisent une émission lumineuse, en général ultraviolette. Nous connaissons un cas où de telles radiations, émises au sein même d'un révélateur photographique dans des fils de nylon faisant office de catalyseurs, avaient pour effet de voiler les surfaces sensibles, au grand désespoir du personnel du laboratoire pour qui ce phénomène est resté longtemps inexpliqué ...
- triboluminescence : le frottement ou les contraintes mécaniques provoquent parfois des émissions lumineuses. On le vérifiera facilement en faisant frotter dans le noir, après s'y être accoutumé, deux morceaux de sucre ou mieux de saccharine (édulcorant utilisé par les diabétiques) ou encore d'acide tartrique.
Il est généralement impossible de parler de température de couleur pour toutes ces sources mais on peut donner dans certains cas une équivalence pour l'œil ou pour certaines couches sensibles.
[modifier] Notes
- ↑ l'évolution de la langue française a vite remplacé digital par numérique, driver par pilote, NATO par OTAN, AIDS par SIDA, riding coat par redingote, packet boat par paquebot, etc. La suite de l'article utilise judicieusement la belle DEL et non la laide LED, laquelle ne figure désormais que dans des publicités de bas de gamme. Note de Jean-Pierre Bonneville, ingénieur chez Hewlett Packard puis Schneider Electric, durant plusieurs années responsable de traduction et adaptation aux pays européens, concepteur-rédacteur de catalogues, manuels techniques, documents publicitaires
Chapitre 04 - Rayonnements et lumière
|
