Lampe à plasma

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Une lampe à plasma vue du dessus

Une lampe à plasma (ou boule à plasma) est généralement un objet de décoration, qui fut très à la mode dans les années 1980.

Constitution[modifier | modifier le code]

La lampe à plasma est généralement une grande sphère creuse transparente d'une trentaine de centimètres de diamètre. Elle est remplie de gaz noble sous basse pression et est pourvue d'une petite boule pleine au centre jouant le rôle d'électrode. Une forte tension électrique alternative est appliquée aux deux sphères. La fréquence est comprise entre 10 kHz et 60 kHz.

Le gaz à l’intérieur est le plus souvent un mélange de gaz inertes, souvent du néon et du xénon. Suivant le mélange les couleurs obtenues sont différentes, mais les lampes vendues dans le commerce sont le plus souvent bleu-lavande-rose orangé.

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Électrode centrale d'une lampe à plasma

Basé sur l'effet corona, le principe de fonctionnement d'une lampe à plasma s'apparente à celui d'une décharge électrique à barrière diélectrique. La haute tension appliquée à l'électrode centrale va générer un champ électrique élevé dans le volume de gaz sous basse pression entre les deux sphères de verre. Le milieu environnant, dont le potentiel est de zéro volt, joue le rôle de deuxième électrode.

Le champ électrique créé grâce à la grosse boule de plasma accélère les électrons libres présents dans l'enceinte de la lampe, ce qui va causer une avalanche électronique due à l'ionisation des atomes de gaz par impact électronique. Cette avalanche croît exponentiellement en densité de charges, donnant finalement naissance à une décharge électrique entre les surfaces des sphères de verre. Ce phénomène de claquage transforme le gaz isolant en plasma conducteur (gaz ionisé) et lumineux.

La présence d'interfaces diélectriques (le verre) entre les électrodes fait que la décharge électrique n'est que momentanée. Les ions et les électrons ne pouvant directement atteindre les électrodes, ils s'accumuleront progressivement à la surface de chacune des deux sphères (les ions positifs vers la cathode et les électrons vers l'anode). Il arrive un moment où la densité surfacique de charge écrante le potentiel de l'électrode centrale, ce qui aura pour conséquence la chute du champ électrique dans la lampe, et finalement l'extinction de la décharge en quelques microsecondes.

L'application d'une tension alternativement positive et négative à l'électrode centrale permet une inversion périodique du champ électrique dans l'enceinte de la lampe. Ceci permet en effet le maintien soit d'une décharge électrique continue alternative ou pulsée, couplée capacitivement aux électrodes (celle de la lampe, au centre, et la terre environnante). Les parois de verre de la lampe se comportent ainsi comme des condensateurs, dont l'impédance est inversement proportionnelle à la fréquence de la tension appliquée. Toutes choses égales, le courant circulant entre l'électrode centrale et l'environnement (au potentiel de la terre) étant inversement dépendant de l'impédance des globes de verre, plus la fréquence appliquée est élevée et plus la décharge électrique est intense.

Arcs produits par contact avec le verre

Lorsque l'on touche la sphère, on accroît localement le couplage capacitif de l’environnement à la sphère de verre, faisant ainsi chuter l'impédance du système à l'endroit du contact. Il en résulte que le courant (de déplacement et de conduction) est plus élevé et donne lieu à une décharge électrique plus intense.

Couleurs[modifier | modifier le code]

Les couleurs et la saturation colorimétrique des arcs électriques varient suivant la pression dans la sphère, la fréquence électrique et le ou les gaz utilisés :

  • Hélium : bleu-pourpre, jaune-orange
  • Néon : rouge-orange
  • Argon : à de basses tension la couleur est pourpre-lavande et à des hautes tensions orange
  • Krypton : gris, jaune
  • Xénon : bleu
  • Air : pourpre très profond avec pointe bleu-rose. Des pressions plus élevées forment les flammes faibles, de plus basses pressions forment un nuage tout comme l'hélium
  • Azote : pourpre
  • Dioxyde de carbone : blanc
  • Mercure ou vapeur de métal : ultraviolet extrêmement dangereux pour les yeux et invisible. Bleu à de basses tensions et vert en hautes tension
  • Aluminium : vert-bleu
  • Oxygène : bleu clair-vert
  • Plasma : anneau vert

Il est possible d'observer différentes couleurs du plasma avec des vapeurs métalliques en employant une intensité plus élevée (comme avec un transformateur de four à micro-ondes), mais ces manipulations peuvent être dangereuses.

La combinaison de différents gaz modifie également la couleur :

  • Néon (95 %) et xénon (5 %) : rose et bleu
  • Néon (95 %), xénon (2,5 %) et krypton (2,5 %) : vert et orange
  • Argon et azote : pourpre
  • Argon, azote et krypton : pourpre lavande, avec des pointes bleues
  • Hélium et néon : rouge et orange
  • Xénon, krypton et argon : bleu profond
  • Néon (99,5 %) et argon (0,5 %) : violet et orange

Sécurité[modifier | modifier le code]

La tension électrique délivrée au centre est approximativement 10 000 V(moyenne tension) mais le courant électrique reste très faible.

Une lampe à plasma peut se révéler dangereuse si elle est manipulée sans respecter les règles de sécurité. C'est pourquoi seul un professionnel équipé du matériel adéquat peut pratiquer un démontage du transformateur et un remplissage de gaz en toute sécurité.

De plus, il est important de :

  • ne pas toucher en même temps du métal. Risque de choc.
  • ne pas toucher en continu la sphère, elle chauffe et peut céder.
  • ne pas toucher si vous êtes en possession d'un stimulateur cardiaque.
  • maintenir éloigné de haut-parleurs et d'équipements électroniques.
  • maintenir éloigné des enfants non accompagnés et des animaux.
  • ne pas la couvrir avec quoi que ce soit durant son fonctionnement.
  • deux personnes ne doivent pas toucher la sphère en même temps. Risque de choc.

Liens externes[modifier | modifier le code]

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