Comment fonctionnent les néons (une explication simple)

Les néons sont colorés, brillants et fiables, c’est pourquoi on les voit utilisés dans les panneaux, les vitrines et même sur les pistes d’atterrissage des aéroports. Vous êtes-vous déjà demandé comment elles fonctionnent et comment les différentes couleurs de la lumière sont produites ?

Key Takeaways : Les néons

• Une lampe au néon contient une quantité infime de gaz néon sous basse pression.
• L’électricité fournit l’énergie nécessaire pour arracher les électrons aux atomes de néon et les ioniser. Les ions sont attirés aux bornes de la lampe, complétant ainsi le circuit électrique.
• La lumière est produite lorsque les atomes de néon acquièrent suffisamment d’énergie pour être excités. Lorsqu’un atome revient à un état d’énergie inférieur, il libère un photon (lumière).

Comment fonctionne une lampe au néon

Vous pouvez fabriquer vous-même une fausse enseigne au néon, mais les vrais néons sont constitués d’un tube de verre rempli d’une petite quantité (basse pression) de gaz néon. Le néon est utilisé parce que c’est l’un des gaz nobles. Une caractéristique de ces éléments est que chaque atome a une enveloppe électronique remplie, de sorte que les atomes ne réagissent pas avec d’autres atomes et qu’il faut beaucoup d’énergie pour retirer un électron.

Il y a une électrode à chaque extrémité du tube. Une lampe au néon fonctionne en fait en utilisant soit du courant alternatif (AC), soit du courant continu (DC), mais si l’on utilise du courant continu, la lueur n’est visible qu’autour d’une électrode. Le courant alternatif est utilisé pour la plupart des néons que vous voyez.

Lorsqu’une tension électrique est appliquée aux bornes (environ 15 000 volts), l’énergie fournie est suffisante pour éliminer un électron extérieur des atomes de néon. Si la tension est insuffisante, il n’y aura pas assez d’énergie cinétique pour que les électrons puissent s’échapper de leurs atomes et rien ne se produira. Les atomes de néon chargés positivement (cations) sont attirés vers la borne négative, tandis que les électrons libres sont attirés vers la borne positive. Ces particules chargées, appelées plasma, complètent le circuit électrique de la lampe.

D’où vient donc la lumière ? Les atomes dans le tube se déplacent, se frappent les uns les autres. Ils se transfèrent de l’énergie entre eux et produisent beaucoup de chaleur. Alors que certains électrons s’échappent de leurs atomes, d’autres gagnent suffisamment d’énergie pour être « excités ». Cela signifie qu’ils ont un état d’énergie plus élevé. Être excité, c’est comme monter sur une échelle, où un électron peut se trouver sur un échelon particulier de l’échelle, et non pas n’importe où sur sa longueur. L’électron peut revenir à son énergie d’origine (état fondamental) en libérant cette énergie sous forme de photon (lumière). La couleur de la lumière produite dépend de la distance qui sépare l’énergie excitée de l’énergie d’origine. Comme la distance entre les barreaux d’une échelle, il s’agit d’un intervalle déterminé. Ainsi, chaque électron excité d’un atome libère une longueur d’onde caractéristique de photon. En d’autres termes, chaque gaz noble excité libère une couleur de lumière caractéristique. Pour le néon, il s’agit d’une lumière rouge-orange.

Comment sont produites les autres couleurs de la lumière

Vous voyez beaucoup de signes de différentes couleurs, alors vous vous demandez peut-être comment cela fonctionne. Il y a deux façons principales de produire d’autres couleurs de lumière que le rouge-orange du néon. L’une d’elles consiste à utiliser un autre gaz ou un mélange de gaz pour produire des couleurs. Comme mentionné précédemment, chaque gaz noble libère une couleur de lumière caractéristique. Par exemple, l’hélium brille en rose, le krypton est vert et l’argon est bleu. Si les gaz sont mélangés, des couleurs intermédiaires peuvent être produites.

L’autre façon de produire des couleurs est de recouvrir le verre d’un phosphore ou d’un autre produit chimique qui, lorsqu’il est mis sous tension, donne une certaine couleur. En raison de la gamme de revêtements disponibles, la plupart des lampes modernes n’utilisent plus de néon, mais des lampes fluorescentes qui reposent sur une décharge de mercure/argon et un revêtement de phosphore. Si vous voyez une lumière claire qui brille dans une couleur, il s’agit d’une lumière de gaz noble.

Une autre façon de changer la couleur de la lumière, bien qu’elle ne soit pas utilisée dans les luminaires, est de contrôler l’énergie fournie à la lumière. Alors que vous voyez généralement une couleur par élément dans une lumière, il existe en fait différents niveaux d’énergie disponibles pour les électrons excités, qui correspondent à un spectre de lumière que cet élément peut produire.

Brève histoire du néon

Heinrich Geissler (1857)

• Geissler est considéré comme le père des lampes fluorescentes. Son « tube de Geissler » était un tube de verre avec des électrodes à chaque extrémité contenant un gaz à la pression du vide partiel. Il expérimentait un courant d’arc à travers différents gaz pour produire de la lumière. Le tube était à la base de la lumière au néon, de la lumière à vapeur de mercure, de la lumière fluorescente, de la lampe au sodium et de la lampe aux halogénures métalliques.

William Ramsay & Morris W. Travers (1898)

• Ramsay et Travers ont fabriqué une lampe au néon, mais le néon étant extrêmement rare, l’invention n’était pas rentable.

Daniel McFarlan Moore (1904)

• Moore a installé commercialement le « tube de Moore », qui fait passer un arc électrique à travers de l’azote et du dioxyde de carbone pour produire de la lumière.

Georges Claude (1902)

• Bien que Claude n’ait pas inventé la lampe au néon, il a mis au point une méthode pour isoler le néon de l’air, rendant ainsi la lumière abordable. Le néon a fait l’objet d’une démonstration par Georges Claude en décembre 1910 au Salon de l’automobile de Paris. Claude a d’abord travaillé avec le design de Moore, mais il a développé son propre design de lampe fiable et a accaparé le marché des lampes jusque dans les années 1930.