vignette|droite|Tubes fluorescents
Un tube fluorescent est une lampe électrique de forme tubulaire, de la famille des lampes à décharge à basse pression. Il contient du mercure à l'état gazeux, dont les atomes sont ionisés sous l'effet d'un courant électrique appliqué entre les électrodes placées à chaque extrémité du tube ; ils émettent alors par luminescence un rayonnement essentiellement ultraviolet, qui est converti en lumière visible par la poudre fluorescente déposée sur les parois du tube. La couleur de la lumière émise dépend de la nature de la poudre fluorescente utilisée.
Lorsque le tube est replié sur lui-même et le ballast intégré dans la douille, pour prendre une forme plus compacte, on parle de lampe fluorescente ou fluo-compacte (LFC).
Le tube fluorescent est souvent désigné à tort par l'expression tube au néon, alors que le tube néon est un autre type de lampe à décharge, de couleur rouge, qui n'utilise pas la fluorescence.
Le tube fluorescent peut également être confondu avec une linolite, qui est une lampe à incandescence tubulaire.
Historique Débuts L'idée d'employer la fluorescence pour l'éclairage remonte à la deuxième moitié du avec Edmond Becquerel qui recouvrit l'intérieur des tubes à décharge avec différentes poudres fluorescentes. Ces lampes fluorescentes primitives ne trouveront pas d'application pratique du fait de leur intensité lumineuse insuffisante.
Ce n'est qu'en 1895 que Thomas Edison inventera une lampe fluorescente à partir d'un tube à rayons X dont la surface interne de l'ampoule est enduite de tungstate de calcium. Cette substance convertit une partie des rayonnements X en lumière blanche bleutée avec une efficacité lumineuse trois fois supérieure à celle des lampes à filament de carbone de l'époque, avec une durée de vie bien supérieure. Ces performances auraient pu propulser cette lampe sur le marché de l'éclairage mais le rayonnement X produit par cette lampe provoquera la mort d'un employé d’Edison.
La technologie des tubes fluorescents s'est donc développée selon le schéma de Becquerel, à partir de tubes à décharge sous basse pression.
Tube néon de Georges Claude thumb|Le spectre du néon fait apparaître des raies ultraviolettes (à gauche) et infrarouge (à droite) (indiquées en blanc). L'invention du tube au néon par Georges Claude au début du a marqué le début de l'utilisation commerciale de tubes de couleur (rose et jaune) employant un revêtement fluorescent.
Le néon produit une lumière rouge, et le sodium une lumière orangeNon trouvé le 10 avril 2017, sur ulg.ac.be.
Les teintes saturées obtenues ne permettaient certes pas l'usage de ces sources pour l'éclairage domestique ou autre que publicitaire. Cependant, il fut découvert que l'emploi simultané de tubes à vapeur de mercure, émettant une lumière bleue (inventée par Cooper-Hewitt en 1901), avec des tubes de Claude permettait l'obtention d'une lumière blanche de qualité relativement médiocre. En effet, le mercure ne produit que des fréquences très limitées dans le jaune et violet.
De plus, ces lampes utilisaient des bains de mercure comme électrodes, ce qui donne lieu à un très faible rendement de la source du fait de l'énergie considérable qu'il faut pour extraire les électrons des électrodes.
Nouvelles électrodes Il faudra attendre 1927, et les travaux de Ruttenauer et Pirani (Osram) pour le développement d'électrodes en oxydes d'alcalins. Cette innovation permit de réduire les pertes d'énergie au niveau des électrodes pour l'extraction des électrons. Ceci accroît ainsi énormément le rendement des lampes. Ce n'est que dans les années 1930 que des tubes à vapeur de mercure sous basse pression [laquelle en hPa?]seront employés en conjonction avec un revêtement fluorescent afin de générer une lumière blanche. La conception de ces tubes était similaire aux tubes de Claude, avec des cathodes creuses froides et une alimentation sous haute tension. Malgré une efficacité de l'ordre de , de nombreuses installations de tubes à haute tension se feront dans les magasins, restaurants et autres lieux publics.
La disponibilité réelle des tubes fluorescents ne s'est amorcée qu'avec l'introduction en 1936, par Osram, à l'Exposition spécialisée de 1937 de Paris, de tubes à cathode chaude dont l'efficacité lumineuse est portée à du fait de l'emploi d'électrodes moins dissipatrices en énergie. General Electric aux États-Unis, General Electric Company plc (GEC) en Angleterre et Philips aux Pays-Bas suivront en 1937-1938. Si ce changement crucial dans la conception a permis des rendements plus élevés, la durée de vie de ces sources était cependant limitée à du fait de la détérioration rapide des électrodes et de la poudre fluorescente. Il faudra attendre la fin de la Seconde Guerre mondiale pour voir l'introduction, par GEC, de mélanges binaires d'halophosphates de strontium et de bismuth propulsant l'efficacité lumineuse vers les tout en améliorant la qualité de la lumière émise. Depuis les années 1950, l'amélioration de la qualité des composants a aussi permis l'accroissement de la durée de vie de ces sources et un meilleur maintien de l'efficacité lumineuse. À cet égard, le diamètre des tubes n'était pas inférieur à afin de limiter les dommages causés par le plasma de mercure sur le revêtement fluorescent.
Nouvelles poudres fluorescentes Une innovation majeure verra le jour en 1973 avec l'introduction par Philips de mélanges ternaires de silicates et d'aluminates dont les propriétés générales sont bien supérieures à celles des halophosphates. En plus d'une efficacité lumineuse pouvant dépasser les avec une qualité de lumière grandement accrue, la résistance de ce type de matériaux à la décharge électrique permit la réduction du diamètre des tubes de à (T8) puis à (T5) et même moins. Cette réduction des dimensions des lampes permit la conception de luminaires plus compacts avec un meilleur contrôle optique de la lumière émise.
Fin de la commercialisation Depuis les années 2010, les tubes fluorescents sont de plus en plus concurrencés et supplantés par les tubes à LED, plus économiques, plus lumineux avec une durée de vie plus longue, et sont progressivement en voie de disparition. Depuis le , la majorité des tubes fluorescents, ceux qui contiennent du mercure, sont interdits à la production et à la vente en Europe., en raison d'une norme émise par l'Union européenne, ce qui a poussé les principaux fabricants d'éclairage comme Philips, Osram ou Sylvania à arrêter la production, et à retirer complètement les tubes fluorescents de la vente après épuisement des stocks..
Aspect La géométrie de ces lampes ainsi que les moyens d'excitation du plasma de mercure peuvent prendre différentes formes selon les besoins.
Tubes linéaires + La puissance électrique des tubes linéaires est fonction linéaire de leurs longueurs.+ HE=high efficiency, HO=high output Longueur Type Puissance électrique Flux lumineux 1,449 m T5-VHO 120 W 9350 lm 2,4 m T12 120 W 5770 lm 1,149 m T5-VHO 95 W 7200 lm 1,449 m T5-HO 80 W 7000 lm 1,76 m T8 70 W6200 lm 1,5 m T12 65 W 4800 lm 1,5 m T8 58 W 5240 lm 1,149 mT5-HO 54 W 5000 lm 1,449 mT5-HO 49 W 4900 lm 1,2 m T12 40 W 3000 lm 0,849 mT5-HO 39 W 3500 lm 1,2 m T8 36 W 3250 lm 1,449 mT5-HE 35 W 3650 lm 0,9 mT12 30 W2400 lm 1,149 mT5-HE 28 W 2900 lm 0,549 mT5-HO 24 W 2000 lm 0,849 m T5-HE 21 W 2100 lm 0,6 m T12 20 W 1200 lm 0,6 m T8 18 W 1350 lm 0,438 mT12 15 W1000 lm 0,549 mT5-HE 14 W 1350 lm 0,523 mT5 13 W830 lm 0,37 mT5 12 W672 lm 0,33 mT4 10 W650 lm 0,3 mT5 8 W340 lm 0,225 mT5 6 W270 lm 0,15 mT5 4 W140 lm Les tubes linéaires sont, de loin, les lampes fluorescentes les plus utilisées. La longueur de ces tubes varie de quelques centimètres à plus de deux mètres selon la puissance. Chaque extrémité est pourvue d'une électrode composée d'un filament de tungstène doublement ou triplement bobiné et enduit d'un revêtement d'oxydes de baryum-strontium-calcium pour une injection optimale du courant d'électrons dans la décharge électrique. Ces électrodes fonctionnent alternativement comme une cathode ou une anode selon le sens du courant (alternatif). La géométrie de ces électrodes varie d'un modèle de lampe à un autre et ceux dont la puissance dépasse les ont des électrodes conçues avec deux sondes supplémentaires afin de pouvoir collecter le fort courant ionique lors de la phase anodique.
Deux classes de lampes à usage général se distinguent. D'une part, il y a les lampes à très bon rendu des couleurs employant une poudre fluorescente à base de silicates et d'aluminates, souvent nommées lampes à « trois bandes » en référence à leur spectre d'émission. En plus d'une très bonne qualité de lumière (IRC de 80 à 95), l'efficacité lumineuse est élevée, de l'ordre de 80 à . D'autre part, il existe sur le marché des lampes à bas prix employant encore des halophosphates. Ces dernières ont une efficacité moindre () et une qualité de lumière (IRC 55-70) trop faible pour un emploi en dehors de l'éclairage industriel.
Hormis cette gamme classique de lampes, il existe des sources à rayonnement ultraviolet (UV) dont les tubes « lumière noire » employant une poudre fluorescente rayonnant autour de , les tubes UVA (actinique) pour lampes à insectes, insoleuses (circuits imprimés) et UVB pour le bronzage et le traitement de certains matériaux, puis les tubes UVC pour la stérilisation. Ces dernières lampes ne sont pas pourvues de poudre fluorescente et leur ampoule est fabriquée soit en quartz, soit en verre à faible teneur en oxyde de fer afin d'assurer une bonne transmission des UV générés par le plasma de mercure.
La première génération de tubes, de type T12, avait un diamètre de . Ils ont été peu à peu remplacés dans les années 1980 par des tubes T8 de diamètre inférieur et de moindre consommation (, au lieu de pour les plus courants qui mesurent ) compatibles sur les mêmes appareils. Depuis les années 2000 sont arrivés les tubes T5 au rendement bien supérieur mais incompatibles (socket G5 au lieu de G13 évitant de se tromper) avec les anciens appareils. Les tubes T5 de 14, 28 et prennent respectivement peu à peu la place des 18, 36 et notamment dans l'industrie.
Les flux lumineux donnés dans le tableau ci-contre sont indicatifs. Ils peuvent varier suivant les tubes (haut rendement ou non), la température de couleur, la température ambiante (donnée à pour les T5, type appareil fermé) et le fabricant.
Lampes fluo-compactes thumb|200px|Lampe fluo-compacte
Ces lampes sont plus compactes que les tubes linéaires grâce au pliage en deux, trois, quatre ou six d'un tube fluorescent dont le diamètre est compris entre . En raison du faible diamètre du tube, seules des poudres fluorescentes à trois bandes sont employées. La forme compacte du tube à décharge pose aussi un problème de dissipation thermique et plusieurs moyens sont employés pour limiter la pression de vapeur saturante de mercure afin de rester au régime optimum de fonctionnement. Certaines lampes emploient des amalgames de mercure-étain ou mercure-bismuth, alors que d'autres sont pourvues d'appendices froids où le mercure se condense.
La première fut créée par Philips (annoncée en 1976, introduite en 1980), puis Osram (1981) suivi par les autres fabricants. La conception de cette nouvelle génération de lampes a été motivée par l'accroissement des coûts énergétiques à la suite des deux chocs pétroliers des années 1970. Ainsi, les premières lampes fluocompactes introduites par Philips étaient conçues pour remplacer les lampes à filament directement dans leurs luminaires. Cependant, l'intégration du ballast ferromagnétique posa un sérieux problème de poids et de volume qui limita les applications de ces lampes à économie d'énergie. Ce n'est que vers le milieu des années 1980 que les premières lampes fluocompactes à alimentation électronique seront mises sur le marché. Avec un meilleur rendement et des dimensions réduites, ces lampes sont de plus en plus intégrées dans le paysage de l'éclairage domestique.