Photographie/Éclairage/Éclairage à incandescence
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Bibliographie
■ préface - SOMMAIRE COMPLET ■ notions fondamentales et conseils pour les débutants ■ aspects esthétiques, thèmes photographiques ■ références scientifiques ■ photométrie, colorimétrie, optique ■ appareils, objectifs, éclairage, accessoires, entretien ■ procédés chimiques ■ procédés numériques ■ caractéristiques physiques des images, densité, netteté ■ compléments techniques et pratiques ■ photographie et vie sociale, histoire, enseignement,institutions, droit... | ||||||
(à venir)
Caractéristiques générales
modifierLes lampes à incandescence sont encore largement utilisées en photographie et en photométrie à cause de leur coût de revient relativement bas par rapport aux autres types de sources d'éclairage. Elles servent aussi bien pour la prise de vue, la projection de diapositives et de films cinématographiques d'amateurs que pour le tirage sur papier des négatifs, par contact ou par agrandissement. Il importe donc d'en connaître les caractéristiques :
- tension d'utilisation normale Vo
- puissance électrique consommée po
- valeur et répartition spatiale du flux lumineux Fo
- rendement ηo
- durée de vie Lo (rappelons qu'elle est définie comme le temps au bout duquel, dans les conditions nominales d'utilisation, 90% des lampes d'un même lot sont encore en service)
Il existe dans le commerce un très grand nombre de modèles de toutes puissances et de toutes formes, correspondant aux différentes utilisations possibles. L'indice o indique que les différentes grandeurs ont leurs valeurs nominales, c'est-à-dire les valeurs qui correspondent aux conditions normales d'utilisation, telles que les fabricants les indiquent dans leurs notices.
Il est bien évident qu'en faisant varier la tension d'alimentation on augmente ou diminue la valeur de ces grandeurs. Si V augmente, la température de couleur s'élève, le rayonnement comprend davantage de bleu et de violet, tout en étant dans l'ensemble plus intense. Le rendement et la puissance consommée augmentent également, mais il n'en est pas de même pour la durée de vie qui peut alors diminuer de manière prohibitive.
Les courbes ci-contre montrent l'allure de la variation des différentes grandeurs en fonction de la tension.
Lorsqu'il s'agit seulement du flux visible, et au voisinage de la zone d'utilisation nominale, les différentes grandeurs sont liées par des relations du type :
Pour le flux visible et pour des lampes de moyenne puissance, la valeur de k serait de l'ordre de 3,3, c'est-à-dire que le flux augmente beaucoup plus vite que la tension. Si l'on se réfère non plus à l'œil, mais à une couche sensible non chromatisée (seulement sensible au bleu et au violet), il faut définir un flux actinique agissant sur ce type de couche. Étant donné que l'abaissement de la température du filament produit non seulement une chute rapide du flux, mais encore une diminution très nette de la proportion de radiations actiniques émises, le flux actinique variera encore plus vite que le flux visuel (k de l'ordre de 5 à 6). On conçoit que si l'on veut utiliser des lampes à incandescence pour servir dans un photomètre destiné à l'étude des surfaces sensibles de ce type, il faudra s'assurer que la tension d'alimentation des lampes est correctement stabilisée.
Les lampes survoltées
modifier[[]] En augmentant la tension d'alimentation d'une lampe on fait croître dans de très fortes proportions le flux qu'elle émet et la lumière devient simultanément plus blanche et, pour les applications de laboratoire, plus actinique, plus active sur les surfaces sensibles argentiques, car contenant plus de bleu et de violet. Ainsi, les lampes des agrandisseurs sont-elles en général légèrement survoltées. Il en résulte une durée de vie réduite à quelques dizaines d'heures, contre plusieurs centaines pour les lampes à incandescence ordinaires.
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lampe flood survoltée -
Lampe survoltée Nitraphot
Pour l'éclairage de studio ou la reproduction des documents on a longtemps utilisé des « lampes flood » nettement plus survoltées, avec des durées de vie encore plus faibles, quelques heures seulement. Ces lampes de forte puissance, 250 W, 500 W, parfois 1000 W, ne sont plus guère commercialisées. Elles possédaient une partie avant légèrement dépolie pour éviter les taches lumineuses sur le sujet éclairé et une partie arrière métallisée pour renvoyer davantage de lumière vers l'avant. Souvent, la partie arrière était aussi recouverte d'un enduit noir censé évacuer davantage de chaleur par rayonnement, car ces lampes, dont le rendement lumineux ne dépassait guère 15 %, se comportaient avant tout comme de puissants appareils de chauffage. On pouvait donc les préférer aux flashes pour pratiquer la photographie de nu dans des pièces non chauffées mais leur utilisation pour des natures mortes de denrées périssables ou pour la reproduction des documents sur papier posait des problèmes d'élévation thermique et de maintien de la planéité. Pour la photographie en couleurs on pouvait aussi se procurer des lampes flood bleues dont la lumière était très proche de celle du jour.
Ces lampes coûtaient finalement très cher à l'achat et à cause de leur consommation. Il fallait les remplacer très souvent. Elles ont été supplantées de nos jours par les lampes dites « à halogènes ».
Les lampes de quartz à halogènes
modifierPrincipe
modifierLa durée de vie d'une ampoule à incandescence ordinaire dépend étroitement de la vitesse d'évaporation de son filament, dont la rupture intervient lorsque 10% environ du métal s'est volatilisé. Ce phénomène est évidemment accentué par l'élévation de la température, de sorte que la recherche d'un haut rendement et d'une température de couleur élevée est contradictoire avec celle d'une durée de vie importante. De plus, le tungstène évaporé se condense sur les parois de la lampe, qu'il opacifie ; le rendement lumineux baisse alors sensiblement, 20 % de la lumière émise peuvent être absorbés au bout de 1 000 h pour une lampe ordinaire. Pour limiter cette évaporation, on crée une pression gazeuse partielle par introduction dans l'ampoule d'une certaine quantité de gaz inerte. On ne peut pas non plus aller très loin dans cette voie car l'inévitable formation du dépôt oblige à fabriquer des ampoules de fortes dimensions, ce qui est peu compatible avec des pressions élevées qui par ailleurs produiraient des pertes thermiques importantes par conduction.
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Un exemple d'ampouleà halogène
La lampe à iode, mise au point par Edward G. Zubler et Frederick Mosby (employés de General Electric) à la suite des travaux de Langmuir, constitue un progrès très important. Les recherches sur l'utilisation des halogènes ne sont pas récentes puisqu'un brevet avait déjà été déposé en 1882 pour l'introduction de chlore dans les lampes à filament de carbone. On a choisi l'iode parce que sa faible réactivité évite de nombreuses difficultés techniques mais d'autres produits halogénés peuvent être utilisés : bromure de méthyle ou dibromure de méthylène par exemple, toujours en association avec un gaz rare.
Lorsque l'on introduit de l'iode dans l'atmosphère d'une ampoule, les vapeurs de tungstène sont captées selon la réaction de base :
Cette réaction se produit surtout vers les parois du tube, à condition que la température y soit au moins égale à 250 °C. L'iodure de tungstène gazeux se déplace dans l'ampoule jusqu'à ce qu'il parvienne à proximité du filament où il se décompose à partir de 2 000 °C. Le métal est alors redéposé tandis que l'iode libéré reprend le cycle de captation du métal évaporé.
Le filament se trouve donc régénéré mais de façon évidemment imparfaite car le métal n'est pas redéposé à l'endroit exact d'où il s'était évaporé. En réalité l'iode a pour effet d'en diminuer indirectement l'évaporation. On peut alors augmenter la température de couleur (jusqu'à 3 400 K) et/ou la durée de vie de la lampe. Par ailleurs, un avantage essentiel de ce type de lampe tient à ce que l'ampoule reste absolument propre pendant toute la durée de vie, ce qui améliore le rendement par rapport à une lampe classique, tout en évitant l'abaissement progressif de la température de couleur. On peut aussi concevoir des ampoules de petite taille (3% de la surface d'une ampoule ordinaire de même puissance), ce qui permet d'augmenter la pression sans pour autant que les pertes thermiques par conduction deviennent prohibitives.
La température très élevée de l'enveloppe impose néanmoins certaines précautions. Le verre doit être remplacé par du quartz ou, pour les modèles de fortes dimensions, par des verres durs à base d'aluminosilicates de type Pyrex ou Vycor. Par ailleurs, il ne faut jamais manipuler de telles lampes à mains nues car les dépôts provenant de la sueur provoquraient l'attaque à chaud de l'ampoule. En cas de contact accidentel, il faut immédiatement nettoyer l'ampoule à l'alcool. La haute température du filament oblige aussi à respecter une valeur maximale de l'inclinaison de la lampe et à accroître les protections contre les contacts accidentels.
L'éclairage d'une cuisine par des lampes à iode n'est certes pas une solution des plus économiques ; en revanche, ces lampes ont révolutionné l'éclairage photographique. Pour une même puissance que les lampes classiques, l'encombrement et le poids sont considérablement diminués. La durée de vie à 3 400 K, qui n'est que de 1 ou 2 heures pour une lampe flood survoltée, atteint ici 12 à 15 heures.
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Ampoule halogène à double enveloppe -
Ampoule à halogène à double enveloppe -
Spectre d'une lampe halogène
Précautions d'emploi
modifierL'usage des lampes à halogène nécessite toutefois quelques précautions.
- Assurez-vous d'abord que l'installation électrique supportera la puissance des lampes, qui atteint souvent 1 000 ou 2 000 W, voire beaucoup plus. Des prises murales en mauvais état, des fusibles sous-dimensionnés, des prolongateurs de trop faible section, sont autant de sources d'ennuis ; les risques d'échauffements intempestifs ou de court-circuits sont réels.
- Évitez d'éclairer directement les objets, les animaux et/ou les personnages : la lumière directe est très dure en raison de la très faible dimension de la surface émissive et l'éblouissement qu'elle provoque est très désagréable, voire dangereux, il vaut mieux utiliser un éclairage indirect en projetant la lumière vers une surface réfléchissante, le plafond d'une pièce, un mur clair, un panneau blanc de carton ou de polystyrène, etc. Les écrans de projection, de préférence perlés, constituent d'excellents réflecteurs.
- Évitez de manipuler les appareils d'éclairage lorsqu'ils sont en service ou juste après l'usage, les ampoules et les filaments encore chauds sont très fragiles. Tout choc ou secousse un peu trop brutale peut donc les endommager irrémédiablement.
- Évitez de toucher directement les appareils d'éclairage après usage, et a fortiori les ampoules, en raison de risques évidents de brûlures. Débranchez les appareils avant tout changement de lampe ; la montée en température étant extrêmement brutale, un allumage inopiné de l'ampoule manipulée sans précaution peut causer de graves brûlures aux doigts.
- Ne manipulez jamais les lampes halogène à mains nues ! Lorsque les doigts entrent en contact avec le quartz des lampes, ils laissent toujours d'infimes dépôts dont l'effet sera de réduire la transparence de l'ampoule, dont la durée de vie sera notablement abrégée par suite d'un échauffement supplémentaire. Les ampoules doivent toujours être manipulées à l'aide d'un chiffon doux, non imprégné de produits susceptibles de laisser des traces, ou à l'aide des capuchons protecteurs qui sont souvent présents dans les emballages des ampoules neuves. En cas de contact accidentel, il faut essuyer la surface du quartz et enlever toute trace de substances indésirables à l'aide d'un chiffon imbibé d'alcool.
Torches portatives
modifierLes torches « cinéma » sont des sources lumineuses pratiques et peu onéreuses qui permettent de filmer ou d'éclairer de façon continue dans les environnements faiblement éclairés, aussi bien en intérieur qu'en extérieur. Elles ont perdu quelque peu de leur intérêt avec l'apparition et le développement d'émulsions et/ou de capteurs à haute sensibilité mais elles peuvent dans certains cas apporter un éclairage de secours intéressant.
Les torches sont généralement alimentées directement sur le secteur, mais on peut également utiliser des batteries d'accumulateurs ou un groupe électrogène portatif lors de prises de vues en extérieur. Cependant, le poids et le coût de ces alimentations sont loin d'être négligeables.
En plus des recommandations valables pour tous les éclairages à halogènes, les torches portatives nécessitent quelques précautions supplémentaires, toujours liées aux températures élevées.
Les torches pour amateurs ne sont pas faites pour des utilisations prolongées et la plupart d'entre elles ne supportent des temps d'allumage supérieurs à quelques minutes. Il ne faut pas les placer trop près de la caméra ou de l'appareil sous peine de faire fondre certains revêtements ou certaines pièces en matière plastique ; les parties métalliques des torches ne doivent être touchées sous aucun prétexte et il faut évidemment mettre tout l'équipement hors d'atteinte des enfants.
Il ne faut jamais utiliser les torches amovibles en extérieur par temps de pluie ou de neige, la moindre gouttelette d'eau atteignant l'ampoule la ferait immédiatement exploser.
La qualité de l'éclairage fourni par une torche portative utilisée seule est rarement très bonne ; n'utilisez donc ce type d'appareil que si vous ne pouvez vraiment pas faire autrement. En revanche, l'utilisation d'une torche comme éclairage d'appoint, par exemple pour déboucher et « réchauffer » les ombres lors d'une prise de vues en extérieur, présente un intérêt certain.
Systèmes pour le studio
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Bibliographie
modifier- Torches ciné : les erreurs à éviter. In : Chasseur d'Images, n° 1, juin-août 1976, pp. 38-39.
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