Projection avec lampes à arc au mercure

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Photon

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Re: Projection avec lampes à arc au mercure

Message » mer. 22 juil. 2015 - 23:37

De rien :)
Récemment je suis tombé par hasard sur une superbe pièce historique. Toute neuve en plus. Si la transaction se fait, j'aurai quelque chose d'assez intéressant et unique a présenter ici!

Photon

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Message » ven. 31 juil. 2015 - 0:43

La transaction s'étant bien passée, je vous présente donc la toute première lampe à arc mercure-xénon (tous les clichés sont pris avec un Canon FD 50mm f/1.2L de 1985; j'adore ces vieux objectifs...): Westinghouse SAHX-1000 A, fabriquée à Bloomfield, New-Jersey, USA, le 20 novembre 1957, soit un peu plus d’un an après l’introduction de cette plateforme.

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Ce qui est intéressant dans l’évolution de la technologie des lampes à arc court, c’est que si les premières sources à vapeur de mercure et au xénon furent toutes deux introduites en Europe (aux Pays-Bas en 1935 et en Allemagne en 1952, respectivement), la combinaison de ces deux plateformes vit le jour aux Etats-Unis en 1956. Westinghouse se basa sur son expérience préexistante dans la production de lampes à arc standards afin de concevoir la nouvelle source – la photo ci-dessous (ainsi que les scans suivants) est tirée d’un article technique publié par cette compagnie en Novembre 1956 (Journal of the Illuminating Engineering Society), et montre la similitude entre les lampes au mercure standards et les nouvelles sources au mercure-xénon.

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Westinghouse en profita aussi pour améliorer le design de ses lampes afin de les rendre plus compacte et faciliter leurs usages dans les applications impliquant (surtout) la projection de lumière. Un changement significatif concerne les amenées de courant qui sont normalement de grande longueur afin de limiter les problèmes d’oxydation aux extrémités. Les photos ci-dessous montrent la nouvelle construction, composée d’abord d’un scellement hermétique par feuilles de molybdène, fermé à son extrémité par un deuxième scellement à multiples couches de verre...

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... avec un cliché en gros plan de la transition entre le premier et le second scellement, où on y voit les extrémités des quatre feuilles de molybdène, suivi de la zone transitoire à multiple couche de verre (zone blanche) qui permet de passer du quartz (à droite) à un verre dur en borosilicate (gauche) - deux verres qui ont des propriétés thermomécaniques différentes:

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Le deuxième scellement en verre dur enferme un volume sous vide d’air qui protège les feuilles de molybdène des risques d’oxydation. La photo ci-dessous montre un détail intéressant: la fluorescence verte de l’extrémité du scellement (excitée par un laser violet à 405 nm) indique un verre d’uranium, qui était employé aux Etats Unis jusque dans les années 40 pour le scellement de tiges en tungstène. Ce qui est intéressant, c'est que Westinghouse employa ce verre jusqu'au début des années 80.

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Une autre particularité de cette lampe est le design des électrodes, qui était typique à Westinghouse. Il consistait d'abord a enrouler un fil de tungstène sur un barreau du même métal, et ensuite fondre l'extrémité afin de former une bille sur laquelle s'attache l'arc électrique.

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Il est clair sur la photo que la lampe fut conçue pour un fonctionnement en courant alternatif vu que les deux électrodes ont la même taille. Les américains, ayant une approche très pragmatique des choses, concevaient la pluparts de leurs lampes à arc au mercure pour des circuits AC, qui sont plus simples et compactes que leurs équivalents en courant continu.

Vu que Westinghouse fut la première entreprise à développer les lampes mercure-xénon, il est assez logique que les premières études techniques de l'impact du xénon sur les arcs au mercure furent conduites dans cette même compagnie. Le scan ci-dessous montre d'une part la structure lumineuse de ces arcs (gauche) et le spectre des arcs mercure-argon et mercure-xénon d'autre part (droite).

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Comme ces lampes sont prévues pour un fonctionnement en position verticale, l'arc présente une certaine asymétrie avec une contraction de sa partie basse. Cela est causé par le flux froid de vapeur de mercure provenant de la partie basse de la lampe et circulant dans l'axe de l'arc (aux abords de l'ampoule de quartz, ce flux redescend).

Pour ce qui est du spectre d'émission, l'impact du xénon est le plus prononcé sur la production d'UV-A, et notamment du groupe I de raies du mercure à 365 nm. Cette différence est causée par une température plus élevée de l'arc par rapport à un remplissage d'argon.

Ce qui est particulièrement intéressant c'est que ces premières lampes mercure-xénon ne furent pas destinées à un usage mettant leur plus forte émission UV en application. Westinghouse a introduit le remplissage de xénon dans les sources au mercure afin d'accélérer la montée en régime après l'amorçage pour des applications militaires en projection à faisceau étroit...
Le diagramme ci-dessous à gauche montre les différentes évolutions de l'émission lumineuse après l'amorçage de l'arc. Le remplacement de l'argon par le xénon permet de réduire le temps de montée en régime de moitié.

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Un revêtement de platine avec une configuration spéciale était même prévue afin de minimiser cette montée en régime (schéma de droite). Les photos ci-dessous montrent ce motif sur ma SAHX-1000 A:

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Naturellement, ce revêtement opaque est placé du coté opposé au miroir collecteur. Contrairement aux systèmes à lampes au xénon, un miroir sphérique secondaire n'était pas ( ou très peu) employé avec les sources au mercure.
Le premier usage de cette lampe était dans les projecteurs marine à faisceau étroit pour la transmission de signaux.

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Mais très vite ces sources furent appliquées à des usages civils, comme le guidage d'avions dans les zones d'approche des aéroports (c'étant bien évidemment avant l'avènement du guidage radio)...

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... et les applications "décoratives", comme ici au sommet de l'Empire State Building à NYC (non, la Tour Eiffel n'est pas la première structure à avoir une installation de type phare à son sommet pour un usage purement décoratif!)

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Voilà pour ce soir - le prochain post traitera vraiment des lampes à arc capillaire :D. Aussi, j'ai une autre lampe en cours d'acquisition et qui est tout aussi importante du point de vue historique. Cela sera traité dans un autre fil car il s'agit d'une technologie différente, mais qui eut un impact certain sur la projection film 8mm aux States....

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Message » mar. 11 août 2015 - 15:56

Toujours très intéressant.

(Petit détail qui n’a rien à voir : bizarre le flou sur la première photo de la Westinghouse SAHX-1000 A, sur la partie proche du boîtier, mais pas son fermoir)

Photon

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Message » dim. 16 août 2015 - 14:26

En fait ça ne se voit pas car la fermeture du boitier métallique est pile dans l'axe de prise de vue, mais la languette métallique est en retrait, incliné vers l'arrière, ce qui fait que son extrémité basse est dans le plan focal de l'objectif et pas le reste.

sylpieste

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Message » dim. 16 août 2015 - 20:27

Toujours très intéressant cet historique des lampes.
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